СИСТЕМА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ И СБОРА ВОДЫ Российский патент 2005 года по МПК B01D61/02 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к системе фильтрации воды. Более конкретно изобретение относится к системе фильтрации воды с обратным осмосом, в которой с целью предотвращения скопления микробного материала внутри системы фильтрации используют воздействие мягкого периодического обратного давления на мембрану фильтра.

Предпосылки изобретения

Необходимость контролировать очистку воды от микробного материала потребовала применения способов бактериальной стерилизации с использованием фильтрующих мембран для удаления скоплений частиц и бактерий из различных жидкостей. Однако важно, чтобы используемые мембраны постоянно поддерживали свою фильтрующую способность и не давали скапливаться микробному биологическому материалу на входной стороне фильтрующей мембраны и засорять фильтр. В технологии фильтрации с обратным осмосом такое постоянное техническое обслуживание предполагает замену фильтрующей мембраны и/или всего блока фильтра с обратным осмосом. К сожалению, не все пользователи способны правильно заменить и поставить фильтрующий блок, что может повлечь за собой его повреждение, поломку и в конечном итоге опасность для здоровья.

Поскольку микробный материал чаще всего присутствует в стоячей воде, заявитель счел нужным предпринять особые меры против биологического загрязнения мембран с фильтрацией обратным осмосом. С этой целью в настоящем изобретении была поставлена задача предложить систему фильтрации с обратным осмосом, в которой через фильтрующую мембрану пропускают непрерывный поток воды. В отличие от общего известного уровня в этой системе отфильтрованная вода поступает обратным потоком через мембрану фильтра. Хотя в патенте США №5658457, выданном 19 августа 1997 года Шоэнмейеру (Schoenmeyr), и упоминается такой обратный поток с целью удаления частиц, Шоэнмейер не развивает дальше мысль, сделать систему способной противостоять микробному скоплению. В частности, Шоэнмейер не упоминает о создании достаточного давления обратного потока на момент отсечения входящего потока, что необходимо для осуществления обратного потока через мембрану. В результате устройство Шоэнмейера подвержено скоплению биологического материала. Следовательно, задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного уровня и создание системы фильтрации с обратным осмосом, позволяющей прохождение непрерывного потока воды через мембрану с фильтрацией обратным осмосом, что значительно снижает возможность скопления биологического материала и загрязнения.

Краткое содержание изобретения

В соответствии с поставленными задачами настоящее изобретение - система бактериальной очистки и сбора воды - включает фильтрующий блок с обратным осмосом со впуском в фильтр, селективно сообщающийся со впуском в систему, и выпуск из фильтра, сообщающийся с контейнером-сборником для воды. Впуск в фильтр отделен от выпускного отверстия фильтрующей мембраной. По меньшей мере часть контейнера-сборника размещена выше фильтрующей мембраны, так что заполнение сборника создает напорное давление в нем относительно фильтрующей мембраны.

Между впуском в систему и выпуском из фильтра размещен отсечной клапан, чтобы блокировать поток жидкости от впуска в систему к впуску фильтра при достижении минимального напорного давления в сборнике относительно фильтрующей мембраны. В предпочтительном варианте настоящего изобретения минимальное напорное давление составляет по меньшей мере 0,035 кг/см², чтобы при отсечении обеспечить обратный поток от источника воды через мембрану к блоку фильтра.

Сборник воды предпочтительно включает достаточно свободно раскладывающийся и складывающийся гибкий мешок, а отсечной клапан представляет собой механический клапан, приводимый в действие заполнением гибкого мешка. В частности, механический клапан включает впускное отверстие, выпускное отверстие и толкатель, движение толкателя вниз блокирует поток жидкости из впуска клапана к выпускному отверстию. С этой целью отсечной клапан далее включает рычаг, размещенный между механическим клапаном и гибким мешком таким образом, что рычаг надавливает на толкатель при достаточном заполнении гибкого мешка.

По меньшей мере в одном варианте изобретения блок фильтра с обратным осмосом размещен полностью в пространстве под сборником, обеспечивая таким образом максимальное напорное давление на мембрану фильтра. В этом варианте выпускное отверстие фильтра сообщается со сборником посредством впускного отверстия, находящегося в основной части сборника. То же впускное отверстие может служить и выпускным для воды, скопившейся в сборнике. С этой целью для подачи воды могут быть предусмотрены перекачивающий насос, который может включаться при необходимости, насос с приводом газом, насос с дистанционным управлением, другие насосы или комбинированный вариант насосов.

