ПРОТОЧНЫЙ АКВАВЕНДИНГОВЫЙ АППАРАТ
FLOW AQUA VENDING UNIT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к проточным аквавендинговым аппаратам, т.е. к автоматам продажи питьевой воды, взятой из водопроводной сети, подвергшейся многоступенчатой очистке с использованием обратного осмоса и выдачи очищенной воды в тару потребителя воды без ее (воды) промежуточного накопления.
Уровень техники
Известен автомат для розничной продажи воды, содержащий корпус и установленные в корпусе гидравлически связанные между собой модуль предварительной очистки воды, мембранный модуль обратного осмоса, насос для создания давления на входе данного мембранного модуля, накопительный резервуар для очищенной воды, модуль выдачи воды в тару потребителя воды. Автомат также содержит модуль управления и связанный с ним пользовательский интерфейс для управления процессом выдачи воды в тару потребителя воды (см. описание изобретения к патенту RU №2495496 С2, МПК G07F 7/02, C02F 9/00, опубл. 27.08.2012 Бюл. №24).
Признаки известного автомата, общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что он содержит корпус и установленные в корпусе модуль предварительной очистки воды, мембранный модуль обратного осмоса, насос для создания давления на входе данного мембранного модуля, модуль выдачи воды в тару потребителя воды, модуль управления и пользовательский интерфейс для управления процессом выдачи воды в тару потребителя воды.
Причина, препятствующая получению в известном автомате технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в использовании одноступенчатой обратноосмотической очистки воды, вследствие чего из-за малого коэффициента выхода пермеата, свойственного обратноосмотической мембране, требуется применение накопительного резервуара для создания буферного резерва пермеата.
Известен автомат для получения очищенной питьевой воды (прототип), который состоит из последовательно установленных модуля угольной фильтрации входящей воды (в нашем тексте: «модуль предварительной очистки воды, выполненный с возможностью гидравлического соединения его входа с водопроводной сетью»), насоса высокого давления, модуля обратноосмотической мембранной очистки воды (в нашем тексте: «мембранный модуль обратного осмоса»), модуля угольной фильтрации пермеата, модуля коррекции pH, модуля ультрафиолетового обеззараживания воды, модуля дозированного розлива воды тару потребителя (в нашем тексте: «модуль выдача воды в тару потребителя воды»), соединенных соответствующими трубопроводами. Известный автомат также включает модуль дозирования антискаланта, гидроаккумулятор пермеата, модуль доминерализации пермеата, электронный блок управления дозировкой и приемом оплаты при осуществлении продажи воды (в нашем тексте: «модуль управления и электрически связанный с ним пользовательский интерфейс для управления процессом выдачи воды в тару потребителя воды»), дополнительный трубопровод, по которому часть исходного концентрата с модуля обратноосмотической очистки воды направляется на вход насоса высокого давления (описание полезной модели к патенту RU №139197 U1, МПК C02F9/12, опубликовано: 10.04.2014 Бюл. №10).
Признаки известного автомата (прототипа), общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что он содержит модуль предварительной очистки воды, выполненный с возможностью гидравлического соединения его входа с водопроводной сетью, насос, вход которого гидравлически соединен с выходом модуля предварительной очистки воды, мембранный модуль обратного осмоса, вход которого гидравлически соединен с выходом насоса, дренажный трубопровод, модуль выдачи воды в тару потребителя воды, а также модуль управления и электрически связанный с ним пользовательский интерфейс для управления процессом выдачи воды в тару потребителя воды
Причина, препятствующая получению в известном автомате (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в использовании в нем одноступенчатой обратноосмотической очистки воды с частичным рециркулированием концентрата, не обеспечивающим эффективное увеличение коэффициента выхода пермеата.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное для патентования техническое решение, заключается в необходимости существенного повышения коэффициента выхода пермеата в процессе обратноосмотической очистки воды, что позволит повысить эффективность использования воды из водопроводной сети, снизить требования к насосу, а также не применять буферное накопление пермеата.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в существенном повышении коэффициента выхода пермеата в процессе обратноосмотической очистки воды за счет многоступенчатого последовательно-параллельного обратного осмоса (последовательного по концентрату, параллельного по пермеату), что дает возможность существенно уменьшить объем сбрасываемой в канализацию воды (т.е. концентрата, являющегося побочным продуктом обратного осмоса) и тем самым повысить эффективность использования воды из водопровода, а также отказаться от использования в конструкции аппарата буферного резервуара для пермеата и тем самым существенно уменьшить массу аппарата и снизить требования к насосу.
