Система обратноосмотического фильтрования, измерительный блок и способ получения данных о состоянии системы обратноосмотического фильтрования
REVERSE SYSTEM OF FILTERING, MEASURING UNIT AND METHOD FOR OBTAINING DATA ON THE CONDITION OF REVERSE SYSTEM FILTERING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к средствам получения чистой воды, в частности к системам очистки воды обратным осмосом и средствам управления и диагностики таких систем, 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. Еще одним недостатком данной известной системы является то, что в ней отсутствуют средства получения информации о качестве очистки и о состоянии системы, что делает невозможным проведение диагностики и управление системой в режиме реального времени.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание системы прямоточной обратноосмотической очистки воды, обеспечивающей диагностику и управление ею в режиме реального времени.
В ходе решения данной задачи обеспечивается достижение следующей совокупности технических результатов: определение качества очистки воды и работоспособности системы в режиме реального времени, управление работой системы пользователем в удаленном режиме, возможность создания системы сервисного обслуживания и технической поддержки кластеров автономных систем обратноосмотического фильтрования в режиме реального времени, получение данных для оптимизации и модифицирования существующих систем фильтрования для повышения их эффективности и соответствия условиям эксплуатации.
Данная совокупность технических результатов достигается тем, что система обратноосмотического фильтрования содержит:
- по крайней мере, одну обратноосмотическую мембрану;
- по крайней мере, один насос, обеспечивающий подачу воды на вход упомянутой мембраны;
- измерительный блок, содержащий корпус, в котором установлена группа, по меньшей мере, следующих датчиков для измерения параметров воды: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания, при этом измерительный блок установлен с возможностью измерения упомянутыми датчиками параметров воды перед входом упомянутой мембраны;
- в упомянутом корпусе измерительного блока установлена плата с электронными компонентами, предназначенная для соединения с упомянутыми датчиками, вместе с, по крайней мере, одним модулем беспроводной локальной сети (WLAN) для передачи полученных от упомянутых датчиков данных в онлайн-хранилище.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что измерительный блок имеет средства подключения к внешнему источнику питания.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что измерительный блок снабжен средствами установки внутреннего источника питания.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью подключения, по крайней мере, одного внешнего датчика, выбранного из группы: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания, рН датчик, датчик давления, при этом упомянутый внешний датчик установлен с возможностью измерения параметров воды, прошедшей очистку упомянутой мембраной.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью подключения группы, по меньшей мере, следующих внешних датчиков для измерения параметров воды: датчик скорости потока, датчик солесодержания.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью подключения, по крайней мере, одного внешнего датчика протечки.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что система содержит перекрывающий электромагнитный клапан, установленный на входе в систему, а упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью управлять работой этого клапана и, соответственно, перекрывать или открывать подачу воды в систему.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами снабжена модулем беспроводной персональной сети (WPAN), предназначенным для установления прямого соединения с внешним компьютерным модулем.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутое онлайн-хранилище данных выполнено с возможностью взаимодействия с, по крайней мере, одним упомянутым внешним компьютерным модулем путем отправки уведомлений о работе упомянутого измерительного блока и получения управляющих команд от упомянутого внешнего компьютерного модуля.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что в качестве упомянутого внешнего компьютерного модуля используется персональное электронно-вычислительное устройство, выбранное из группы: планшет, персональный компьютер, смартфон, носимое смарт-устройство, на котором установлено программное приложение, обеспечивающее получение и отображение информации о состоянии системы.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутое онлайн-хранилище выполнено с возможностью направлять в упомянутый внешний компьютерный модуль, по крайней мере, следующие данные посредством push технологии; степень отбора пермеата, степень обессоливания, объем прошедшей через систему воды, данные о состоянии системы, уведомления о неполадках, данные о сроках замены расходных элементов системы, сервисные данные, а упомянутый внешний компьютерный модуль выполнен с возможностью отображать визуально полученную информацию.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутый насос установлен в помповом блоке, который включает регулируемый клапан, первый и второй измерители давления, при этом упомянутый измерительный блок также установлен внутри упомянутого помпового блока.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что измерительный блок для системы обратноосмотического фильтрования, имеющей соединенную с трубопроводами обратноосмотическую мембрану, содержит:
- корпус, внутри которого установлена трубка, предназначенная для встраивания в трубопровод системы до входа в упомянутую мембрану;
- средства подключения к источнику питания;
- в упомянутом корпусе установлена группа, по меньшей мере, следующих датчиков для измерения параметров воды в упомянутой трубке: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания;
- плату с электронными компонентами, установленную в упомянутом корпусе и снабженную модулем беспроводной локальной сети (WLAN);
- упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью соединения с упомянутыми датчиками и обеспечения передачи полученных от них данных в онлайн-хранилище посредством упомянутого модуля беспроводной локальной сети (WLAN).
