УСТРОЙСТВО ДЛЯ КИПЯЧЕНИЯ ВОДЫ С ФУНКЦИЕЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER BOILER-STERILISER AND METHOD OF WATER TREATMENT

Область техники
Изобретение относится к устройству с функциями кипячения и стерилизации, предназначенному для получения стерилизованной воды. Оно содержит многоуровневый фильтр для фильтрации проточной воды, накопительную емкость, которая может заполняться отфильтрованной проточной водой и имеет управляемые нагревательные элементы для нагрева воды, содержащейся в накопительной емкости или емкости для кипячения, а также средства стерилизации, которые гарантируют, что вода в накопительной емкости будет нагрета до температуры кипения. Кроме того, изобретение относится к способу очистки питьевой воды.
Уровень техники
Запасы питьевой воды в мире сокращаются, а доступ населения к чистой питьевой воде ограничивается, в целом, несколькими регионами. Так как люди в прочих регионах часто живут большими семьями, существует необходимость получения за один раз относительно большого количества чистой питьевой воды. Емкость обычных кипятильных аппаратов, например, 1,5 л, недостаточна. Кроме того, устройства подачи чистой питьевой воды должны быть компактными, например, навешиваться на стену, а также должны отличаться простым и недорогим способом установки.
В DE 2460067 заявлено устройство подачи питьевой воды, содержащее впускной трубопровод для пресной воды с устройством снижения жесткости воды, фильтром и впускным клапаном, расположенными друг за другом в подводящем трубопроводе, накопительную емкость, которая может нагреваться нагревательным устройством и имеет термостат или, в альтернативном варианте, манометрический выключатель для регулирования температуры находящейся в накопительной емкости нагретой воды, а также выводящий трубопровод, выходящий из накопительной емкости. Этот трубопровод в смесительном клапане разветвляется на выходной водопровод, ведущий в водовыпуск, и обводящий трубопровод. Альтернативой накопительной емкости с нагревательным устройством может служить первый проточный нагреватель. Выходной водопровод соединяется с подводящим трубопроводом, образуя теплообменник, так что тепло, присутствующее в выводимой воде, посредством теплообменника используется для нагрева поступающей воды. При необходимости получения очень высоких температур в обводящем трубопроводе предлагается установка второго проточного нагревателя, предназначенного для дополнительного нагрева протекающей по нему выводимой воды. В выходном водопроводе перед водовыпуском предусмотрено устройство охлаждения протекающей по нему выводимой воды. Недостаток такого устройства подачи питьевой воды заключается в том, что при заборе воды не гарантируется кипячение забираемой воды в течение минимально необходимого времени. Также возможен забор застоявшейся или охлажденной воды, у которой не гарантируется безопасная для здоровья степень обеззараживания.
Сущность изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства, удовлетворяющего вышеуказанным требованиям, а также способа получения обеззараженной, безопасной для здоровья или стерилизованной воды, не имеющего вышеупомянутых недостатков.
Задача решается устройством согласно пункту 1 формулы изобретения и способом согласно пункту 8 формулы изобретения. Варианты исполнения изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения и в последующем описании варианта исполнения изобретения.
Вышеупомянутое устройство получения питьевой воды дополняется, согласно изобретению, средствами медленного кипячения, которые гарантируют, что вода, забираемая из накопительной емкости, будет подаваться на место забора с температурой, по меньшей мере, соответствующей температуре медленного кипения. При этом под «медленным кипением» понимается процесс, лежащий во времени после закипания, то есть термическая обработка уже вскипяченной или стерилизованной воды. Разумеется, медленное кипение не обязательно должно следовать непосредственно за закипанием. Оно может происходить также спустя некоторое время после закипания. Таким образом, принцип изобретения заключается в том, что уже вскипяченная вода, которая должна забираться из устройства, нагревается непосредственно перед забором. Причина в том, что единожды вскипяченная вода, которая не была израсходована непосредственно после кипячения, может быть снова заражена в устройстве очистки воды. Таким образом, устройство согласно изобретению гарантирует забор обеззараженной, безопасной для здоровья воды в любое время, потому что надежно предотвращается возможное ухудшение качества единожды нагретой и не забранной сразу же воды.
