Устройство для минерализации воды
DEVICE FOR MINERALIZATION OF WATER

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию для минерализации дистиллированной воды или воды с недостатком минералов, путем насыщения исходной воды недостающими компонентами.
Известен способ приготовления минерализованной питьевой воды с равномерным насыщением пресной воды солями на протяжении всего ресурса путем пропускания воды со скоростью 50 мл/мин через помещенный в колонку минерализатор, представляющий собой гранулы активированного угля с нанесенными на них солями кальция, магния, натрия и калия (авт. свид. СССР №1608138, C02F 1/68, опубл. 1990). Минерализатор получают последовательной обработкой активированного угля насыщенными растворами хлоридов кальция и магния, а затем - насыщенными растворами сульфата калия и бикарбоната натрия, причем после каждой обработки уголь промывают водой и сушат при 150-200°С в течение 1-2 часов. Способ обеспечивает постоянство состава минерализованной воды при одновременной ее очистке от органических примесей.
Однако данный способ имеет недостатки, заключающиеся в:
1. Сложном технологическом процессе;
2. Малой производительности;
3. Низком ресурсе работы - не более 500 л воды на 1 л минерализатора.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения» (см. патент RU №2616677 С1, опубликовано: 18.04.2017 г., бюл. №11), состоящий из последовательно соединенных: узла ввода воды; узла минерализации, выполненного в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости первую ступень минерализации, содержащую кальциевый композит в форме цилиндра со сквозным отверстием на оси вращения, водопроницаемую пористую перегородку, вторую ступень минерализации, содержащую смесь инертной засыпки и состава, насыщающего воду ионами магния и фтор; и узла вывода воды, отличающийся тем, что в качестве минерализующих компонентов используют, об. %:
при этом кальциевый композит имеет соотношение размеров «диаметр : длина»=1:(1÷4).
Имеется вариант развития, когда кальциевый композит изготавливают на основе сульфата кальция со следующими добавками: хлорид кальция, и/или йодид кальция, и/или гидросульфат кальция, и/или карбонат кальция, и/или гидрокарбонат кальция, и/или сульфит кальция, и/или гидросульфит кальция.
Имеется вариант развития, когда в качестве водорастворимых соединений магния используют хлорид магния, и/или карбонат магния, и/или карбонат магния основной, и/или гидроксид магния, и/или оксид магния, и/или природные или синтетические материалы, включающие указанные соединения.
Имеется вариант развития, когда в качестве водорастворимых соединений, выделяющих фторид-ионы, используют гранулированные природные минералы, например, на основе фторида кальция и/или иных неорганических солей с размером гранул 0.5÷2.0 мм.
Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют гидроантрацит и/или кварц.
Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют тела различной геометрической формы из оксида алюминия и/или оксида титана.
Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют активированные угли, и/или ионообменные смолы, и/или ионообменные волокна, и/или цеолиты.
Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют ионообменную смолу в К-форме, и/или гидрокарбонат кальция, и/или йодсодержащую смолу, и/или йодид калия.
Имеется вариант развития, когда водопроницаемые пористые перегородки изготавливают из полимерных, и/или керамических, и/или металлокерамических материалов.
Имеется вариант развития, когда кальциевый композит и водопроницаемые пористые перегородки имеют герметичное крепление к стенкам полого цилиндра.
Имеется вариант развития, когда способ применения минерализующего картриджа, установленного в системе для очистки воды, содержащей помимо него как минимум модуль мембранной очистки, автопереключатель и накопительную емкость, заключающийся в том, что минерализующий картридж устанавливают после автопереключателя, установленного после модуля мембранной очистки, и до накопительной емкости по ходу течения жидкости.
Для данного устройства характерна низкая эффективность, поскольку:
- устройство предполагает прохождение воды через 2 ступени минерализации несмотря на то, что в зависимости от исходного насыщения воды минералами может потребоваться меньше или больше ступеней;
- имеет место перенасыщение/недонасыщение исходной воды минералами, поскольку не учитывается изменение скорости насыщения воды минералами в зависимости от температуры исходной воды.
Задачей изобретения является повышение эффективности известного устройства.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее последовательно соединенные узел ввода воды; узел минерализации, выполненный в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости к ступеней минерализации, разделенных n водопроницаемыми пористыми перегородками, где n=к+1, содержащих различные загрузки; узел вывода воды дополнительно снабжено:
- последовательно соединенными подводящим трубопроводом, расходным резервуаром, с установленным в нем датчиком температуры воды, насосом с электрическим двигателем, входным и выходным патрубками;
- расходомером;
статическим преобразователем частоты, выполненным с возможностью подачи электрического питания на электрический двигатель и изменения скорости его вращения;
- программируемым контроллером с каналами связи.
