Система очистки жидкости
LIQUID CLEANING SYSTEM

Изобретение относится к системам очистки и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды из различных источников, применяемым в бытовом и/или питьевом водоснабжении в бытовых и/или промышленных условиях, на дачных и садовых участках.
Разнообразные системы очистки жидкости известны и достаточно широко распространены.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по международной заявке WO 2002/055182 A1 (B01D 61/00, опубл. 18.07.2002, заявитель TEKNOWSMARTZ INNOVATIONS/TECHNOLOGY INC., Канада). Система состоит из линии исходной жидкости, с установленными на ней входным клапаном и компрессором, обратноосмотической мембраны, к которой подключены линия очищенной жидкости и линия рециркуляции, на которой установлен первый циркуляционный насос. К линии рециркуляции до первого циркуляционного насоса подключена линия сброса дренажа. На линии очищенной жидкости последовательно установлены бак для очищенной жидкости, второй циркуляционный насос, емкость для очищенной жидкости и линия подачи очищенной жидкости потребителю. Емкость для очищенной жидкости выполнена в виде напорной емкости и находится под давлением. К линии очищенной жидкости перед емкостью для очищенной жидкости подключена вторичная линия очищенной жидкости, выход которой соединен с линией исходной жидкости после компрессора. Система очистки жидкости по заявке WO 2002/055182 работает следующим образом. Исходная жидкость от источника по линии исходной жидкости через входной клапан и компрессор поступает в обратноосмотическую мембрану, где происходит очистка жидкости, при этом дренажная жидкость поступает на линию рециркуляции и через циркуляционный насос возвращается линию исходной жидкости до входа обратноосмотической мембраны. Очищенная жидкость из обратноосмотической мембраны поступает в бак для очищенной жидкости, либо в емкость для очищенной жидкости, либо через линию подачи очищенной жидкости на потребление. При достижении максимального заданного уровня жидкости в баке для очищенной жидкости, очистка жидкости прекращается, система переходит в режим промывки. При этом выключают компрессор и первый, и второй циркуляционные насосы и перекрывают входной клапан и клапан на линии рециркуляции. После этого открывают клапан на вторичной линии очищенной жидкости и клапан на линии сброса дренажа. Очищенная жидкость для промывки системы отбирается из емкости для очищенной жидкости и по вторичной линии очищенной жидкости подается на линию исходной жидкости, где проходит через обратноосмотическую мембрану, промывая ее, и по линии рециркуляции через линию сброса дренажа выводится из системы. Когда уровень очищенной жидкости в емкости для очищенной жидкости становится ниже заданного, включается циркуляционный насос на линии очищенной жидкости, и очищенная жидкость из бака для очищенной жидкости перекачивается в емкость для очищенной жидкости, при этом продолжается процесс промывки. При достижении уровня очищенной жидкости в баке для очищенной минимального заданного, процесс промывки останавливается, перекрывают клапан на вторичной линии очищенной жидкости и клапан на линии сброса дренажа, включают компрессор и первый, и второй циркуляционные насосы, отрывают входной клапан и клапан на линии рециркуляции, начинается новый цикл очистки жидкости.