Размер средств медленного кипячения выбирается таким образом, чтобы температура медленного кипячения была достаточно высокой и/или длительность медленного кипячения была достаточно большой в зависимости от скорости забора воды. Это означает, что длительность и температура медленного кипячения согласуется с длительностью воздействия на воду средств медленного кипячения, так что вода может быть нагрета до необходимой температуры медленного кипячения. Предпочтительно температура медленного кипячения равна температуре кипения. Благодаря этому забираемая вода гарантированно обеззараживается в желаемой или необходимой степени.
Температура кипения должна составлять не более 98°С и не менее 92°С, предпочтительно от 94 до 96°С. Благодаря этому вода гарантированно обеззараживается в желаемой степени.
Также средства стерилизации при помощи таймера могут гарантировать, что будет выдержано заданное время кипячения, например, по меньшей мере, одна минута. Благодаря этому обеспечивается качественное и полное обеззараживание вскипяченной воды.
Кроме того, средства стерилизации могут содержать термостат, контролирующий поддержание температуры кипения воды в накопительной емкости. Он может быть соединен с контроллером с целью регулирования нагрева воды. При этом с термостатом соединяется таймер с целью обеспечения выдерживания заданной длительности кипячения.
Средства стерилизации могут содержать термометр для воды в накопительной емкости и контроллер, регистрирующий измеренные значения температуры и регулирующий параметры нагревательного устройства. На этапе нагрева, когда накопительная емкость заполнена свежей холодной водой, для кипячения необходима большая тепловая мощность, чем на этапе, когда вода уже нагрета до температуры кипения и кипятится в течение определенного времени. В альтернативном варианте на этапе нагрева может вырабатываться максимальная тепловая мощность, чтобы максимально быстро нагреть воду, не уменьшая время кипячения; напротив, скорость испарения воды увеличивается. Преимущество управления такого рода заключается в том, что минимизируются затраты тепловой энергии, необходимые для кипячения, и скорость испарения, причем поддерживается температура кипения воды и, тем самым, обеспечивается надежное обеззараживание.
С помощью программируемых средств контроля температуры может быть создан журнал заданной температуры, то есть управляемая зависимость температуры от времени. В соответствии с ней температура воды может быть доведена до, по меньшей мере, заданной первой температуры, предпочтительно температуры кипения, и может поддерживаться на этой отметке в течение некоторого промежутка времени, предпочтительно заданной продолжительности кипения.
Средства стерилизации могут содержать одно или несколько нагревательных устройств в емкости для кипячения с соответствующей тепловой производительностью каждое. Первое нагревательное устройство может служить для нагрева до температуры кипения, второе - для поддержания температуры кипения или кипячения при данной температуре, а третье - для поддержания температуры на отметке медленного кипячения или более низкой температуры пополнения запасов. В альтернативном варианте управляемое нагревательное устройство или несколько управляемых и включенных совместно нагревательных устройств могут использоваться в вышеупомянутых целях при одинаковой или различающейся, или регулируемой тепловой производительности.
В накопительной емкости может быть расположен датчик уровня наполнения, который подает пользователю сигнал и/или передает его на контроллер. Кроме того, может быть предусмотрена управляющая цепь, устанавливающая тепловую производительность нагревательного устройства в зависимости от уровня наполнения.
Для обработки данных таймера, термостата или термостатов, термометра и датчика уровня наполнения устройство может содержать, например, центральный контроллер с одной или несколькими логическими схемами управления. Каждая из логических схем управления может быть выполнена в виде аппаратной части, например, в форме жестко соединенных с проводящей подложкой электронных элементов, или в форме последовательностей команд, сохраненных, например, в памяти и выполняемых микропроцессором; также возможна комбинация двух этих форм.
