Способ создания систем прямоточного обратноосмотического фильтрования, система обратноосмотического фильтрования (варианты) и помповый блок системы обратноосмотического фильтрования (варианты)
METHOD FOR MANUFACTURING DIRECT FLOW REVERSE-OSMOSIS FILTERING SYSTEMS, DIRECT FLOW REVERSE-OSMOSIS FILTERING SYSTEM (OPTIONS) AND PUMP UNIT OF DIRECT FLOW REVERSE-OSMOSIS FILTERING SYSTEMS (OPTIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к средствам получения чистой воды, в частности к системам очистки воды обратным осмосом и средствам управления такими системами, и может быть использовано в жилых помещениях, больницах, социальных учреждениях, а также на промышленных предприятиях.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбрано средство для управления системами обратного осмоса, содержащее насос, вход которого соединен с входным трубопроводом, а выход соединен с трубопроводом для подключения ко входу блока мембранного разделения (US 2005/0115875 А1, опубликовано 2 июня 2005 г.). Очищенная вода, прошедшая мембранное разделение, хранится в баке, из которого поступает потребителю. Хранение воды в баке снижает ее качество по сравнению с прямоточными системами, в которых потребителю направляется вода, только что прошедшая очистку.
Кроме этого, в системах обратноосмотической очистки с накопительным баком на мембрану со стороны бака оказывается противодавление, снижающее эффективность работы насоса. В результате, при прочих равных условиях (при одинаковой мощности насоса и пр.), системы с накопительным баком показывают худшие характеристики скорости потока, степени обессоливания и коэффициента отбора пермеата. В свою очередь это влечет за собой снижение срока службы мембраны и предфильтров.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание средств построения систем прямоточной обратноосмотической очистки воды и управления ими для повышения степени эффективности очистки.
В ходе решения данной задачи обеспечивается достижение следующей совокупности технических результатов: возможность создания прямоточных обратноосмотических систем фильтрования путем преобразования существующих систем мембранной очистки, не требующей замены всей системы; увеличение скорости и степени эффективности фильтрации; повышение давления перед мембраной обратного осмоса в условиях низкого водопроводного давления; повышение коэффициента отбора пермеата; улучшение степени очистки воды; продление срока службы мембраны и системы в целом, а также повышение удобства ее эксплуатации.
Данная совокупность технических результатов достигается тем, что способ создания систем прямоточного обратноосмотического фильтрования, содержащих мембрану, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата, состоит в том, что
- обеспечивают помповый блок, имеющий средства подключения к источнику питания;
- упомянутый помповый блок имеет корпус, внутри которого установлены: насос, первый и второй датчики давления воды, контроллер, регулируемый клапан, электромагнитный клапан;
- упомянутый помповый блок содержит средства подключения к, по меньшей мере, следующим трубопроводам: входной трубопровод, соединяющий источник воды с упомянутым помповым блоком; трубопровод на вход мембраны, соединяющий упомянутый помповый блок с упомянутым входом мембраны; трубопровод пермеата, соединяющий упомянутый выход пермеата мембраны с упомянутым помповым блоком; трубопровод концентрата, соединяющий упомянутый выход концентрата мембраны с упомянутым помповым блоком, и дренажный трубопровод, соединяющий упомянутый помповый блок со стоком;
- обеспечивают соединение упомянутого помпового блока с упомянутыми трубопроводами так, что входной трубопровод соединяется со входом упомянутого насоса через упомянутый электромагнитный клапан, входной трубопровод также соединяется с упомянутым первым датчиком давления, трубопровод на вход мембраны соединяется с выходом упомянутого насоса, трубопровод пермеата соединяется с упомянутым вторым датчиком давления, а трубопровод концентрата соединяется с дренажным трубопроводом через упомянутый регулируемый клапан;
- обеспечивают подачу сигналов от упомянутых первого и второго датчиков давления в упомянутый контроллер и управление работой помпового блока на основе сигналов упомянутого контроллера;
обеспечивают подачу пермеата потребителю посредством соответствующего трубопровода.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что
- упомянутый корпус помпового блока содержит средства индикации состояния помпового блока;
- обеспечивают управление упомянутыми средствами индикации посредством упомянутого контроллера.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что в случае низкого давления во входном трубопроводе или высокого давления в трубопроводе пермеата выключают упомянутый насос и перекрывают подачу воды на вход упомянутого насоса посредством упомянутого электромагнитного клапана.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что обеспечивают переключение упомянутого помпового блока из режима ограничения потока концентрата в режим промывки мембраны путем открытия упомянутого регулируемого клапана, при этом режим промывки выполняют после каждого цикла включения насоса.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что
- упомянутый помповый блок дополнительно содержит средства подключения к трубопроводу подачи пермеата потребителю;
- обеспечивают соединение упомянутого помпового блока с трубопроводом подачи пермеата потребителю так, что трубопровод пермеата соединяется с трубопроводом подачи пермеата потребителю и с упомянутым вторым датчиком давления.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что
- обеспечивают получение упомянутым контроллером данных от группы, по меньшей мере, следующих датчиков: датчик скорости потока, установленный на входном трубопроводе; датчик скорости потока, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик солесодержания, установленный на входном трубопроводе; датчик солесодержания, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик температуры воды, установленный на входном трубопроводе;
