УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАНИЯ АНТИСКАЛАНТА
ANTISCALANT DOSING DEVICE

Изобретение относится к вспомогательным устройствам для систем очистки и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды для бытового и/или питьевого водоснабжения, предназначенных для использования в бытовых и/или промышленных условиях, на дачных и садовых участках.
Устройства дозирования антискаланта известны и достаточно широко распространены. Большинство известных из уровня техники устройств дозирования включают в себя резервуар для антискаланта и средство дозирования. Резервуар для антискаланта в большинстве случаев представляет собой емкость, выполненную из инертного материала, подключенную к средству дозирования. Средства дозирования известных из уровня техники устройств имеют различные конструкции, особенностями которых обусловлены недостатки известных из уровня техники устройств дозирования антискаланта.
Из уровня техники известно устройство дозирования антискаланта по патенту DE 10112085 [МПК B01J 4/02, C02F 5/00, опубл. 13.12.2007]. Данное устройство включает в себя резервуар для антискаланта и средство дозирования, состоящее из одной дозирующей трубки, снабженной с одного конца полупроницаемой мембранной, и крышки с диаметром не менее чем диаметр трубки. При этом резервуар для антискаланта соединен с дозирующей трубкой средства дозирования через конец трубки без полупроницаемой мембраны, одновременно дозирующая трубка подключена к линии подачи жидкости системы очистки жидкости концом, снабженным полупроницаемой мембранной. Крышка средства дозирования расположена в месте подключения дозирующей трубки к линии подачи жидкости системы очистки жидкости и снабжена выключателем, имеющим два положения «открыто» и «закрыто». Указанное устройство дозирования антискаланта работает следующим образом. В начальный момент времени выключатель крышки средства дозирования находится в положении «закрыто», и крышка полностью перекрывает мембрану дозирующей трубки так, что отсутствует контакт между антискалантом, поступившим в дозирующую трубку из резервуара для антискаланта, и жидкостью, протекающей по линии подачи жидкости системы очистки жидкости. При переводе указанного выключателя крышки средства дозирования в положение «открыто» происходит открытие мембраны, за счет чего возникает контакт через полупроницаемую мембрану между жидкостью, протекающей по линии подачи жидкости системы очистки жидкости, и антискалантом, поступившим из резервуара для антискаланта в дозирующую трубку. Таким образом, осуществляется дозирование антискаланта диффузионным методом. Основным недостатком указанного устройства дозирования антискаланта является отсутствие возможности точного дозирования фиксированного объема антискаланта.
Указанный недостаток частично устранен в известном из уровня техники устройстве дозирования антискаланта по патенту CN 203540348 [МКП B01D 61/10, B01D 65/08, C02F 1/44, C02F 103/04, опубл. 16.04.2014]. Данное устройство включает резервуар для антискаланта и средство дозирование, представляющее собой дозирующую трубку, соединенную с одного конца с резервуаром для антискаланта, а с другого конца с линией подачи жидкости системы очистки жидкости, и трубку Вентури, расположенную на линии подачи жидкости системы очистки жидкости. Указанное устройство дозирования антискаланта работает следующим образом: при протекании жидкости по линии подачи жидкости через трубку Вентури в месте соединения дозирующей трубки и линии подачи жидкости образуется область пониженного давления, за счет чего фиксированный объем актискаланта поступает из резервуара для антискаланта через дозирующую трубку на линию подачи жидкости. Основным недостатком указанного устройства дозирования антискаланта является то, что объем дозирования всегда определяется габаритными размерами элементов конструкции устройства дозирования и их соотношением с габаритными размерами системы очистки жидкости. Таким образом, для каждой системы очистки жидкости требуется индивидуально рассчитывать габаритные размеры устройства дозирования антискаланта, то есть устройство дозирования не может быть универсальным, что ограничивает его практическое применение.
