СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВОДЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
WATER TREATMENT SYSTEM WITH HYDRAULIC CONTROL

Настоящее изобретение относится к системе очистки воды с гидравлическим управлением и предназначено для обработки воды, преимущественно питьевой воды, с возможностью реализации алгоритмов различных переключений потоков воды и удаленного гидравлического управления системой.
Несмотря на широкое использование бытовых обратноосмотических систем существует реальная проблема размещения крана чистой воды от накопительного устройства системы очистки воды на удаленном расстоянии друг от друга, что является важной технической проблемой, решение которой позволит снизить энергопотребление, которое расходуется на обслуживание такого типа систем, тем более что потребность в установках с малой производительностью особенно велика и разнообразна. Включение электрических насосов в такие системы увеличивает их себестоимость и усложняет конструкцию. В связи с этим актуальна разработка технически простых систем очистки воды с гидравлическим управлением.
В уровне техники известна система очистки воды US 6764595 [МПК B01D 61/10, 61/12, опубл. 20.07.2004] с применением накопительной емкости типа водо-водяного бака, которая снабжена эластичной камерой, расположенной внутри накопительной емкости и предназначенной для очищенной воды, и вытеснительной полостью для технической (водопроводной) воды, образованной пространством между эластичной камерой и корпусом накопительной емкости. Для регулировки процесса нагнетания воды в накопительную емкость система оснащена блоком гидроавтоматики с двумя управляющими клапанами, соединенными последовательно, один за другим. Блок гидроавтоматики содержит чувствительный к давлению воды автоматический первичный клапан управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительной емкости, который имеет управляющую и управляемую камеры. Управляющая камера клапана управления нагнетанием воды с помощью соединительного элемента соединена через обратный клапан с краном чистой воды, а вход управляемой камеры связан с источником (водопровод) технической воды. Таким образом, система очистки воды включает блок фильтрации, блок гидроавтоматики, накопительную емкость и кран чистой воды, сообщающиеся между собой с помощью соединительных элементов. Недостатком системы очистки воды по патенту US 6764595 является то, что эта система не обеспечивает устранение перепада давления, что в свою очередь приближает управляющее давление к давлению закрытия входного клапана и это соответственно не позволяет подключение крана чистой воды на удаленном расстоянии от накопительного устройства.
В уровне техники известна система очистки воды, представленная в патенте РФ №2421270 [МПК B01D 61/02, C02F 1/44, опубл. 20.06.2011] и выбранная нами в качестве прототипа. Система включает в себя блок фильтрации, блок гидроавтоматики, накопительную емкость типа водо-водяного бака, обратный клапан и кран чистой воды, сообщающиеся между собой с помощью соединительных элементов, причем блок гидроавтоматики содержит автоматический клапан с управляющей и управляемой камерами управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительной емкости и управления дренажом, где клапан управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость нормально открыт. Недостатком известной системы очистки воды является отсутствие возможности обеспечения подачи очищенной воды потребителю на удаленное расстояние от накопительной емкости, т.е. эта система должна быть установлена в непосредственной близости с краном чистой воды, т.к. чем дальше кран чистой воды будет установлен от накопительной емкости, тем быстрее будет закрываться клапан управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительной емкости.
В таких системах очистки воды (US 6764595, РФ №2421270) для вытеснения воды из эластичной камеры накопительной емкости типа водо-водяного бака используют клапан управления нагнетанием технической воды путем подачи технической воды в вытеснительную полость при открытии крана чистой воды. Следует отметить, что кран чистой воды и соединительные элементы обладают гидравлическим сопротивлением, что в свою очередь приводит к появлению перепада давления на этих элементах и, как следствие, приближает управляющее давление к давлению закрытия клапана управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительной емкости. Это явление накладывает ограничение на длину и высоту соединительного элемента от накопительного устройства до крана чистой воды. Изобретение направлено на устранение данных недостатков.
Целью изобретения является повышение эффективности работы системы очистки воды в режиме подачи воды потребителю за счет достижения технического результата.