- обеспечивают получение данных от упомянутой группы датчиков упомянутым контроллером и передачу этих данных по беспроводному каналу связи на удаленное хранение.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутую группу датчиков устанавливают внутри упомянутого корпуса помпового блока, а упомянутый котроллер обеспечивают модулем беспроводной связи.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что система обратноосмотического фильтрования, по первому варианту, содержит:
- мембрану, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата;
- помповый блок, имеющий средства подключения к источнику питания, средства подключения к трубопроводам и корпус, внутри которого установлены: насос, первый и второй датчики давления воды, контроллер, регулируемый клапан, электромагнитный клапан;
- группу трубопроводов, включающую, по меньшей мере: входной трубопровод, соединяющий источник воды с упомянутым помповым блоком; трубопровод на вход мембраны, соединяющий упомянутый помповый блок с упомянутым входом мембраны; трубопровод пермеата, соединяющий упомянутый выход пермеата мембраны с упомянутым помповым блоком; трубопровод концентрата, соединяющий упомянутый выход концентрата мембраны с упомянутым помповым блоком, и дренажный трубопровод, соединяющий упомянутый помповый блок со стоком;
упомянутый помповый блок соединен с упомянутыми трубопроводами так, что входной трубопровод соединяется со входом упомянутого насоса через упомянутый электромагнитный клапан, входной трубопровод также соединяется с упомянутым первым датчиком давления, трубопровод на вход мембраны соединяется с выходом упомянутого насоса, трубопровод пермеата соединяется с упомянутым вторым датчиком давления, а трубопровод концентрата соединяется с дренажным трубопроводом через упомянутый регулируемый клапан;
- упомянутый выход пермеата мембраны соединен со средством подачи пермеата потребителю посредством соответствующего трубопровода;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутыми первым и вторым датчиками давления, регулируемым клапаном и электромагнитным клапаном и выполнен с возможностью управлять работой упомянутого помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система содержит, по меньшей мере, один предфильтр, установленный перед упомянутым входом мембраны.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система содержит, по меньшей мере, один постфильтр, установленный между упомянутым выходом пермеата мембраны и средством подачи пермеата потребителю.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутые предфильтр, постфильтр и мембрана расположены в едином корпусе в виде блока очистки, упомянутый корпус блока очистки содержит средства крепления упомянутых фильтров и мембраны и средства подключения к следующим трубопроводам: трубопровод на вход мембраны, трубопровод пермеата, трубопровод концентрата, трубопровод подачи чистой воды потребителю.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система
- содержит группу, по меньшей мере, следующих датчиков: датчик скорости потока, установленный на входном трубопроводе; датчик скорости потока, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик солесодержания, установленный на входном трубопроводе; датчик солесодержания, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик температуры воды, установленный на входном трубопроводе;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутой группой датчиков и имеет модуль беспроводной связи для передачи полученных данных на удаленное хранение.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что система обратноосмотического фильтрования, по второму варианту, содержит:
- мембрану, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата;
- помповый блок, имеющий средства подключения к источнику питания, средства подключения к трубопроводам и корпус, внутри которого установлены: насос, первый и второй датчики давления воды, контроллер, регулируемый клапан, электромагнитный клапан;
- группу трубопроводов, включающую, по меньшей мере: входной трубопровод, соединяющий источник воды с упомянутым помповым блоком; трубопровод на вход мембраны, соединяющий упомянутый помповый блок с упомянутым входом мембраны; трубопровод пермеата, соединяющий упомянутый выход пермеата мембраны с упомянутым помповым блоком; трубопровод концентрата, соединяющий упомянутый выход концентрата мембраны с упомянутым помповым блоком, и дренажный трубопровод, соединяющий упомянутый помповый блок со стоком;
упомянутый помповый блок соединен с упомянутыми трубопроводами так, что входной трубопровод соединяется со входом упомянутого насоса через упомянутый электромагнитный клапан, входной трубопровод также соединяется с упомянутым первым датчиком давления, трубопровод на вход мембраны соединяется с выходом упомянутого насоса, трубопровод пермеата соединяется с упомянутым вторым датчиком давления, а трубопровод концентрата соединяется с дренажным трубопроводом через упомянутый регулируемый клапан;
- упомянутый помповый блок содержит средства подключения к трубопроводу подачи пермеата потребителю;
- система содержит трубопровод подачи пермеата потребителю, соединяющий упомянутый помповый блок со средством подачи пермеата потребителю;
- упомянутый помповый блок соединен с упомянутым трубопроводом подачи пермеата потребителю так, что трубопровод пермеата соединяется также с трубопроводом подачи пермеата потребителю;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутыми первым и вторым датчиками давления, регулируемым клапаном и электромагнитным клапаном и выполнен с возможностью управлять работой упомянутого помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система содержит, по меньшей мере, один предфильтр, установленный перед упомянутым входом мембраны.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система содержит, по меньшей мере, один постфильтр, установленный между упомянутым выходом пермеата мембраны и средством подачи пермеата потребителю.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутые предфильтр, постфильтр и мембрана расположены в едином корпусе в виде блока очистки, упомянутый корпус блока очистки содержит средства крепления упомянутых фильтров и мембраны и средства подключения к следующим трубопроводам: трубопровод на вход мембраны, трубопровод пермеата, трубопровод концентрата.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система