Из уровня техники известны устройства дозирования антискаланта по патентам CN 102679801 [МКП F28F 19/00, опубл. 19.09.2012] и CN 201485335 [МКП C02F 5/08, опубл. 26.05.2010]. Каждое из указанных устройств состоит из резервуара для антискаланта и средства дозирования, которое подключено к резервуару для антискаланта и к емкости для жидкости (в устройстве по патенту CN 102679801) или к линии подачи жидкости системы очистки жидкости (в устройстве по патенту CN 201485335). В обоих устройствах средство дозирования представляет собой дозирующий насос, состоящий из дозирующей трубки, снабженной поршнем с возвратной пружиной, и электромагнитного двигателя, который вытягивает поршень. В устройстве дозирования по патенту CN 201485335 средство дозирования дополнительно включает в себя блок управления. Описываемые устройства дозирования антискаланта работают следующим образом: двигатель вытягивает поршень средства дозирования из дозирующей камеры, при этом осуществляется набор антискаланта в дозирующую камеру из резервуара для антискаланта; после чего поршень за счет возвратной пружины возвращается в исходное положение, при этом осуществляется подача антискаланта из дозирующей камеры в емкость для исходной жидкости или на линию подачи жидкости. Указанный процесс повторяется периодически с частотой, определенной характеристиками двигателя. То есть дозирование антискаланта осуществляется равными порциями через фиксированные промежутки времени до тех пор, пока процесс дозирования не будет остановлен выключением двигателя, которое осуществляется принудительно в ручном режиме (в устройстве по патенту CN 102679801) или автоматически с помощью блока управления (в устройстве по патенту CN 201485335). При этом количество антискаланта, поступившего за один цикл дозирования в емкость для исходной жидкости или на линию подачи жидкости, зависит от амплитуды движения поршня, которая определяется мощностью двигателя. Таким образом, основным недостатком указанных устройств является то, что для того чтобы дозировать единовременно значительное количество антискаланта (что необходимо, например, в случае, когда исходная жидкость содержит высокую концентрацию солей жесткости), устройство должно включать мощный электромагнитный двигатель, который имеет большие габаритные размеры и потребляет много энергии. Если же в устройство установить двигатель небольшого размера, то мощность указанного двигателя позволит дозировать единовременно только небольшое количество антискаланта. Указанный недостаток ограничивает практическое применение данных устройств дозирования антискаланта.
Из уровня техники известно устройство дозирования антискаланта по патенту CN 201876682 [МКП G05B 11/42, C02F 5/00, опубл. 22.06.2011], выбранное нами в качестве наиболее близкого аналога. Устройство дозирования включает в себя резервуар для антискаланта и средство дозирования, состоящее из дозирующей камеры, снабженной механизмом подачи антискаланта, выполненным в виде поршня, снабженного возвратной пружиной, электромагнитного двигателя, узла подключения, снабженного входным и выходным клапанами, и блока управления. При этом средство дозирования соединено с резервуаром для антискаланта через входной клапан узла подключения и, во время работы устройства, с линией подачи жидкости системы очистки жидкости через выходной клапан узла подключения. Устройство дозирования антискаланта работает следующим образом. Двигатель вытягивает поршень средства дозирования из дозирующей камеры, при этом через входной клапан узла подключения осуществляется набор антискаланта в дозирующую камеру из резервуара для антискаланта. После чего поршень за счет возвратной пружины возвращается в исходное положение, при этом осуществляется подача антискаланта из дозирующей камеры через выходной клапан узла подключения на линию подачи жидкости системы очистки жидкости. Указанный процесс повторяется периодически с частотой, определенной характеристиками двигателя, до тех пор, пока процесс дозирования не будет остановлен автоматическим выключением двигателя, которое осуществляется за счет блока управления. При этом количество антискаланта, поступившего за один цикл дозирования в емкость для исходной жидкости или на линию подачи жидкости, зависит от амплитуды движения поршня, которая определяется мощностью двигателя. Таким образом, недостатком указанного устройства также является то, что для того чтобы дозировать единовременно значительное количество антискаланта (что необходимо, например, в случае, когда исходная жидкость содержит высокую концентрацию солей жесткости), устройство должно включать мощный электромагнитный двигатель, который имеет большие габаритные размеры и потребляет много энергии. Если же в устройство установить двигатель небольшого размера, то мощность указанного двигателя позволит дозировать единовременно только небольшое количество антискаланта. Кроме того, поскольку количество единовременно дозируемого антискаланта определяется характеристиками двигателя, то в ходе эксплуатации устройства дозирования невозможно регулировать количество единовременно дозируемого антискаланта, уменьшая или увеличивая его в зависимости от характеристик исходной жидкости, что является основным недостатком указанного устройства. Кроме того, для эффективной работы устройства дозирования необходимо, чтобы двигатель средства дозирования располагался на оси движения поршня. Указанная необходимость обусловлена тем, что движение поршня осуществляется за счет двигателя, поэтому смешение двигателя относительно оси движения поршня приведет к снижению эффективности воздействия двигателя на поршень (так как сместиться вектор силы), таким образом, возрастут затраты энергии или уменьшится количество единовременного дозирования. Но расположение двигателя на оси движения поршня снижает надежность устройства дозирования, так как двигатель при таком расположении не защищен от гидроудара. Таким образом, надежность устройства можно увеличить только путем снижения других характеристик (уменьшение объема дозирование или снижение энергетической эффективности), что также является недостатком указанного устройства.