Основным недостатком системы очистки жидкости по заявке WO 2002/055182 является неэффективное использование очищенной жидкости для промывки, в связи с тем, что при промывке очищенная жидкость протекает через большое количество линий и элементов системы, при этом естественным образом снижается давление очищенной жидкости, что снижает эффективность промывки, отсутствует рециркуляция очищенной жидкости, что увеличивает затраты очищенной жидкости на промывку, таким образом, чтобы полностью промыть обратноосмотическую мембрану, требуется прокачать через систему и слить в дренаж объем очищенной жидкости сопоставимый по совокупности с объемом емкости для очищенной жидкости и бака для очищенной жидкости.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по патенту RU 2614287 (С02F 1/44, приор. 02.09.2015, заявитель ООО «Аквафор»), которая включает линию исходной жидкости, с установленными на ней входным клапаном и компрессором. К линии исходной жидкости подключена линия смешения исходной жидкости и дренажной жидкости, которая подключена к емкости для смешения исходной и дренажной жидкости (далее емкость). Емкость состоит из двух полостей, разделенных между собой гибкой перегородкой. Полость, ограниченная гибкой перегородкой и внутренней стенкой емкости, предназначена для сжимаемой среды (далее вытеснительная полость), а полость, ограниченная внутренними стенками гибкой перегородки, предназначена для смешения исходной и дренажной жидкости (далее накопительная полость). К накопительной полости емкости кроме линии смешения исходной и дренажной жидкости подключен вход линии подачи смеси исходной и дренажной жидкости, снабженной циркуляционным насосом, выход линии подачи смеси исходной и дренажной жидкости подключен на вход обратноосмотической мембраны. К выходам обратноосмотической мембраны подключены линия рециркуляции и линия очищенной жидкости. К линии рециркуляции подключена линия сброса дренажа, с установленным на ней клапаном, а сама линия рециркуляции подключена через тройник к линии смешения исходной и дренажной жидкости и к линии исходной жидкости после компрессора перед емкостью. К линии очищенной жидкости подключены емкость очищенной жидкости и линия подачи очищенной жидкости потребителю. Система снабжена блоком управления, к которому подключены компрессор, циркуляционный насос и электромагнитные клапана.
Система очистки жидкости по патенту RU 2614287 работает следующим образом. При запуске системы очистки жидкости исходная жидкость от источника поступает на вход линии исходной жидкости, где проходит через открытый входной клапан в компрессор. Далее исходная жидкость по линии смешения исходной жидкости и дренажной жидкости поступает в накопительную полость емкости и по линии подачи смеси исходной жидкости и дренажной жидкости через циркуляционный насос поступает в обратноосмотическую мембрану, где происходит процесс очистки жидкости. Очищенная жидкость поступает на линию очищенной жидкости. Дренажная жидкость по линии рециркуляции возвращается в накопительную полость емкости. При этом исходная жидкость, в количестве равном количеству полученной очищенной жидкости, по линии исходной жидкости продолжает поступать от источника на линию смешения исходной и дренажной жидкости, и далее в накопительную полость емкости, где происходит перемешивание исходной и дренажной жидкости. При этом за счет работы компрессора, подающего под давлением жидкость в накопительную полость, давление в вытеснительной полости емкости постепенно растет в процессе очистки жидкости. Периодически во время процесса очистки жидкости по сигналу блока управления открывается клапан на линии сброса дренажной жидкости, при этом за счет давления, аккумулированного в вытеснительной полости емкости, дренажная жидкость по линии подачи смеси исходной жидкости и дренажной жидкости проходит через циркуляционный насос с высокой скоростьюв обратноосмотическую мембрану и сбрасывается в дренаж, при этом происходит удаление с поверхности средства очистки поляризационного слоя, образующегося при концентрационной поляризации. После сброса в дренаж клапан на линии сброса дренажа закрывают, процесс фильтрации продолжается.
После того, как емкость для очищенной жидкости полностью заполнилась очищенной жидкостью, осуществляют полное опустошение емкости. При этом блок управления закрывает входной клапан, отключает компрессор, открывает клапан сброса дренажной жидкости. Жидкость из накопительной полости емкости по линии подачи смеси исходной и дренажной жидкости поступает на циркуляционный насос и через обратноосмотическую мембрану по линии сброса дренажа через открытый клапан сброса дренажа сбрасывается в дренаж. После этого система переходит в режим промывки, которая осуществляется исходной жидкостью. Исходная жидкость по линии исходной жидкость через компрессор, проходит в накопительную полость емкости, и далее по линии подачи смеси исходной и дренажной жидкости через циркуляционный насос поступает в обратноосмотическую мембрану и по линии сброса дренажной жидкость через открытый клапан сброса дренажа выводится из системы. По завершении промывки обратноосмотической мембраны исходной жидкостью система переходит в состояние покоя до тех пор, пока не будет запущен процесс очистки жидкости.