- содержит группу, по меньшей мере, следующих датчиков: датчик скорости потока, установленный на входном трубопроводе; датчик скорости потока, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик солесодержания, установленный на входном трубопроводе; датчик солесодержания, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик температуры воды, установленный на входном трубопроводе;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутой группой датчиков и имеет модуль беспроводной связи для передачи полученных данных на удаленное хранение.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая группа датчиков установлена внутри упомянутого корпуса помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что помповый блок системы обратноосмотического фильтрования, имеющей мембрану, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата, по первому варианту, содержит:
- средства подключения к источнику питания, корпус, внутри которого установлены: насос, первый и второй датчики давления воды, контроллер, регулируемый клапан, электромагнитный клапан;
- средства подключения к группе трубопроводов, включающей, по меньшей мере: входной трубопровод для соединения с источником воды; трубопровод на вход мембраны для соединения со входом мембраны; трубопровод пермеата для соединения с выходом пермеата мембраны; трубопровод концентрата для соединения с выходом концентрата мембраны, и дренажный трубопровод для соединения со стоком;
- упомянутый помповый блок выполнен так, что при соединении с упомянутой группой трубопроводов входной трубопровод соединяется со входом упомянутого насоса через упомянутый электромагнитный клапан, входной трубопровод также соединяется с упомянутым первым датчиком давления, трубопровод на вход мембраны соединяется с выходом упомянутого насоса, трубопровод пермеата соединяется с упомянутым вторым датчиком давления, а трубопровод концентрата соединяется с дренажным трубопроводом через упомянутый регулируемый клапан;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутыми первым и вторым датчиками давления, регулируемым клапаном и электромагнитным клапаном и выполнен с возможностью управлять работой упомянутого помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что помповый блок содержит установленные на корпусе средства индикации состояния блока, управляемые контроллером.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутый контроллер выполнен с возможностью включать режим промывки мембраны путем открытия упомянутого регулируемого клапана в конце каждого цикла включения насоса.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутый контроллер выполнен с возможностью получения данных от группы датчиков, включающей, по меньшей мере: датчик скорости потока, установленный на входном трубопроводе; датчик скорости потока, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик солесодержания, установленный на входном трубопроводе; датчик солесодержания, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик температуры воды, установленный на входном трубопроводе;
- при этом упомянутый контроллер имеет модуль беспроводной связи для передачи полученных данных на удаленное хранение.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что помповый блок системы обратноосмотического фильтрования, имеющей мембрану, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата, по второму варианту, содержит:
- средства подключения к источнику питания, и корпус, внутри которого установлены: насос, первый и второй датчики давления воды, контроллер, регулируемый клапан, электромагнитный клапан;
- помповый блок содержит средства подключения к группе трубопроводов, включающей, по меньшей мере: входной трубопровод для соединения с источником воды; трубопровод на вход мембраны для соединения со входом мембраны; трубопровод пермеата для соединения с выходом пермеата мембраны; трубопровод концентрата для соединения с выходом концентрата мембраны, и дренажный трубопровод для соединения со стоком;
- упомянутый помповый блок выполнен так, что при соединении с упомянутой группой трубопроводов входной трубопровод соединяется со входом упомянутого насоса через упомянутый электромагнитный клапан, входной трубопровод также соединяется с упомянутым первым датчиком давления, трубопровод на вход мембраны соединяется с выходом упомянутого насоса, трубопровод пермеата соединяется с упомянутым вторым датчиком давления, а трубопровод концентрата соединяется с дренажным трубопроводом через упомянутый регулируемый клапан;
- помповый блок содержит средства подключения к трубопроводу подачи пермеата потребителю, предназначенному для соединения со средством подачи пермеата потребителю;
- упомянутый помповый блок выполнен так, что при соединении с упомянутыми трубопроводами трубопровод пермеата соединяется также с трубопроводом подачи пермеата потребителю;
- упомянутый контроллер соединен с упомянутыми первым и вторым датчиками давления, регулируемым клапаном и электромагнитным клапаном и выполнен с возможностью управлять работой упомянутого помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что помповый блок содержит установленные на корпусе средства индикации состояния блока, управляемые контроллером.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутый контроллер выполнен с возможностью включать режим промывки мембраны путем открытия упомянутого регулируемого клапана в конце каждого цикла включения насоса.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что внутри упомянутого корпуса установлена группа, по меньшей мере, следующих датчиков: датчик скорости потока, установленный на входном трубопроводе; датчик скорости потока, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик солесодержания, установленный на входном трубопроводе; датчик солесодержания, установленный на трубопроводе подачи пермеата потребителю; датчик температуры воды, установленный на входном трубопроводе;
- упомянутый контроллер выполнен с возможностью получения данных от упомянутой группы датчиков и имеет модуль беспроводной связи для передачи полученных данных на удаленное хранение.
