Устройство мембранной очистки жидкости
DEVICE FOR MEMBRANE CLEANING OF LIQUID

Изобретение относится к автономным устройствам мембранной очистки с возможностью рециркуляции и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды из различных источников для бытового и/или питьевого водоснабжения и предназначено для использования в бытовых условиях, общественных учреждениях, на дачных и садовых участках.
Устройства мембранной очистки жидкости известны и широко распространены. Большинство известных устройств мембранной очистки жидкости монтируются стационарно к источнику жидкости, что ограничивает применимость данных систем в условиях, когда источников жидкости несколько или источник жидкости не является постоянным, а также в случаях, когда условия эксплуатации не позволяют расположить устройство в непосредственной близости от источника жидкости.  Из уровня техники известны также полуавтономные устройства мембранной очистки жидкости, которые имеют средство динамичного подключения к источнику исходной жидкости. Указанные устройства так же невозможно использовать в случаях, когда невозможно расположить устройство рядом с источником исходной жидкости или когда требуется переместить устройство в процессе работы, что является ограничением для использования данных устройств и существенным недостатком. Автономные устройства мембранной очистки жидкости не зависят от количества возможных источников исходной жидкости и месторасположения источника жидкости, что делает такие устройства более универсальными и расширяет область их возможного применения.
В уровне техники известно устройство мембранной очистки жидкости по патенту US 5,039,402 [МПК С02F 9/00, опубл. 13.08.1991]. Указанное устройство мембранной очистки жидкости включает емкость для исходной жидкости, снабженную средством выхода жидкости, которое расположено в дне емкости для исходной жидкости, блок подачи жидкости, включающий средство повышения давления, линию подачи жидкости и средство блокировки, выполненное в виде индикатора уровня жидкости в емкости для исходной жидкости, блок очистки жидкости, емкость для чистой жидкости и линию слива дренажной жидкости. При этом емкость для исходной жидкости соединена с блоком подачи жидкости через средство выхода жидкости и имеет функциональную связь с блоком подачи жидкости через индикатор уровня жидкости средства блокировки, расположенный в емкости для исходной жидкости. Выход блока подачи жидкости подключен к входу блока очистки жидкости, который имеет два выхода: выход для чистой жидкости, соединенный с емкостью для чистой жидкости, и выход для дренажной жидкости, подключенный к линии слива дренажной жидкости. Устройство работает следующим образом. Исходная жидкость из емкости для исходной жидкости через средство выхода жидкости поступает в блок подачи жидкости и далее в блок очистки жидкости. В блоке очистки жидкости осуществляется процесс очистки жидкости, при этом чистая жидкость поступает через выход для чистой жидкости блока очистки жидкости в емкость для чистой жидкости, а дренажная жидкость через выход для дренажной жидкости блока очистки жидкости подается на линию слива дренажной жидкости и выводится из системы. Процесс очистки жидкости продолжается до тех пор, пока уровень жидкости в емкости для исходной жидкости не достигнет уровня, на котором расположен индикатор уровня жидкости средства блокировки, после чего происходит отключение блока подачи жидкости. Конструкция указанного устройства не предусматривает возможности регулировать степень использования исходной жидкости, так как в системе не предусмотрена возможность возврата дренажной жидкости в емкость для исходной жидкости, что неэффективно с точки зрения расхода исходной жидкости на получение чистой жидкости и является недостатком указанной системы.
