СИСТЕМА ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ
WATER FILTRATION SYSTEM

Уровень техники
Подаваемая в систему водоснабжения вода с примесями может быть очищена с помощью бытового или другого местного оборудования за счет создания давления для ее прохода по течению через фильтрующее приспособление. Полученная в результате профильтрованная вода протекает в зону ее хранения. Фильтрующее приспособление может содержать пучок трубок фильтрующего материала с водой, проходящей через стенки трубки между наружной частью трубки и ее внутренней частью. Материал трубки имеет поры, которые засоряются микроскопическими частицами во время фильтрования. Фильтрующие трубки могут быть очищены с помощью обратного потока, во время которого часть фильтрованной воды подается под давлением в обратном направлении, или в направлении вверх по ходу течения, через фильтрующий материал, при этом создающая обратный поток вода сливается в сливной канал. Один тип фильтрующей системы включает в себя растягиваемую диафрагму, которая располагается в зоне хранения отфильтрованной воды, при этом на одной поверхности диафрагмы находится отфильтрованная вода, а на другой поверхности диафрагмы находится сжатый воздух. Когда отфильтрованная вода входит в зону для хранения фильтрованной воды, мембрана изгибается и сжимает воздух. Сжатый воздух будет позже оказывать давление на отфильтрованную воду в направлении вверх по ходу движения воды во время выполнения следующего процесса обратного потока. Одна проблема, которая характерна для этого оборудования, заключается в том, что давление обратного потока может быть ниже желаемого значения, и уменьшается при продолжении обратного потока. Другая проблема заключается в том, что разница давлений на разных сторонах фильтрующего приспособления может быть ниже, чем желаемая, при этом она уменьшается при продолжении фильтрования, а давление воздушной диафрагмы увеличивается. Было бы желательно иметь такую фильтрующую систему, которая производит постоянно высокое давление при выполнении процесса фильтрования и во время выполнения процесса обратного потока. Также было бы желательно, чтобы могло быть приложено давление обратного потока, которое было бы даже более высоким, чем давление, прикладываемое при выполнении процесса фильтрования.
Сущность изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предложена система для фильтрования воды, которая генерирует высокое и, главным образом, постоянное давление в течение процесса обратного потока, а также высокое и, главным образом, постоянное давление во время процесса фильтрования воды. Вместо постоянно увеличивающегося давления в зоне хранения фильтрованной воды во время фильтрования подаваемой воды отфильтрованная вода поддерживается при низком давлении в зоне хранения фильтрованной воды. Высокое давление на фильтрующем приспособлении (например, фильтрующих трубках) при производстве фильтрованной воды может быть получено от источника высокого давления, например, такого как источник в виде водопроводного крана, имеющий давление, примерно 3 бара (105 Па). Это приводит в результате к постоянно высокой разнице давлений с разных сторон фильтрующего приспособления, что увеличивает производительность при производстве отфильтрованной воды. Когда должен производиться обратный поток, источник водопроводной воды с давлением примерно 3 бара соединяется с зоной хранения фильтрованной воды, чтобы создать высокое давление обратного потока.
Может быть получен даже более полный обратный поток за счет использования создающего давление устройства, которое создает даже более высокое давление обратного потока, чем давление от водопроводного крана. Устройство для создания давления включает в себя подвижный элемент, такой как поршень, который имеет большой диаметр на заднем по ходу конце, давление в котором создается с помощью давления водопроводного крана и который имеет меньший диаметр на переднем по ходу конце, оказывающий давление на отфильтрованную воду в зоне ее хранения. Может быть обеспечена отдельная зона для подачи фильтрованной воды, из которой отфильтрованная вода может быть забрана для использования в любой момент времени.
Новые признаки изобретения излагаются, в частности, в зависимых пунктах формулы изобретения. Изобретение будет понятно наилучшим образом из следующего описания при рассмотрении его вместе с приложенными чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе фильтрационной системы для воды существующего уровня техники.
Фиг.2 - вид в разрезе фильтрационной системы для воды одного варианта осуществления настоящего изобретения, показанного во время процесса производства отфильтрованной воды.