Из уровня техники известно устройство дозирования антискаланта по патенту РФ №2442020 [МПК F04B 13/00, F17D 3/12, опубл. 10.02.2012]. Устройство включает резервуар для антискаланта, средство дозирования, содержащее две дозирующие камеры, снабженные по меньшей мере одним механизмом подачи антискаланта, два узла подключения, снабженные входными и выходными клапанами и средство передачи движения, где средство дозирования соединено с резервуаром для антискаланта через входные клапана узлов подключения, и при работе устройства, с линией подачи жидкости системы очистки жидкости через выходные клапана узла подключения. Также устройство по патенту РФ №2442020 содержит гидромотор, подключенный к механизму подачи антискаланта. Кроме этого, устройство по патенту РФ №2442020 снабжено суживающим устройством, которое устанавливается на линии подачи жидкости для сужения внутреннего пространства. Средство дозирования представляет собой корпус с расположенным в нем механизмом подачи реагента, выполненным в виде плунжера. Указанный плунжер подсоединен к штоку гидромотора. Также указанный плунжер делит пространство внутри корпуса на две камеры. Устройство выполнено с двумя узлами подключения - входным и выходным. Входной узел подключения подсоединен к емкости с реагентом и к каждой из камер. Выходной узел подключен к каждой из камер и через рассекатель к линии подачи жидкости. К гидромотору подключен золотниковый распределитель. Через золотниковый распределитель проходят два патрубка. Устройство по патенту РФ №2442020 устанавливается на линию подачи жидкости, где требуется подача реагента. Вход одного из патрубков подключен к линии подачи жидкости до суживающего устройства а выход - через золотниковый распределитель подключен к гидромотору. Вход другого патрубка подключен к гидромотору, а выход через золотниковый распределитель к линии подачи жидкости в месте расположения суживающего устройства. Это необходимо для обеспечения перепада давлений для работы гидромотора.
Устройство по патенту РФ №2442020 работает следующим образом. Устройство по патенту РФ №2442020 устанавливается на линию подачи жидкости, в которую требуется ввести реагент. Золотниковый распределитель переключает поток жидкости, подавая ее поочередно в противоположные отсеки цилиндра гидромотора, обеспечивая возвратно-поступательные движения поршня. При этом происходит забор реагента из резервуара в одну из камер средства дозирования, при этом за счет движения поршня происходит и движение плунжера в механизма подачи реагента. Средство подачи реагента засасывает через клапаны входного узла подключения реагент и нагнетает его через клапаны выходного узла подключения на линию подачи жидкости.
Основным недостатком устройства по патенту РФ №2442020 является необходимость наличия перепада давлений в патрубках для обеспечения движущей силы и работы гидромотора, для этого устройстве предусмотрено суживающее устройство, однако в случае закупорки одного из патрубков, например, при засаливании, гидромотор может выйти из строя. Также скорость дозирования антискаланта должна расти пропорционально скорости потока жидкости, а скорость дозирования антискаланта зависит от перепада давления в области сужения. В случае, если скорость потока жидкости и перепад давления в области сужения будут меняться нелинейно, то количество впрыскиваемого реагента будет неравномерным.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка устройства дозирования антискаланта, габаритные размеры которого позволяют использовать указанное устройство, в том числе для небольших бытовых систем очистки жидкости, и обеспечение улучшения возможности регулирования количества единовременного дозирования антискаланта при одновременном повышении энергетической эффективности и надежности устройства дозирования антискаланта.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании устройства дозирования антискаланта достигаются тем, что устройство дозирования антискаланта, включающее резервуар для антискаланта, средство дозирования, содержащее две дозирующие камеры, снабженные по меньшей мере одним механизмом подачи антискаланта, два узла подключения, снабженные входными и выходными клапанами, и средство передачи движения, где средство дозирования соединено с резервуаром для антискаланта через входные клапана узлов подключения, и при работе устройства, с линией подачи жидкости системы очистки жидкости через выходные клапана узла подключения, выполнено с возможностью преобразования вращательного движения средства передачи движения в возвратно-поступательное движение механизма подачи антискаланта, при этом каждая дозирующая камера снабжена отдельным механизмом подачи антискаланта, которые синхронизированы в противофазе через средство передачи движения. При этом механизмы подачи антискаланта выполнены в виде поршней, расположенных внутри соответствующих дозирующих камер и совершающих при работе устройства возвратно-поступательные движения вдоль осей, перпендикулярных узлам подключения, где механизмы подачи антискаланта выполнены в виде поршней, расположенных внутри соответствующих дозирующих камер и совершающих при работе устройства возвратно-поступательные движения вдоль осей, перпендикулярных узлам подключения, либо механизмы подачи антискаланта выполнены в виде плунжеров, расположенных внутри соответствующих дозирующих камер, и совершающих при работе устройства возвратно-поступательные движения вдоль осей, перпендикулярных узлам подключения. При этом средство передачи движения представляет собой, например, цилиндрический кулачок, соединенный с каждым из механизмов подачи антискаланта через соединительный элемент, состоящий, по меньшей мере, из одной выемки, являющейся элементом профиля цилиндрического кулачка, и выступов, расположенных на механизмах подачи антискаланта, а двигатель расположен на оси вращения средства передачи движения и соединен с ним, например, через зубчатую шестеренку или шлицевым соединением, или шпоночным соединением. При этом механизмы подачи антискаланта и средство передачи движения выполнены из самосмазывающегося инертного к среде актискаланта материала. Также средство дозирования антискаланта дополнительно снабжено корпусом.