Основным недостатком системы по патенту RU 2614287 является то, что промывка обратноосмотической мембраны осуществляется смесью исходной и дренажной жидкости, что не эффективно, так как смесь исходной и дренажной жидкости содержит загрязняющие примеси, которые не позволяют полностью и эффективно промыть обратноосмотическую мембрану, кроме того примеси из смеси исходной и дренажной жидкости в момент промывки, несмотря не скорость потока, могут осесть на  обратноосмотической мембране.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по патенту US 4629568 (B01D 13/00, приоритет 26.09.1983, заявитель Kinetico, Inc, США), выбранная заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Система содержит линию исходной жидкости, с установленным на ней входным клапаном, блок управления, обратноосмотическую мембрану, соединенную с линией дренажной жидкости и с линией очищенной жидкости, разделенную на линию подачи очищенной жидкости в емкость для очищенной жидкости и линию подачи очищенной жидкости потребителю, и с линей дренажной жидкости. Также система содержит вторичную линию очищенной жидкости, подключенную к линии подачи очищенной жидкости в емкость для очищенной жидкости и к линии исходной жидкости перед входом обратноосмотической мембраны. На вторичной линии очищенной жидкости установлен обратный клапан. На линии дренажной жидкости установлены регулировочный клапан, регулятор потока и клапан сброса давления. Входной клапан на линии исходной жидкости и клапан на линии дренажной жидкости соединены с блоком управления.
Система по патенту US4629568 работает следующим образом. Если в емкости для очищенной жидкости нет жидкости, то сигнал блока управления перекрывает регулировочный клапан на линии дренажной жидкости и одновременно открывает входной клапан на линии исходной жидкости, по которой исходная жидкость поступает на обратноосмотическую мембрану, где происходит процесс очистки жидкости. Если отбор жидкости на потребления через линию подачи очищенной жидкости потребителю перекрыт, то очищенная жидкость из обратноосмотической мембраны поступает по линии очищенной жидкости в емкость для очищенной жидкости. По мере заполнения емкости для очищенной жидкости давление внутри нее возрастает. Когда давление достигает заданного значения, блок управления перекрывает входной клапан на линии исходной жидкости, и одновременно открывает регулировочный клапан на линии дренажной жидкости, и дренажная жидкость выводится из системы - система переходит в режим промывки. Из-за перепада давлений до и после клапана сброса давления на линии дренажной жидкости из обратноосмотической мембраны вытекает часть оставшейся в ней жидкости. Поскольку входной клапан на линии исходной жидкости перекрыт, то жидкость, вытекающая из обратноосмотической мембраны, компенсируется равным объемом очищенной жидкости, поступающей из емкости для очищенной  жидкости, которая по вторичной линии подачи очищенной жидкости поступает в обратноосмотическую мембрану, промывая ее, и далее промывочная жидкость (очищенная жидкость после промывки мембраны) сбрасывается в дренаж.
Недостатком этой системы является отсутствие в ней линии рециркуляции, что приводит к повышенным затратам как исходной для получения очищенной жидкости, так и очищенной жидкости на промывку системы. Кроме этого, во время промывки в системе по патенту US4629568 движущая сила создается за счет перепада давлений, который не может обеспечить высокую скорость протекания очищенной жидкости через обратноосмотическую мембрану, делая промывку менее эффективной, так как при низкой скорости потока промывочной жидкости через мембрану, слой загрязнителей не смывается с мембраны.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка новой системы очистки жидкости, снижение расхода жидкости, используемой при промывке, при одновременном повышении эффективности промывки.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что  система очистки жидкости, состоящая из линии исходной жидкости, с установленным на ней входным клапаном, обратноосмотической мембраны, с подключенными к ней линией дренажной жидкости и линией очищенной жидкости, линией подачи очищенной жидкости потребителю и емкостью для очищенной жидкости, вторичной линии очищенной жидкости, подключенной к емкости для очищенной жидкости и к линии исходной жидкости, и блока управления, при этом система содержит линию рециркуляции, снабженную клапаном, подключенную к линии исходной жидкости перед циркуляционным насосом, установленным на линии исходной жидкости перед обратноосмотической мембраной, и выполнена с возможностью практически полного растворения слоя загрязнений на обратноосмотической мембране за счет интенсивной многократной промывки обратноосмотической мембраны очищенной жидкостью, где количество промывок обратноосмотической мембраны в пределах одного цикла промывки системы составляет не менее двух, но не более шести, предпочтительно четыре раза.