Технический результат заключается в гидродинамической компенсации перепадов длины и высоты между точкой подачи очищенной воды и накопительной емкостью системы очистки воды.
Технический результат достигается тем, что система очистки воды с гидравлическим управлением включает блок фильтрации, блок гидроавтоматики, накопительную емкость, соединительные элементы и средство подачи очищенной воды, при этом система снабжена эжекционным устройством, установленным с возможностью обеспечения подачи очищенной воды потребителю на удаленное расстояние от накопительной емкости, при этом эжекционное устройство соединено с накопительной емкостью, блоком гидроавтоматики и средством подачи очищенной воды с помощью соединительных элементов, где эжекционное устройство установлено перед средством подачи очищенной воды и соединено с блоком гидроавтоматики с помощью соединительных элементов с возможностью управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительного устройства, при этом эжекционное устройство установлено на соединительном элементе между накопительным устройством и средством подачи очищенной воды, где эжекционное устройство установлено в средстве подачи очищенной воды, при этом эжекционное устройство установлено в резьбовой втулке средства подачи очищенной воды.
Отличительной особенностью заявляемой системы очистки воды является наличие в ее конструкции эжекционного устройства, которое позволяет осуществлять передачу управляющего давления соединительного элемента от накопительной емкости до средства подачи очищенной воды и на блок гидроавтоматики, где объектом управляющего давления является клапан управления нагнетанием технической воды, который управляет вытеснением воды из накопительной полости путем подачи технической воды в вытеснительную полость при открытом средстве подачи очищенной воды. В настоящем изобретении передача управляющего давления осуществляется от блока гидроавтоматики до эжекционного устройства, подсоединенного к соединительному элементу от накопительной емкости до средства подачи очищенной воды через эжекционное устройство, а создание разрежения или точка перехода управляющего давления находится в точке объединения этих соединительных элементов и представляет собой эжекционное устройство, способное создать разрежение в соединительном элементе от блока гидроавтоматики до средства подачи очищенной воды при протекании воды по соединительному элементу от накопительной емкости до средства подачи очищенной воды. За счет передачи управляющего давления через эжекционное устройство по соединительному элементу на блок гидроавтоматики клапан управления нагнетанием технической воды не закрывается. Таким образом, было преодолено гидравлическое сопротивление соединительного элемента от накопительной емкости до средства подачи очищенной воды. Предлагаемое техническое решение в области водоочистки с использованием систем гидравлического управления обладает новизной и отвечает критерию изобретательский уровень, а его промышленная применимость подтверждается его описанием.
На фигуре изображена система очистки воды с гидравлическим управлением в общем виде, где клапан управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость накопительной емкости нормально открыт, клапан управления дренажом нормально закрыт, а средство подачи очищенной воды нормально открыто.
Система очистки воды с гидравлическим управлением в общем виде (на фиг. ) содержит блок фильтрации 1, блок гидроавтоматики 2, накопительную емкость 3, соединительные элементы 4, выполненные, например, в виде гибких труб и фитингов, и средство 5 подачи очищенной воды, соединенный с блоком гидроавтоматики 2 через эжекционное устройство 6, установленное с возможностью обеспечения подачи очищенной воды потребителю на удаленное расстояние, например, но не ограничиваясь только этим, от 1 до 30 м от накопительной емкости 3. К эжекционному устройству 6 подсоединен блок гидроавтоматики 2 с клапаном 7 управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3 с эластичной камерой 9 для очищенной воды и размещенной внутри накопительного устройства 3. Блок гидроавтоматики 2 имеет клапан 7, чувствительный к давлению воды с управляющими и управляемыми, камерами и клапан 10 управления дренажом. Вход блока фильтрации 1 подсоединен к источнику технической воды под давлением, а выход блока фильтрации 1 с очищенной водой соединен с эластичной камерой 9 накопительной емкости 3, а эластичная камера 9 накопительной емкости 3 с помощью соединительного элемента 4 соединена со средством 5 подачи