Средства медленного кипячения могут выбираться из следующих вариантов:
(i) Контроллер для установки температуры медленного кипения воды в накопительной емкости по истечении времени кипячения на период вплоть до забора воды из накопительной емкости. Для этого может использоваться, например, вышеупомянутое третье нагревательное устройство, или же управляемое нагревательное устройство может быть включено на вышеупомянутую третью тепловую производительность.
(ii) Проточный нагреватель, нагревающий воду из накопительной емкости до температуры медленного кипения.
(iii) Средства блокировки выпуска воды и управления с оптическим или акустическим индикатором, позволяющие забирать воду из накопительной емкости лишь по истечении, по меньшей мере, времени кипячения и нагревающие ее перед забором, по меньшей мере, до температуры медленного кипения, если температура воды по истечении времени кипячения опустилась ниже температуры медленного кипения.
Средства медленного кипячения согласно вариантам (i) и (ii) гарантируют, что забираемая вода непосредственно перед забором будет еще раз надежно и в желаемой степени нагрета, то есть обеззаражена.
Согласно варианту (i) средство медленного кипячения может представлять собой термостат, предназначенный для контроля температуры медленного кипения в накопительной емкости для воды и соединенный с контроллером, управляющим нагревательными устройствами. Тем самым обеспечивается нагрев до минимально необходимой температуры.
Термостат может переключаться на температуру медленного кипения и являться составной частью средства стерилизации. Предпочтительно используется второй термостат.
Согласно варианту (ii) средство медленного кипячения может представлять собой проточный нагреватель, установленный, например, в заборном трубопроводе и обеспечивающий нагрев до минимально необходимой температуры. Благодаря этому возможна подача воды без больших задержек, так как проточный нагреватель должен нагревать лишь забираемый в каждом случае объем воды.
Логическая схема управления может применяться для того, чтобы регистрировать сигнал с данными измерения забираемого объема воды и в зависимости от этого подавать управляющий сигнал, позволяющий установить тепловую производительность проточного нагревателя таким образом, чтобы минимизировать расходы тепловой энергии. В альтернативном варианте проточный нагреватель может включаться / выключаться, выдавая при каждом включении свою (максимальную) тепловую производительность.
Могут быть установлены средства дозирования подачи с регулируемым впускным клапаном, доливающие в накопительную емкость воду из сети водоснабжения в соответствии с объемом забранной воды. Таким образом, в накопительной емкости всегда присутствует максимально возможный объем воды.
Исходя из сказанного, могут быть предусмотрены средства блокировки, которые позволяют провести повторный забор воды только после того, как долитая свежая вода будет прокипячена при соответствующей температуре в течение времени кипячения, то есть будет обеззаражена.
Во впускном трубопроводе после многоуровневого фильтра может быть установлен теплообменник, предназначенный для предварительного нагрева поступающей воды, в который через кольцевой трубопровод подается нагретая вода из накопительной емкости. Помимо предварительного подогрева поступающей воды одновременно производится охлаждение забираемой воды, которая в любом случае и так не используется при температуре медленного кипения. Это позволяет экономить энергию.
Многоуровневый фильтр может быть установлен во впускном трубопроводе в сети водоснабжения. Предпочтительно он должен легко заменяться. Это стимулирует пользователя к его замене, благодаря чему фильтр в любое время работоспособен. Фильтр может содержать один или несколько фильтрующих картриджей, выполняющих одну или несколько фильтрующих функций, для отфильтровывания, например, тяжелых металлов, извести, фосфора и хлора.
Устройство может быть встроено в компактный блок. Благодаря этому пользователь может легко управлять им, транспортировать и монтировать его.
В неустановленном состоянии устройство может быть переносным или монтироваться на месте установки с возможностью съема. Также для простого подключения к сети водоснабжения оно может быть оснащено, например, соединительным шлангом с принятой в данной местности соединительной частью. Устройство может также монтироваться на стенку или потолок или устанавливаться на пол. Таким образом, возможны многообразные варианты использования устройства пользователем.