Фиг.3 - вид в разрезе системы, изображенной на фиг.2, но показывающий систему во время выполнения операции обратного потока.
Фиг.4 - увеличенный вид в разрезе одной из фильтрующих трубок системы, изображенной на фиг.2.
Фиг.5 - вид в разрезе другого варианта осуществления изобретения, в котором подвижный элемент уплотнен кольцевым уплотнением.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1 показывает фильтрационную систему 10 для воды существующего уровня техники, в которой подаваемая вода 11, которая является водой, предназначенной для фильтрования, подается под давлением к подающему впускному отверстию 12. Клапан 14 направляет подаваемую воду по каналу 15 в проход 16 трубы 20. Фильтрующее приспособление 22 расположено в трубе и включает в себя большое количество фильтрующих трубок 24 и перегородку 26. Перегородка 26 предотвращает перемещение в направлении D подаваемой воды назад относительно хода течения до тех пор, пока подаваемая вода первый раз не пройдет из наружного пространства трубок 24 в их внутреннее пространство. Фиг.4 показывает подаваемую жидкость, протекающую вдоль стрелки 30 из наружного пространства 32 трубки во внутреннее пространство 34 трубки. Вода, которая прошла в трубки, выходит из задних по ходу концов 36 трубки как фильтрат и проходит в зону 38 хранения отфильтрованной воды. Отфильтрованная вода 40 (фиг.1) в зоне 38 хранения отфильтрованной воды находится под давлением и постепенно выгибает диафрагму 42 по направлению D - назад по ходу течения. Герметичная камера 44, содержащая воздух, расположена по направлению назад по ходу относительно диафрагмы, и давление воздуха в камере увеличивается по мере того, как зона 38 хранения отфильтрованной воды заполняется ею. Отфильтрованная вода может быть извлечена пользователем через кран 50.
После того как было произведено достаточное количество отфильтрованной воды, поры фильтрующих трубок могут быть засорены частицами. Клапан 14 управляется таким образом, чтобы направить подаваемую воду вверх по ходу течения в направлении U от прохода 16 по линии 52 в сливной канал. Давление воздуха в камере 44 перемещает диафрагму по направлению U, чтобы переместить отфильтрованную воду в проход 16. Во время такого обратного потока отфильтрованная вода из зоны 38 проходит во внутреннее пространство фильтрующих трубок 24 и протекает через стенки трубки в проход 16 и затем в сливной канал. Отфильтрованная вода вымывает частицы из пор фильтрующих трубок. Жидкость в проходе включает в себя подаваемую жидкость, которая присутствовала в тот момент, когда начался процесс обратного потока, отфильтрованную воду и вымытые из фильтрующего элемента частицы. Процесс обратного потока может продолжаться только до тех пор, пока отфильтрованная вода не уйдет из зоны 38. Давление отфильтрованной воды 40, приложенное к диафрагме во время процесса обратного потока, постепенно уменьшается по мере того как диафрагма 42 возвращается к своему первоначальному недеформированному положению. Заявитель отмечает, что термины направление U - вверх или вперед по ходу течения и направление D - вниз или назад по ходу течения относятся к потоку воды по направлению к клапану 14 или от клапана 14 и они могли бы быть направлены под прямым углом к секциям проходов и т.д.
Фиг.2 показывает систему 60 водяного фильтра согласно изобретению, которая включает в себя впускное отверстие 62 для подачи воды под давлением. Клапан 64 направляет подаваемую воду во впускное отверстие для подачи воды, чтобы она протекала в расположенный впереди по ходу течения конечный участок 65 прохода 66 трубопровода 70 корпуса 71. Фильтрующее приспособление 72 располагается в трубопроводе и включает в себя большое количество фильтрующих трубок 74 и перегородку 76. Подаваемая вода проходит через проход к наружной стороне фильтрующих трубок и переходит через стенки трубок во внутреннюю часть трубок (по траектории 30, показанной на фиг.4). Вода, выходящая из расположенных сзади по ходу течения концов 36 фильтрующих трубок, является отфильтрованной водой 85, которая вытекает из расположенных сзади по ходу течения концов 36 трубок, и расположенного сзади по ходу течения участка 83 трубопровода в зону 82 хранения отфильтрованной воды. Заявитель отмечает, что трубки имеют расположенные спереди по ходу течения концы 84, которые являются закрытыми, а подаваемая вода может проходить через основание 86. Даже если расположенные сзади по ходу течения концы трубки выступают ниже по ходу течения за пределы трубопровода, отфильтрованная вода протекала бы из расположенного сзади по ходу течения конечного участка трубки в зону хранения отфильтрованной воды.