Отличительной особенностью средств в соответствии с настоящим изобретением является то, что они позволяют создавать прямоточные обратноосмотические системы очистки воды путем дополнения существующих систем помповым блоком, который может устанавливаться как вблизи существующей системы обратного осмоса, так и удаленно. Другой отличительной особенностью настоящего изобретения является высокая степень агрегативности конструкции и возможность построения сплит-систем, в которых электрические компоненты, не требующие регулярного обслуживания, и средства фильтрования, требующие обслуживания и доступа, полностью разделены и разнесены.
Краткое описание фигур чертежей
На Фиг. 1-Фиг. 5 показаны варианты построения системы прямоточной обратноосмотической очистки воды.
На Фиг. 6-Фиг. 8 показана конструкция помпового блока.
Осуществление изобретения
Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой остается актуальной во всем мире. Среди большого количества существующих средств очистки, системы очистки на основе эффекта обратного осмоса позволяют обеспечить наиболее высокое качество воды с максимальной эффективностью. Современная система фильтрования воды должна отвечать многим требованиям:
- обеспечение подачи потребителю свежей воды, исключая ее хранение в накопителе;
- стабильная высокая производительность выдачи чистой воды в любой момент по необходимости;
- экономия воды путем уменьшения сброса воды в канализацию и иных потерь;
- низкая стоимость обслуживания и эксплуатации за счет увеличения ресурса мембраны, предфильтров, и т.д.;
- высокая надежность эксплуатации.
В настоящее время в эксплуатации находятся миллионы систем очистки воды, которые не удовлетворяют современным требованиям. В силу различной конструкции существующих систем и различных эксплуатационных условий, повышение их технического уровня возможно чаще всего только путем полной замены всего оборудования. Настоящее изобретение позволяет создать прямоточную обратноосмотическую сплит-систему очистки, отвечающую современным требованиям, на основе практически любой существующей обратноосмотической системы путем ее преобразования и позволяет обеспечить высокую степень эффективности фильтрования. Степень эффективности фильтрования означает долю воды, входящей в систему очистки, которая в типичных условиях ежедневной эксплуатации перерабатывается системой в очищенную осмотическую воду, доступную для потребления. На степень эффективности влияют не только свойства мембраны, но и иные конструктивные и эксплуатационные факторы, например, мощность насоса, пропускная способность ограничителя потока на линии дренажа, наличие и параметры автопромывки и т.д.
Одним из основных факторов, определяющих эффективность процесса обратного осмоса является величина давления воды на входе мембраны, поэтому основой решения поставленной задачи является конструкция помпового блока, показанного на Фиг. 6-Фиг. 8.
По первому варианту осуществления помповый блок 1 системы обратноосмотического фильтрования содержит средства подключения к источнику питания, корпус 18, внутри которого установлены: насос 20, первый 21 и второй 22 датчики давления воды, контроллер 26, регулируемый клапан 23, электромагнитный клапан 24.
Источник питания может быть выполнен как в виде блока питания 19, установленного внутри корпуса 18, так и в виде внешнего блока, обеспечивающие питание электрических компонентов помпового блока от электрической сети. В случае наличия внутреннего блока питания 19, последний может быть выполнен как с одним выходным напряжением, например 24 В, так и с несколькими, например 24 В и 48 В. Это позволит устанавливать в помповый блок 1 насосы различной мощности и производительности, не меняя другие компоненты.
Корпус 18 может быть выполнен из пластика и состоять из основания 27 и крышки 28, как показано на Фиг.8. Корпус 18 может содержать вентиляционное окно (не показано). Корпус 18 может также содержать амортизирующие опоры 25 и средства крепления к вертикальным поверхностям (не показаны). В качестве таких средств крепления могут использоваться гнезда, петли, фланцы и любые иные известные элементы.
Помповый блок 1 содержит средства 8 подключения к группе трубопроводов, включающей, по меньшей мере: входной трубопровод 3 для соединения с источником воды; трубопровод 4 на вход мембраны для соединения со входом мембраны 16; трубопровод 5 пермеата для соединения с выходом пермеата мембраны 16; трубопровод 6 концентрата для соединения с выходом концентрата мембраны 16, и дренажный трубопровод 7 для соединения со стоком. В качестве средств 8 подключения могут использоваться стандартные фитинги, штуцеры, переходники, цанговые элементы или любые иные подходящие средства. Таким образом, помповый блок 1 по первому варианту исполнения предназначен для соединения с тремя впускными трубопроводами 3, 5 и 6 и двумя выпускными трубопроводами 4 и 7.