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью подключения, по крайней мере, одного внешнего датчика протечки, а также группы, по меньшей мере; следующих внешних датчиков для измерения параметров воды: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания, при этом упомянутая группа внешних датчиков выполнена с возможностью измерения параметров воды, прошедшей очистку упомянутой мембраной.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами выполнена с возможностью управления перекрывающим электромагнитным клапаном и с возможностью перекрывать или открывать подачу воды в систему.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая плата с электронными компонентами снабжена модулем беспроводной персональной сети (WPAN), предназначенным для установления прямого соединения с внешним компьютерным модулем.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что упомянутая трубка включает Т-фитинги, в каналы ответвления которых установлены упомянутые датчики температуры и солесодержания.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что способ получения данных о состоянии системы обратноосмотического фильтрования, включающей обратноосмотическую мембрану, состоит в том, что
- на трубопроводе системы перед входом упомянутой мембраны устанавливают измерительный блок, содержащий корпус, в котором установлена группа, по меньшей мере, следующих датчиков для измерения параметров воды: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания, а также плата с электронными компонентами, предназначенная для соединения с упомянутыми датчиками, вместе с, по крайней мере, одним модулем беспроводной локальной сети (WLAN) для передачи полученных от упомянутых датчиков данных в онлайн-хранилище;
- обеспечивают измерение упомянутыми датчиками параметров воды перед входом упомянутой мембраны;
- обеспечивают передачу данных от упомянутых датчиков в онлайн-хранилище посредством упомянутого модуля беспроводной локальной сети (WLAN);
- обеспечивают передачу данных из онлайн-хранилища во внешний компьютерный модуль для отображения.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что
- дополнительно обеспечивают упомянутую плату с электронными компонентами модулем беспроводной персональной сети (WPAN);
- после установки упомянутого измерительного блока обеспечивают прямое соединение внешнего компьютерного модуля с упомянутым измерительным блоком посредством упомянутого модуля беспроводной персональной сети (WPAN);
- с помощью упомянутого внешнего компьютерного модуля обеспечивают настройку соединения упомянутого измерительного блока с беспроводной локальной сетью для соединения с Интернет;
- обеспечивают привязку упомянутого измерительного блока и упомянутого внешнего компьютерного модуля к одной учетной записи AccountID в упомянутом онлайн-хранилище.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что после первого соединения упомянутого измерительного блока с сетью Интернет и установления связи с упомянутым онлайн-хранилищем, упомянутая учетная запись AccountID для упомянутого измерительного блока создается упомянутым онлайн-хранилищем автоматически, при этом упомянутый измерительный блок, обладающий уникальным идентификационным номером DeviceID, и упомянутый внешний компьютерный модуль, обладающий уникальным идентификационным номером в соответствии со стандартом UUID, привязываются к упомянутому AccountID, а каждому упомянутому датчику присваивают свой идентификационный номер SensorID.
