ВОДООЧИСТИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01D61/36 B01D3/00 C02F1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к водоочистителю, который раскрыт в преамбуле п.1, в частности к водоочистителю для домашнего пользования. В более узком смысле настоящее изобретение относится к водоочистителю, который очищает воду с помощью принципа мембранной дистилляции.

Мембранная дистилляция сама по себе известна уже относительно давно. Например, в описании изобретения к европейскому патенту EP-O 118760 раскрывается устройство для выделения летучего компонента из раствора методом диффузионного испарения с помощью проницаемых для пара мембран. Эти мембраны натягивают на рамки, с помощью которых различные камеры отделяются друг от друга. В камерах с неочищенной средой поток сырой воды проходит вверх, а в это время поток горячей воды проходит вниз по нагревающим камерам. В результате испарения через мембраны в отдельных промежуточных камерах растворенного вещества образуется растворенное вещество.

В описании изобретения к немецкому патенту DE 4331190 также раскрывается диффузионное испарение через мембраны из камер с необработанной средой в камеры растворенного вещества с последующим охлаждением с помощью хладагента на стороне, противоположной соответствующей камере необработанной среды.

Хотя эти и некоторые другие устройства выполняют поставленную перед ними задачу, однако в качестве изделия они не пригодны, например, для домашнего пользования, т.е. для использования в условиях, которые имеют в виду относительно небольшие количества воды и в которых действует очень жесткие требования относительно степени чистоты очистки воды и относительно простоты пользования такими устройствами. Поэтому целью настоящего изобретения является создание водоочистителя только что описанного типа.

Предлагаемый по настоящему изобретению водоочиститель заявлен в отличительной части п. 1 формулы изобретения и содержит дегазирующее средство, мембранное средство и выпускное средство. Основной функцией дегазирующего средства является дегазирование входящей сырой или необработанной воды еще до момента начала процесса мембранной дистилляции. Функция мембранного средства сводится к дистилляции дегазированной воды. Функцией выпускного средства является опорожение остающейся дегазированной, но не дистиллированной воды в момент, когда уровень дегазированной недистиллированной воды уже упал до заданного нижнего уровня.

В соответствии с перспективной разработкой изобретения предлагаемый водоочиститель содержит контейнер для входящей сырой воды, причем контейнер снабжен датчиками верхнего и нижнего уровней и датчиком температуры и когда сырая вода достигает в контейнере верхнего уровня, то срабатывает датчик верхнего уровня и запускает в работу циркулирующее средство для циркуляции сырой воды через дегазирующее средство, а также запускает в работу нагревающее средство для сырой воды, а когда уровень сырой воды в контейнере достигает нижнего уровня, то в этом случае срабатывает датчик нижнего уровня, который дает команду на открытие выпускного средства, чтобы спустить еще оставшуюся в контейнере недистиллированную воду; когда температура сырой воды достигает заданного уровня срабатывает датчик температуры, который прекращает циркуляцию воды через дегазирующее средство и обеспечивает циркуляцию дегазированной воды через мембранное средство и начинается процесс дистилляции.

Эти и другие отличительные признаки водоочистителя по изобретению изложены в прилагаемой к описанию формуле изобретения.

Ниже суть изобретения описана более детально и с ссылками на предпочтительный вариант /только в качестве примера/ и на сопровождающий описание чертеж.

На чертеже показан схематически и в перспективе водоочиститель, причем некоторые детали "вырваны", чтобы лучше продемонстрировать суть конструкции водоочистителя.

Предлагаемый водоочиститель содержит внутри закрытого корпуса следующие блоки и детали:
неподвижно закрепленный контейнер 3, предназначенный для входящей сырой воды и снабженный датчиком верхнего уровня 4, датчиком нижнего уровня 18 и датчиком температуры 11: дегазирующее средство 7; вентиляторы 10, установленные в непосредственной близости от дегазирующего средства 7; мембранное средство 16, установленное вместе со средством воздушного охлаждения 161; средство циркуляции сырой воды 5; выпускное средство 20 для выпуска остающегося количества дегазированной недистиллированной воды и избыточного количества сырой воды, а также возможно и некоторых продуктов процесса дегазификации; два удаляемые бачка или емкости 17 (показана только одна из них) для очищенной воды.

Принцип работы водоочистителя, состоит из четырех этапов:
1. Заполнение
Сырая вода заливается в водоочиститель через открываемую крышку 1; вода проходит через гидравлическое уплотнение 2 и дегазирующую колонку 8 и попадает в неподвижное закрепленный контейнер 3 емкость которого равна примерно 3,6 литра.

2. Дегазация
Когда уровень воды в неподвижно закрепленном контейнере 3 повышается до уровня расположения датчика верхнего уровня 4, то происходит включение в работу циркуляционного средства (насоса) 5, нагревающего средства (погружной нагреватель) 9 и вентиляторов 10. Сырая вода циркулирует по трубкам 6 и проходит от неподвижно закрепленного контейнера 3 до дегазирующего средства 7 и попадает в дегазирующую колонку 8, где вода распыляется через множество отверстий 71 и образует на стенках колонки 8 тонкую пленку воды. Вода стекает вниз и возвращается в контейнер 3. Продукты дегазификации отсасываются по направлению вверх вентиляторами 10 и передаются по трубке ( не показана) вниз к выпускному средству 20, причем в упомянутой трубке происходит конденсация.

