УСТАНОВКА ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
WATER SOFTENING SYSTEM (VERSIONS) AND METHOD FOR CONTROLLING SOFTENING SYSTEMS

Данное изобретение, в целом, относится к установкам для обработки жидкости, таким как установки для обработки воды, включая умягчители воды, и, более конкретно, к установке и способу управления многоразмерными резервуарами для умягчения воды. Следует понимать, что многие аспекты данного изобретения могут быть использованы для обрабатывающих установок других типов, например фильтрующих или деионизационных установок.
Установки для умягчения воды являются известными и обычно содержат источник необработанной воды, резервуар для обработки воды, содержащий ионообменную смолу, емкость для соляного раствора, содержащую соляной раствор, и регулирующий клапан для распределения жидкостей между источником, резервуарами и выпускным отверстием или другим выпускным устройством.
Умягчение воды происходит при прохождении воды через ионообменную смолу, которая замещает имеющиеся в воде катионы кальция и магния катионами натрия. В течение ионообменного процесса смола со временем теряет способность умягчать воду и должна быть вновь пополнена катионами натрия. Процесс, при котором происходят удаление ионов кальция и магния, восстановление способности ионообменной смолы умягчать воду и пополнение ионами натрия, известен как процесс регенерации ионообменной среды.
Используемые в быту установки для обработки воды обычно содержат один резервуар для обработки воды и одну емкость для соляного раствора и обеспечивают обработку относительно слабого потока воды. Более крупные коммерческие обрабатывающие установки содержат несколько блоков для умягчения воды (по меньшей мере один резервуар для обработки воды и одну емкость для соляного раствора) и обеспечивают обработку большего объема воды, проходящей через эти установки. Указанные блоки для умягчения воды соединены между собой так, что водопровод, проходящий через каждую из отдельных установок, расположен параллельно с водопроводом других установок. Каждый канал водопровода содержит регулирующий клапан, используемый для избирательного подключения или отключения конкретной ветви или канала. Такое решение позволяет пользователю регулировать в зависимости от потребления воды количество блоков для умягчения воды, которые находятся в работе в определенный момент времени.
Обрабатывающие установки коммерческого масштаба обычно содержат централизованный контроллер, который непрерывно контролирует потребность в расходе воды и определяет соответствующее количество каналов, которые должны быть подключены или отключены для удовлетворения текущей потребности. Предельный уровень расхода равен максимальному потоку, который установка в состоянии пропустить через каждый свой канал. Контролируя общий расход и разделив его величину на предельный уровень расхода, контроллер определяет точное количество блоков, которые необходимо подключить. Как правило, резервуары для обработки воды в подобных установках выполняются с одинаковыми размерами, так что каждый резервуар может пропускать поток воды с одинаковым предельным уровнем.
В подобных установках при наличии относительно слабых потоков воды возникает проблема. А именно, если вода слишком медленно проходит через слой ионита в резервуаре для обработки воды в течение длительного периода времени, то может возникать явление «образования протоков». Образование протоков приводит к неравномерному распределению водного потока по всему слою ионита, в результате чего лишь часть смолы взаимодействует с водным потоком, при этом остальную часть смолы водный поток обходит. В результате смола вдоль протока истощается и впоследствии создает возможность для прохождения через обрабатывающую установку необработанной воды.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемая установка для умягчения воды направляет поток воды в один или большее количество более крупных резервуаров, если расход воды превышает расчетный расход воды, и направляет данный поток воды в меньший резервуар для обработки воды, когда расход воды равен расчетному расходу или меньше него.
Более конкретно, предлагаемая установка для умягчения воды содержит первый резервуар для обработки воды, имеющий первую водопропускную способность, второй резервуар для обработки воды, расположенный параллельно первому резервуару и имеющий вторую водопропускную способность, которая меньше первой водопропускной способности, расходомер, присоединенный к первому и второму резервуарам и выполненный с возможностью определения расхода воды, поступающей в данную установку, и контроллер, сообщающийся с расходомером и выполненный с возможностью направления воды в первый резервуар, когда потребляемый расход превышает расчетный расход, и направления воды во второй резервуар, когда потребляемый расход равен расчетному расходу или меньше него.
