УСТРОЙСТВО АЭРАЦИИ ВОДЫ В МЕМБРАННОМ БАКЕ
WATER AERATION DEVICE IN MEMBRANE TANK

Область техники
Устройство предназначено для насыщения воды кислородом воздуха в системах обезжелезивания и водоочистки.
Уровень техники
Известны напорные системы обезжелезивания и водоочистки предназначенные для очистки воды с повышенным содержанием растворенного двухвалентного железа (Золотова Е.Ф., Лес Г.Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и сероводорода. М., Стройпэдат, 1975, 176 с, глава 3 "Аэрационные методы обезжелезивания воды", стр. 13). Такие системы, в частности, используют для водоснабжения отдельных домохозяйств, не подключенных к центральному водоснабжению. Типовая система содержит включенные последовательно (согласно потоку воды) водяной насос, аэрационную колонну (установка аэрации), фильтр и мембранный бак, при этом воздух в аэрационную колонну нагнетается компрессором. Включение компрессора происходит по команде датчика потока (реле потока воды), который устанавливают в трубопровод подачи воды потребителю. Компрессор работает при наличии потока воды в трубопроводе. Водяной насос включается по команде реле давления при снижении давления воды в трубопроводе ниже заданного минимального значения и выключается при достижении заданного максимального давления в водопроводе.
В аэрационной колонне вода насыщается кислородом воздуха для повышения эффективности работы фильтра, в фильтре происходит окисление растворенного в воде двухвалентного железа, его переход во взвешенное состояние и механическое очищение (фильтрация) воды от взвешенных частиц.
Мембранный бак используется для накопления воды и поддержания давления в системе автономного водоснабжения (Орехов А.Н. Применение мембранных баков в инженерных системах. Сантехника, №2, 2016, стр. 46-49). Мембранный бак представляет собой герметичный шарообразный или цилиндрический металлический корпус, внутри которого размещена эластичная мембрана в форме рукава прикрепленная сверху и снизу с помощью фланцев к корпусу. На нижнем фланце закреплен рабочий патрубок для подачи и отбора воды. Верхний патрубок служит для подключения к нему группы безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана. Мембрана образует внутреннюю полость, наполняемую водой. В пространство между корпусом и мембранной закачивают инертный газ или воздух для создания давления в корпусе. Таким образом, при работе водяного насоса во внутреннюю полость мембраны нагнетается вода, после прекращения работы водяного насоса давление воды в системе водоснабжения поддерживается давлением газа в корпусе бака на воду внутри мембраны, а водоснабжение осуществляется за счет расхода воды, накопленной в мембранном баке. В случае попадания воздуха во внутреннюю полость мембраны из трубопровода он удаляется через воздухоотводчик.
Необходимость использования трех независимых устройств: аэрационной колонны, фильтра и мембранного бака требует дополнительной площади для их размещения и увеличивает стоимость системы в целом, что ограничивает ее применение, кроме того использование двух реле для управления компрессором и водяным насосом усложняет систему.
Известны системы водоочистки, использующие водовоздушные эжекторы для насыщения воды кислородом воздуха. Такие устройства устанавливают на входе фильтра и имеют небольшие габариты, однако они вносят большой перепад давления в систему водоснабжения (Золотова Е.Ф., Лес Г.Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и сероводорода. М., Стройпэдат, 1975,176 с., стр. 21).
Прототипом предлагаемого устройства является установка аэрации UniFLOW ХХХХ-АР2 (ООО «УниВОД», [найдено 2022-02-20]. Найдено в <https://univod.ru/wp-content/uploads/2017/01/Air_Block_UniFLOW_АР2_RX.pdf>).
Устройство содержит компрессор с обратным клапаном, корпус контактной камеры, распределительный оголовок, установленный на верхней части корпуса контактной камеры, датчик потока, установленный на выходном трубопроводе, рассекатель, осуществляющий смешивание воды и воздуха, воздухоотделительный клапан, для выделения и вывода наружу воздуха из воды, и распределительную систему, предназначенную для вывода воды насыщенной кислородом из контактной камеры в фильтр. Обратный клапан в компрессоре предназначен для защиты компрессора от попадания воды из трубопровода.
Распределительный оголовок содержит монтажный патрубок для присоединения его к мембранному баку, входной патрубок для подключения трубопровода входной воды и подачи ее через рассекатель в корпус контактной камеры, выходной патрубок для подключения трубопровода выходной воды, воздушный патрубок для подачи воздуха из компрессора и патрубок удаления воздуха из корпуса контактной камеры. Внутри оголовка воздушный патрубок соединен с входным патрубком, выходной патрубок соединен с распределительной системой, а патрубок удаления воздуха соединен трубкой с воздухоотделительным клапаном, который конструктивно размещен внутри корпуса контактной камеры.
Устройство работает следующим образом. При прохождении воды по трубопроводу, датчик потока воды, включает компрессор, который нагнетает воздух в воду на входе распределительного оголовка. Эта водовоздушная смесь под действием движения воды в водопроводе поступает в рассекатель, в котором происходит интенсивное смешивание воды с воздухом и насыщение ее кислородом. Насыщенная кислородом вода скапливается в нижней части корпуса контактной камеры, откуда, через распределительную систему и выходной патрубок поступает во внешний фильтр. Воздух и другие летучие примеси, выделившиеся из воды в процессе аэрации, удаляются из корпуса контактной камеры через воздухоотделительный клапан и патрубок удаления воздуха. При прекращении потока воды через трубопровод датчик потока воды выключает компрессор и воздух не нагнетается.
