СИСТЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/00 

Изобретение относится к области обработки воды. Оно может применяться, в частности, в одиночных фильтрах или умягчителях засыпного типа как в жилищном строительстве, так и в промышленных системах подготовки воды.

Известны системы водоподготовки, основанные на последовательном, параллельном или комбинированном подключении одиночных устройств, каждое из которых состоит из резервуара для фильтрующих загрузок (танка), многопозиционного переключателя потоков, блока управления и, опционально, емкости для реагента (United States Patent 4136032 Bakken, et al. January 23, 1979; United States Patent 4577498 FERRALI LUIGI (IT) March 25, 1986; United States Patent 4698164 Ellis October 6, 1987; FR2647102 Ropers Gilbert (FR), Calissoni Francois (FR) 1990-11-23; United States Patent 5162080 Drager, et al. November 10, 1992; United States Patent 5820133 Altshuler October 13, 1998; United States Patent 5910244 Stamos, et al. June 8, 1999; United States Patent 6444127 September 3, 2002).

Недостатком данных систем является то, что для выполнения однотипных технологических операций, таких как обратная и прямая промывки, подача реагента, заполнение водой емкости для реагента, для каждого устройства, входящего в систему, требуются индивидуальные переключатель потоков, блок управления и емкость для реагента, что существенно усложняет и удорожает систему водоподготовки.

Известны системы водоподготовки (United States Patent 4427549 Brown, et al. January 24,1984; United States Patent 4863612 Kirman, et al. September 5,1989; United States Patent 5628899 May 13,1997; United States Patent 6214214 Hansen, et al. April 10, 2001), состоящие из групп, в которые входят два танка, для которых используются один многопозиционный переключатель потоков, один блок управления и одна емкость для реагента, что несколько снижает стоимость системы.

Однако данные системы предназначены преимущественно для умягчения воды и не могут быть использованы для процессов фильтрования, обезжелезивания и сорбции, а также для обеспечения технологических процессов для жидкостей, имеющих различные физико-химические свойства (например, холодная и горячая вода, вода из скважины и водопровода или колодца).

Наиболее близкой к заявляемой является система водоподготовки (United States Patent 5639377 Banham, et al., June 17, 1997), включающая резервуары (танки) с фильтрующими загрузками, двухпозиционные переключатели потоков, блок управления, емкости для реагента и соединительные трубопроводы. Выделение и размещение большей части переключателей, задействованных в обеспечении процесса регенерации фильтрующих загрузок, в отдельной секции, а также применение двухпозиционных переключателей потоков упрощает управление всей системой, позволяет использование одного блока управления для всей системы, что значительно снижает ее стоимость.

Недостатком данной системы является то, что она не позволяет обеспечить несколько технологических процессов (фильтрование, обезжелезивание, умягчение и т.п.) в рамках одной системы, так как все танки подключаются только по параллельной схеме; не может обеспечить технологический процесс для жидкостей, имеющих различные физико-химические свойства.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение технологических возможностей известной системы водоподготовки, обеспечение гибкой перенастройки схем подключения.

Результат достигается путем усовершенствования известной системы водоподготовки, включающей резервуары (танки) с фильтрующими загрузками, двухпозиционные переключатели потоков, блок управления, емкости для реагента и соединительные трубопроводы. Усовершенствование заключается в том, что в нее введены узел регенерации, узлы коммутаторов, соответствующие танкам, и трехканальная шина, соединяющая узлы коммутаторов и узел регенерации, которые содержат гидравлические блоки, объединяющие двухпозиционные переключатели потоков по принципу синхронности переключения из одного положения в другое для выполнения определенной операции технологического процесса. Узел регенерации включает блок изменения направления потока и блок включения подачи реагента, устройство для подачи реагента, переключатель заполнения водой емкостей для реагента, переключатели выбора реагента и переключатели ограничения потока. Узел коммутатора состоит из блока переключения входа и выхода танка от связи с другими танками к соединению с узлом регенерации и переключателя подачи воды в узел регенерации.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема заявляемой системы водоподготовки, на фиг.2а - блок переключения входа и выхода танка от связи с другими танками к соединению с узлом регенерации, на фиг.2б - переключатель подачи воды в узел регенерации, на фиг.3а и 3б - особенности подключения трубопроводов к узлу коммутатора, на фиг.4а, 4б, 4в, 4г - типовые фазы процесса регенерации фильтрующих загрузок танков, осуществляемые предложенной системой водоподготовки: на фиг.4а - обратная промывка, на фиг.4б - прямая промывка, на фиг.4в - подача реагента, на фиг.4г - заполнение емкости для реагента.