Другой вариант выполнения предлагаемой установки для умягчения воды включает несколько первых резервуаров для обработки воды, каждый из которых имеет первую водопропускную способность, второй резервуар для обработки воды, имеющий вторую водопропускную способность, которая меньше первой водопропускной способности, расходомер, присоединенный по меньшей мере к одному из указанных первых резервуаров и ко второму резервуару и выполненный с возможностью определения расхода воды, поступающей в указанную установку, и контроллер, сообщающийся с указанным расходомером и выполненный с возможностью направления воды в один из указанных первых резервуаров, когда потребляемый расход превышает первый расчетный расход, направления воды во второй резервуар, когда потребляемый расход равен первому расчетному расходу или меньше него, и направления воды в несколько первых резервуаров, когда потребляемый расход превышает второй расчетный расход, при этом второй расчетный расход превышает первый расчетный расход.
Еще один вариант выполнения обеспечивает способ управления установкой для обработки воды, который включает использование первого резервуара для обработки воды, имеющего первую водопропускную способность, и второго резервуара для обработки воды, имеющего вторую водопропускную способность, которая меньше первой водопропускной способности, направление воды в первый резервуар, когда расход воды превышает расчетный расход, и направление воды во второй резервуар, когда потребляемый расход равен расчетному расходу или меньше него.
Описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой структурную схему установки для умягчения воды, в которой используется предлагаемая установка для управления многоразмерными резервуарами для умягчения воды.
Фиг. 2 представляет собой структурную схему установки для умягчения воды, в которой используется предлагаемая установка для управления многоразмерными резервуарами умягчения воды, включающая расходомер для каждого резервуара для обработки воды.
Фиг. 3 представляет собой структурную схему варианта выполнения предлагаемой установки, содержащей два трубопровода для обработки воды, каждый из которых содержит относительно большой резервуар для обработки воды, и один трубопровод для обработки воды, содержащий относительно малый резервуар для обработки воды.
Подробное описание
В соответствии с фиг. 1 и 2 предлагаемая установка для умягчения воды, обозначенная в целом номером 20 позиции, предназначена для управления многоразмерными резервуарами для умягчения воды и используется с умягчителем 22 воды, содержащим по меньшей мере один первый резервуар 24 для обработки воды и второй резервуар 26 для обработки воды, причем каждый из них независимо присоединен к емкости 28 для соляного раствора трубопроводом 30. Как известно в данной области техники, первый и второй резервуары 24, 26, соответственно, заполнены ионообменной смолой 32, а емкость 28 заполнена соляным раствором 34, содержащим воду 36 и гранулы 38 соли.
Первый резервуар 24 имеет первую водопропускную способность и содержит первый клапанный блок 40, выполненный с возможностью регулирования потока воды между первым впуском 42 для необработанной воды, входом 44 первого резервуара для обработки воды, выпуском 46 из первого резервуара, первым впуском/выпуском 48 емкости для соляного раствора, первым байпасным выпуском 50 для подачи воды к жилым или коммерческим сооружениям и первым сливом 52.
Второй резервуар 26 имеет вторую водопропускную способность, которая меньше первой водопропускной способности первого резервуара 24, и содержит второй клапанный блок 54, выполненный с возможностью регулирования потока воды между вторым впуском 56 для необработанной воды, впуском 58 второго резервуара, выпуском 60 второго резервуара, вторым впуском/выпуском 62 емкости для соляного раствора, вторым байпасным выпуском 64 для подачи воды к жилым или коммерческим сооружениям и вторым сливом 66. Конкретные режимы работы клапанных блоков являются общеизвестными и описаны в находящейся на одновременном рассмотрении заявке США №12/242287, озаглавленной «Регулирующий клапан для установки для обработки текучих сред», поданной 30 сентября 2008 года, содержание которой полностью включено в данную заявку посредством ссылки.
К трубопроводу, ведущему к первому и второму резервуарам 24, 26, присоединен по меньшей мере один расходомер 74, который измеряет количество галлонов воды, проходящей в единицу времени через установку 20 для умягчения воды. Расходомер 74 выполнен с возможностью измерения и передачи к контроллеру 70 информации о количестве галлонов воды, проходящей в единицу времени через данную установку. Как вариант, первый расходомер 76 может быть выполнен на первом резервуаре 24, а второй расходомер 78 может быть выполнен на втором резервуаре 26, при этом первый расходомер 76 измеряет количество галлонов воды, проходящей в единицу времени через первый резервуар 24, а второй расходомер 78 измеряет количество галлонов воды, проходящей в единицу времени через второй резервуар 26. В этом варианте выполнения и первый и второй расходомеры 76, 78 выполнены с возможностью обмена данными с контроллером 70.