Между впуском в систему и впуском в фильтр может быть размещен вспомогательный насос для применения в случае подачи низкого давления. В этом случае также имеется выключатель, прерывающий подачу электричества к вспомогательному насосу при достаточном заполнении сборника. Желательно, чтобы выключатель приводился в действие тем же рычагом, который контролирует поток к блоку фильтра. Дополнительно к этому можно предусмотреть впускное отверстие для сбора другой чистой воды, кроме поступающей из фильтра. В этом случае имеется предохранительный клапан со встроенным обратным клапаном, через который происходит сброс давления в случае наличия в собранной воде газов, таких как углекислый газ.

Многие другие характерные признаки, цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидны для специалистов данной области техники в свете последующего описания и чертежей, описания на конкретных примерах и из прилагаемой формулы.

Краткое описание чертежей

Хотя объем настоящего изобретения гораздо шире любого конкретного варианта, подробное описание предпочтительного варианта сопровождается чертежами, на которых схожие компоненты обозначены теми же позициями и на которых

на фиг.1 представлен перспективной вид спереди предпочтительного варианта системы очистки и сбора воды по настоящему изобретению;

на фиг.2 представлен перспективный вид сзади системы очистки и сбора воды по фиг.1;

на фиг.3 представлен перспективный вид снизу системы очистки и сбора воды по фиг.1;

на фиг.4 представлен частично вырезанный вид сверху некоторых деталей автоматического отсечного клапана системы очистки и сбора воды фиг.1 и

на фиг.5 представлено в частично вырезанном виде поперечное сечение, взятое по линии 5-5 фиг.4, некоторых других деталей автоматического отсечного клапана системы очистки и сбора воды по фиг.1.

Подробное описание предпочтительного варианта

Хотя специалистам в данной области техники очевидны многие альтернативные варианты, особенно в свете представленных здесь иллюстраций, это подробное описание следует рассматривать в качестве примера описания предпочтительного варианта изобретения, объем которого ограничен только формулой, прилагаемой здесь.

На чертежах система очистки воды и сбора 10 по настоящему изобретению показана как включающая сборник 12 для сбора и хранения отфильтрованной или другой чистой воды и блок фильтра 19 с обратным осмосом (R/О), расположенный в пространстве 41 под сборником 12 по причинам, которые будут понятны из дальнейшего описания. Блок 27 автоматического отсечного клапана контролирует поток воды в систему очистки и сбора через впуск 11 для нефильтрованной воды. Как очевидно из последующего описания, поток контролируется в зависимости от объема воды, находящегося в сборнике 12. Определенное размещение компонентов позволяет автоматическую и периодическую очистку обратной струей через R/О мембрану 21, заключенную в корпус 20 блока 19 R/О фильтра.

Как хорошо видно на фиг.1 и 2, сборник 12 представляет собой свободно раскладывающийся и складывающийся гибкий пластиковый мешок. Отфильтрованная вода из блока 19 R/О фильтра поступает в контейнер-сборник через впуск-выпуск отфильтрованной воды - чистой воды 13. Через впуск 14 для чистой воды в сборник 12 может поступать чистая вода из других устройств очистки. В устройстве предусмотрено сливное отверстие 15, которое не позволяет сборнику 12 избыточно переполняться и растягиваться. Кроме того, поскольку вода, отфильтрованная способом обратного осмоса, имеет в себе высокую концентрацию углекислого газа, вызывающего образование углекислоты, сливное отверстие 15 также предназначено и для спуска накопившихся газов, которые при атмосферном давлении свободно выходят из собранной воды. Таким образом, уровень рН собранной воды быстро возвращается к нормальному и поддерживается в нормальном состоянии. Однако, чтобы сохранить чистоту воды, сливное отверстие 15 для слива воды и вывода газов выполнено со встроенным спускным клапаном, представляющим собой стопорный клапан 16.

Как видно из фиг.1-3, впуск для чистой воды 14 и сливное отверстие 15 служат для крепления сборника 12 к раме 36 системы для очистки и сборки воды 10. С этой целью сборник снабжен множеством интегральных креплений 17, предназначенных для соединения через отверстия 37 на впуске чистой воды и отверстия 38 на сливном отверстии и отверстии для выхода газов с муфтами 18 на впуске 14 для чистой воды и на сливном отверстии 15. Аналогичным образом крепление 17 соединяется через отверстие 40 на впуске отфильтрованной воды и выпуске чистой воды с муфтой 18 на впуске для отфильтрованной воды и выпуске для чистой воды 13, закрепляя таким образом нижнюю часть сборника 12 на полке 39 сборника, которая крепится к раме 36.