При этом:
- выходной патрубок насоса соединен с узлом ввода воды;
- расходомер установлен на выходном патрубке;
- программируемый контроллер соединен с датчиком температуры воды, статическим преобразователем частоты, расходомером посредством каналов связи.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие отличительные признаки:
1. Дополнительное снабжение устройства подводящим трубопроводом (Известно);
2. Дополнительное снабжение устройства расходным резервуаром (Известно);
3. Дополнительное снабжение устройства датчиком температуры (Известно);
4. Дополнительное снабжение устройства насосом (Известно);
5. Дополнительное снабжение устройства электрическим двигателем (Известно);
6. Дополнительное снабжение устройства входным патрубком насоса (Известно);
7. Дополнительное снабжение устройства выходным патрубком насоса (Известно);
8. Дополнительное снабжение устройства расходомером (Известно);
9. Дополнительное снабжение устройства статическим преобразователем частоты (Известно);
10. Дополнительное снабжение устройства программируемым контроллером (Известно);
11. Дополнительное снабжение устройства каналами связи (Известно);
12. Соединение подводящего трубопровода с расходным резервуаром (Известно);
13. Установка датчика температуры воды в расходном резервуаре (Не известно);
14. Соединение расходного резервуара с входным патрубком насоса (Известно);
15. Соединение насоса с электрическим двигателем (Известно);
16. Соединение выходного патрубка насоса с узлом ввода воды (Не известно);
17. Установка расходомера на выходном патрубке (Известно);
18. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи с датчиком температуры воды (Не известно);
19. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи со статическим преобразователем частоты (Не известно);
20. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи с расходомером (Не известно).
По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №1-12, 14-17 в технической литературе известны, а остальные - нет. Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволит повысить эффективность устройства, т.к.:
- появляется возможность прохождения воды через к ступеней минерализации в зависимости от потребности исходной воды в различный минералах;
- исключается возможность перенасыщение/недонасыщение исходной воды минералами, поскольку скорость протекания воды в минерализаторе, а, следовательно, насыщение воды минералами, будет регулироваться в зависимости от температуры исходной воды.
Таким образом, заявляемое устройство для минерализации воды отвечает критерию «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежей.
В качестве примера реализации на фиг. 1 представлен разрез предлагаемого «Устройства для минерализации воды» с тремя ступенями минерализации. На фиг. 2 представлена зависимость константы скорости растворения NaCl от температуры воды. На фиг. 3 представлен пример зависимости скорости прохождения воды через минерализатор от константы скорости растворения NaCl.
Устройство для минерализации воды содержит:
1. Последовательно соединенные подводящий трубопровод 1, расходный резервуар 2, с установленным в нем датчиком температуры воды 3, входной патрубок насоса 4, насос 5, выходной патрубок насоса 6, с установленным на выходном патрубке насоса 6 расходомером 7, узел ввода воды 8, узел минерализации 9, узел вывода воды 10. На фиг. 1 в качестве примера приведен вариант исполнения, когда узел минерализации 9 выполнен в виде полого цилиндра 11, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки 12, 13, и содержащего между водопроницаемыми пористыми перегородками по ходу течения жидкости к=3 ступени минерализации, разделенных водопроницаемыми пористыми перегородками 14, 15, содержащими различные загрузки 16, 17, 18;
2. Электрический двигатель 19, запитанный от статического преобразователя частоты 20, приводящий в действие насос 5;
3. Программируемый контроллер 21, соединенный с датчиком температуры воды 3, статическим преобразователем частоты 20, расходомером 7 посредством каналов связи 22, 23, 24.
Устройство работает следующим образом.
Ненасыщенная вода поступает в расходный резервуар 2 через подводящий трубопровод 1, где датчик температуры воды 3 в реальном времени измеряет ее температуру и передает показания на программируемый контроллер 21 посредством канала связи 22.
В процессе работы в реальном режиме времени осуществляется:
- определение температуры t поступающей воды путем считывания показаний датчика температуры воды 3 программируемым контроллером 21 посредством канала связи 22;
- определение программируемым контроллером 21 константы скорости растворения соли в воде K в зависимости от измеренной температуры t. Настоящим изобретением допускаются различные варианты ее определения, например, по графику зависимости константы скорости растворения соли в воде K от температуры воды t, (пример зависимости константы скорости растворения NaCl в воде от температуры воды приведен на фиг. 2);
т
т
т
- определение программируемым контроллером 21 требуемого расхода воды Q, при котором насыщение воды минералами будет оптимальным, в зависимости от определенной константы скорости растворения соли в воде K. Настоящим изобретением допускаются различные варианты его определения, например, по графику зависимости требуемого расхода воды Q от константы скорости растворения соли в воде K (пример зависимости требуемого расхода воды Q, проходящего через узел минерализации 9 от константы скорости растворения NaCl приведен на фиг. 3).
ф
- определение программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q в реальном времени путем считывания показаний расходомера 7 посредством канала связи 24;
ф
т
- сравнение программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q с требуемым расходом воды Q в реальном времени;
ф
ф
т
ф
т
ф
т
ф
т
ф
т
ф
т
- корректировка программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q в случае, когда разница между фактическим расходом воды Q и требуемым расходом воды Q больше допустимой величины ΔХ. Например в случае, когда Q<Q программируемый контроллер 21 подает команду статическому преобразователю частоты 20 посредством канала связи 23 на увеличение частоты электрического тока, в этом случае скорость вращения электрического двигателя 19 увеличивается, тем самым Q возрастает и максимально приближается к Q. В случае, когда Q>Q программируемый контроллер 21 подает команду статическому преобразователю частоты 20 посредством канала связи 23 на уменьшение частоты электрического тока, в этом случае скорость вращения электрического двигателя 19 уменьшается, тем самым Q уменьшается и максимально приближается к Q. В случае, когда Q=Q программируемый контроллер 21 не дает никаких команд. Регулировка осуществляется по обратной связи с расходомером 7. При этом скорость движения ненасыщенной воды в узле минерализации 9 становится оптимальной для ее насыщения минеральными веществами в необходимом количестве;
- вывод минерализованной вода из устройства через узел вывода воды 10.
Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».