Указанная совокупность технических, результатов достигается также тем, что к одной упомянутой учетной записи AccountID присоединяют несколько упомянутых внешних компьютерных модулей с различным идентификатором UUID, при этом один и тот же упомянутый компьютерный модуль может быть привязан к нескольким упомянутым AccountID.
Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что
- устанавливают, по крайней мере, один внешний датчик, выбранный из группы: датчик скорости потока, датчик температуры, датчик солесодержания, рН датчик, датчик давления, при этом упомянутый внешний датчик устанавливают с возможностью измерения параметров воды, прошедшей очистку упомянутой мембраной;
- обеспечивают измерение упомянутым внешним датчиком параметров воды после ее очистки упомянутой мембраной;
- обеспечивают передачу данных от упомянутого внешнего датчика в онлайн-хранилище посредством упомянутого модуля беспроводной локальной сети (WLAN).
Отличительной особенностью средств в соответствии с настоящим изобретением является то, что они позволяют пользователям получать информацию о качестве очистки и работе системы в режиме реального времени и удаленно. Другой отличительной особенностью настоящего изобретения является высокая степень агрегативности конструкции и возможность встраивания измерительного блока в соответствии с настоящим изобретением в уже действующие системы фильтрования.
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.
На Фиг. 9 показана конструкция измерительного блока.
На Фиг. 10 показана конструкция узла установки датчиков.
На Фиг. 11 показана коммуникационная схема подключения внешних датчиков и связи измерительного блока.
На Фиг. 12 показана схема построения системы сервисного обслуживания и технической поддержки.
Осуществление изобретения
Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой остается актуальной во всем мире. Существующие системы очистки воды основаны на различных принципах и обладают существенно различными эксплуатационными свойствами. В одних условиях эксплуатации эффективными являются одни системы, в других - другие. Условия эксплуатации системы очистки воды могут меняться во времени. Те исходные условия, для которых изначально проектировалась та или иная система очистки, могут настолько измениться, что эффективность работы системы может существенно снизиться. Вместе с этим анализ эффективности работы систем очистки является трудоемким и затратным процессом. В силу различной конструкции существующих систем и различных эксплуатационных условий, повышение их технического уровня возможно чаще всего только путем полной замены всего оборудования. При этом, такие решения чаще всего не основаны на объективных диагностических данных.
Современным системам предъявляются также дополнительные требования с точки зрения интерактивности, коммуникативных качеств и возможности управления ими в удаленном режиме в реальном времени.
Настоящее изобретение решает задачу обеспечения систем очистки воды эффективными измерительными и диагностическими программно-аппаратными средствами, позволяющими получить объективные данные о работе системы в реальном времени. За основу взята система обратноосмотического фильтрования, как отвечающая 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.
Одним из основных факторов, определяющих эффективность процесса обратного осмоса является величина давления воды на входе мембраны, которое может обеспечиваться помповым блоком 1, конструкция которого показана на Фиг. 6 - Фиг.8. При отсутствии в системе помпового блока, для создания давления воды достаточно одного насоса 20.
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.
В качестве насоса 20 используется водяной объемный насос, рабочий орган которого выполнен в виде гибкой пластины (диафрагмы), закрепленной по краям. В насосах такого типа пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе.
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.
Материал корпуса 18 должен обладать высокими эксплуатационными и механическими свойствами: прочность, жесткость, коррозионная стойкость, огнестойкость. Целесообразно изготовить корпус 18 из пластика, например, полипропилена, полистирола, полиэтилена, поликарбоната. Корпус 18 может 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 предназначен для соединения, по крайней мере, 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 может быть выполнен так, что при соединении с группой трубопроводов:
- входной трубопровод 3 внутри корпуса 18 соединяется со входом насоса 20 через электромагнитный клапан 24, при этом входной трубопровод 3 также соединяется с 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 первым 21 и вторым 22 датчиками давления, регулируемым клапаном 23, электромагнитным клапаном 24 и выполнен с возможностью управлять работой помпового блока 1.