3. Дистилляция
По мере циркуляции сырой воды происходит считывание температуры этой воды датчиком температуры 11. После достижения сырой водой температуры примерно в 98^oC на электронную плату 12 (процессор) посылается сигнал, который является по сути командой на открытие соленоидного клапана 13. Теперь вода подвергается процессу дегазации и будет направляться не в дегазирующее средство 7, а на мембранные кассеты, расположенные в мембранном средстве 16, откуда водf через трубки 15 возвращается в неподвижно закрепленный контейнер 3 для нагревания. Горячая вода выделяет пар и направляет его в охлаждающую камеру через мембранные кассеты, которые в свою очередь охлаждаются воздухом. Очищенная таким образом вода стекает в удаляемые бачки 17.

4. Опорожнение
По мере продолжения процесса дистилляции уровень воды в контейнере 3 падает. Когда уровень воды достигает датчика нижнего уровня 18, то этот датчик посылает сигнал в процессор 12, который выдает команду соленоидному клапану 19 на открытие выпускного средства 20, в результате чего из контейнера 3 удаляется вся оставшаяся недистиллированная вода (примерно 1,4 л). Опорожнение продолжается примерно 5 минут. В этот момент бачки 17 содержат примерно два литра очищенной воды, которая была получена примерно за один час работы водоочистителя. После полного опорожнения водоочиститель можно заполнить повторно сырой водой и весь цикл очистки будет повторен автоматически.

Если в процессе дистилляции температура воды будет отклоняться от какой-то специфической температуры, например от температуры 98^oC, на какую-то специфическую величину, например на 3^oC, то в этом случае датчик температуры 11 будет посылать в процессор 12 сигнал, который в свою очередь отдает команду на закрытие клапана 13, в результате чего вновь запускается процесс дегазации и еще до момента повторного начала процесса очистки воды через мембранную дистилляцию будет соответственно нагреваться вся оставшаяся в водоочистителе вода (вода будет нагреваться до температуры 98^oC). Упомянутое выше специфическое отклонение температуры может составлять максимально 3^oC. Поскольку не вся сырая вода, залитая в водоочиститель, дистиллируется, то возможно, что какие-то загрязняющие вещества, которые не были уничтожены или удалены в процессе дегазации, будут находиться в том объеме воды, который покидает водоочиститель, и поэтому очищенная вода может содержать повышенную концентрацию частиц в момент ее выхода из выпускного средства 20. Если сырая вода загружается в водоочиститель через специальный впуск в крышке 1 в процессе выполнения операции опорожнения, то эта вода будет автоматически и сразу же поступать в выпускное средство 20.

В процессе очищения сырой воды в описываемом в качестве применения водоочистителе поступающая в бачки 17 вода будет иметь температуру примерно в 40^oC. Эту воду можно охлаждать до температуры 8-10^oC посредством охлаждающего контура известным способом непосредственно в верхней точке входа в бачок 17.

Водоочиститель сконструирован таким образом, чтобы если в процессе дистилляции удаляется один из бачков 17 (чтобы использовать находящуюся в нем очищенную воду), тогда вода, которая в противном случае направлялась бы в бачок, будет направляться непосредственно к выпускному средству 20.

Летучие вещества, которые присутствуют в сырой воде, устраняются из воды после заполнения контейнера примерно 3-4 -литрами воды благодаря тому факту, что общее количество сырой воды принудительно подвергается циркуляции при одновременном нагревании до конечной температуры в 98^oC, причем циркуляция может происходить при скорости примерно 3-6 л в минуту, с последующей перекачкой воды через дегазирующую колонку, причем в данном случае на внутренних поверхностях колонки образуется тонкая пленка воды. В дегазирующнй колонке образован всасывающий канал, который сообщается с вентилятором, который и будет всасывать любые нежелательные вещества, причем это будет происходить постоянно в течение всего процесса циркуляции и процесса нагревания; эти вещества будут освобождаться вместе с парами воды и выходить через выпускное отверстие. После достижения сырой водой температуры в 98^oC все летучие вещества будут уже уничтожены и удалены из воды. Затем процесс очистки воды автоматически переходит к фазе мембранной дистилляции с целью удаления из воды твердых частиц и ионов.

В процессе проведения соответствующих испытаний с сырой водой, которая содержала в каждом литре воды 1000 млг ТНМ (тригалометана), например такие вещества, как хлороформ, бромоформ, бромдихлорметан и дибромхлорметан, было установлено, что после удаления упомянутых загрязняющих веществ количество остающихся в воде ТНМ было менее 0,1 млг на литр воды, и это несмотря на тот факт, что точки кипения большинства из этих загрязняющих веществ были выше 98^oC.