Вход насоса 20 соединен со средством подключения к входному трубопроводу 3, а выход насоса 20 соединен со средством подключения к трубопроводу 4 на вход мембраны. Таким образом, насос 20 создает в трубопроводе 4 на вход мембраны давление воды необходимой величины.
Первый датчик 21 давления предназначен для определения давления воды на входе насоса 20. Второй датчик 22 давления предназначен для определения давления пермеата в трубопроводе 5. Оба датчика давления установлены внутри корпуса 18. В качестве датчиков давления 21 и 22 могут использоваться, например, датчики с сильфонным или мембранным упругим элементом. Функцией датчиков давления 21 и 22 является подача электрического сигнала в момент, когда давление в соответствующем трубопроводе достигает определенной максимальной или минимальной величины.
Вход насоса 20 соединен со средством подключения к входному трубопроводу 3 через электромагнитный клапан 24 для прекращения подачи воды в насос по сигналу контроллера 26. Контроллер 26 выдает сигнал на закрытие электромагнитного клапана 24 в случае, если величина давления во входном трубопроводе 3, измеренное первым датчиком 21 давления, достигает определенного нижнего допустимого значения. Снижение давления означает, что во входном трубопроводе 3 недостаточно воды, и, чтобы не допустить поломки насоса 20, контроллер 26 выдает сигнал на его отключение, перекрытие входного трубопровода 3 и включение соответствующего светового индикатора.
Регулируемый клапан 23 обеспечивает соединение внутри корпуса 18 трубопровода 6 концентрата с дренажным трубопроводом 7 и выполняет функцию ограничителя потока на линии дренажа.
Контроллер 26 установлен внутри корпуса 18, например, в его крышке 28 (см. Фиг. 7) и обеспечивает управление работой регулируемого клапана 23, насоса 20, электромагнитного клапана 24 и другими электрическими компонентами. В качестве контроллера 26 может использоваться как программируемый, так и непрограммируемый промышленный контроллер.
Таким образом, помповый блок 1 по первому варианту выполнен так, что при соединении с упомянутой группой трубопроводов:
- входной трубопровод 3 внутри корпуса 18 соединяется со входом насоса 20 через упомянутый электромагнитный клапан 24, при этом входной трубопровод 3 также соединяется с упомянутым первым датчиком 21 давления,
- трубопровод 4 на вход мембраны соединяется внутри корпуса 18 с выходом насоса 20,
- трубопровод 5 пермеата соединяется внутри корпуса 18 со вторым датчиком 22 давления и не является проточным,
- трубопровод 6 концентрата соединяется внутри корпуса 18 с дренажным трубопроводом 7 через регулируемый клапан 23.
- контроллер 26 соединен с упомянутыми первым 21 и вторым 22 датчиками давления, регулируемым клапаном 23, электромагнитным клапаном 24 и выполнен с возможностью управлять работой упомянутого помпового блока.
Помповый блок 1 может содержать установленные на корпусе 18 (например, на крышке 28) диодные средства 10 индикации состояния и режимов работы блока, управляемые контроллером 26. В качестве средств 10 индикации могут использоваться стандартные световые диоды, возможно, разных цветов. В случае наступления того или иного события или включения определенного режима работы загорается соответствующий индикатор. Индикаторы 10 могут, например, информировать пользователя о следующих состояниях: отсутствует вода во входном трубопроводе; осуществляется фильтрация (рабочий режим); режим готовности к фильтрации; режим промывки мембраны; необходимость выполнить перезапуск.
Контроллер 26 выполнен с возможностью переключать регулируемый капан 23 из режима ограничения потока концентрата в режим промывки мембраны 16. Это достигается путем полного открытия регулируемого клапана 23 и увеличения потока, омывающего мембрану. Режим промывки целесообразно включать в конце каждого цикла фильтрации (цикла включения/выключения насоса 20) на время от 15 секунд до 25 секунд, в зависимости от качества воды. Оптимальный режим промывки продлевает ресурс мембраны, повышает качество очистки и степень эффективности фильтрации.
Помповый блок 1 может быть выполнен с возможностью получения измерительной информации от различных датчиков. В этом случае контроллер 26 выполняется с возможностью получения данных от группы датчиков, включающей, например: датчик 30 скорости потока, установленный на входном трубопроводе 3; датчик 31 скорости потока, установленный на трубопроводе 11 подачи пермеата потребителю; датчик 32 солесодержания, установленный на входном трубопроводе 3; датчик 33 солесодержания, установленный на трубопроводе 11 подачи пермеата потребителю; датчик 34 температуры воды, установленный на входном трубопроводе 3; датчик протечки (не показан), размещенный на полу помещения, в котором установлена система фильтрования. Датчики 30, 32 и 34 в первом варианте осуществления помпового блока могут выполняться в общем корпусе в виде сенсор-хаба, устанавливаемого на входной трубопровод 3 снаружи помпового блока 1.