Помповый блок 1 содержит установленные на корпусе 18 (например, на крышке 28) диодные средства 10 индикации состояния и режимов работы блока, управляемые контроллером 26. Наличие световых индикаторов обеспечивает интерактивность системы, т.е. высокоэффективное взаимодействие с пользователем. 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. Оптимально установить на корпусе 18, по крайней мере, четыре средства 10 индикации, информирующих о следующих режимах или состояниях: индикация отсутствия подачи воды на входе насоса 20 (в этом состоянии насос 20 выключен); индикация процесса фильтрации (в этом режиме насос 20 включен); индикация готовности блока к началу фильтрации (насос 20 выключен); индикация режима промывки (насос 20 включен).
Индикаторы 10 (при включении по отдельности или в определенной комбинации) могут, например, информировать пользователя и о других состояниях: необходимость выполнить перезапуск; наличие или отсутствие связи с беспроводными сетями, связь с удаленными устройствами, необходимость сервисных мероприятий (замена картриджей, мембраны и пр.).
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. Для улучшения качества промывки и очистки воды в целом режим промывки может включаться не только в конце, но и перед началом каждого цикла фильтрации.
Задача получения диагностической и эксплуатационной информации решается измерительным блоком 30, показанным на Фиг. 9 - Фиг. 11. Измерительный блок 30 содержит корпус, внутри которого установлена трубка 31, предназначенная для встраивания в трубопровод системы до входа в мембрану. Таким образом, измерительный блок 30 может устанавливаться как на входной трубопровод 3 (как показано на Фиг. 1), так и на трубопровод 4 на вход мембраны, т.е. либо до, либо после помпового блока 1. Установка может осуществляться посредством двух соединителей (фитингов) 32 или любым другим известным способом.
Измерительный блок 30 содержит средства подключения к источнику питания, в качестве которых может использоваться либо источник внешнего питания, либо внутренний блок 33 (аккумулятор, батареи). Для управления состоянием на корпусе измерительного блока установлена кнопка управления 34, предназначенная для сброса настроек до настроек по умолчанию, перевода блока в режим доступности для обнаружения. Кнопка 34 может быть снабжена световым индикатором, режим работы которого (горит постоянно, мигает часто, мигает редко, не горит) информирует пользователя о текущем состоянии блока. Кнопка 34 может быть выполнена с возможностью включения/выключения питания измерительного блока 30.
В корпусе измерительного блока 30 установлена группа, по меньшей мере, следующих датчиков для измерения параметров воды в трубке 31: датчик скорости потока 35 (называемый также расходомером), датчик температуры 36, датчик солесодержания 37 (известный также как TDS-метр). Как известно, под датчиком понимается средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения. Датчики (называемые также измерителями, сенсорами и пр.) 35-37 могут иметь любую совместимую с электронной системой управления конструкцию. Трубка 31 может включать Т-фитинги, в каналы ответвления которых установлены датчики 36 и 37. На Фиг. 10 показан возможный вариант установки датчиков 36 или 37. Т-фитинг 49 своим прямоточным каналом встраивается в трубку 31, а датчик 36 или 37 устанавливается в Т-ответвление фитинга, как показано на Фиг. 10. Датчик скорости потока 35 может непосредственно устанавливаться внутрь трубки 31 или иным образом в зависимости от вида используемого датчика.
Также внутри корпуса установлена плата 38 с электронными компонентами, снабженная модулем 40 беспроводной локальной сети (WLAN). В качестве платы 38 может использоваться одноплатный компьютер (SBC). Модуль 40 беспроводной связи может быть выполнен как в виде отдельного элемента, так и в виде неотъемлемой части платы 38, и предназначен для установления соединения (Wi-Fi) с Интернетом. Модуль 40 может обеспечивать также связь с беспроводными персональными сетями (например, Bluetooth), обеспечивающими прямое соединение с внешним компьютерным модулем 46 (например, со смартфоном).