Способ получения обеззараженной воды из поступающей воды согласно изобретению включает следующие этапы:
a) Фильтрация поступающей воды посредством многоуровневого фильтра.
b) Нагрев поступающей воды в накопительной емкости до температуры кипения.
c) Кипячение нагретой воды при температуре кипения, по меньшей мере, в течение заданного времени кипячения.
d) Медленное кипячение вскипяченной согласно пункту с) воды при температуре медленного кипения вплоть до забора воды.
Таким образом, исключается повторное заражение единожды нагретой воды вплоть до времени ее забора.
Вместо медленного кипячения согласно пункту d) забранная из накопительной емкости вода может проходить по заборному трубопроводу через проточный нагреватель и нагреваться, таким образом, до температуры медленного кипения. Если от кипячения до забора воды прошло много времени, за счет этого можно сэкономить много энергии, затрачиваемой на медленное кипячение.
Способ на этапах с) и d) может быть дополнен этапом блокировки заборного трубопровода. А именно блокировка длится до тех пор, пока не истечет заданное время кипячения воды в накопительной емкости.
Способ на этапах с) и d) может быть также дополнен этапом блокировки долива воды. Блокировка действует до тех пор, пока объем вскипяченной воды не будет полностью забран из накопительной емкости. Таким образом, предотвращается смешивание невскипяченной долитой воды с кипяченой питьевой водой и непреднамеренный забор этой смеси из устройства.
Кроме того, способ на этапах с) и d) может быть дополнен выдачей предупреждения в том случае, когда вода негарантированно обеззаражена в желаемой степени, например, когда заданное время кипячения еще не истекло или когда забор воды при температуре медленного кипения еще не гарантирован.
Принцип изобретения более подробно поясняется ниже на основании чертежа, на котором представлена схема устройства, предназначенного для получения обеззараженной воды.
Осуществление изобретения
Устройство 2 согласно изобретению содержит впускную арматуру 4 для подключения к сети водоснабжения, впускной трубопровод 6, установленный во впускном трубопроводе 6 регулируемый впускной запорный клапан 8 и средства стерилизации 10. Средства стерилизации содержат емкость для кипячения в качестве накопительной емкости 12 с дном 18 емкости, съемную крышку 14 для накрытия емкости 12 для кипячения, средства 16 вентиляции или отвода водяного пара из емкости 12 для кипячения, погруженное в дно 18 емкости нагревательное устройство 20, служащее для нагрева воды в емкости 12 для кипячения, регулируемый блок 22 питания нагревательного устройства 20, двухжильный кабель 24 питания, соединяющий блок 22 питания с нагревательным устройством 20, датчик 30 температуры, датчик 28 уровня заполнения, контроллер 54, сигнальный провод 31 между датчиком 30 температуры и контроллером 54, предназначенный для передачи сигнала об измеренной температуре, сигнальный провод 29 между датчиком 28 уровня заполнения и контроллером 54, предназначенный для передачи сигнала об уровне заполнения, управляющий провод 26 между блоком 22 питания и контроллером 54, предназначенный для управления блоком 22 питания с целью установления тепловой производительности, и управляющий провод 38 между контроллером 54 и блоком 40 питания.
Впускной трубопровод 6 соединяет впускную арматуру 4 с емкостью 12 для кипячения, так что поступающая вода через впускной трубопровод 6 и впускной запорный клапан 8 может попадать в емкость 12 для кипячения. Средства 16 вентиляции обеспечивают выравнивание давления между внутренней частью емкости 12 для кипячения и атмосферным давлением окружающей среды. Нагревательное устройство 20 представляет собой погруженный в дно 18 емкости регулируемый электрический нагрев сопротивлением, который питается от блока 22 питания через силовой кабель 24.
Кроме того, устройство 2 содержит заборный трубопровод 50 для забора кипяченой воды из емкости 12 для кипячения и для подачи медленно кипящей воды на выпуск 52, регулируемый клапан 42 линии забора воды, установленный в заборном трубопроводе 50, установленное в заборном трубопроводе проточное устройство 34 нагрева с нагревателем 32 в качестве средства медленного кипячения, второй управляемый блок 40 питания для проточного устройства 34 нагрева и силовой кабель 36 между проточным устройством 34 нагрева и блоком 40 питания.