На фиг. 1 приведено схематичное изображение устройства дозирования антискаланта, выполненного с двумя дозирующими камерами.
Устройство дозирования антискаланта (фиг. 1) в общем виде включает в себя резервуар для антискаланта (13) и средство дозирования антискаланта, состоящее, по меньшей мере, из двух дозирующих камер (1 и 2), каждая из которых снабжена механизмом подачи антискаланта (3 и 4), средства передачи движения (5), двигателя (6) и, по меньшей мере, двух узлов подключения (7 и 8), снабженных входными (11 и 12) и выходными (9 и 10) клапанами.
Резервуар для антискаланта (13) представляет собой, например, открытую или закрытую емкость или емкость, снабженную гибкой подводкой. Резервуар для антискаланта (13) выполнен из инертного к антискаланта полимерного материала, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, полиолефинов, в частности полиэтилена или полипропилена, полистирола, полиоксиметилена. Резервуар для антискаланта (13) соединен с входными клапанами (11 и 12) средства дозирования антискаланта.
Дозирующие камеры средства дозирования антискаланта (1 и 2) представляют собой, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, трубки цилиндрической формы или формы параллелепипедов из полимерного материала, например полиолефинов, или полиоксиметилена, или из нержавеющей стали. Дозирующие камеры (1 и 2) не сообщаются между собой и соединены на вход и на выход с соответствующими узлами подключения (7 и 8). Внутри каждой из дозирующих камер (1 и 2) расположен соответствующий механизм подачи антискаланта (3 и 4).
Механизмы подачи антискаланта (3 и 4) представляют собой, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, поршни или плунжеры, выполненные из самосмазывающегося, инертного к антискаланту материала, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, полиоксиметилена или полиамида. Каждый из указанных механизмов подачи антискаланта (3 и 4) выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль параллельных друг другу осей (каждый из указанных механизмов (3 и 4) имеет собственную ось возвратно-поступательного движения), таких, что указанные оси перпендикулярны соответствующим узлам подключения (7 и 8).
Средство передачи движения (5) выполнено из самосмазывающегося материала, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, полиоксиметилена или полиамида, в виде, например, цилиндрического кулачка различного профиля. Средство передачи движения (5) выполнено с возможностью осуществлять вращение вокруг оси, параллельной осям возвратно-поступательного движения указанных механизмов подачи антискаланта (3 и 4). Средство передачи движения (5) соединено с каждым из механизмов подачи антискаланта через соединительный элемент, состоящий, по меньшей мере, из одной выемки, являющейся элементом профиля цилиндрического кулачка, и выступов, расположенных на механизмах подачи антискаланта (3 и 4). Такой способ соединения обеспечивает возможность синхронизации в противофазе указанных механизмов подачи антискаланта (3 и 4).
Двигатель (6) представляет собой, например, мотор-редуктор. Двигатель (6) расположен на оси вращения средства передачи движения (5) и соединен со средством передачи движения (5) через зубчатую шестеренку, либо шлицевым, либо шпоночным соединением. При этом в отличие от наиболее близкого аналога в изобретении нет прямого подключения двигателя (6) к механизмам подачи антискаланта (3 и 4).