Блок 19 R/О фильтра по настоящему изобретению включает R/О мембрану 21, заключенную в корпус 20, и множество крепежных кронштейнов 22 для корпуса мембраны. Существенно, что крепежные кронштейны 22 для крепления корпуса мембраны соединены с рамой 36 таким образом, что корпус 20 мембраны имеет горизонтальную ориентацию в пространстве 41 под сборником под полкой 39. Таким образом в сборнике 12 достигается достаточное напорное давление воды, что позволяет обратную струйную очистку R/О мембраны 21 в любое время, когда поток нефильтрованной воды к системе очистки и сбора воды 10 прерывается автоматическим отсечным клапаном 27. Поскольку в отличие от традиционной практики, имеющей место в данной области техники, настоящее изобретение позволяет чистой воде поступать обратным потоком в корпус мембраны 20 через выпуск 24 отфильтрованной воды во время таких интервалов, важно, чтобы корпус мембраны 20 был модифицирован для приема такого потока. В частности, необходимо убрать стопорный клапан, обычно имеющийся в корпусе мембраны, который в противном случае воспрепятствует обратному потоку воды через выпуск 24 для отфильтрованной воды к R/О мембране 21.

В реализации настоящего изобретения заявитель выявил, что в блоке 19 R/О фильтра можно использовать капсульный нанофильтрационный мембранный модуль с пропускной способностью 100 галлонов/день (галлон ≈4,546 л). Хотя для специалистов очевидны другие подходящие эквиваленты, заявитель утверждает, что при таком модуле производительность мембраны достигает фильтрации 85-90% хлорида натрия и 95-98% двухвалентных соединений, если регенерацию поддерживать в соотношении 4-5 к 1. Как и с другими R/О модулями в системе предусмотрены сток 26 для отделенной грязной воды с выпуском 25 из корпуса 20 мембраны. Сток 26 для отделенной грязной воды снабжен ограничителем капиллярного потока фирмы "TEFLON".

На фиг.2-5 представлен блок 27 автоматического отсечного клапана в соответствии с настоящим изобретением, включающий открытый в обычном состоянии клапан 32 и предназначенный для механического включения посредством затвора 28 в зависимости от уровня воды внутри сборника 12. Как показано на чертежах, обычный поток нефильтрованной воды через впуск 11 для неочищенной воды к впуску 33 на клапане 32 пропускается через соответствующую систему труб. Пока сборник 12 не заполнен или заполнен не полностью, вода течет свободно через клапан 32 и из выпускного отверстия 34 через пластиковые трубы к впуску 23 для нефильтрованной воды на корпусе 20 мембраны. Чистая вода проходит через R/О мембрану 21 и вытекает из выпускного отверстия 24 для отфильтрованной воды на корпусе 20 мембраны, проходит по пластиковым трубам, через крест 45, назначение которого будет понятно позднее, и поступает в сборник 12 через впуск для отфильтрованной воды и выпуск для чистой воды 13. Как в других альтернативных R/О модулях отделенная грязная вода, не проходящая через R/О мембрану 21, вытекает через выпуск 25 на корпусе мембраны 20, а затем по стоку 26 с ограничением потока, предназначенному для такой воды.

Когда сборник 12 заполняется полностью, затвор 28, действующий как рычаг от точки опоры 31, выполненной на раме 36, приводится в действие и закрывает клапан 32. Как только гибкий сборник 12 заполняется, горизонтальное давление действует на удлиненное плечо 29 затвора 28 и толкатель 35, имеющийся в клапане 32, опускается под действием рычага 30 из точки опоры 31 затвора 28. Опускание толкателя 35 закрывает клапан 32, прерывая поток воды к R/О мембране на корпусе 20. Хотя для специалистов очевидны многие другие возможные варианты, заявитель предпочел ввести блок 27 автоматического отсечного клапана и при заполнении сборника 12 на толкатель 35 осуществляется давление около 2,8 кг/см². Таким образом, введение готового легко доступного мембранного клапана легко перекрывает давление в трубопроводе порядка 4,2 кг/см².

