Система водоснабжения железнодорожных пассажирских вагонов питьевой водой
SYSTEM FOR WATER SUPPLY OF RAILROAD PASSENGER CARS WITH DRINKING WATER

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию пассажирских вагонов, в частности к установкам и устройствам для питьевого обеспечения пассажиров питьевой горячей и холодной водой.
Система водоснабжения пассажирских вагонов является важнейшим санитарно-техническим оборудованием, обеспечивающим необходимые условия пассажирам во время их длительной поездки. Независимо от типа каждый пассажирский вагон оснащен системой водоснабжения, предназначенной для обеспечения пассажиров питьевой водой.
В соответствии к общими техническими требованиями к установкам охлаждения, нагрева и обеззараживания питьевой воды пассажирских вагонов, связанными с особенностями их эксплуатации, в частности, наличием ограничений по общему водопотреблению и потребляемой электрической мощности, а также наличием вероятности вторичного микробиологического загрязнения воды, конструкция оборудования должна обеспечивать:
– производительность охлаждённой питьевой воды – не более 10 л/ч;
– производительность нагретой питьевой воды – не более 10 л/ч;
- потребляемая мощность:
– по цепям 230 В переменного тока не более 700 Вт;
– по цепям 110 В постоянного тока не более 1500 Вт.
Кроме того установка должна иметь краны раздачи холодной и нагретой воды, обеспечивающих возможность налива воды в стакан ёмкостью не менее 200 мл за время не более 10 секунд. Подача воды в установку должна осуществляться из бака водоснабжения вагона через дополнительные фильтры, обеспечивающих содержание взвешенных веществ в воде не более 1 мг/л. Оборудование должно обеспечивать биологическую безопасность питьевой воды и снижение риска распространения инфекций с фекально-оральным механизмом передачи, путём инактивации болезнетворных микроорганизмов, вирусов физическими методами (высокой температурой, ультрафиолетовым излучением). В случае, если в качестве источника бактерицидной обработки питьевой воды используется установка ультрафиолетового обеззараживания, она не должна содержать жидкую ртуть. Конструкция установки должна обеспечивать возможность полного слива воды.
Известна система водоснабжения (RU 97319, кл. B61D 35/00, 2010 г), содержащая водяной бак с наливными магистралями, соединенный с устройством слива, сантехническое оборудование, связанное магистралями с блоком подготовки воды, который включает насос подачи холодной воды, гидроаккумулятор и водонагревательный блок. Насос подачи холодной воды связан с водяным баком и с гидроаккумулятором, который соединен с водонагревательным блоком и с сантехническим оборудованием. Магистраль подачи горячей воды к сантехническому оборудованию соединена с магистралью подачи холодной воды к водонагревательному блоку. Последний выполнен из двух нагревателей, соединенных между собой трубопроводами с запорной арматурой, образуя контур подогрева воды. Блок подготовки воды может быть размещен в отдельном корпусе, установленном под вагоном.
Особую опасность при эксплуатации системы водоснабжения вагонов представляет возможность образования на внутренних поверхностях трубопроводов биопленки, в составе которой живут микроорганизмы, способные вызывать инфекционные заболевания у людей и биодеструкцию материалов. Устранения биообрастаний обеспечивается регулярно проводимыми мероприятиями по дезинфекции систем водоснабжениями вагонов. Однако при благоприятных условиях время образования биопленок составляет от нескольких суток до нескольких часов, что приводит к высокой вероятности их появления в процессе эксплуатации вагона.
Известна система водоснабжения пассажирского железнодорожного вагона (RU 2418702, кл B61D35/00, E03B1/00, B61K11/02, 2011 г.), включающая водяной бак, потребителей воды, средства заправки водяного бака, фильтр для очистки воды с отстойником и средства управления процессами заправки водяного бака и очистки отстойника. Средства заправки состоят из установленных в баке водоналивных труб с отражателем и переливной трубы. Водоналивные трубы на нижних концах имеют связанные с пультом управления запорные клапаны и приспособления для соединения с водопроводом пункта экипировки. Фильтр для очистки воды имеет полый корпус, расположенные в корпусе приемную полость, выпускную полость и установленные между обеими этими полостями фильтрующие элементы. Выпускная полость фильтра имеет патрубки, снабженные управляемыми клапанами, которые связаны с пультом управления. К патрубкам присоединены посредством трубопроводов потребители очищенной воды. С пультом управления связаны датчики уровня воды бака и датчики уровня отстоя в отстойнике.