Плата 38 снабжена необходимыми драйверами и выполнена с возможностью соединения с датчиками 35, 36 и 37, а также с внешними датчиками при их наличии, и обеспечивает передачу полученных от них данных в онлайн-хранилище 47 посредством модуля 40.
Плата 38 выполнена с возможностью подключения, по крайней мере, одного внешнего датчика протечки (не показан), а также следующих внешних датчиков для измерения параметров воды: датчик 42 давления (манометр), датчик 43 скорости потока (называемый также расходомером), датчик солесодержания 44, датчик температуры, рН датчик. Внешние датчики 43 и 44 устанавливаются для измерения параметров воды, прошедшей очистку мембраной 16, в частности, перед средством 12 подачи чистой воды потребителю. Датчик 42 давления может устанавливаться на трубопроводе 4 на вход мембраны до входа в мембрану 16. Для подключения внешних датчиков плата 38 содержит соответствующие средства 39 (интерфейсы подключения).
Плата 38 выполнена с возможностью управления внешним перекрывающим электромагнитным клапаном 45, предпочтительно установленном на входном трубопроводе 3. Таким образом, по сигналу от платы 38 обеспечивается возможность перекрывать или открывать подачу воды в систему. Как один из возможных вариантов, плата 38 может управлять также электромагнитным клапаном 24, установленном внутри корпуса 18 помпового блока 1 и в этом случае перекрывающий электромагнитный клапан 45 можно не устанавливать.
Плата 38 может быть снабжена модулем беспроводной персональной сети (WPAN) (не показан). Он может быть выполнен как в виде отдельного элемента, так и входить в состав платы 38 или модуля 40. Модуль беспроводной персональной сети (WPAN) предназначен для установления прямого соединения (типа Bluetooth) с внешним компьютерным модулем 46 (используемым, например, для первоначальной настройки измерительного блока, а также для визуализации измерительной информации от датчиков). В качестве внешнего компьютерного модуля используется персональное электронно-вычислительное устройство, выбранное из группы: планшет, персональный компьютер, смартфон, носимое смарт-устройство, на котором установлено программное приложение, обеспечивающее получение и отображение информации о состоянии системы.
Измерительный блок 30 может содержать средства световой индикации 41, аналогичные помповому блоку 1.
Помповый блок 1 и измерительный блок 30 выполняются в виде отдельных устройств. Возможен также вариант, когда измерительный блок 30 размещается внутри помпового блока 1 и устанавливается на трубопровод перед входом в насос 20, как показано на Фиг. 6.
Помповый блок 1 и измерительный блок 30 устанавливаются в систему обратноосмотического фильтрования, показанную на Фиг. 1 - Фиг. 5.

Система в целом содержит обратноосмотическую мембрану 16, имеющую вход, выход концентрата и выход пермеата. В системах фильтрования, снабженных помповым и измерительным блоками 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.
Выход пермеата мембраны 16 соединен со средством 12 подачи чистой воды потребителю посредством трубопровода 11 подачи пермеата потребителю. На Фиг. 1 - Фиг. 5 такой вариант осуществления показан сплошной линией. В качестве средства 12 подачи чистой воды потребителю используется, например, кран 12.
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 фильтрующих модулей одинакового или различного действия (механические, сорбционные и пр.).

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, К200, К205, К604, К870, К871, К874, К875. Использование предфильтров повышает качество очистки воды и продлевает срок службы мембраны.

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, К873, К896. 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 фильтров и мембраны, а также 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 (Фиг. 2).
Система содержит измерительный блок 30, конструкция которого описана выше. Этот блок обеспечивает появление в качестве компонентов информационной и коммуникационной подсистем, что позволяет интегрировать систему фильтрования в различные компьютерные сети.
