СИСТЕМА ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ
FLUID CLEANING SYSTEM

Изобретение относится к системам мембранной очистки и/или обессоливания с рециркуляцией жидкости, преимущественно воды, применяемым в промышленном, бытовом и/или питьевом водоснабжении на промышленных предприятиях, станциях очистки жидкости, в общественных учреждениях, бытовых условиях, на дачных и садовых участках.
Из уровня техники известны системы мембранной очистки жидкости с рециркуляцией В общем случае такая система состоит из линии исходной жидкости, мембранного элемента, линии очищенной жидкости, линии рециркуляции и линии дренажной жидкости. Линия исходной жидкости соединяет источник исходной жидкости и вход мембранного элемента. Мембранный элемент имеет два выхода: выход очищенной жидкости и выход для дренажной жидкости. Выход для очищенной жидкости соединен с входом линии очищенной жидкости. Выход для дренажной жидкости соединен с линией рециркуляции. Линия рециркуляции имеет два выхода: первый соединен с входом линии дренажной жидкости, второй - с линией исходной жидкости. Известные из уровня техники системы работают следующим образом. Исходную жидкость по линии исходной жидкости подают на вход мембранного элемента. При прохождении жидкости через мембранный элемент происходит процесс фильтрации. Очищенная жидкость поступает на линию очищенной жидкости и далее потребителю. Дренажная жидкость поступает на линию рециркуляции, откуда частично возвращается на линию исходной жидкости, остаток удаляют из системы через линию дренажной жидкости. Для организации процесса фильтрации и обеспечения требуемого соотношения между поступающей исходной, дренажной и очищенной жидкостью в описываемых системах устанавливаются различные средства контроля давления и скорости потока жидкости. Управление указанными средствами осуществляют вручную или автоматически.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по патенту US 5503735 (опубл. 02.04.1996, приоритет 26.06.1989, Заявитель Water Factory Systems, МПК B01D 61/12). Система по патенту US 5503735 содержит линию исходной жидкости с установленным на ней насосом, мембранный элемент, линию очищенной жидкости, линию дренажной жидкости, линию рециркуляции и линию промывки. Вход мембранного элемента подключен к линии исходной жидкости. Выход очищенной жидкости мембранного элемента подключен к линии очищенной жидкости, выход дренажной жидкости - к линии рециркуляции жидкости. На линии рециркуляции установлен клапан снижения давления. Клапан снижения давления снабжен ручным регулятором скорости потока жидкости. На линии дренажной жидкости установлен рестриктор. Вход линии промывки подключен к линии рециркуляции перед клапаном снижения давления, а выход линии промывки подключен к линии дренажной жидкости перед рестриктором. На линии промывки установлен промывочный клапан. Линия дренажной жидкости подключена к линии рециркуляции после клапана снижения давления. Датчики измерения давления установлены на линии исходной жидкости и на линии рециркуляции. На линии очищенной жидкости установлен расходомер.
Система по патенту US 5503735 работает следующим образом. Исходная жидкость по линии исходной жидкости поступает через насос на мембранный элемент, где происходит фильтрация. Очищенная жидкость по линии очищенной жидкости проходит через расходомер и попадает в накопительный бак. Дренажная жидкость проходит на линию рециркуляции и через клапан снижения давления поступает на линию дренажной жидкости. Рестриктор на линии дренажной жидкости обеспечивает постоянную скорость потока жидкости при разных значениях давления. Некоторое количество дренажной жидкости, проходящее через клапан снижения давления, не проходит через рестриктор, а поступает через обратный клапан по линии рециркуляции на вход насоса. Периодически система переходит в режим промывки. В этот момент открывают промывочный клапан на линии промывки, насос продолжает прокачивать жидкость через мембранный элемент. При этом практически вся жидкость протекает вдоль корпуса мембранного элемента, создавая турбулентный поток, который очищает мембранный элемент от загрязнений. Обратный клапан, установленный на линии рециркуляции после клапана снижения давления, препятствует попаданию промывочной жидкости на линию исходной жидкости.
Система очистки жидкости по патенту US 5503735 имеет два основных недостатка. Рестриктор выбирают в зависимости от того, какая степень рециркуляции требуется потребителю, без возможности изменения этого значения. Для того, чтобы изменить степень рециркуляции, необходимо заменить рестриктор. Эффективность фильтрации достигается регулированием клапана снижения давления до тех пор, пока скорость очищенной жидкости или давление в системе не достигнет максимально требуемого значения. Из вышесказанного видно, что система требует точной настройки ее параметров для получения требуемого значения степени рециркуляции, что требует времени и постоянного наблюдения за значением степени рециркуляции на протяжении всего цикла работы системы. Таким образом, система по патенту US 5503735 неэргономична.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по международной заявке на патент WO/2000/058802 (опубл. 05.10.2010, приоритет 25.03.1999, заявитель Technology Finance Corporation (Proprietary) Limited, МПК G05D 7/06, B01D 61/12, 61/22). Система очистки жидкости содержит линию исходной жидкости, мембранный элемент и линию очищенной жидкости, линию дренажной жидкости, линию рециркуляции и блок управления.