очищенной воды через эжекционное устройство 6, а выход блока фильтрации 1 с водой с примесями соединен с помощью соединительного элемента 4 с дренажом. Блок фильтрации воды (1) представляет собой, например, но, не ограничиваясь только этим, мембранный элемент (обратноосмотическая или нанофильтрационная мембрана в корпусе) или каскад мембранных элементов. В частном случае (если в качестве блока или блоков фильтрации используется обратноосмотическая мембрана) заявляемая система может включать в себя запорный гидроуправляемый клапан (на фиг. не показан), установленный перед обратноосмотической мембраной и соединенный с помощью соединительного элемента 4 с этой обратноосмотической мембраной. Такой клапан перекрывает поступление воды на обратноосмотическую мембрану в том случае, когда в системе очистки воды расхода воды нет, и эластичная камера 9 накопительной емкости 3 полностью заполнена очищенной водой. Заявляемая система очистки воды может включать предфильтр, постфильтр, блок минерализации (на фиг. не показано), при этом предфильтр представляет собой один или несколько фильтров предварительной очистки технической воды, очищающий ее от механических частиц (например, песка) и/или химических соединений (например, хлора), а постфильтр изготовлен из активированного кокосового угля и предназначен для удаления остаточного неприятного запаха и вкуса после хранения очищенной воды в эластичной камере 9 накопительной емкости 3. Эжекционное устройство 6 может быть расположено на соединительном элементе 4 между накопительной емкостью 3 и средством подачи 5 очищенной воды, либо быть установлено в резьбовой втулке (на фиг. не показано) средства подачи 5 очищенной воды. Конкретное расположение эжекционного устройства определяется в зависимости от условий эксплуатации и габаритов системы очистки воды с гидравлическим управлением. Предпочтительно эжекционное устройство 6 выполнено в виде сужающегося конусообразного конфузора, переходящего в рабочую камеру эжекционного устройства 6, с возможностью образования в этой камере эффекта эжекции в момент подачи очищенной воды в средство 5, где рабочая камера эжекционного устройства 6 переходит в расширяющийся конусообразный диффузор, при этом к рабочей камере эжекционного устройства 6 с помощью соединительного элемента подсоединен блок гидроавтоматики 2. Эжекционное устройство 6 может быть выполнено в виде трубки Вентури или в виде сверхзвукового сопла. В качестве средства 5 подачи очищенной воды может быть использован кран с изливом, или смеситель, или кран типа фонтанчик питьевой.
2
Система очистки воды с гидравлическим управлением работает следующим образом. При первом включении системы, т.е. ее подключении к источнику технической воды, открывается входной кран (на фиг. не показан). Так как средство 5 подачи очищенной воды открыто, то давление в полости эластичной камеры 9 накопительной емкости 3 немногим превышает нулевое. А так как перепад давления на блоке фильтрации 1 близок к нулю, то давление перед блоком фильтрации 1 определяется давлением в полости эластичной камеры 9, и оно также немногим отличается от нулевого. Так как при этом блок фильтрации 1 представляет собой значительное гидравлическое сопротивление, вода не проходит через блок фильтрации 1 и не поступает в полость эластичной камеры 9 накопительной емкости 3, а от источника технической воды попадает в управляемую камеру клапана 7 управления нагнетанием технической воды блока гидроавтоматики 2. В полости управляемой камеры клапана 7 управления нагнетанием техническая вода оказывает давление на гибкую мембрану, герметично разделяющую ее с полостью, связанной с атмосферой; мембрана, в свою очередь, оказывает давление на торец штока клапана 7, а так как в управляющей полости в это время давления нет (средство 5 подачи очищенной воды открыто), то со стороны управляющей полости на торец штока давление не оказывается, что приводит к перемещению штока, т.