Система фильтрования объединяет различное соединение трубопровода 11 подачи пермеата потребителю. Как вариант, трубопровод 11 соединяется с помповым блоком 1, а не с выходом пермеата мембраны 16. Этот вариант подключения показан пунктирной линией на Фиг. 1. В таком варианте отпадает необходимость в установке на блоке 2 очистки средств подключения к трубопроводу 11. Линия пермеата 5 в таком варианте является проточной и начинается с выхода пермеата мембраны 16, проходит внутри корпуса 18 через второй датчик 22 давления, выходит через средство 8 подключения в линию 29 (см. Фиг. 6) и соединяется со средством 12 подачи чистой воды потребителю (как показано пунктирной линией на Фиг. 1).
Таким образом, все варианты осуществления: системы показаны на графических материалах:
- на Фиг. 1 показана конструкция системы обратноосмотического фильтрования, содержащая помповый блок 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 одномо дульный 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.
Во всех случаях, информационный блок 30, содержащий датчики 35, 36 и 37, устанавливается для измерения параметров воды на входе в мембрану 16, а внешние датчики 43, 44 измеряют параметры воды после ее очистки мембраной 16.
Описанная выше конструкция позволяет реализовать способ получения объективных данных о состоянии системы.
Способ состоит в том, что
- обеспечивают измерение датчиками 35-37 параметров воды перед входом мембраны 16;
- обеспечивают передачу данных от датчиков 35-37 в онлайн-хранилище 47 (Фиг. 11) посредством модуля 40 беспроводной локальной сети (WLAN);
- обеспечивают передачу данных из онлайн-хранилища 47 во внешний компьютерный модуль 46 для отображения.
Аналогичным образом обеспечивают передачу информации с внешних датчиков 42-44, как показано на Фиг. 11.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Обеспечивают соединение помпового блока 1 и измерительного блока 30 с входным трубопроводом 3. Помповый блок 1 также соединяется с 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.
После установки измерительного блока 30 на соответствующий трубопровод активируют подключение измерительного блока 30 к сети Интернет и онлайн-хранилищу 47 следующим образом.
Устанавливают соединение внешнего компьютерного модуля 46 с измерительным блоком 30 посредством модуля беспроводной персональной сети (WPAN) (не показан). Благодаря наличию у платы 38 соответствующих программно-аппаратных возможностей с помощью внешнего компьютерного модуля 46 (например, смартфона) обеспечивают настройку соединения измерительного блока 30 с одной из доступных беспроводных локальных сетей для соединения с Интернет. После первого такого соединения измерительный блок 30 устанавливает связь с онлайн-хранилищем 47, которое автоматически создает учетную запись AccountID измерительного блока 30 в облачном хранилище. Измерительный блок 30 обладает уникальным идентификационным номером DeviceID. Внешний компьютерный модуль 46, обеспечивающий связь с измерительным блоком 30 и управление им, имеет уникальный идентификационный номер в соответствии со стандартом UUID. В результате описанного выше первого соединения идентификаторы DeviceID и UUID привязываются к созданному AccountID, а каждому датчику 35-37,42-44 присваивается свой идентификационный номер SensorID.
Таким образом, измерительное устройство 30, датчики 35-37, 42-44 и внешний компьютерный модуль 46 прикрепляются к учетной записи в онлайн-хранилище 47. К одной учетной записи AccountID можно присоединить несколько внешних компьютерных модулей 46 с различным идентификатором UUID. Один и тот же компьютерный модуль 46 (со своим уникальным UUID) может быть присоединен к различным записям AccountID для управления несколькими измерительными блоками 30 и подключенными к ним датчиками, каждый из которых имеет свой SensorID. Это позволяет контролировать с одного внешнего компьютерного модуля 46 несколько систем фильтрования, снабженных соответствующими измерительными блоками 30, а также позволяет контролировать одну и ту же систему фильтрования, снабженную измерительным блоком 30, с нескольких внешних компьютерных модулей 46 с различным идентификатором UUID.