Однако и эта система не позволяет производить обеззараживание воды, для использования ее в качестве питьевой.
Известна система водоснабжения пассажирских поездов для вагонов общественного питания (EP 0653520, кл. Е03В11/00, 1993 г) включающей резервуар для воды, трубы и/или шланга циркуляционного контура, содержащего циркуляционный насос и один прибор УФ излучения для стерилизации воды. Напорный трубопровод соединен с точками потребления - к крану и к посудомоечной машине. Для обеспечения циркуляции и напора воды в трубопроводе используют центробежный насос.
2
2
Предложенная система не обеспечивает нагрева и охлаждения воды. Кроме того, в качестве источника УФ излучения в нем предлагается использовать бактерицидные лампы, содержащие жидкую ртуть. В результате проведенных исследований установлено, что УФ обеззараживание поверхностей, зараженных эталонными штаммами Staphilococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella, Klebsiella pneumoniae, Bacillus cereus в белковой оболочке, обладающие типичными морфологическими и тинкториальными свойствами биопленок достигается при бактерицидной дозе УФ излучения на обрабатываемых поверхностях не менее 40 мДж/см и его эффективность не превышает 99,9%. Принимая во внимание, что концентрация микроорганизмов в биопленках может в десятки тысяч раз превосходит предельно допустимую для питьевой воды (не более 50 КОЕ/мл), а традиционные установки УФ обеззараживания обеспечивают бактерицидную дозу 10-25 мДж/см, применение традиционных установок УФ обеззараживания с целью предотвращения вторичного бактериального загрязнения в системах водоснабжения вагонов неэффективно.
Проблемой изобретения является разработка системы водоснабжения железнодорожных пассажирских вагонов питьевой водой, соответствующей общим техническим требованиям в полном объеме.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильной работы системы водоснабжения на протяжении длительной поездки железнодорожного пассажирского вагона и повышение эффективности обеззараживания питьевой воды.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что система водоснабжения железнодорожных пассажирских вагонов питьевой водой, согласно изобретению содержит устройство регулирования подачи и потребления воды, связанное с устройством охлаждения и дозирования и устройством нагрева и дозирования воды. Устройство регулирования подачи и потребления воды включает накопительный бак, на входе подачи воды в который установлен электромагнитный клапан, вход которого связан с дросселем. Накопительный бак снабжен двухуровневым поплавковым датчиком и дыхательным клапаном. Накопительный бак с устройством охлаждения и дозирования воды и с устройством нагрева и дозирования воды связан через дроссели. Устройство охлаждения и дозирования воды включает бак холодной воды, внутри которого установлен термостат, испаритель для охлаждения воды, последовательно связанный с конденсатором и компрессором. На трубопроводе подачи холодной воды потребителю установлен УФ обеззараживатель воды, связанный с краном через датчик потока воды. Устройство нагрева и дозирования воды содержит бак горячей воды, снабженный тэном и датчиками температуры. Баки горячей и холодной воды для обеспечения гидравлического режима системы связаны трубками с накопительным баком. Для дозированной подачи воды на краны, трубопроводы расположены в верхней части баков. Для обеспечения дискретной подачи воды, конец трубопровода, на уровне его выхода из бака, загнут вниз.
На входе в систему установлен входной фильтр. Наличие входного фильтра является обязательным требованием к установкам охлаждения, нагрева и обеззараживания питьевой воды пассажирских вагонов.
Двухуровненевый поплавковый датчик включат датчики нижнего и верхнего уровня, установленных на разной высоте для регулирования открытия и закрытия электромагнитного клапана.
УФ обеззараживатель воды выполнен двухкамерным и включает камеру обеззараживания и теплоотводящую камеру, на разделяющей перегородке которого установлены светодиоды, обращенные в сторону камеры обеззараживания.
Испаритель, установленный в баке холодной воды, выполнен в виде медной трубки с хладоагентом.
В качестве датчиков температуры бака горячей воды используют установленные на некотором расстоянии друг под другом датчик температуры, аварийный датчик температуры и ёмкостной датчик отключения питания при критичном снижении уровня воды в баке.