Из уровня техники известно устройство мембранной очистки жидкости по патенту US 8,945,377 [МПК С02F 1/44, B01D 61/10, С02F 1/00, B01D 61/08, B01D 61/12, опубл. 03.02.2015], состоящее из емкости для исходной и дренажной жидкости, разделенной горизонтальной перегородкой с отверстием, элемента отбора жидкости из указанной емкости, средства создания давления, блока очистки жидкости, емкости для очищенной жидкости и линии возврата дренажной жидкости в емкость для исходной и дренажной жидкости. При этом элемент отбора жидкости расположен в емкости для исходной и дренажной жидкости выше перегородки. Вход средства создания давления подключен к элементу отбора жидкости, выход средства создания давления соединен с входом блока очистки жидкости. Выход для чистой жидкости блока очистки жидкости соединен с емкостью для чистой жидкости. Выход дренажной жидкости блока очистки жидкости соединен с входом линии дренажной жидкости. Линия дренажной жидкости выполнена в виде трубки, по меньшей мере, часть которой расположена внутри емкости для исходной и дренажной жидкости, при этом выход линии дренажной жидкости расположен в емкости для исходной и дренажной жидкости ниже перегородки. Устройство работает следующим образом. Емкость для исходной и дренажной жидкости заполняют исходной жидкостью. Исходная жидкость через элемент отбора жидкости поступает из емкости для исходной и дренажной жидкости на вход средства повышения давления. После средства повышения давления исходная жидкости поступает в блок очистки жидкости, где происходит очистка жидкости. При этом чистая жидкость через выход для чистой жидкости поступает в емкость для чистой жидкости. Дренажная жидкости через выход для дренажной жидкости по линии дренажной жидкости возвращается в емкость для исходной и дренажной жидкости, при этом вытесняя исходную жидкость через элемент отбора жидкости на вход средства повышения давления и далее по циклу. Основным недостатком данного устройства является то, что элемент отбора жидкости расположен так, что отбор жидкости осуществляется из срединных слоев жидкости в емкости для исходной и дренажной жидкости. Так как возврат дренажной жидкости происходит в нижней части емкости, то смешение исходной и дренажной жидкости происходит в срединных слоях, поэтому состав жидкости в срединных слоях неравномерный и изменяется в процессе фильтрации скачкообразно, что снижает срок службы средства повышения давления, снижает надежность работы блока очистки жидкости.
Из уровня техники известно устройство мембранной очистки жидкости по патенту РФ 2597605 [МПК B01D 17/12, B01D 37/00, B01D 61/00, B01D 61/12, B01D 63/00, опубл. 10.09.2016], выбранное заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Устройство мембранной очистки жидкости по патенту РФ 2597605 состоит из емкости для жидкости, средства отбора жидкости, средства повышения давления, блока очистки жидкости, емкости для чистой жидкости и линии дренажа жидкости. При этом емкость для жидкости через средство отбора жидкости соединена с входом средства повышения давления, выход которого соединен с входом блока очистки жидкости. Блок очистки жидкости имеет выход для чистой жидкости, соединенный с емкостью для чистой жидкости, и выход для дренажной жидкости, соединенный с линией дренажа, которая соединена емкостью для жидкости. Устройство мембранной очистки жидкости по патенту РФ 2597605 работает следующим образом. Емкость для жидкости заполняют исходной жидкостью до начального уровня. Из емкости для жидкости через средство отбора жидкости исходная жидкость поступает на вход средства повышения давления, откуда поступает на вход блока очистки жидкости. Из блока очистки жидкости выходят два жидкостных потока: поток чистой жидкости, который поступает в емкость для чистой жидкости; поток дренажной жидкости, который по линии дренажа возвращают в емкость для жидкости, таким образом, реализуется процесс очистки жидкости с рециркуляцией. Процесс очистки жидкости продолжается до тех пор, пока уровень жидкости в емкости для жидкости не достигнет заданного уровня. При достижении жидкостью заданного уровня через средство отбора жидкости на вход средства повышения давления попадет, по меньшей мере, один пузырек воздуха, что приводит к остановке процесса очистки жидкости и выключению устройства. Основным недостатком наиболее близкого аналога является то, что средство отбора жидкости расположено в нижней (в дне) или средней части емкости, таким образом, отбор жидкости происходит из нижних или срединных слоев жидкости, где состав жидкости наиболее неравномерный из-за возврата дренажной жидкости, таким образом, содержание загрязняющих примесей в жидкости, которая поступает на вход средства повышения давления и далее на вход блока очистки жидкости в процессе фильтрации, изменяется неравномерно, что не позволяет работать блоку очистки жидкости в оптимальном режиме, что снижает эффективность процесса очистки жидкости.