Как уже упоминалось, сборник 12 по настоящему изобретению представляет собой свободно расширяющийся и складывающийся гибкий пластиковый мешок. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения размеры сборника 12 позволяют вместить приблизительно 5 галлонов воды. (галлон ≈ 4,546 л). Кроме того, блок 27 автоматического отсечного клапана закрывает клапан 32 при заполнении сборника приблизительно на 80% объема (4 галлона). Таким образом, создается напорное давление порядка 0,035-0,07 кг/см², которое обеспечивает мягкое обратное давление через R/О мембрану 21 внутри корпуса 20 каждый раз, когда заполняется сборник 12. Хотя для настоящего изобретения важно размещение корпуса с мембраной, как показано на чертежах, в пространстве 41 сборника для того, чтобы создать достаточное обратное давление через R/О мембрану 21 с целью ее очистки, следует избегать избыточного напорного давления. С этой целью специалисту по эксплуатации рекомендуется поддерживать обратное давление на величине 0,35 кг/см² или ниже, чтобы не дать мембране 21 расслоиться.

Ранее упоминалось о наличии креста 45 в трубопроводе между блоком 19 R/О фильтра и впуском для отфильтрованной воды и выпуском для чистой воды 13. Таким образом, одно отверстие к сборнику 12 можно использовать для заполнения сборника 12, а также для слива чистой воды из него. Для этого одно соединение от креста 45 сообщается с впуском 49 перекачивающего насоса 48, слив 50 из насоса 48 соединен с выпуском 46 из насоса для чистой воды. В предпочтительном варианте перекачивающий насос 48 представляет собой пусковой поршневой насос с перемежающимся циклическим режимом и автономным запуском, включающимся от давления.

Такой насос модель 402-140-033 можно приобрести от фирмы Shurflo Pump Mfg. Co., Santa Anna, California. Как специалистам понятно, выпуск 46 для чистой воды из насоса можно подсоединить к устройствам, требующим потребления чистой воды, но не имеющим встроенного насоса. Для подачи чистой воды к устройствам, имеющим встроенный насос, последнее соединение креста 45 подключается непосредственно к выпуску 47 для чистой воды, которая выходит самотеком.

Вместо перекачивающего насоса 48, включающегося по необходимости, в тех случаях, где систему очистки и сбора воды 10 настоящего изобретения применяют с автоматами для насыщения воды углекислым натрием или подобными устройствами, газ можно использовать и для работы насоса. В таком применении часть насыщающего газа просто используют для привода перекачивающего насоса. Аналогичным образом недорогостоящий центробежный насос или турбонасос можно использовать посредством ведения дистанционного привода. В одном варианте такой дистанционный включатель для магнитного переключателя располагается рядом с катушкой соленоида и включает впускной клапан к устройству пользователя. Запуск соленоида выключит магнит и работу перекачивающего насоса, при этом фактически не требуется наличия электропроводки к устройству пользователя.

Хотя последующее описание всего лишь иллюстрирует предпочтительный вариант настоящего изобретения, специалистам понятно, что возможны многие варианты, изменения, модификации, замены и прочие новшества в свете данного описания, сопровождающих его чертежей и прилагаемой здесь формулы изобретения. Например, между впуском 11 для нефильтрованной воды и блоком 19 R/О фильтра можно ввести вспомогательный насос 43 для использования при низком давлении, если напорного давления для работы блока 19 R/О фильтра недостаточно. В этом случае также необходим обычно закрытый мини-переключатель 51, как показано на фиг.1, 2 и 4, для контроля подачи питания к вспомогательному насосу 43 в зависимости от уровня воды в сборнике 12. В частности, если сборник 12 заполнен, затвор 28 воздействует на включатель 51 вспомогательного насоса, прерывая подачу питания из источника питания 44 к вспомогательному насосу 43.

Аналогично для работы перекачивающего насоса 48 и/или вспомогательного насоса 43 может быть предусмотрен источник питания 44, такой как батарейка или трансформатор переменного тока. Дополнительно рама 36 снабжена множеством гнезд 42 для крепления, с помощью которых систему очистки и сбора воды 10 по изобретению можно легко закрепить на раме, стенке, подходящем устройстве или еще где-то. В любом случае, так как объем настоящего изобретения гораздо шире любого конкретного варианта, предшествующее подробное описание не следует рассматривать как ограничивающее объем изобретения, который определяется только прилагаемой здесь формулой.