Как показано на фиг.1, контроллер 70 содержит плату 80 первичной цепи, сообщающуюся с расходомером 74, который, в свою очередь, соединен с первым и вторым резервуарами 24, 26. Первый и второй клапанные блоки 40, 54 также электрически соединены с контроллером 70 и, соответственно, также сообщаются с платой 80 первичной цепи.
Во время работы установки 20 расходомер 74 определяет количество галлонов воды, проходящей в единицу времени через данную установку, и это количество является потребляемым расходом воды или расходом на стороне потребления. Информация о потребляемом расходе воды передается к контролеру 70, который в свою очередь определяет, направить ли поступающий поток воды в первый резервуар 24, который имеет большую водопропускную способность и, соответственно, может обрабатывать больший поток воды, или во второй резервуар 26, который имеет вторую водопропускную способность, меньшую, чем водопропускная способность первого резервуара 24, и который обрабатывает меньший поток воды. Более конкретно, программное обеспечение контроллера 70 содержит, по меньшей мере, «верхнюю точку срабатывания» и «нижнюю точку срабатывания». «Верхняя точка срабатывания» представляет собой максимальный расход воды, на который рассчитан первый резервуар 24. «Нижняя точка срабатывания» представляет собой максимальный расход воды, на который рассчитан второй резервуар 26. Таким образом, контроллер 70 направляет поступающую воду через первый резервуар 24, когда потребляемый расход превышает нижнюю точку срабатывания, и через второй резервуар 26, когда потребляемый расход равен или меньше нижней точки срабатывания. Фактически данный контроллер подключает первый резервуар 24 и отключает второй резервуар 26, когда потребляемый расход превышает нижнюю точку срабатывания. Кроме того, контроллер 70 отключает первый резервуар 24 и подключает второй резервуар 26, когда потребляемый расход равен или меньше нижней точки срабатывания. Такое решение обеспечивает эффективную работу установки 20 для умягчения воды и способствует предотвращению явления образования протоков, которое может привести к прохождению через данную установку большого количества галлонов необработанной воды.
В соответствии с фиг. 3 под номером 86 позиции показан другой вариант выполнения установки для умягчения воды, содержащей несколько каналов или ветвей для обработки воды, например первую ветвь 88 для обработки воды, вторую ветвь 90 для обработки воды и третью ветвь 92 для обработки воды, причем каждая из них содержит один резервуар для обработки воды. Наличие ветвей для обработки воды создает возможность для адаптации установки 86 к большим потокам воды, или потоку воды, который колеблется между большим и малым расходами. В показанной на фиг. 3 установке контроллер 94 соединен электронными средствами с каждой из трех отдельных ветвей 88, 90 и 92. Первая ветвь 88 содержит относительно большой резервуар 96 для обработки воды, вторая ветвь 90 содержит относительно большой резервуар 98 для обработки воды, имеющий такую же водопропускную способность, как и первый резервуар 96. Третья ветвь 92 содержит один относительно небольшой резервуар 100 для обработки воды, водопропускная способность которого меньше водопропускных способностей резервуаров 96 и 98, расположенных в первой и второй ветвях 88, 90. Резервуары 96, 98 в первой и второй ветвях 88, 90 могут иметь одинаковые или разные размеры. Кроме того, предлагаемая установка для умягчения воды может содержать одну или несколько ветвей, каждая из которых содержит относительно большой резервуар для обработки воды.
Предпочтительно, как показано на фиг. 3, отдельные резервуары для обработки воды в каждой из ветвей 88, 90 и 92 соединены вместе так, что трубопровод каждой из ветвей проходит параллельно трубопроводам других ветвей. Каждая из ветвей 88, 90 и 92 с параллельными трубопроводами снабжена переключаемым регулирующим клапаном или блокирующим устройством 102, 104 и 106, которые могут использоваться для подключения или отключения отдельной ветви. Контроллер 94 постоянно осуществляет контроль водопотребления в данной установке и определяет соответствующее количество подключаемых или отключаемых ветвей для удовлетворения текущего уровня потребности в воде. Например, при сравнительно большом потребляемом расходе воды, который превышает расход или водопропускную способность меньшего резервуара 100, расположенного в третьей ветви 92, контроллер 94 направляет воду через первую ветвь 88, вторую ветвь 90 или через обе ветви, первую и вторую.