Для связи с группой датчиков выбирается контроллер 26, имеющий достаточное количество входных каналов и способный принимать данные от датчиков, а также хранить, обрабатывать и передавать эти данные в компьютерные системы. Контроллер 26 может иметь модуль беспроводной связи, например, Bluetooth, по сетям Wi-Fi и пр. для передачи полученных данных на удаленное хранение и обработку. Полученные с датчиков данные позволят контроллеру 26 отслеживать состояние процесса фильтрования в реальном времени и управлять работой помпового блока 1 для достижения максимальной степени эффективности и качества очистки. Данные от датчиков могут как храниться в памяти контроллера 26, так и передаваться по сетям, например, в облачные хранилища, и использоваться для информирования пользователя о состоянии системы в реальном времени, например, через специальное приложение на смартфоне.
Таким образом, помповый блок 1 может интегрироваться в различные информационные системы.
Отличием помпового блока 1 по второму варианту осуществления является то, что он дополнительно содержит средства 29 подключения к трубопроводу 11 подачи пермеата потребителю, и в этом случае трубопровод 11 соединяет помповый блок 1 со средством 12 подачи пермеата потребителю (в первом варианте трубопровод 11 соединяет выход пермеата мембраны 16 со средством 12 подачи пермеата потребителю). Отличия второго варианта исполнения и соединения помпового блока 1 от первого показаны на Фиг. 1 пунктирной линией. Как видно на Фиг. 1 и Фиг. 6, трубопровод 5 пермеата внутри корпуса 18 переходит в трубопровод 11 через второй датчик 22 давления, образуя проточную линию пермеата.
Во втором варианте помповый блок 1 выполнен так, что при соединении с упомянутыми трубопроводами трубопровод 5 пермеата соединяется и с трубопроводом 11 подачи пермеата потребителю, и со вторым датчиком 22 давления (как показано на Фиг. 6).
Отличительной особенностью второго варианта исполнения помпового блока 1 является то, что линия пермеата выполнена проточной внутри помпового блока 1, а не глухой, как в первом варианте. Такое исполнение позволяет разместить группу датчиков 30-34 внутри корпуса 18 и обеспечить те же дополнительные функциональные возможности при меньшем количестве сборочных элементов системы фильтрования.
Описанная выше конструкция помпового бока 1 по первому и второму вариантам является основой систем обратноосмотического фильтрования.

Такая система, показанная на Фиг. 1-Фиг. 5, содержит обратноосмотическую мембрану 16, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата. В системах фильтрования, снабженных помповым боком в соответствии с настоящим изобретением, оптимальными являются обратноосмотические мембраны марки Prio моделей К858, К859.
Как известно из уровня техники, под пермеатом понимают воду, прошедшую мембранное разделение. Под концентратом понимают воду, не прошедшую мембранное разделение, в которую смываются все задержанные мембраной загрязнения.
В первом варианте осуществления системы выход пермеата мембраны 16 соединен со средством 12 подачи чистой воды потребителю посредством трубопровода 11 подачи пермеата потребителю. На Фиг. 1-Фиг. 5 первый вариант осуществления показан сплошной линией. В качестве средства 12 подачи чистой воды потребителю используется, например, кран 12.
Основу системы фильтрации в соответствии с настоящим изобретением составляет помповый блок 1, показанный на Фиг. 6-Фиг. 8 и описанный выше.
Согласно первому варианту исполнения системы помповый блок 1 соединен с помощью средств 8 подключения со следующими трубопроводами: входной трубопровод 3, трубопровод 4 на вход мембраны, трубопровод 5 пермеата, трубопровод 6 концентрата, дренажный трубопровод 7. Таким образом, помповый блок 1 соединяется с тремя впускными трубопроводами 3, 5 и 6 и двумя выпускными трубопроводами 4 и 7, как это показано на Фиг. 1-Фиг. 5. В качестве средств подключения к упомянутым трубопроводам могут использоваться любые известные средства (фитинги, штуцеры, переходники и пр.).
Перед входом мембраны 16 может устанавливаться, по меньшей мере, один предфильтр. Предфильтр предназначен для защиты от механических примесей и обеспечивает продление ресурса как мембраны, так и других компонентов. Возможны различные варианты установки предфильтра. Предфильтр 13 может устанавливаться на входной трубопровод 3 перед помповым боком 1, как показано на Фиг. 2 (вариант 2), Фиг. 3-Фиг. 5. В этом случае предфильтр 13 защищает от механических загрязнений и насос 20, и мембрану 16. Возможна также установка предфильтра 14 на трубопровод 4 на вход мембраны после помпового блока 1, как показано на Фиг. 2 (вариант 1). В этом случае обеспечивается защита только мембраны 16, но появляется возможность сформировать более компактный единый блок 2 очистки.
В качестве предфильтров могут использоваться как одномодульные, так и многомодульные фильтры. На Фиг. 2-Фиг. 4 показаны одномодульные пред фильтры. На Фиг. 5 показан вариант с многомодульным пред фильтром, представляющим собой сборку из трех модулей, включающей комбинацию осаждаемых и механических фильтрующих модулей.