Узлы подключения (7 и 8) соединены с соответствующими дозирующими камерами (1 и 2) со стороны, противоположной направлению возвратного движения соответствующих механизмов подачи антискаланта (3 и 4). Каждый из указанных узлов подключения (7 и 8) снабжен входным клапаном (11 и 12 соответственно) и выходным клапаном (9 и 10 соответственно). Входные клапаны (11 и 12) соединены с резервуаром для антискаланта (13). Выходные клапаны (9 и 10) при работе устройства соединены с линией подачи жидкости системы очистки жидкости (на фигурах не показана). При этом указанные клапаны (9, 10, 11, 12) могут быть выполнены, например, но, не ограничиваясь только перечисленными вариантами, в виде электромагнитных клапанов, шаровых кранов или керамических шариков с диаметром сопоставимым с внутренним диаметром узла подключения.
Дополнительно средство дозирования антискаланта устройства дозирования может включать в себя корпус (на фигуре не показан) из полимерных материалов или нержавеющей стали.
В рамках отличительных признаков описанное выше устройство дозирования антискаланта работает следующим образом. Двигатель (6) приводит в действие средство передачи движения (5), которое начинает вращение вокруг оси вращения, при этом механизмы подачи антискаланта (3 и 4) начинают возвратно-поступательные движения вдоль осей, параллельных оси вращения. При этом механизмы подачи антискаланта (3 и 4) движутся синхронно и в противофазе: один из указанных механизмов (например, 3) осуществляет возвратное движение, второй (например, 4) - поступательное. За счет возвратного движения механизма подачи антискаланта (3) через узел подключения (7) при открытии входного клапана (11) осуществляется отбор антискаланта из резервуара для антискаланта (13) в дозирующую камеру (1). За счет поступательного движения механизма подачи антискаланта (4) осуществляется подача антискаланта из дозирующей камеры (2) через узел подключения (8) при открытии выходного клапана (10) на линию подачи жидкости системы очистки жидкости (на фигуре не показана). Поскольку механизмы подачи антискаланта (3 и 4) синхронизированы в противофазе через средство передачи движения (5), то отбор антискаланта из резервуара для антискаланта и подача антискаланта на линию исходной жидкости системы очистки жидкости (на схеме не обозначена) происходят одновременно. После поворота средства передачи движения (5) вокруг оси вращения на угол (n*180)°, где n - натуральное число, происходит смена направления движения указанных механизмов подачи антискаланта (3 и 4). Механизм подачи антискаланта (3), двигавшийся возвратно, начинает двигаться поступательно и, соответственно, механизм подачи антискаланта (4), двигавшийся поступательно, начинает двигаться возвратно. При этом за счет возвратного движения механизма подачи антискаланта (4) через узел подключения (8) при открытии входного клапана (12) осуществляется втягивание антискаланта из резервуара для антискаланта (13) в дозирующую камеру (2), а за счет поступательного движения механизма подачи антискаланта (3) осуществляется дозирование антискаланта из дозирующей камеры (1) через узел подключения (7) при открытии выходного клапана (9) на линию подачи жидкости системы очистки жидкости (на фигуре не показана).
Соединение механизмов подачи антискаланта (3 и 4) через средство передачи движения (5), за счет которого возвратно-поступательное движение каждого из механизмов подачи антискаланта (3 и 4) преобразуется во вращательное движение средства передачи движения (5) и наоборот вращательное движение средства передачи движения (5) преобразуется в возвратно-поступательные движения механизмов подачи антискаланта (3 и 4), позволяет передавать движения через средство передачи движения (5) не только от двигателя (6) к механизмам подачи антискаланта (3 и 4), но и от одного механизма к другому (возвратное движение одного из механизмов подачи антискаланта (например, 3) через средство передачи движения (5) преобразуется в поступательное движение второго механизма подачи антискаланта (например, 4) и наоборот). В наиболее близком аналоге плунжер механизма подачи антискаланта является частью средства передачи движения. В отличие от наиболее близкого аналога, движение механизмов подачи антискаланта (3 и 4) обеспечивается не только средством передачи движения, но и двигателем (6), что позволяет одновременно повысить надежность устройства дозирования, переместив двигатель (6) от осей механизмов подачи антискаланта (3 и 4), тем самым обеспечив защиту двигателя от гидроудара, при этом, так как движение механизмов подачи антискаланта (3 и 4) не зависит от скорости основного потока жидкости и перепада давления, количество единовременно дозируемого антискаланта также не зависит от давления жидкости и скорости потока, более того за счет этого останавливая в любой момент времени вращение средства передачи движения (5), можно регулировать количество единовременно подаваемого антискаланта. Таким образом, достигается технический результат. При этом, поскольку технические характеристики устройства дозирования антискаланта, в отличие от наиболее близкого аналога, не зависят от габаритных размеров устройства, то устройство может быть выполнено в малых размерах, подходящих для бытовых систем очистки жидкости, таким образом, решается задача изобретения.
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нем могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что дает возможность его широкого использования.