Гидравлическая система водоподготовки (фиг.1) в общем виде состоит из резервуаров для фильтрующих загрузок (танков) 1, узлов коммутаторов 2, узла регенерации 3, емкостей 4 для реагентов, блока управления 5 и соединительных трубопроводов 6. Узлы коммутаторов 2 и узел регенерации 3 соединены шиной из трех каналов 7, 8, 9.

Структура системы водоподготовки, представленная на фиг.1, взята для примера. В каждом практическом случае при применении предложенной системы количество танков 1 и соответствующих им коммутаторов 2 схемы подключения, наличие емкостей 4 для реагентов будут иными.

Узел коммутатора 2 (фиг.3а и 3б) состоит из блока переключения (фиг.2а) входа 10 и выхода 11 танка от связи с другими танками к соединению с узлом регенерации 3 (фиг.1) и переключателя подачи воды в узел регенерации (фиг.2б).

Узел регенерации 3 включает в себя блок изменения направления потока 12, опционально блок включения подачи реагента 13, устройство для подачи реагента 14 (эжектор или насос), переключатель 15 заполнения водой емкостей для реагента, переключатели 16 ограничения потока и переключатели 17 выбора реагента (фиг.4а, 4б, 4в, 4г). Блоки, устройство подачи реагента и переключатели, перечисленные выше как опциональные, присутствуют в узле регенерации 3, если в одном из танков 1, входящем в систему, используется отложенная регенерация. Переключатели 17 выбора реагента и переключатели 16 ограничения потока при проведении отложенной регенерации требуются, если в системе обеспечиваются несколько технологических процессов, использующих разные реагенты (например, перманганат калия и NaCl).

Переключатели 16 ограничения потока применяются при необходимости обеспечения разных скоростей потока воды при фазе подачи реагента.

Узлы коммутаторов и узел регенерации содержат гидравлические блоки, объединяющие двухпозиционные переключатели потоков по принципу синхронности переключения из одного положения в другое для выполнения определенной операции технологического процесса.

Предложенная система водоподготовки работает следующим образом.

При рабочем процессе (фиг.3а и фиг.3б) вход 10 и выход 11 танка 1 подключаются к узлу коммутатора 2 в соответствии с требуемым направлением движения воды сверху вниз или снизу вверх. Танк 1 соединяется с входом 19 и выходом 20 узла коммутатора 2 через внутренние каналы 18. Посредством входов 19 и выходов 20 узлов коммутаторов 2 танки соединяются в систему согласно требуемым схемам подключения (фиг. 1). При этом узел регенерации 3 в работе системы не участвует и шина с каналами 7, 8, 9 не задействована.

Когда наступает момент регенерации фильтрующей загрузки танка 1, по сигналу блока управления 5 узел коммутатора 2 соединяет его с узлом регенерации 3 (фиг.1). Вход 10 и выход 11 танка разрываются от связи с входом 19 и выходом 20 узла коммутатора 2 и подключаются к каналам 7 и 8 общей шины. Вода, которая при рабочем процессе поступала в танк 1 напрямую через вход 19, по шине 9 вначале попадает в узел регенерации 3, затем по каналу 7 или 8 в зависимости от стадии технологического процесса проходит через танк 1, возвращается в узел регенерации 3 и выходит из системы через слив 21 (фиг.4а, 4б, 4в, 4г).