Клапан 42 линии забора воды может управляться вручную и может сигнализировать о своем состоянии, то есть во время работы клапан подает сигнал, который зависит от степени открытия клапана 42 линии забора воды и может говорить о расходе забираемой воды. Дополнительно устройство 2 содержит датчик 46 объема забираемой воды, который при работе измеряет расход или объем забираемой воды, и сигнальный кабель 48, соединяющий датчик 46 объема забираемой воды с контроллером 54 с целью передачи данных о расходе или объеме забираемой воды на контроллер 54.
Кроме того, устройство 2 содержит оболочку 58 корпуса, содержащую внутри себя все вышеупомянутые элементы 4-54, в результате чего образуется цельное, компактное, легко управляемое и легко транспортируемое пользователем устройство 2. На задней стенке оболочки 58 корпуса предусмотрены кронштейны для навешивания, с помощью которых устройство 2 может быть подвешено на месте своей установки, например, на стене, с возможностью последующего снятия. Кроме того, оболочка 58 корпуса на своей передней стороне имеет панель управления, которая содержит, по меньшей мере, выключатель, устройство ввода рабочих параметров, например, времени кипячения, различные рабочие режимы и первый оптический индикатор, сигнализирующий, что после заполнения емкости 12 для кипячения свежей водой эта вода еще не кипела при температуре кипения в течение времени кипячения, или, что вода находится в стадии нагрева, или что время кипячения еще не истекло.
Центральный контроллер 54 содержит одну или несколько логических схем управления, предназначенных для управления тепловой производительностью нагревательного устройства 20 и тепловой производительностью проточного нагревателя 32, для управления клапаном 42 линии забора воды и оптическим индикатором на панели управления, сигнализирующим о состоянии устройства 2.
Во время работы контроллер 54 получает от датчика 30 температуры данные о температуре воды в емкости 12 для кипячения, а от датчика 28 уровня заполнения - данные уровня воды. В зависимости от этих данных контроллер 54 выдает управляющий сигнал на блок 22 питания нагревательного устройства 20, который обеспечивает соответствующую управляющему сигналу тепловую производительность или соответствующий ток нагрева в нагревательном устройстве 20.
Кроме того, контроллер 54 получает сигнал с клапана 42 линии забора воды, говорящий о состоянии клапана 42 линии забора воды, например, «открыт» или «закрыт», и выдает на клапан 42 линии забора воды управляющие сигналы, обеспечивающие открытие и/или закрытие клапана 42 линии забора воды. После этого контроллер 54 посылает управляющий сигнал на блок 40 питания, который обеспечивает соответствующую управляющему сигналу тепловую производительность или соответствующий ток нагрева в проточном устройстве 34 нагрева, чтобы нагреть забираемую из емкости 12 для кипячения воду до температуры медленного кипения и, тем самым, прокипятить ее.
В варианте исполнения, отличающемся измерением или настройкой объема забираемой воды, контроллер 54 получает данные с датчика 46 объема забираемой воды. Контроллер содержит схему управления или регулирования для установки состояния датчика 46 забора воды и/или для установки тепловой производительности проточного нагревателя 32. Мощность нагрева выбирается таким образом, чтобы забираемая из емкости 12 для кипячения и протекающая по заборному трубопроводу через проточный нагреватель 32 вода нагревалась до температуры медленного кипения. При усилении или ослаблении потока забираемой воды управляющая схема увеличивает или уменьшает тепловую производительность проточного нагревателя 32.
На основании измеренного потока забираемой воды и длительности забора контроллер определяет объем забираемой воды. В режиме автоматического долива контроллер 54 при помощи логической схемы управления заполнением (не показана) может управлять регулируемым впускным клапаном (вместо управляемого вручную впускного запорного клапана 8), например, таким образом, что впускной клапан будет открыт в течение времени долива, определенного логической схемой управления заполнением. В результате из сети водоснабжения в емкость 12 для кипячения может быть долит объем свежей воды, соответствующий объему забранной воды.