Аппарат или устройство 90 для создания давления отфильтрованной воды находится в расположенном сзади по ходу течения участке системы. Он включает в себя подвижный элемент или поршень 92, который перемещается в направлениях D - вниз по ходу течения и U - вверх по ходу течения внутри камеры или контейнера 94 корпуса 71. Поршень 92 уплотняется в трубопроводе 70 с помощью первого уплотнения 100, кроме того, поршень уплотняется во внутренней части контейнера с помощью второго уплотнения 102. Оба уплотнения показаны выполненными в виде эластичных диафрагм. Поршень перемещается в направлении D вниз по ходу течения отфильтрованной водой, поступающей в зону 82 ее хранения. Вода, находящаяся в контейнере ниже по ходу течения относительно поршня, выходит из контейнера через клапан 104, который направляет ее вдоль траектории, показанной стрелкой 106, через сливную трубку 107 в сливной канал. Поскольку никакого существенного давления (более чем десятые доли бар) не возникает за поршнем (в направлении D вниз по ходу течения) или за зоной 82 хранения отфильтрованной воды, то высокое давление подаваемой воды, приложенное через впускное отверстие 62 для подачи воды, прикладывается также к фильтрующим трубкам, позволяя создавать больший объем производимой отфильтрованной воды, чем ранее. В одном примере при давлении водопроводной воды 3 бара падение давления в системе составляет 2,75 бара на стенках фильтрующих трубок.
Находящаяся под давлением подаваемая жидкость получена из водопроводного крана или источника 110. Такой источник обычно подает воду под давлением с примерной величиной давления 3 бара (от 0,3 бар до 30 бар). Когда зона 82 хранения отфильтрованной воды наполняется водой, вода время от времени удаляется через клапан 112 в дозирующее устройство 114, в котором диафрагма 116 оказывает низкое давление (например, десятые доли бар) на воду (давление может быть получено за счет эластичной диафрагмы и/или пружины 117).
Когда возникает необходимость произвести в системе обратный поток, включается клапанное устройство 118, при этом клапан 112, ведущий к дозирующему устройству, закрывается, а клапаны 104 и 64 открываются. Управление клапанами может производиться вручную или электрически, с помощью контроллера. Как показано на фиг.3, переключение клапана 104 приводит к протеканию потока от источника 110 водопроводной воды вдоль стрелки 120 в контейнер 94 в область, находящуюся сразу за поршнем 92, или ниже по ходу течения от поршня 92, чтобы переместить поршень в направлении U, т.е. вверх по ходу течения. Включение впускного клапана 64 приводит к тому, что вода перемещается в направлении U - вверх по ходу течения, через проход 66, чтобы пройти через клапан 64 и вдоль сливной трубки 121, а также вдоль траектории, показанной стрелкой 122, в сливной канал. Как упоминалось выше, источник водопроводной воды может создавать в контейнере 94 давление около 3 бар, чтобы переместить поршень вверх по ходу течения и выталкивать отфильтрованную воду, расположенную в зоне 82 хранения отфильтрованной воды в расположенные сзади по ходу течения концы 36 фильтрующих трубок 74. Отфильтрованная вода выдавливается таким образом из внутренней части трубки к ее наружной части и в проход 66, из которого отфильтрованная вода, ранее остающаяся в проходе, с частицами, которые засоряли трубки, протекает через клапан 64 в сливной канал. После достаточной процедуры обратного потока процесс фильтрования фиг.3 выполняется снова.