В качестве предфильтров целесообразно использовать фильтры механической очистки с тонкостью фильтрования на хуже 5 мкм. Оптимальными свойствами для использования в качестве предфильтров в настоящем изобретении обладают фильтры марки Prio моделей К100, К101, К871.

Система фильтрования в соответствии с настоящим изобретением может содержать, по меньшей мере, один постфильтр 15, который устанавливается между выходом пермеата мембраны 16 и средством 12 подачи пермеата потребителю. Наличие постфильтра позволяет повысить качество очистки воды и улучшить ее вкусовые качества. Оптимальными свойствами для использования в качестве постфильтров в настоящем изобретении обладают фильтры марки Prio моделей К875, К870, К884, К879, К880, К886, К881. Из показанных на Фиг. 2, Фиг. 4, Фиг. 5 вариантов очевидно, что постфильтр может устанавливаться как на трубопровод 5 пермеата, так и на трубопровод 11 подачи пермеата потребителю. Наиболее предпочтительной является установка постфильтра 15 на трубопровод 11 максимально близко к средству 12 подачи пермеата потребителю.
Для повышения модульности конструкции целесообразно предфильтр 14, постфильтр 15 и мембрану 16 расположить в одном корпусе в виде единого блока 2 очистки, как это показано на Фиг. 1, Фиг. 3 (пунктирная линия), Фиг. 4 (пунктирная линия) и Фиг. 5 (пунктирная линия). Корпус блока 2 очистки может содержать средства 17 крепления упомянутых фильтров и мембраны и средства 9 подключения к следующим трубопроводам: трубопровод 4 на вход мембраны, трубопровод 5 пермеата, трубопровод 6 концентрата, трубопровод 11 подачи чистой воды потребителю. Средства 17 крепления могут быть выполнены в виде упругих пластиковых вилок, обеспечивающих захват и закрепление цилиндрических корпусов фильтров и мембраны за счет упругой деформации материала. Такая конструкция обеспечивает быстрое снятие/установку без дополнительных сборочных операций.
На трубопроводе 5 пермеата, по возможности максимально близко к выходу пермеата мембраны 16, устанавливается обратный клапан 35, предотвращающий обратный поток пермеата.
Дальнейшее развитие системы в соответствии с настоящим изобретением состоит в наличии группы датчиков 30-34, описанной выше. Система может содержать и дополнительные датчики в зависимости от конкретных условий Это обеспечивает появление в качестве компонентов информационной и коммуникационной подсистем, что позволяет интегрировать систему фильтрования в различные компьютерные сети.
Отличие системы фильтрования по второму варианту исполнения состоит в соединении трубопровода 11 подачи пермеата потребителю. Во втором варианте трубопровод 11 соединяется с помповым блоком 1, а не с выходом пермеата мембраны 16. Этот вариант подключения показан пунктирной линией на Фиг. 1. Во втором варианте отпадает необходимость в установке на блоке 2 очистки средств подключения к трубопроводу 11. Линия пермеата во втором варианте является проточной и начинается с выхода пермеата мембраны 16, проходит внутри корпуса 18 через второй датчик 22 давления и соединяется со средством 12 подачи чистой воды потребителю.
Таким образом, все варианты осуществления системы показаны на графических материалах:
- на Фиг. 1 показана конструкция системы обратноосмотического фильтрования, содержащая помповый бок 1 и блок 2 очистки, соединенные трубопроводами 4, 5 и 6;
- на Фиг. 2 показаны варианты системы фильтрования с постфильтром 15 и двумя вариантами подключения одномодульного предфильтра 13 (вариант 2) и одномодульного предфильтра 14 (вариант 1);
- на Фиг. 3 показана конструкция блока 2 очистки (пунктирная линия), содержащего одномодульный предфильтр 13 и мембрану 16;
- на Фиг. 4 показана конструкция блока очистки (пунктирная линия), содержащего одномодульный предфильтр 13, мембрану 16 и постфильтр 15;
- на Фиг. 5 показана конструкция блока очистки (пунктирная линия), содержащего трехмодульный предфильтр 13, мембрану 16 и постфильтр 15.
Модульность конструкции системы фильтрования позволяет быстро создавать с нуля, а также преобразовывать и модифицировать существующие системы фильтрования в прямоточные обратноосмотические системы.
Это осуществляется следующим образом.
Для системы прямоточного обратноосмотического фильтрования определяют необходимую производительность, выбирают насос 20 (помпу) необходимой мощности и на его основе создают помповый блок 1, как описано выше. Устанавливают помповый блок 1 в непосредственной близости от блока 2 очистки, который не содержит никаких электрических компонентов, или на удалении от него, в зависимости от условий эксплуатации. Настоящее изобретение позволяет создавать сплит-системы фильтрования, в которых необслуживаемый помповый блок 1 может отстоять от требующего быстрой доступности блока 2 очистки на расстояние до 20 метров.
Обеспечивают соединение помпового блока 1 с входным трубопроводом 3, трубопроводом 4 на вход мембраны, трубопроводом 5 пермеата, трубопроводом 6 концентрата и дренажным трубопроводом 7 с помощью соответствующих средств подключения.