В соответствии со своим составом узлы коммутаторов 2 выполняют следующие функции:

- при рабочем процессе соединяют входы 10 и выходы 11 танков 1 с входами 19 и выходами 20 узлов коммутаторов 2 (фиг.3а, 3б); посредством разных способов соединения входов 19 и выходов 20 узлов коммутаторов 2 обеспечивают гибкую перенастройку схем объединения танков 1 в систему водоподготовки (фиг.1). При подключении выхода 20 одного узла коммутатора с входом 19 другого узла коммутатора реализуется последовательная схема. При попарном соединении входов 19 и выходов 20 узлов коммутаторов реализуется параллельная схема подключения. В предложенной системе можно реализовать комбинированные схемы подключения, включая технологические процессы с двумя и более обрабатываемыми жидкостями (Вход 22-Выход 23 и Вход 24 - Выход 25);

- во время регенерации узлы коммутаторов 2 соединяют соответствующий танк 1 через каналы 7, 8 общей шины с узлом регенерации 3, блокируют поступление воды из этого танка в другие танки, обеспечивают подачу воды в блок регенерации 3 по каналу 9 (фиг.4а, 4б, 4в, 4 г).

Существуют два варианта поступления воды в узел регенерации 3 по каналу 9 (фиг.2б). Универсальным является способ, когда в узел регенерации 3 поступает та же вода, что и в танк 1 во время рабочего процесса через вход 19, расположенный так, как показано на фиг.3а. В этом случае при переключении узла коммутатора 2 в позицию проведения регенерации вода в узел регенерации 3 поступает по каналу 9 общей шины через вход 19 коммутатора 2.

Если несколько танков 1 объединены в систему по параллельной схеме, есть возможность проведения регенерации каждого танка водой, получаемой в результате ее обработки в других танках, рабочий процесс в которых в это время не прерывается (фиг.3б). Для этого требуется изменить подключение трубопроводов 6 к узлам коммутаторов 2 и танкам 1, соединенным по параллельной схеме согласно фиг.3б: вход 19 узла коммутатора 2 принять за его выход 20, и, наоборот, выход 20 принять за вход 19, а также переподключить вход 10 и выход 11 танка 1 к узлу коммутатора 2. При таком подключении во время регенерации вода по каналу 9 общей шины в узел регенерации 3 поступает через выход 20.

Все технологические операции, связанные с регенерацией фильтрующих загрузок танков 1, проводятся посредством узла регенерации 3. В зависимости от сочетания позиций блоков, входящих в узел регенерации 3, выполняются те или иные фазы процесса регенерации. Позиции блоков, входящих в узел регенерации 3, на каждой стадии регенерации зависят, в свою очередь, от требуемого направлением движения воды (сверху вниз или снизу вверх) при рабочем процессе и от способа подачи реагента (сверху вниз или снизу вверх). На фиг.4а, 4б, 4в, 4г показаны стадии регенерации для рабочего процесса сверху вниз, с подачей реагента снизу вверх и с входом воды через вход 19. Одновременно с переключением узла коммутатора 2 в позицию регенерации начинает выполняться одна из стадий регенерации. Порядок, время выполнения и количество стадий регенерации для каждого танка 1, входящего в систему водоподготовки, могут быть любыми и задаются настройками блока управления 5.

Фаза регенерации, соответствующая обратной промывке, представлена на фиг.4а. Вода из системы через вход 19 узла коммутатора 2 через канал 9 общей шины подается в узел регенерации 3. Пройдя через блок включения подачи реагента 13, она поступает в блок изменения направления потока 12, благодаря которому поток в танке 1 будет идти снизу вверх (при рабочем процессе он шел сверху вниз). Из блока изменения потока 12 вода по каналу 8 общей шины, миновав узел коммутатора 2, поступает в танк 1 через выход 11, связанный с нижним дистрибьютором танка 1 (не показан). Пройдя фильтрующую загрузку танка 1 снизу вверх, через вход 10, узел коммутатора 2 по каналу 7 общей шины, вода вернется в блок изменения направления потока 12. Далее через один из переключателей 16 ограничителей потока, открывающий недросселируемый канал, вода выходит из узла регенерации 3 через слив 21.

На фиг.4б представлена фаза регенерации, соответствующая прямой промывке. Движение воды при этой фазе в целом такое же, как и при обратной промывке, за исключением того, что блок изменения направления потока 12 сохраняет направление движения воды в танке 1 таким же, как и при рабочем процессе, т.е. сверху вниз. Вода из блока изменения направления потока 12 в танк 1 поступает по каналу 7 общей шины через вход 10, пройдя узел коммутатора 2. Далее, пройдя через фильтрующую загрузку сверху вниз, через выход 11, узел коммутатора 2 по каналу 8 общей шины, возвращается в блок изменения направления потока 12 и, пройдя через один из переключателей 16 ограничителей потока, открывающий недросселируемый канал, вода выходит из узла регенерации 3 через слив 21.