На фигуре 1 представлена схема системы очистки жидкости.
Система очистки жидкости включает линию исходной жидкости 1, на которой установлены последовательно входной клапан 2 и циркуляционный насос 3, обратноосмотическую мембрану 4, линию очищенной жидкости 6, снабженную клапаном 7 и емкостью для очищенной жидкости 8, линию подачи очищенной жидкости потребителю 13, линию дренажной жидкости 5, снабженную клапаном 16, вторичную линию очищенной жидкости 9, снабженную клапаном 10, линию рециркуляции 11, включающая клапан 12, и блок управления (на фигуре не представлен). При этом линия исходной жидкости 1 подключена к входу обратноосмотической мембраны 4. К выходу очищенной жидкости обратноосмотической мембраны 4 подключена линия очищенной жидкости 6, на которой установлен клапан 7 и емкость для очищенной жидкости 8.  К выходу дренажной жидкости обратноосмотической мембраны 4 подключена линия рециркуляции 11 и линия дренажной жидкости 5. Линия рециркуляции 11 с установленным на ней клапаном 12, подключена к линии исходной жидкости 1 после входного клапана 2 перед циркуляционным насосом 3.  К емкости для очищенной жидкости 8 подключены линия подачи очищенной жидкости потребителю 13 и вторичная линия очищенной жидкости 9, с установленным на ней клапаном 10, выход которой подключен к линии исходной жидкости 1 после входного клапана 2  перед циркуляционным насосом 3 (фигура 1). Входной клапан 2, циркуляционный насос 3, клапан 7, клапан 10, клапан 12 и клапан 16 функционально связаны с блоком управления (на фигуре не представлен).
Емкость для очищенной жидкости 8 представляет собой, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, емкость, состоящую из двух полостей, разделенных между собой гибкой перегородкой (на фигурах не обозначена). Полость для очищенной жидкости 14, ограниченная внутренними стенками гибкой перегородки. Полость сжимаемой среды 15 ограничена внутренними стенками корпуса емкости для очищенной жидкости 8 и внешними стенками гибкой перегородки (на фигурах не обозначена), полость 15 заполнена сжимаемой средой, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, воздухом, инертным газом, жидкостью, в том числе, например, исходной жидкость. В этом случае, линия исходной жидкости 1 проходит через полость для сжимаемой среды 15, при этом линия рециркуляции 11 подключена к линии исходной жидкости 1 перед емкостью для очищенной жидкости 8. Также емкость для очищенной жидкости 8 может быть выполнена в виде напорной емкости или безнапорной емкости, снабженной повышающим насосом.
Дополнительно система может содержать одну и более накопительную емкость для очищенной жидкости, одну и более емкость для дренажной жидкости, средство создание давления, ограничители потока, элементы предварительной очистки жидкости (предфильтры), элементы кондиционирования и/или минерализации жидкости (постфильры), средства стерилизации жидкости, устройство дозирования антискаланта и/или других добавок, контрольно-измерительные устройства и т.д.
В рамках отличительных признаков система очистки жидкости работает следующим образом.