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка устройства мембранной очистки жидкости, в частности питьевой воды, с возможностью повышения эффективности очистки жидкости за счет достижения равномерного изменения состава фильтруемой жидкости.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании устройства достигаются тем, что устройство мембранной очистки жидкости, состоящее из емкости для жидкости, средства отбора жидкости, средства повышения давления, блока очистки жидкости, линии чистой жидкости и линии дренажа, выполнено с возможностью отбора жидкости из предпочтительно поверхностного слоя жидкости в емкости для жидкости и автоматической остановке процесса очистки жидкости при достижении уровня жидкости в емкости для жидкости заданного значения и/или после очистки необходимого объема жидкости, при этом средство отбора жидкости выполнено в виде гибкой трубки и плавучего элемента, соединенных друг с другом, или в виде гибкой трубки, плавучего элемента и шарнирного механизма, являющегося частью коромысла, соединенного с плавучим элементом, при этом точка крепления трубки к плавучему элементу может быть расположена в любой точке поверхности плавучего элемента или точка крепления коромысла к плавучему элементу может быть расположена в любой точке поверхности плавучего элемента, при этом плавучий элемент может быть дополнительно снабжен упорами заданной высоты или упорами регулируемой высоты, а также плавучий элемент может быть дополнительно снабжен ободом и/или экраном, выполненным с возможностью отделения жидкости, отбираемой из емкости для жидкости, от дренажной жидкости, при этом емкость для жидкости может дополнительно содержать выступы и/или ограничители движения, а средство повышения давления может быть дополнительно снабжено средством отключения.
На фиг. 1 изображена схема устройства мембранной очистки жидкости.
На фиг. 2 – 3 изображены примеры емкости для жидкости устройства мембранной очистки жидкости, где средство отбора жидкости состоит из гибкой трубки и плавучего элемента.
На фиг. 4 изображен пример емкости для жидкости устройства мембранной очистки жидкости, где средство отбора жидкости, состоит из гибкой трубки, шарнирного механизма, коромысла и плавучего элемента
Устройство мембранной очистки жидкости (фиг. 1) в общем виде включает емкость для жидкости (1), средствo отбора жидкости (на фигурах не обозначено), средство повышения давления (4), блок очистки жидкости (5), линию чистой жидкости (6) и линию дренажа (7).
Емкость для жидкости (1) через средство отбора жидкости (на фигурах не обозначено) соединена с входом средства повышения давления (4). Выход средства повышения давления (4) соединен с входом блока очистки жидкости (5). Блок очистки жидкости (5) имеет выход для чистой жидкости, соединенный с линией чистой жидкости (6), и выход для дренажной жидкости, соединенный с входом линии дренажа (7), выход которой соединен с емкостью для жидкости (1).
Емкость для жидкости (1) представляет собой резервуар, выполненный, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, из полимерных материалов или нержавеющей стали. Емкость для жидкости (1) может дополнительно содержать выступы (9) и/или ограничители движения (8).
Средство отбора жидкости (на фигурах не обозначено) состоит из, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, гибкой трубки (3) и плавучего элемента (2). Либо средство отбора жидкости (на фигурах не обозначено) состоит из гибкой трубки (3), шарнирного механизма (11), коромысла (10) и плавучего элемента (2). При этом точка крепления трубки (3) и/или коромысла (10) к плавучему элементу (2) может быть расположена в любой точке поверхности плавучего элемента (2). Плавучий элемент (2) выполнен из полимерных материалов и имеет, по меньшей мере, одну полость, поэтому плавучий элемент (2) способен плавать в поверхностном слое жидкости. При повышении уровня жидкости в емкости для жидкости (1) плавучий элемент (2) поднимается вверх, а при уменьшении уровня жидкости в емкости для жидкости (1) плавучий элемент (2) опускается вниз. Таким образом, плавучий элемент (2) вертикально перемещается при изменении уровня жидкости в емкости для жидкости (1). Плавучий элемент (2) имеет, по меньшей мере, одно отверстие для входа жидкости из емкости для жидкости (1). Дополнительно плавучий элемент (2) может быть снабжен упорами заданной высоты (на фигурах не представлены) или упорами регулируемой высоты (на фигурах не представлены). Плавучий элемент (2) может быть дополнительно снабжен ободом и/или экраном
(на фигурах не представлены), которые расположены ниже отверстия для входа жидкости.