Блок управления системой включает управляющий клапан, привод управляющего клапана, элемент управления, датчик измерения температуры и датчик давления. Управляющий клапан выполнен с отверстием, размер которого может быть изменен. Элемент управления получает сигнал от датчика давления и регулирует степень открытия управляющего клапана.
Элемент управления получает значения давления и температуры потока жидкости на линии и, используя полученные данные, а также степень открытия управляющего клапана, рассчитывает скорость потока. По разнице между заданной скоростью потока и расчетным значением формируется сигнал, который передается на привод управляющего клапана. Привод уменьшает или увеличивает степень открытия клапана для уменьшения или увеличения скорости потока.
Из вышесказанного видно, что система очистки жидкости по заявке на патент WO/2000/058802 ненадежна и имеет основной недостаток, который заключается в том, что в системе отсутствуют какие-либо постоянные параметры, так как текущая скорость, давление и температура жидкости меняются во время работы системы, а следовательно меняется и соотношение между заданной скоростью и текущей скоростью потока жидкости. При этом управляющий клапан постоянно меняет размер отверстия. Например, в случае выхода из строя привода управляющего клапана, связь между параметрами будет сразу же нарушена, и система не сможет работать в требуемом режиме, так как произойдет нарушение функциональной зависимости скорости потока от положения управляющего клапана. Кроме этого, система, работающая в режиме постоянной настройки, имеет срок службы меньше, чем система, работающая в постоянном режиме.
Из уровня техники известна система очистки жидкости по патенту US 7938956 (опубл. 10.05.2011, приоритет 12.02.2010, Заявитель Millipore Corporation, США, МПК B01D 17/12), которая выбрана заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Система очистки жидкости содержит линию исходной жидкости с установленным на ней насосом, мембранный элемент, линию очищенной жидкости, линию дренажной жидкости, линию рециркуляции и контроллер. На линии рециркуляции установлен ручной или автоматический регулятор давления. Линия рециркуляции соединена с линией дренажной жидкости. Также на линии очищенной жидкости расположено средство деионизации очищенной жидкости. На линии очищенной жидкости перед деионизатором установлен регулятор потока, который выполнен с деформирующимся элементом. На линии дренажа установлен рестриктор.
Насос прокачивает жидкость через мембранный элемент при давлении, достаточном для обеспечения номинального потока жидкости через мембранный элемент при низкой температуре.
Система по патенту US 7938956 работает следующим образом. Исходная жидкость по линии исходной жидкости поступает в мембранный элемент, где происходит фильтрация. Очищенная жидкость по линии очищенной жидкости проходит через регулятор потока и далее через деионизрующий элемент, поступает потребителю. При этом для обеспечения требуемой скорости потока через деионизирующий элемент при повышении давления на линии очищенной жидкости после мембранного элемента. Дренажная жидкость частично по линии рециркуляции поступает на линию исходной жидкости, и частично уходит из системы через линию дренажной жидкости.
Система очистки жидкости по патенту US 7938956 имеет следующий недостаток. Как было сказано выше, регулятор давления в совокупности с насосом поддерживает постоянное требуемое давление в мембранном элементе, на которое не влияет изменение давления в источнике исходной жидкости. В случае, если на линии дренажной жидкости рестриктор будет частично закрыт, то избыточное давление, которое появится на линии рециркуляции никак не повлияет на входное давление на мембранном элементе. Следовательно, избыточное давление в системе по патенту US 7938956 никак не используется при ее работе. При этом рестиктор требует предварительной настройки или ручной, или автоматической, что приводит к погрешности в режиме работы системы.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка новой системы очистки жидкости, повышение ее эргономичности и стабильности работы системы.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что система очистки жидкости с заданным соотношением очищенной и дренажной жидкости, содержащая линию исходной жидкости с установленным на ней насосом, мембранный элемент, соединенный с линией очищенной жидкости и линией рециркуляции жидкости, с установленным на ней регулятором давления, соединенной при этом с линией дренажной жидкости, выполнена так что осуществляется самопроизвольное поддержание давления не ниже, чем необходимое для осуществления процесса фильтрации, и соотношения скорости подачи исходной жидкости к суммарной скорости отбора очищенной жидкости всегда больше 1, за счет того, что регулятор давления выполнен в виде механического подпружиненного клапана, а на линии дренажа установлен регулятор потока жидкости, а соотношение диаметров сечений линий дренажной жидкости и очищенной жидкости составляет 4:1 и обеспечивает постоянное соотношение скоростей на линии дренажной жидкости и на линии очищенной жидкости.