Исходная жидкость под давлением по линии исходной жидкости 1 подается через открытый входной клапан 2 и циркуляционный насос 3 на вход обратноосмотической мембраны 4, где происходит процесс очистки жидкости. При этом очищенная жидкость поступает на линию очищенной жидкости 6 и через открытый клапан 7 поступает в полость для очищенной жидкости 14 емкости для очищенной жидкости 8 и/или на линию подачи очищенной жидкости  потребителю 13. По мере наполнения полости для очищенной жидкости 14 возрастает давление в полости сжимаемой среды 15. Или в случае, когда емкость для очищенной жидкости 8 выполнена в виде напорной емкости, очищенная жидкость поступает в емкость, при этом в емкости возрастает давление. Клапан 16 в режиме очистки жидкости закрыт, поэтому дренажная жидкость из обратноосмотической мембраны 4 по линии рециркуляции 11 возвращается ни линию исходной жидкости 1.
При достижении заданного значения уровня очищенной жидкости в полости для очищенной жидкости 14 емкости для очищенной жидкости 8 блок управления перекрывает входной клапан 2 и клапан 7. Система переходит в режим промывки. Блок управления открывает на короткий промежуток времени клапан 16, при этом оставшаяся в системе дренажная жидкость выводится из системы по линии дренажной жидкости 5 через открытый клапан 16. Через заданный короткий промежуток времени блок управления обратно закрывает клапан 16. Таким образом, в системе остаются открытыми только клапана 12 и 10. Поскольку клапан  2 на линии исходной жидкости 1 закрыт, то давление на линии исходной жидкости снижается, так как перекрыто поступление исходной жидкости под давлением. При этом очищенная жидкость в емкости для очищенной жидкости 8 находится под давлением. За счет указанного давления порция очищенной жидкости поступает через вторичную линию очищенной жидкости 9 через открытый клапан 10 на линию исходной жидкости 1. При этом после того, как порция очищенной жидкости из емкости для очищенной жидкости 8 поступила на линию исходной жидкости 1, давление в емкости для очищенной жидкости 8 снижается, что препятствует дальнейшему вытеканию очищенной жидкости. Порция очищенной жидкости по линии исходной жидкости 1 через циркуляционный насос 3, который увеличивает скорость потока очищенной жидкости, и поступает на вход обратноосмотической мембраны 4, таким образом, осуществляется промывка. Так как клапана 16 и 7 перекрыты, то жидкость после обратноосмотической мембраны 4 поступает на линию рециркуляции 11 и через открытый клапан 12 возвращается на линию исходной жидкости 1. После того как очищенная жидкость заполнила обратноосмотическую мембрану 4 и линию рециркуляции 11, блок управления перекрывает клапан 10. Таким образом, в системе остается открытым только клапан 12. При этом образуется замкнутый контур промывки, сформированный частью линии исходной жидкости 1 - от входного клапана 2 до обратноосмотической мембраны 4, включая циркуляционный насос 3, обратноосмотической мембраной 4 и линией рециркуляции 11. Запущенная в этот контур промывки жидкость проходит его не менее двух, но не более шести, а предпочтительно четыре раза, при этом скорость потока остается высокой. После этого блок управления открывает клапан 16 на линии дренажной жидкости 5, и промывочная жидкость выводится по ней из системы, дополнительно смывая остатки загрязнений по мере прохождения всех линий.
В отличие от ближайшего аналога, за счет того, что во время описанной выше промывки циркуляционный насос 3 продолжает работать, жидкость, запущенная в контур, имеет высокую стабильную скорость потока. Благодаря своей высокой скорости, жидкость несколько раз быстро проходит обратноосмотическую мембрану 4, обеспечивая интенсивную промывку. Таким образом, достигается эффективная промывка относительно небольшим объемом очищенной жидкости, то есть повышается эффективность промывки при снижении расхода очищенной жидкости. Кроме этого из-за стабильного давления в контуре, обратноосмотическая мембрана 4 не испытывает гидроударов, что увеличивает ее срок службы.
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нём могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что даёт возможность его широкого использования.