Трубопровод 5 пермеата также соединяют со средством 12 подачи чистой воды потребителю с помощью трубопровода 11. В первом варианте осуществления трубопровод 11 соединяет выход пермеата мембраны 16 со средством 12. Во втором варианте трубопровод 11 соединяет выход пермеата мембраны 16 со средством 12 подачи пермеата потребителю через помповый блок 1.
За счет конструкции помпового блока 1 трубопровод 6 концентрата оказывается соединенным внутри корпуса 18 с дренажным трубопроводом 7 через регулируемый клапан 23. Такое подключение позволяет управлять пропускной способностью ограничителя потока на линии дренажа, что повышает коэффициент отбора пермеата и позволяет включать и отключать промывку мембраны для увеличения ее срока службы и эффективности работы.
Открывают входной трубопровод 3 и обеспечивают подачу воды на вход насоса 20 под давлением от 0,05Мпа до 0,45Мпа.
Система фильтрования и помповый блок работают следующим образом.
Первый датчик 21 давления определяет давление воды на входе насоса 20 и передает данные в контроллер 26. Контроллер 26 обеспечивает подачу напряжения от источника питания на насос 20 и открывает электромагнитный клапан 24. Насос 20 подает воду в трубопровод 4 на вход мембраны 16 и обеспечивает давление на входе мембраны 16 не ниже 0,6Мпа.
Пермеат с выхода мембраны 16 подается пользователю через трубопровод 11 и средство подачи 12. В режиме фильтрования регулируемый клапан 23 полуоткрыт и выполняет функцию ограничителя потока концентрата. Концентрат в этом режиме фильтрования сливается в дренажный трубопровод 7 с расходом от 240 мл/мин до 450 мл/мин. На корпусе 18 помпового блока 1 горит соответствующий световой индикатор.
Если пользователь перестает потреблять воду (средство подачи 12 закрыто), давление в трубопроводе 5 пермеата повышается. Второй датчик давления 22 определяет давление в трубопроводе 5 и передает данные в контроллер 26. Если давление пермеата достигает максимального допустимого значения, контроллер 26 включает цикл промывки мембраны 16, для чего переключает регулируемый капан 23 из режима ограничения потока концентрата в режим промывки мембраны 16, после чего выключает насос 20, закрывает электромагнитный клапан 24, возвращает регулируемый капан 23 из режима промывки мембраны 16 в режим ограничения потока концентрата и включает соответствующий световой индикатор. Тем самым предотвращается поломка механизмов помпового блока 1.
В конце каждого цикла работы насоса 20 автоматически включается режим промывки мембраны. Для этого контроллер 26 полностью открывает регулируемый клапан 23 на время от 15 секунд до 25 секунд и обеспечивает слив в дренажный трубопровод 7 потока концентрата с расходом до 2,2 л/мин.
На корпусе 18 помпового блока 1 включается соответствующий световой индикатор.
В случае наличия датчиков 30-34, данные с них направляются в контроллер 26, который в зависимости от заложенных алгоритмов работы осуществляет их обработку, передачу на удаленное хранение и осуществляет управление работой системы в зависимости от полученных данных. Данные с датчиков 30-34, переданные во внешние системы, могут использоваться различным образом, например, направляться в облачное хранилище и через приложение в смартфоне информировать потребителя о состоянии системы и качестве очистки в реальном времени.
Конструкция помпового блока в соответствии с настоящим изобретением позволяет создавать современные прямоточные обратноосмотические системы фильтрования путем преобразования существующих систем мембранной очистки без замены всей системы. Такое преобразование в прямоточные системы обеспечивает увеличение скорости фильтрации, повышение давления перед мембраной обратного осмоса в условиях низкого водопроводного давления, повышение коэффициента отбора пермеата и степени эффективности, а также улучшение степени очистки воды.
В настоящем изобретении коэффициент отбора пермеата может достигать значения 2/3, в то время как в традиционных системных с баком около всего 1/6. Отсюда несложно посчитать, что для получения 1 литра пермеата в традиционной системе через предфильтры нужно пропустить 6 литров воды (5 из которых потом сольются в дренаж). В прямоточной системе в соответствии с настоящим изобретением для получения 1 литра пермеата через предфильтры надо пропустить всего 1,5 литра (из которых в дренаж сольется 0,5 л). В итоге при прочих равных условиях предфильтры в данной системе смогут прослужить в 4 раза дольше (6/1,5=4) и их ресурс в нашем примере растратится лишь на очистку 1,5 л воды, а не 6 л как в традиционных системах.
Таким образом, повышение коэффициента отбора пермеата в свою очередь ведет к более эффективному использованию имеющегося ресурса предфильтров и продлению срока их службы. Управление работой помпового блока посредством контроллера позволяет автоматизировать промывку мембраны после каждого цикла фильтрования, что продлевает срок службы мембраны, а также повышает удобство эксплуатации помпового бока и системы фильтрования в целом.