Достигается технический результат тем, что проточный аквавендинговый аппарат содержит модуль предварительной очистки воды, выполненный с возможностью гидравлического соединения его входа с водопроводной сетью,  насос, вход которого гидравлически соединен с выходом модуля предварительной очистки воды, мембранный модуль обратного осмоса, вход которого гидравлически соединен с выходом насоса, дренажный трубопровод, модуль выдачи воды в тару потребителя воды, модуль управления и электрически связанный с ним пользовательский интерфейс для управления процессом выдачи воды в тару потребителя воды, смеситель потоков пермеата, имеющий n входов, а также группу мембранных модулей обратного осмоса, состоящую из n мембранных модулей, включая упомянутый выше мембранный модуль, являющийся первым в этой группе при n>1, при этом все указанные мембранные модули гидравлически соединены между собой последовательно по концентрату, так что i-тый мембранный модуль, не являющийся первым, своим входом гидравлически соединен с выходом концентрата (i-1)-го мембранного модуля, n-ный мембранный модуль своим выходом концентрата гидравлически соединен с входом дренажного трубопровода, а выходы пермеата всех мембранных модулей гидравлически соединены с соответствующими входами упомянутого смесителя, выход которого гидравлически связан с модулем выдачи воды в тару потребителя воды.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 в качестве примера приведена функциональная схема проточного аквавендингового аппарата с двухступенчатым обратным осмосом (n = 2); на фиг. 2 - с трехступенчатым обратным осмосом (n=3).
Осуществление изобретения
Проточный аквавендинговый аппарат в варианте с двухступенчатым обратным осмосом содержит (фиг. 1):
- модуль 1 предварительной очистки воды, поступающей на вход этого модуля из водопроводной сети в процессе работы аппарата;
- насос 2;
- первый мембранный модуль 3 обратного осмоса с выходом 4 пермеата и выходом 5 концентрата (первая ступень обратноосмотической очистки воды);
- второй мембранный модуль 6 обратного осмоса с выходом 7 пермеата и выходом 8 концентрата (вторая ступень обратноосмотической очистки воды);
- дренажный трубопровод 9, выполненный с возможностью соединения его выхода с канализацией;
- смеситель 10 потоков пермеата, формирующий суммарный пермеат, при этом в варианте на фиг. 1 смеситель 10 является двухвходовым;
- модуль 11 ультрафиолетового обеззараживания воды (суммарного пермеата);
- модуль 12 выдачи воды (суммарного пермеата) в тару потребителя воды, т.е. камера налива воды.
Проточный аквавендинговый аппарат в варианте с трехступенчатым обратным осмосом содержит те же модули, а также дополнительно содержит (фиг. 2) третий мембранный модуль 13 обратного осмоса с выходом 14 пермеата и выходом 15 концентрата (третья ступень обратноосмотической очистки воды), при этом смеситель 10 выполнен соответственно трехвходовым.
В обоих вариантах аппарат также содержит модуль управления работой аппарата, связанный с этим модулем пользовательский интерфейс для оплаты воды и произвольного запуска процесса выдачи воды в тару потребителя воды, электроуправляемые клапаны, установленные на трубопроводах аппарата между его модулями в соответствующий местах, обусловленных задачей указанного управления, а также модули коррекции pH и дозированной минерализации суммарного пермеата (не показаны).
Модуль 1 представляет собой, например, угольный фильтр входящей воды или несколько последовательно соединенных фильтров типа «карбон-блок» или других фильтров в разных сочетаниях; при этом данный модуль выполнен с возможностью гидравлического соединения его входа с водопроводной сетью и предназначен прежде всего для очистки воды от механических примесей, высокомолекулярных органических веществ и остаточного хлора.