е. происходит открытие клапана 7 управления нагнетанием, и техническая вода через него поступает в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3. Поступающая в вытеснительную полость 8 техническая вода оказывает давление на стенки эластичной камеры 9, тем самым сжимая ее и выдавливая технический воздух, который через открытое средство 5 подачи очищенной воды выходит в атмосферу. Это происходит до тех пор, пока поступающая в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3 техническая вода не заполнит весь объем накопительной емкости 3. При этом техническая вода продолжает оказывать давление на стенки эластичной камеры 9 накопительной емкости 3, то очищенная вода не может попасть в ее полость, а попадает в открытое средство 5 подачи очищенной воды и свободно вытекает из его излива. Когда средство 5 подачи очищенной воды закрывают, вытекание очищенной воды прекращается, что ведет к росту давления внутри системы. При этом шток клапана 7 управления нагнетанием начинает перемещаться в сторону управляемой полости до тех пор, пока не перекроет подачу воды из нее, в результате чего прекращается доступ воды от источника технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3. Одновременно с этим шток клапана 10 управления дренажом начинает перемещаться в сторону управляемой полости до упора и открывается, в результате чего техническая вода из вытеснительной полости 8 накопительной емкости 3 через клапан 10 сливается в дренаж, давление технической воды на стенки эластичной камеры 9 в накопительной емкости 3 уменьшается, эластичная камера 9 заполняется очищенной водой. Процесс продолжается до тех пор, пока эластичная камера 9 не займет весь объем, предоставленный ей накопительной емкостью 3. После полного заполнения эластичной камеры 9 очищенной водой начинает расти давление внутри системы, поступление технической воды на вход блока фильтрации 1 прекращается, т.е. система занимает исходное рабочее положение, и давление в блоке гидроавтоматики 2 системы превышает нулевое (0,6 кг с/см).
При открытии средства 5 подачи очищенной воды давление в системе очистки воды падает, клапан 10 управления дренажом закрывается, прекращая доступ технической воды из вытеснительной полости 8 накопительной емкости 3 в дренаж, а клапан 7 управления нагнетанием технической воды открывается, в результате чего техническая вода через этот клапан 7 начинает поступать в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3, создавая давление на стенки эластичной камеры 9 и выдавливая из нее очищенную воду в средство 5 подачи очищенной воды. Однако соединительные элементы 4 и средство 5 подачи очищенной воды имеют собственные гидравлические сопротивления, так называемые местные гидравлические сопротивления, которые ведут к перепаду давления на этих элементах и потере энергии подаваемой очищенной воды потребителю, что приближает управляющее давление к давлению закрытия клапана 7 управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3. Таким образом, очищенная вода под давлением направляется по соединительным элементам 4 через эжекционное устройство 6 и попадает в средство 5 подачи очищенной воды. За счет того, что управляющая камера клапана 7 управления нагнетанием технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3 соединена с эжекционным устройством 6, создаются условия интенсифицирующие скорость потока очищенной воды из эластичной камеры 9 накопительной емкости 3 в средство 5 подачи очищенной воды. Поток, движущийся в средство 5 подачи очищенной воды с высокой скоростью, увлекает за собой среду из соединительного элемента 4 от блока гидроавтоматики 2 до эжекционного устройства 6, создавая разрежение на этом участке соединительного элемента 4, это ведет к падению давления в управляющей камере клапана 7 и обеспечивает полное открытие клапана 7, что способствует максимальному потоку технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3. При закрытии средства 5 подачи очищенной воды давление в соединительном элементе 4 от накопительной емкости 3 до средства 5 подачи очищенной воды возрастает, клапан 7 управления нагнетанием закрывается, прекращая поступление технической воды в вытеснительную полость 8 накопительной емкости 3, а клапан 10 управления дренажом открывается, в результате чего техническая вода из вытеснительной полости 8 через клапан 10 сливается в дренаж, давление технической воды на стенки эластичной камеры 9 в накопительной емкости 3 уменьшается, эластичная камера 9 заполняется очищенной водой. Таким образом, по мере необходимости в очищенной воде, пользователь то открывает, то закрывает средство 5 подачи очищенной воды, и описанные выше процессы повторяются.
В соответствии с настоящим изобретением создана система очистки воды с гидравлическим управлением с возможностью обеспечения подачи очищенной воды потребителю на удаленном расстоянии от накопительной емкости. В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. Раскрытие и описание будет понятно специалистам в данной области техники, различные изменения в форме и деталях могут быть выполнены без отступления от сущности и объема притязаний заявляемого изобретения.