В данном устройстве насыщение воды кислородом возможно только в периоды движения воды в водопроводе, т.к. при отсутствии движения воды, даже при работе компрессора, водовоздушная смесь из входного патрубка не будет поступать в рассекатель. Это ограничивает время насыщения воды кислородом и снижает эффективность устройства.
Технический результат предлагаемого устройства аэрации воды в мембранном баке заключается в уменьшении количества устанавливаемого оборудования путем исключения из его состава отдельной контактной камеры (аэрационной колонны) и датчика потока (реле потока воды), снижения стоимости системы в целом и повышения эффективности устройства аэрации при насыщении воды кислородом.
Раскрытие сущности изобретения
Мембранный бак штатно установлен перед фильтром по ходу движения воды в трубопроводе. Устройство аэрации воды в мембранном баке содержит компрессор с обратным клапаном, распределительный оголовок, установленный на верхний патрубок мембранного бака, и воздухоотделительный клапан. Распределительный оголовок содержит соединенные между собой монтажный патрубок, патрубок группы безопасности, патрубок удаления воздуха, который соединен с воздухоотделительным клапаном. Также распределительный оголовок имеет воздушный патрубок для подачи воздуха из компрессора. Устройство отличается тем, что в него введен воздуховод, размещаемый в нижней четверти во внутренней полости мембранного бака. Воздуховод выполнен в виде трубки с распылителем на конце, другой конец трубки соединен внутри распределительного оголовка с патрубком подачи воздуха, при этом трубка воздуховода размещена соосно с монтажным патрубком и проходит сквозь него с зазором для свободного прохождения воздуха между стенками трубки и патрубка. Распылитель имеет форму со сглаженными углами, исключающими повреждение мембраны в баке. Электрически компрессор подключен к реле давления параллельно с водяным насосом.
Таким образом, насыщение воды кислородом воздуха осуществляется в мембранном баке, а для управления работой компрессора не требуется датчик потока.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлен общий вид устройства в разрезе по вертикальной плоскости симметрии.
Осуществление изобретения
Основой устройства является типовой мембранный бак 1 (см., например, ООО "УНИДЖИБИ", [найдено 2022-02-20]. Найдено в <https://unigb.ru/dokumientatsiia>), который штатно рабочим патрубком 2 через фитинг-тройник 3 подключен к системе водоснабжения перед фильтром очистки воды (на фигуре не показан). Распределительный оголовок 4 монтажным патрубком 5 установлен на верхний патрубок 6 мембранного бака 1. К распределительному оголовку 4 подключен через патрубок удаления воздуха 7 - воздухоотделительный клапан 8, и через патрубок группы безопасности 9 - группа безопасности (на фигуре не показана). Трубка воздуховода 10 проходит во внутреннюю полость 11 мембранного бака 1 соосно через верхний патрубок 6 мембранного бака 1 образуя с ним кольцевой зазор 12 и через распределительный оголовок 4 соединена с воздушным патрубком 13, к которому подключен компрессор (на фигуре не показан). На втором конце трубки расположен распылитель 14, который имеет форму со сглаженными углами, исключающими повреждение мембраны 15, и может быть выполнен, например, из мелкоячеистой сетки или в виде перфорации на конце трубки воздуховода 10. Поперечный размер распылителя 14 не превышает внутреннего диаметра верхнего патрубка 6, что позволяет вводить его внутрь мембраны 15 через этот патрубок. Длинна трубки воздуховода 10 должна обеспечивать возможность размещения распылителя 14 в нижней четверти мембранного бака 1. Компрессор электрически подключен параллельно водяному насосу (на фигуре не показан).
Устройство работает следующим образом. При падении давления воды в системе водоснабжения ниже заданного значения реле давления (на схеме не показано) включает водяной насос и компрессор. Вода через рабочий патрубок 2 закачивается во внутреннюю полость 11 мембранного бака 1, одновременно с этим в нее от компрессора по трубке воздуховода 10 нагнетается воздух. Распылитель 14 улучшает насыщение воды кислородом воздуха. Поступивший во внутреннюю полость 11 воздух поднимается вверх и удаляется через воздухоотделительный клапан 8, проходя к нему через зазор 12 между трубкой воздуховода 10 и верхним патрубком 6, и патрубок удаления воздуха 7. Таким образом, нагнетаемый воздух не создает дополнительного давления и не занимает объем в мембранном баке 1. Т.е. мембранный бак 1 полностью выполняет свое первоначальное назначение и дополнительно выполняет функции аэрационной колонны. При достижении в системе водоснабжения заданного давления водяной насос выключается по команде реле давления. Отключение компрессора может производиться одновременно с выключением водяного насоса или с задержкой по таймеру, что обеспечит дополнительное насыщение воды кислородом и повысит эффективность устройства. Отбор воды в системе водоснабжения происходит из мембранного бака 1, таким образом насыщенная кислородом вода через рабочий патрубок 2 поступает на фильтр, и после него очищенная вода подается потребителю.
На фигуре показан распределительный оголовок 4, выполненный их металла, однако он также может быть выполнен из пластика, или собран из отдельных элементов, например, фитингов-тройников или иным способом. Распределительный оголовок 4 может иметь форму отличную от показанной на фигуре. Все патрубки, показанные на фигуре выполнены, как пример, на основе резьбовых соединений, вместе с тем они могут иметь иную конструкцию, например, фланцевую, цанговую и т.п.