Таким образом, как уже упоминали выше, предлагаемый водоочиститель является эффективным средством очистки сырой воды до очень высокой степени очистки. Достигаемая степень чистоты воды с помощью водоочистителя по настоящему изобретению оценивалась в ходе различных процедур и оценки, которые проводили как до, так и после завершения процедуры очистки сырой воды. При этом были получены следующие результаты:
1. Хлорин - от 3,4 мг/л до менее 0,01 мг/л
2. Тригалометаны - от 1000 млг/л до менее 1 млг/л
3. Хлорид - от 31000 ppm менее 1 ppm (частей на миллион)
Радиоактивные вещества:
4.1 Стронций - очистка выше 99^o%
4.2 Радий - очистка выше 99,9%
4.3 Плутоний - очистка выше 99%
4.4 Цезий - от 2,4±0,2 Bg до 0 Bg
5. Бактерии:
после 2 дней от 3800 до 8
после 7 дней от 14000 до 0
Следует иметь в виду, что настоящее изобретение вовсе не ограничивается описанным и проиллюстрированным вариантом осуществления изобретения и суть изобретения можно реализовать любым желаемым способом в пределах заявленного в формуле изобретения объема.

Сущность изобретения: устройство содержит дегазирующее средство для дегазации входящей сырой воды перед моментом начала функционирования процесса мембранной дистилляции, мембранное средство для мембранной дистилляции дегазированной воды, выпускное средство, функция которого заключается в выпуске остаточного количества дегазированной недистиллированной воды в ситуации, когда уровень дегазированной недистиллированной воды уже упал до заданного нижнего уровня в контейнере, в котором содержится предназначенная для очистки воды, причем контейнер снабжен датчиком верхнего уровня и датчиком нижнего уровня, а также температурным датчиком, а функция датчика верхнего уровня заключается в запуске в работу средства циркуляции для последующей циркуляции сырой воды через дегазирующее средство, а также в запуске в работу средства нагревания сырой воды. Если уровень воды в контейнере падает, тогда срабатывает датчик нижнего уровня и открывает выпускное средство, чтобы выпустить оставшуюся недистиллированную воду, функции температурного датчика заключается в принудительном прекращении циркуляции воды через дегазирующее средство и в принудительном начале процесса циркуляции дегазированной воды через мембранное средство с последующей дистилляцией дегазированной воды после достижения заданной температуры воды. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Водоочиститель, в частности для домашнего пользования, функционирующий в соответствии с принципами мембранной дистилляции, отличающийся тем, что содержит средство дегазации для дегазирования входящей сырой воды до момента начала процесса мембранной дистилляции, мембранное средство для мембранной дистилляции дегазированной воды и выпускное средство для выпуска остаточного количества дегазированной недистиллированной воды после того, как уровень дегазированной недистиллированной воды упадет до заданного нижнего уровня. 2. Водоочиститель по п. 1, отличающийся тем, что содержит контейнер для входящей сырой воды, в котором установлены датчик верхнего уровня и датчик нижнего уровня, а также датчик температуры, причем, если в контейнере уровень сырой воды достигает верхнего уровня, то происходит срабатывание датчика верхнего уровня, который в этом случае запускает в работу средство циркуляции для циркуляции сырой воды через дегазирующее средство с последующим возвратом воды в контейнер, а также запускает в работу средство нагревания сырой воды, тогда как, если вода в контейнере убывает и достигает отметки нижнего уровня, то срабатывает датчик нижнего уровня, обеспечивающий открытие выпускного средства, чтобы выгрузить остающуюся недистиллированную воду, а если температура сырой воды достигает заданного значения, тогда срабатывает датчик температуры, который обеспечивает принудительное прекращение циркуляции через дегазирующее средство и принудительное начало циркуляции дегазированной воды через мембранное средство для последующей дистилляции дегазированной воды. 3. Водоочиститель по п. 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит верхний вентилятор в непосредственной близости от дегазирующего средства для удаления продуктов дегазификации посредством всасывания и конденсирования этих продуктов в течение их транспортировки к выпускному средству. 4. Водоочиститель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что температурный датчик предназначен для прерывания начавшейся мембранной дистилляции, когда температура воды отклоняется от заданной температуры на какую-то конкретную величину и для запуска процессов дегазации и нагревания общего количества оставшейся воды перед моментом повторного запуска в работу процесса мембранной дистилляции. 5. Водоочиститель по п. 4, отличающийся тем, что температурный датчик предназначен для прерывания процесса мембранной дистилляции, если отклонение сырой воды достигает значения, которое максимально равно 3% заданной температуры. 6. Водоочиститель по пп. 2 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит два легко удаляемых сборных бачка для очищенной воды, причем каждый из этих бачков предназначен для сбора примерно половины объема воды, которая дистиллируется, когда контейнер заполнен сырой водой до верхнего уровня сырой воды. 7. Водоочиститель по пп. 1 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит охлаждающее средство для охлаждения мембранного средства.