Насос 2 представляет собой насос высокого давления, он обеспечивает рабочее давление от 0,5 до 1,5 МПа, необходимое для очистки воды методом обратного осмоса, и подсоединяется к сети электропитания с напряжением 220 В. Вход насоса 2 гидравлически (при помощи соответствующего трубопровода) соединен с выходом модуля 1.
Каждый мембранный модуль обратного осмоса группы модулей 3 и 6 (или 3, 6 и 13) может быть различной конструкции, но предпочтительно использовать модуль, состоящий из мембранодержателя и мембранного элемента типоразмера «4040» или другого. Применение мембранного элемента типа Filmtec XLE в качестве мембранного элемента мембранного модуля 3, 6 и 13 обеспечивает удаление каждым мембранным модулем из очищаемой (поступающей на вход данного модуля) воды 99% растворенных в ней примесей при рабочем давлении 0,69 МПа и температуре воды 25°C.
Обобщенно группа мембранных модулей обратного осмоса состоит из n мембранных модулей при n>1. В рассматриваемых примерах n=2 (это модули 3 и 6 на фиг. 1) и n=3 (это модули 3, 6 и 13 на фиг. 2). Из них модуль 3 является первым (основным) в этой группе и своим входом он гидравлически (при помощи соответствующего трубопровода) соединен с выходом насоса 2. При этом все указанные мембранные модули рассматриваемой группы мембранных модулей обратного осмоса гидравлически соединены между собой последовательно по концентрату и параллельно по пермеату, так что i-тый мембранный модуль этой группы, не являющийся первым (т.е. не являющийся модулем 3), своим входом гидравлически соединен с выходом концентрата (i-1)-го мембранного модуля. Конкретно в варианте аппарата на фиг. 1 второй мембранный модуль 6 своим входом гидравлически (при помощи соответствующего трубопровода) соединен с выходом 5 концентрата первого мембранного модуля 3, а своим выходом 8 концентрата - с входом дренажного трубопровода 9; а в варианте аппарата на фиг. 2, где имеется еще третий мембранный модуль 13, этот третий своим входом гидравлически (при помощи соответствующего трубопровода) соединен с выходом 8 концентрата второго мембранного модуля 6, а своим выходом 15 концентрата - с входом дренажного трубопровода 9. При этом аппарат снабжен смесителем 10 потоков пермеата, имеющим n входов, с которыми гидравлически (при помощи соответствующих трубопроводов) соединены своими выходами 4 и 7 пермеата соответствующие мембранные модули 3 и 6 (параллельное соединение мембранных модулей 3 и 6 по пермеату в варианте аппарата на фиг. 1), а также своими выходами 4, 7 и 14 пермеата соответствующие мембранные модули 3, 6 и 13 (параллельное соединение мембранных модулей 3, 6 и 13 по пермеату в варианте аппарата на фиг. 2).
Модуль 11 ультрафиолетового обеззараживания воды (суммарного пермеата) представляет собой лампу ультрафиолетового излучения, заключенную в цилиндрическую колбу из материала, пропускающего ультрафиолетовый свет. При этом данная колба расположена внутри трубопровода и вдоль этого трубопровода, по которому суммарный пермеат с выхода смесителя 10 поступает в модуль 12 выдачи воды (суммарного пермеата) в тару потребителя воды.
Модуль 12 выдачи воды в тару потребителя воды представляет собой короб с открытой боковой гранью с дверью или без двери. В верхней части короба установлен патрубок для непосредственной выдачи воды в тару потребителя воды, устанавливаемую в коробе.
Модуль управления обеспечивает включение насоса 2 в определенное время и на определенный период, необходимый и достаточный для наполнения очищенной водой (суммарным пермеатом) тары потребителя воды, временно располагаемой в модуле 12. При этом объем выдаваемой воды определяет потребитель воды, вводя соответствующее задание через пользовательский интерфейс, а модуль управления отмеряет заданный таким образом объем воды при помощи счетчика объема воды.
Функционирование проточного аквавендингового аппарата заключается в следующем.