Загнутый вниз конец трубопровода установлен в баке таким образом, что его изгиб расположен на уровне воды.
В нижней части баки холодной и горячей воды снабжены трубопроводами для их опорожнения.
Наличие дросселей, включающих прокладки позволяет регулировать сечение трубопроводов для подачи воды в накопительный бак, а также в баки холодной и горячей воды, что обеспечивает регулирование потребления и подачи воды в количестве, не влияющем на работу остальных систем водоснабжения вагона.
Устройство регулирования потребления и подачи воды связано с устройством охлаждения, обеззараживания и дозировки холодной воды и с устройством нагрева, обеззараживания и дозировки горячей воды трубопроводами, оснащенными дросселями. Наличие дросселей позволяет регулировать подачу воды в пределах предельно допустимых 10 л/час. Ограничение подачи воды в устройства охлаждения и нагрева обусловлено наличием лимитов по общему энергопотреблению установки.
На крышке накопительного бака расположен дыхательный клапан для осуществления связи с атмосферой. Установка на крышке накопительного бака дыхательного клапана обеспечивает отвод и подвод воздуха в накопительный бак при уменьшении или увеличении уровня воды.
Испаритель, установленный в баке холодной воды устройства охлаждения, обеззараживания и дозировки холодной воды, преимущественно выполнен в виде медной трубки с хладагентом, связанной с термостатом и компрессором для регулирования температуры.
Соединение компрессора с баком холодной воды через термостат обеспечивает перекачивание хладагента при помощи компрессора по медной трубке в конденсатор и обратно для охлаждения воды.
Наличие УФ облучателя после бака холодной воды перед подачей потребителю, в котором в качестве источников УФ излучения используют светодиоды, обеспечивает устранение вторичных микробиологических загрязнений воды.
Светодиоды, излучающие в бактерицидном УФ диапазоне, имеют ограниченный ресурс работы (несколько тысяч часов). При перегреве светодиодов ресурс резко сокращается. В связи с этим УФ обеззараживатель выполнен в виде двухкамерной конструкции (камера облучения и теплоотводящая камера), а включение и выключение его осуществляется по сигналу датчика потока. В таком случае режим работы светодиодов является периодическим: включение – не более 10 секунд (в это время тепло от светодиодов отводится материалом теплоотводящей камеры; выключение – не менее 1 минуты (за это время тепло успевает отвестись от материала теплоотводящей камеры). Такая конструкция обеззараживателя позволяет значительно увеличить ресурс его работы.
Особенностью трубопровода подачи воды из баков холодной и горячей воды потребителю является выполнение конца трубопровода загнутым вниз. Подача воды потребителю возможна лишь по достижению в баке уровня воды, выше уровня загиба конца трубопровода и прекращается по достижению нижнего уровня, входа воды в трубопровод. Такая конструкция обеспечивает высокую скорость налива воды потребителю в стакан ёмкостью не менее 200 мл за время не более 10 секунд.
Длина загнутого вниз конца трубопровода выбирается таким, чтобы объем воды в баке холодной и горячей воды от нижнего уровня конца трубопровода до его загиба составлял не менее 200 мл.
Установка в баке горячей воды датчиков температуры позволяет отключать термоэлектрические патронные нагреватели тэнов при достижении определенной температуры воды в баке, а во время непреднамеренного перегрева обеспечивают аварийное отключение.
Наличие трубки отвода воздуха из бака холодной воды и трубки отвода пара-воздушной смеси из бака горячей воды в накопительный бак обеспечивает гидравлический режим работы баков и препятствует появление конденсата за пределами установки. Кроме того, такая конструкция позволяет снизить теплопотери при нагреве воды.
Система водоснабжения железнодорожных пассажирских вагонов питьевой водой представлена на чертеже.
На входе в систему установлен входной фильтр 1, связанный через дроссель 2 и электромагнитный клапан 3 с накопительным баком 4. Накопительный бак 4 снабжен дыхательным клапаном 5, а также двухуровневым поплавковым датчиком, включающим датчик 6 нижнего уровня воды и датчик 7 верхнего уровня воды. Накопительный бак 4 связан через дроссели 8 с устройством охлаждения и дозирования воды, а через дроссель 9 с устройством нагрева и дозирования воды. Устройство охлаждения и дозирования воды включает бак 10 холодной воды, внутри которого установлен термостат 11, испаритель 12 для охлаждения воды, последовательно связанный с конденсатором 13 и компрессором 14. На трубопроводе 15 подачи холодной воды потребителю установлен двухкамерный УФ обеззараживатель воды, включающий камеру 16 обеззараживания и теплоотводящую камеру 17. На разделяющей перегородке 18 УФ обеззараживателя смонтированы светодиоды 19, обращенные в сторону камеры 16 обеззараживания. УФ обеззараживатель воды связан с краном 20 потребителя воды через датчик 21 потока воды.