Изобретение относится к системе фильтрации воды с обратным осмосом, в которой с целью предотвращения скопления микробного материала внутри системы фильтрации используют воздействие мягкого периодического обратного давления на мембрану фильтра. Система бактериальной очистки и сбора воды (10) включает блок фильтра (19) с обратным осмосом, имеющий впуск для фильтра, сообщающийся с впуском (11) в систему, и выпуск (13) из фильтра, сообщающийся с контейнером-сборником (12) для хранения отфильтрованной воды. По меньшей мере часть сборника размещена выше мембраны фильтра, так что заполнение сборника создает напорное давление в сборнике относительно мембраны фильтра, что позволяет осуществить обратный поток отфильтрованной воды через нее. Между впуском (11) в систему и впуском к фильтру имеется механический отсечной клапан (27), блокирующий поступление жидкости между ними при достижении минимального напорного давления в контейнере-сборнике относительно мембраны фильтра. Технический результат заключается в усовершенствовании системы фильтрации с обратным осмосом, позволяющей прохождение непрерывного потока воды через мембрану, что значительно снижает возможность скопления биологического материала и загрязнения. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система бактериальной очистки и сбора воды, включающая блок фильтра с обратным осмосом, имеющим впуск, сообщающийся с впуском в систему, и выпуск, при этом указанные впуск и выпуск из фильтра разделены мембраной фильтра; контейнер-сборник для воды, сообщающийся с упомянутым выпуском из фильтра и предназначенный для хранения отфильтрованной воды, по меньшей мере часть которого размещена выше мембраны фильтра таким образом, что заполнение сборника создает напорное давление в упомянутом сборнике относительно мембраны фильтра, чтобы обеспечить обратный поток отфильтрованной воды через нее; и механический отсечной клапан между впуском в указанную систему и впуском в фильтр, предназначенный блокировать подачу жидкости от впуска в указанную систему к впуску в фильтр, при этом отсечной клапан приводится в движение при его контакте со сборником при достижении минимального напорного давления в упомянутом сборнике относительно мембраны фильтра, составляющего по меньшей мере 0,035 кг/см².2. Система очистки и сбора воды по п.1, отличающаяся тем, что указанный контейнер-сборник представляет собой гибкий мешок.3. Система очистки и сбора воды по п.2, отличающаяся тем, что указанный контейнер-сборник свободно раскладывается и свободно складывается.4. Система очистки и сбора воды по п.2, отличающаяся тем, что в отсечном клапане имеется впуск, выпуск и толкатель, опускание которого блокирует поток жидкости от впуска к выпуску клапана.5. Система очистки и сбора воды по п.4, отличающаяся тем, что указанный отсечной клапан включает также рычаг, прилегающий к гибкому мешку и предназначенный нажимать на толкатель при существенном заполнении гибкого мешка.6. Система очистки и сбора воды по п.5, отличающаяся тем, что блок фильтра с обратным осмосом полностью размещен в пространстве под указанным сборником.7. Система очистки и сбора воды по п.6, отличающаяся тем, что указанный выпуск из фильтра сообщается со сборником посредством впускного отверстия в сборник, находящегося в основной части сборника.8. Система очистки и сбора воды по п.5, включающая далее вспомогательный насос, размещенный между впуском в систему и впуском фильтра.9. Система очистки и сбора воды по п.8, включающая далее отсечной переключатель вспомогательного насоса, предназначенный прерывать подачу электроэнергии к упомянутому насосу при существенном заполнении сборника воды.10. Система очистки и сбора воды по п.9, отключающаяся тем, что отсечной переключатель указанного вспомогательного насоса вводится в действие упомянутым рычагом.11. Система очистки и сбора воды по п.5, включающая далее перекачивающий насос для подачи воды из контейнера-сборника.12. Система очистки и сбора воды по п.11, отличающаяся тем, что перекачивающий насос включается по мере необходимости.13. Система очистки и сбора воды по п.11, отличающаяся тем, что перекачивающий насос работает от подачи газа.14. Система очистки и сбора воды по п.11, отличающаяся тем, что перекачивающий насос включается дистанционно.15. Система очистки и сбора воды по п.5, отличающаяся тем, что сборник далее включает впуск для чистой воды для сбора другой воды, кроме воды, пропущенной через блок фильтра.16. Система очистки и сбора воды по п.15, отличающаяся тем, что, кроме того, сборник включает спускной клапан для спуска газов из собранной воды.17. Система очистки и сбора воды по п.16, отличающаяся тем, что спускной клапан представляет собой стопорный клапан, предназначенный воспрепятствовать попаданию загрязнений в сборник для воды,