Потребитель (покупатель) воды устанавливает свою тару для воды (емкость, бутыль) в модуль 12 выдачи воды. При этом потребитель осуществляет тем или способом оплату воды (или оплата сделана была им заранее), устанавливает посредством пользовательского интерфейса требуемый объем выдачи воды в тару потребителя воды и подает через этот интерфейс модулю управления команду на выдачу воды в тару потребителя воды. По этой команде модуль управления открывает соответствующие электроуправляемые клапаны, включает насос 2 и осуществляет непрерывный контроль выдаваемого объема воды в тару потребителя воды при помощи счетчика воды. При достижении объема выданной воды в тару потребителя воды заданной потребителем воды величины модуль управления отключает насос 2 и закрывает соответствующие электроуправляемые клапаны, вследствие чего процесс выдачи воды в тару потребителя воды заканчивается.
В процессе выдачи воды в тару потребителя воды входная вода из водопровода подается в модуль 1 предварительной очистки воды, где очищается от механических примесей, высокомолекулярных органических веществ и остаточного хлора. С выхода модуля 1 вода подается на вход насоса 2 высокого давления, где вода приобретает давление, необходимое для очистки воды методом обратного осмоса. Далее эта вода подается на вход мембранного модуля 3 первой ступени обратноосмотической очистки воды. В мембранном модуле 3 происходит разделение входящей в этот модуль водопроводной воды (предварительно очищенной в модуле 1) на два потока - пермеат (очищенная обратным осмосом вода), поступающий на выход 4 пермеата модуля 3, и концентрат (вода, содержащая растворенные примеси, которые были задержаны мембраной модуля 3), поступающий на выход 5 концентрата модуля 3. Пермеат с выхода 4 мембранного модуля 3 через смеситель 10 и модуль ультрафиолетового обеззараживания 11 подается в тару потребителя воды, установленную в модуле 12. Концентрат с выхода 5 мембранного модуля 3 подается на вход мембранного модуля 6 второй ступени обратноосмотической очистки воды. В мембранном модуле 6 происходит разделение входящего в этот модуль концентрата (полученного из мембранного модуля 3) на два потока - пермеат, поступающий на выход 7 пермеата модуля 6, и концентрат, поступающий на выход 8 концентрата модуля 6. Пермеат с выхода 7 мембранного модуля 6 через смеситель 10 и модуль ультрафиолетового обеззараживания 11 подается в тару потребителя воды, установленную в модуле 12. Концентрат с выхода 8 мембранного модуля 6 в варианте аппарата на фиг. 1 подается через дренажный трубопровод 9 в канализацию, а в варианте аппарата на фиг. 2 - на вход мембранного модуля 13 третьей ступени обратноосмотической очистки воды. В мембранном модуле 13 происходит разделение входящего в этот модуль концентрата (полученного из модуля 6) на два потока - пермеат, поступающий на выход 14 пермеата модуля 13, и концентрат, поступающий на выход 15 концентрата модуля 13 и далее с этого выхода через дренажный трубопровод 9 данный концентрат поступает в канализацию. Пермеат с выхода 14 мембранного модуля 13 через смеситель 10 и модуль 11 ультрафиолетового обеззараживания подается в тару потребителя воды, установленную в модуле 12. Таким образом, в тару потребителя воды поступают два потока пермеата (в варианте аппарата на фиг. 1) или три потока пермеата (в варианте аппарата на фиг. 2), образуя тем самым суммарный поток пермеата с  (за счет суммирования) расходом, что повышает коэффициент полезного использования водопроводной воды и, кроме того, позволяет не применять в данном аппарате промежуточное накопление пермеата в специально предназначенном для этого резервуаре, что существенно снижает массу и габариты аппарата.
Рассмотренные два варианта проточного аквавендингового аппарата (с двух- и трехступенчатым обратным осмосом) не ограничивают объем заявленных патентных притязаний, ибо в соответствие с заявленной патентной формулой искомый объем патентных притязаний охватывает любое количество ступеней обратного осмоса в проточном аквавендинговом аппарате, которое только возможно технически и целесообразно экономически, а также возможность доведения суммарного пермеата до необходимой кондиции в части его pH и минерального состава широко известными в этой области методами.