Когда начинается процесс обратного потока, отфильтрованная вода выталкивается в направлении U вверх по ходу течения под давлением водопроводной воды около 3 бар. Большая часть этого давления «расходуется» в процессе того как отфильтрованная вода протекает из внутренней части каждой фильтрующей трубки к наружной части трубки. Большой перепад давления при переходе через фильтрующие трубки позволяет произвести интенсивную и более эффективную очистку фильтрующих трубок. Давление обратного потока не уменьшается, когда поршень 92 перемещается по направлению U вверх по ходу течения, поэтому интенсивная очистка продолжается на протяжении всего процесса обратного потока.
2
Фиг.3 показывает, что подвижный элемент или поршень 92 имеет толстые стенки 130 и сторону 132, направленную в сторону вверх по ходу течения, которая уплотняется на диаметре D1 со стороны трубы 70, и со стороны 134 поршня, направленной в сторону вниз по ходу течения, на большем диаметре D2 относительно контейнера 94, который закреплен к трубе. Разница в диаметрах приводит к тому, что создаваемое поршнем давление на отфильтрованную воду в зоне 82 хранения отфильтрованной воды составляет величину, которая примерно в (D2/D1) раз отличается от давления водопроводной воды. Лучшее очищение пор фильтрующих трубок достигается за счет создания более высокой разницы давлений во время процесса обратного потока, чем во время производства фильтрованной воды, причем настоящая система выполняет это с использованием такого же количества фильтрованной воды. В одном примере, где давление водопроводной воды составляет 3 бара и соотношение диаметров D2/D1 составляет 1,25, обратное давление, прикладываемое к фильтрованной воде, составляет 5,7 бара.
Фиг.5 иллюстрирует другую систему 150, которая аналогична системе, показанной на фиг.2 и 3, но включает в себя другое устройство 151 увеличения давления, которое обеспечивает более высокое давление обратного потока. Устройство увеличения давления включает в себя поршень 152, уплотняемый кольцами 154, 156, которые осуществляют герметизацию соответственно относительно контейнера 160 и трубы 162. Контейнер и труба являются частями одного и того же корпуса 161. Поверхность 164 внутренней стенки контейнера имеет диаметр D2, в то время как поверхность 166 внутренней стенки трубопровода имеет диаметр D1, меньший, чем диаметр D2. Это приводит к большему давлению, которому подвергается отфильтрованная вода 170 в зоне 172 хранения отфильтрованной воды, чем давление подаваемой от источника 174 воды, которая первоначально использовалась для создания давления, воздействующего на отфильтрованную воду. Если большое количество отфильтрованной воды должно быть забрано из зоны 172 хранения перед выполнением процесса обратного потока, то может быть использована пружина 180, чтобы создать небольшое усилие (например, эквивалентное 0,15 бар) для создания давления в зоне 185, образованной контейнером и поверхностью 182 подвижного элемента 152, которая направлена назад по ходу течения, противоположно поверхности 184, направленной вперед по ходу течения, при этом отфильтрованную воду можно взять из контейнера через клапан 112.
Таким образом, изобретение обеспечивает систему фильтрации воды с использованием обратного потока, которая позволяют обеспечить высокую разницу давлений, создаваемых с разных сторон фильтрующих элементов, таких как фильтрующие трубки, во время производства фильтрованной воды, поскольку в зоне хранения отфильтрованной воды во время ее производства не создается высокое давление. При выполнении процедуры обратного потока отфильтрованная вода, используемая в этом процессе, подается тем же самым источником воды высокого давления, который используется для принудительного прохождения воды через систему при производстве фильтрованной воды. Это гарантирует постоянное высокое давление для процедуры обратного потока. Давление обратного потока может быть увеличено, и оно может превышать давление, используемое во время производства фильтрованной воды. Это увеличение давления осуществляется поршнем, который имеет расположенный выше по ходу течения конец, через который жидкость подается поршнем. Расположенный ниже по ходу течения конец поршня уплотняется на большем диаметре D2 по сравнению с диаметром D1 на расположенном выше по ходу течения конце поршня, через который давление прикладывается к жидкости, используемой для обратного потока.
Хотя отдельные варианты осуществления изобретения были описаны и проиллюстрированы здесь, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть легко произведены модификации и вариации, и, следовательно, предполагается, что пункты формулы изобретения будут интерпретированы таким образом, чтобы включать в себя такие модификации и эквиваленты.