На фигуре 1 представлена система очистки жидкости.
Система очистки жидкости включает линию исходной жидкости (1) с установленным на ней насосом (2), соединенную с мембранным элементом (3), который имеет два выхода - выход для очищенной и выход для дренажной жидкости, линию очищенной жидкости (4), линию дренажной жидкости (5) и линию рециркуляции (6). Выход очищенной жидкости мембранного элемента (3) подключен к линии очищенной жидкости (4), а выход дренажной жидкости - к линии рециркуляции (6). На линии дренажной жидкости (5) установлен регулятор потока (7). Регулятор потока (7) может быть выполнен, в виде крана с сервоприводом, например игольчатого или шарового. Регулятор потока (7) дополнительно может выполнять функцию клапана скоростной промывки мембраны перед запуском и остановкой системы. Линия дренажной жидкости (5) подключена к линии рециркуляции жидкости (6) перед регулятором потока (7) и к линии исходной жидкости (1) перед насосом (2). На линии рециркуляции (6) после входа линии дренажной жидкости (5) установлен регулятор давления (8), выполненный в виде подпружиненного клапана, например, обратного пружинного или дискового клапана, который создает сопротивление на линии рециркуляции (6) и обеспечивает поток жидкости на линии дренажной жидкости (5). Мембранный элемент (3) может быть выполнен в виде одной или нескольких обратноосмотических мембран, или одного или нескольких половолоконных модулей. На линии очищенной жидкости (4) и на линии дренажной жидкости (5) могут быть установлены датчики или расходомеры (на фигуре не представлены). Дополнительно на линии исходной жидкости (1) перед насосом (2) может быть установлен, по меньшей мере, один предфильтр (на фигуре не представлен), выполненный, например, в виде карбонблока или насыпного модуля. На линии очищенной жидкости (4) дополнительно может быть установлен, по меньшей мере, один постфильтр (на фигуре не представлен), выполненный в виде, например половолоконного модуля или карбонблок.
Система может быть дополнительно снабжена блоком управления (на фигуре не представлен), выполненным, например в виде контроллера.
В рамках отличительных признаков заявляемая система очистки жидкости работает следующим образом. Исходная жидкость по линии исходной жидкости (1) проходит через насос (2) и поступает на мембранный элемент (3). Очищенная жидкость проходит на линию очищенной жидкости (4). Дренажная жидкость поступает на линию рециркуляции (6), откуда частично возвращается на линию исходной жидкости (1), а частично поступает на линию дренажной жидкости (5). В начале работы системы дренажная жидкость в большей степени по линии дренажной жидкости (5) выводится из системы, но по мере засорения мембранного элемента (3), все большее количество жидкости поступает на линию рециркуляции (6). При этом соотношение между очищенной и дренажной жидкостями остается постоянным. Это осуществляется двумя средствами. Первое: линия очищенной жидкости (4) и линия дренажной жидкости (5) выполнены в виде трубопроводов, то диаметр труб подбирается таким образом, чтобы соблюдалось требуемое соотношение между очищенной и дренажной жидкостями, например 4:1 (на фигуре не представлено). Второе: на линии дренажной жидкости (5) установлен регулятор потока (7) (фигура 1), которым задают требуемое соотношение между очищенной и дренажной жидкостью. Таким образом, независимо от изменения производительности мембранного элемента (3), количество очищенной жидкости, подаваемой на потребление, будет постоянным в течение работы системы. Поскольку с течением времени производительность мембранного элемента (3) будет падать, то количество жидкости, поступающее на линию дренажной жидкости (5), будет возрастать. При этом, по линии дренажной жидкости (5) проходит лишь заданное количество жидкости. Таким образом, при поступлении на вход линии дренажной жидкости (5) избыточного количества жидкости, давление будет возрастать. На линии рециркуляции (6) установлен регулятор давления (8), выполненный в виде подпружиненного клапана. Пружина, установленная в регуляторе давления (8), сжимается за счет избыточного давления дренажной жидкости, и дренажная жидкость через регулятор давления (8) поступает по линии рециркуляции (6) на вход насоса (2).
В отличие от наиболее близкого аналога, в заявляемом изобретении единственным переменным параметром является давление на линии рециркуляции (6). Это давление используется для создания суммарного потока дренажной и исходной жидкостей, обеспечивая соотношение скорости подачи исходной жидкости к суммарной скорости отбора очищенной жидкости и дренажной жидкость всегда больше 1.
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.