В данной установке «уровень срабатывания» или расчетный расход определяется исходя из максимального потока, который установка 86 может обрабатывать в первой или второй ветви 88, 90. Разделив текущее значение расхода воды на величину уровня срабатывания, контроллер 94 определяет точное количество ветвей для обработки воды, которые требуется подключить для обработки такого потока воды. Таким образом, каждая из ветвей 88, 90 рассчитана на обработку потока воды с одинаковым уровнем срабатывания. Когда потребляемый расход равен или меньше «уровня срабатывания» (т.е. расчетного расхода), контроллер направляет воду через меньший резервуар 100, расположенный в третьей ветви 92. Более конкретно, контроллер 94 передает сигнал к блокирующему устройству 106, относящемуся к меньшему резервуару 100, для подключения резервуара 100, а также передает сигналы к блокирующим устройствам 102, 104, относящимся к ветвям 88, 90 для отключения этих ветвей, т.е. предотвращается прохождение воды через резервуары для обработки воды в этих ветвях. Таким образом, вода направляется через третью ветвь 92, которая обрабатывает меньшие потоки воды.
Как вариант, если потребляемый расход превышает «уровень срабатывания», то контроллер 94 направляет воду через по меньшей мере одну первую или вторую ветвь 88, 90. Таким образом, контроллер 94 передает сигналы к блокирующим устройствам 102, 104 первой и второй ветвей для подключения этих ветвей, т.е. обеспечивает прохождение воды через один или более резервуаров 96, 98 в этих ветвях, для отключения неиспользуемой ветви, т.е. третьей ветви для обработки воды, для блокирования или предотвращения прохождения воды через эту ветвь. В этом случае поток воды направляется через первую и/или вторую ветви 88, 90, каждая из которых обрабатывает более высокие или большие потоки воды.
В варианте выполнения в контроллере запрограммирована как «верхняя точка срабатывания», так и «нижняя точка срабатывания». Верхняя точка срабатывания определяется максимальным расчетным расходом воды, на который рассчитана любая из ветвей 88, 90. Нижняя точка срабатывания определяется максимальным расчетным расходом воды, на который рассчитан меньший резервуар 100, расположенный в третьей ветви 92. Если потребляемый расход, измеренный расходомером, подключенным к установке 86 и сообщающимся с контроллером 94, равен или меньше нижней точки срабатывания, то весь поток воды направляется через меньший резервуар 100, расположенный в третьей ветви 92. Если потребляемый расход превышает нижнюю точку срабатывания, то контроллер 94 подает сигнал блокирующему устройству 106, относящемуся к меньшему резервуару 100, для его отключения и направляет весь поток воды через первую и/или вторую ветви 88, 90, содержащие относительно большие резервуары 96, 98.
В вышеупомянутых вариантах выполнения контроллер 70, 94 также может быть запрограммирован на определение, когда один или более резервуаров находятся в режима регенерации и временно недоступны для обработки воды. В подобном случае контроллер 70, 94 направляет поток воды через другую ветвь. Таким образом контроллер 70, 94 сводит к минимуму время простоя или задержки обработки воды, когда резервуар для обработки воды находится в режиме регенерации.
Также предполагается, что установки 20, 86 для умягчения воды могут содержать один или более меньших резервуаров для обработки воды или вторых резервуаров 100 для обработки воды так, что когда один меньший резервуар находится в режиме регенерации, то другой, имеющий аналогичную емкость резервуар для обработки воды является доступным для обработки потока воды. Следует понимать, что предлагаемая установка может содержать любое необходимое количество резервуаров для обработки воды.
Несмотря на то что в данной заявке рассмотрены конкретные варианты предлагаемой установки для умягчения воды, специалистам следует понимать, что возможно внесение изменений и модификаций этой установки без отклонения от данного изобретения в его более широких аспектах.