Средство повышения давления (4) представляет собой насос или систему насосов, снабженных элементами питания. Средство повышения давления (4) может быть дополнительно снабжено средством отключения для принудительной остановки работы средства повышения давления.
Блок очистки жидкости (5) выполнен, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, в виде, по меньшей мере, одного средства тонкой очистки жидкости, например обратноосмотической или половолоконной мембраны. Дополнительно блок очистки жидкости (5) может включать, по меньшей мере, один фильтр предварительной очистки (на фигурах не представлен), например, полипропиленовый элемент предварительной очистки или модуль с сорбционной смесью на основе активированного угля и/или ионообменных смол и волокон. Также блок очистки жидкости может включать в себя постфильтр (на фигурах не представлен), выполненный, например, в виде модуля с активированным углем в качестве сорбента и/или минерализующим материалом. Блок очистки жидкости (5) имеет вход, подключенный к средству повышения давления (4), выход для чистой жидкости подключенный к линии чистой жидкости (6), и выход для дренажной жидкости, подключенный к линии дренажа (7).
Линия чистой жидкости (7) представляет собой трубку из полимерного материала, через которую чистая жидкость может поступать на потребление. Линия чистой жидкости может дополнительно включать кран для чистой жидкости и/или регулирующий клапан и/или емкостью для чистой жидкости.
Линия дренажа (7) представляет собой полимерную трубку, вход которой подключен к выходу для дренажной жидкости блока очистки жидкости (5). Выход линии дренажа (7) подключен к нижней части боковой грани  или ко дну емкости для жидкости (1), либо, по меньшей мере, часть линии дренажа (7) расположена внутри емкости для жидкости (1), при этом открытый конец линии возврата дренажной жидкости расположен в нижней части емкости для жидкости (1).
Дополнительно устройство может включать корпус и/или декоративные защитные панели, изготовленные из полимерных материалов или нержавеющей стали.
В рамках отличительных признаков описанное выше устройство мембранной очистки жидкости работает следующим образом.
Емкость для жидкости (1) заполняют исходной жидкостью. При этом в отличие от наиболее близкого аналога, емкость для жидкости (1) заполняется любым количеством жидкости, не требуется добиваться заданного уровня жидкости в емкости для жидкости (1). Из емкости для жидкости (1) через средство отбора жидкости (на фигурах не обозначено) исходная жидкость поступает на вход средства повышения давления (4). При этом отбор жидкости осуществляется предпочтительно из верхних слоев жидкости. Через средство повышения давления (4) жидкость поступает на вход блока очистки жидкости (5). Из блока очистки жидкости (5) выходят два жидкостных потока: поток чистой жидкости, который по линии чистой жидкости (6) поступает на потребление; поток дренажной жидкости, который по линии дренажа (7) возвращается в емкость для жидкости (1), таким образом, реализуется процесс очистки жидкости с рециркуляцией. При этом дренажная жидкость возвращается в нижний слой жидкости в емкости для исходной жидкости (1), смешение исходной жидкости (с более низким содержанием примесей) и дренажной жидкости (с более высоким содержанием примесей) осуществляется в нижнем и срединных слоях жидкости, а отбор жидкости идет из верхнего слоя. Таким образом, содержание примесей в фильтруемой жидкости – жидкости, поступающей в блок очистки жидкости (6) – изменяется равномерно.
Процесс очистки жидкости продолжается до тех пор, либо пока плавучий элемент (2) средства отбора жидкости (на фигурах не обозначено) не достигнет заданного уровня и/или пока потребитель не остановит фильтрацию с помощью средства отключения средства повышения давления. Заданный уровень может быть определен длинною гибкой трубки (3), либо амплитудой движения шарнирного механизма (11), либо заданный уровень может быть уровнем дна емкости для жидкости (1). При наличии у плавучего элемента (2) упоров заданной высоты (на фигурах не показаны) или упоров регулируемой высоты (на фигурах не показаны), заданный уровень жидкости может определяться соприкосновением указанных упоров с дном емкости для жидкости (1). При наличии в емкости для жидкости (1) выступов (9) и/или ограничителей движения (8), заданный уровень может определяться местоположением и формой указанных выступов (9) или ограничителей движения (8).
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нём могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что даёт возможность его широкого использования.