После того, как система сконфигурирована и беспроводная связь между всеми компонентами установлена, 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.
Датчики 35-37 измерительного блока 30 получают данные о параметрах воды до ее очистки мембраной 16, датчики 43, 44 - после ее очистки мембраной 16, и передают их в онлайн-хранилище 47. Здесь, благодаря программному обеспечению, полученные данные обрабатываются и на их основе вычисляются различные расчетные и интегральные показатели: объем пропущенной через систему воды за различные периоды (как общий объем воды, так и объем только той воды, которая прошла мембранное разделение (пермеат)), вычисление даты необходимого сервисного обслуживания, замены картриджей, коэффициент отбора пермеата, степень обессоливания, объем дренажной воды. Наличие внешних датчиков 42-44 расширяет количество контролируемых параметров. Указанные параметры характеризуют как качество очистки, так и работоспособность системы, позволяя, например, точно определять остаточный ресурс картриджей, мембраны и других компонентов.
Полученная информация, а также вычисленные параметры, передаются из онлайн-хранилища 47 в модуль 46 для отображения. Получив эти данные, пользователь имеет возможность контролировать состояние системы и реагировать на различные нештатные ситуации. Например, датчик температуры 35 и манометр 42 предоставляют информацию об аварийных ситуациях (подача в систему горячей воды вместо холодной, поломка насоса 20, протечка и пр.). Получив соответствующую информацию, пользователь может удаленно дать команду на перекрытие подачи воды в систему путем закрытия электромагнитного клапана 45. Для удобства пользователя, информация, передаваемая из онлайн-хранилища 47, может иметь цветовую дифференциацию и представляться в различных окнах приложения. Так, например, зеленым цветом будет отображаться информация о штатном режиме работы системы, оранжевым или красным - предупреждения о возможных неисправностях. Внешний компьютерный модуль 46 может иметь различные виджеты для представления полученной информации в наиболее удобной для пользователя форме.
В свою очередь, 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 0,6 МПа.
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. Режим промывки может включаться и перед каждым циклом работы насоса 20.
Измерительный блок в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в системах обратноосмотического фильтрования различного типа. Использование помпового блока 1 для функционирования измерительного блока 1 не является обязательным.
За счет анализа получаемых измерительным блоком 30 данных, таких как скорость потока до и после мембраны 16, время включения и выключения этих потоков, их продолжительность и сдвиг во времени относительно друг друга, и накопления этих данных, полученных от датчиков 35-37 и 42-44, появляется возможность однозначно идентифицировать тип системы фильтрования (наличие бака и его объем, наличие режима автопромывки, тип насоса) и выработать объективные рекомендации по ее модернизации с точки зрения экономии ресурсов и снижению расходов. В качестве примера, использование настоящего изобретения позволяет оценить целесообразность увеличения размера накопительного бака (при его наличии), если он слишком часто опустошается (это можно определить по минимальной, средней и максимальной длительности донаполнения бака водой по показаниям, собранным датчиком 43, и количеству соответствующих событий), хотя в норме он должен быть почти полон практически всегда (максимальное число событий донаполнения бака должны быть короткими по времени, события с длительным временем наполнения бака должны быть редкими). Соответствующие рекомендации по модернизации, системы пользователь получает через внешний компьютерный модуль 46.
Новые возможности данное изобретение открывает сервисным службам и разработчикам систем очистки воды. На Фиг. 12 показана схема передачи информации от нескольких систем фильтрации, установленных в различных зданиях и снабженных измерительными блоками 30, в единый сервисный центр 48. Настоящее изобретение позволяет автоматизировать и оптимизировать процесс технического и сервисного обслуживания на основе объективных данных, получаемых в реальном времени.
Полученные в соответствии с настоящим изобретением данные позволят разработчикам определить параметры и способы эксплуатации созданных ими систем очистки воды и усовершенствовать их конструкцию необходимым образом.