Ограничение потока при фазах обратной и прямой промывок осуществляется дросселем 26, установленным в узле коммутатора 2.

На фиг.4в представлена фаза регенерации, соответствующая подаче реагента в танк 1. Поступающую воду блок включения подачи реагента 13 направляет через устройство подачи реагента 14. Эжектор или насос подсасывает реагент из емкости 4 для реагента, который был предварительно подключен блоком управления 5 в соответствии с требуемым реагентом. Затем раствор воды с реагентом следует в блок изменения направления потока 12. Далее ток раствора воды с реагентом следует так же, как и при фазе обратной промывки, обеспечивая обработку фильтрующей загрузки танка 1. Требуемый поток раствора воды с реагентом обеспечивается ограничителем потока, выбранным блоком управления 5 посредством одного из переключателей 16.

На фиг.4г представлена фаза регенерации, соответствующая заполнению емкости для реагента. Движение воды при этой фазе аналогично движению воды при фазе прямой промывки. Отличие состоит в том, что вода из блока изменения направления потока 12 идет не через переключатели 16 ограничения потока на слив, а проходит по трубопроводу 27, который открывается переключателем 15 заполнения водой емкостей для реагента, и заполняет требуемый резервуар для реагента 4, предварительно выбранный блоком управления 5 посредством переключателя выбора реагента 17. От перелива емкость 4 для реагента защищает одно из штатных устройств, входящих в обязательную комплектацию емкостей 4 (не показан).

Предложенная система водоподготовки является универсальной. Она позволяет осуществлять для каждого танка 1, входящего в систему, все возможные варианты рабочего процесса (подача обрабатываемой воды сверху вниз или снизу вверх) и регенерации (подача реагента снизу вверх или сверху вниз), а также соединять танки 1 по любой схеме (последовательной, параллельной, комбинированной) и может объединить проведение всех типовых технологических процессов обработки, проводимых в резервуарах с фильтрующими загрузками (фильтрование, ионный обмен, сорбция), даже для жидкостей, имеющих различные физико-химические свойства в рамках одной системы.

Изобретение может быть использовано в жилищном строительстве и в промышленных системах подготовки воды. Система водоподготовки состоит из резервуаров 1 для фильтрующих загрузок (танков), узлов коммутаторов 2, узла регенерации 3, емкостей для реагентов 4, блока управления 5, соединительных трубопроводов 6 и двухпозиционных переключателей потоков. Узлы коммутаторов 2 и узел регенерации 3 соединены шиной из трех каналов 7, 8 и 9. Узел регенерации 3 включает блок изменения направления потока, блок включения подачи реагента, устройства для подачи реагента, например эжекторы или насосы, переключатель заполнения водой емкостей для реагента 4, переключатели выбора реагента и переключатели ограничения потока. Узлы коммутаторов 2 соответствуют резервуарам 1, и каждый из них содержит блоки переключения входа и выхода резервуара от связи с другими резервуарами к соединению с узлом регенерации 3, а также переключатель подачи воды в узел регенерации 3. Указанные гидравлические блоки объединяют двухпозиционные переключатели потоков по принципу синхронности переключения из одного положения в другое. Изобретение позволяет осуществлять для каждого резервуара все возможные варианты рабочего процесса и регенерации, соединять их по любой схеме (последовательной, параллельной, комбинированной) и обеспечивает гибкую перенастройку. 9 ил.

Система водоподготовки, включающая резервуары с фильтрующими загрузками, двухпозиционные переключатели потоков, блок управления, емкости для реагента и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что в нее введены узел регенерации, состоящий из блока изменения направления потока, блока включения подачи реагента, устройства для подачи реагента, переключателя заполнения водой емкостей для реагента, переключателей выбора реагента, переключателей ограничения потока и узлы коммутаторов, соответствующие резервуарам, состоящие из блока переключения входа и выхода резервуара от связи с другими резервуарами к соединению с узлом регенерации и переключателя подачи воды в узел регенерации, причем узлы коммутаторов и узел регенерации соединены трехканальной шиной, а указанные гидравлические блоки объединяют двухпозиционные переключатели потоков по принципу синхронности переключения из одного положения в другое.