Устройство нагрева и дозирования воды содержит бак 22 горячей воды, снабженный тэном 23 и датчиками температуры, включающими датчик 24 температуры, аварийный датчик 25 температуры и ёмкостной датчик 26 отключения питания при критичном снижении уровня воды в баке 22. Баки 10 и 22 для обеспечения гидравлического режима системы связаны соответствующими трубками 27 и 28 с накопительным баком 4. Для дозированной подачи воды на краны потребителя 20 для холодной воды и кран 29 для горячей воды, трубопроводы 15 холодной воды и 30 горячей воды и расположены в верхней части баков 10 и 22, при этом концы 31 трубопроводов 15 и 30 на участке его выхода из баков 10 и 22 выполнены загнутыми вниз, для обеспечения дискретной подачи воды. Концы 31 трубопроводов установлены в баках 10 и 22 таким образом, что его изгиб расположен на уровне 32 воды. Для проведения регламентных работ системы и для опорожнения баков 10 и 22 они в нижней части снабжены трубопроводами 33 и 34.
Устройство работает следующим образом.
Из системы водоснабжения вагона вода, соответствующая ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая», проходит через фильтр 1 грубой очистки, предназначенный для задержки крупных частиц (более 100 мкм). После фильтра 1 и дроссель 2, вода поступает в накопительный бак 4, предназначенный для гидравлической развязки системы водоснабжения вагона и установления постоянного давления. Накопительный бак 4 связан с атмосферой через дыхательный клапан 5. При уменьшении уровня воды в накопительном баке 4 ниже заданного уровня срабатывает датчик 6, отвечающий за подачу сигнала на открытие электромагнитного клапана 3. В случае заполнения накопительного бака 4 для предотвращения перелива датчик 7 подает сигнал на закрытие электромагнитного клапана 3.
Из накопительного бака 4 по трубопроводу, оснащенному дросселем 8, вода поступает в устройство охлаждения, обеззараживания и дозировки холодной воды, а по трубопроводу, оснащенному дросселем 9 в устройство нагрева, обеззараживания и дозировки горячей воды. Наличие дросселей 8 и 9 позволяет регулировать подачу воды в пределах предельно допустимых 10 л/час.
2
В баке холодной воды 10 вода охлаждается при помощи хладагента, который перекачивается компрессором 14 из испарителя 12 и обратно. Охлажденная вода через конец 31 трубопровода поступает в УФ обеззараживатель, в котором под воздействием высокой дозы излучения до 40 мДж/смсветодиодом 19 происходит обработка воды ультрафиолетом. Обеззараживание свободно живущих микроорганизмов происходит с эффективностью не менее 99,9%. Датчик 21 потока служит для подачи сигнала на включение УФ облучателя.
Конец 31 трубопровода подачи холодной воды потребителю обеспечивает: возможность дозирования воды в стакан ёмкостью не менее 200 мл за время не более 10 секунд.
Наличие трубки 27 отвода воздуха из бака 10 холодной воды в накопительный бак 4 обеспечивает гидравлический режим работы устройства.
В баке 22 вода нагревается при помощи двух тэнов 23 с помощью термоэлектрических патронных нагревателей. Нагретая и термически обеззараженная вода конец 31 трубопровода поступает потребителю на кран 29.
Конец 31 на трубопроводе подачи горячей воды потребителю обеспечивает возможность налива воды в стакан ёмкостью не менее 200 мл за время не более 10 секунд.
Наличие трубки 28 отвода пара-воздушной смеси из бака 22 горячей воды в накопительный бак 4 обеспечивает гидравлический режим работы устройства, препятствует появление конденсата за пределами установки и уменьшает теплопотери устройства нагрева.
В настоящее время установка охлаждения, нагрева и обеззараживания питьевой воды пассажирских вагонов находится на стадии промышленного производства.