УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2012 года по МПК B01D27/02 B01D35/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости, преимущественно питьевой воды, предназначенным для использования в качестве автономных устройств в бытовых условиях, на дачных и садовых участках, в сервисных службах. В частности, данное изобретение касается автономных устройств, подвергающих обработке под давлением определенные порции воды.

Изобретение может найти применение для очистки питьевой воды и других жидкостей бытового применения, в медицинской и других отраслях промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства для очистки жидкости с гравитационной подачей. Примером таких устройств могут служить кувшины/графины и емкости больших размеров, куда обрабатываемая вода наливается, например, из крана. Такого рода системы обычно имеют приемную емкость для неочищенной жидкости и приемную емкость для очищенной жидкости, сменный фильтрующий модуль, заполненный фильтрующим материалом. В качестве фильтрующих материалов, как правило, используют иониты и/или активированный уголь. Принцип действия подобных устройств для очистки жидкости предельно прост: жидкость наливают в приемную емкость для неочищенной жидкости, под действием силы тяжести она проходит через фильтрующий модуль и попадает в приемную емкость для очищенной жидкости. В устройствах с гравитационной подачей, как правило, используют крупнодисперсные сорбенты. Известно, что мелкодисперсные сорбенты, например порошкообразный активированный уголь или порошкообразная ионообменная смола, а также фильтрующие материалы тонкой очистки, например половолоконные, мембранные или карбонблочные элементы, обладают высокой кинетикой сорбции, что приводит к улучшению очищающих свойств фильтрующего элемента. Однако использование перечисленных фильтрующих материалов в устройствах с гравитационной подачей может привести к уменьшению скорости фильтрации вплоть до того, что жидкость может совсем перестать проходить через фильтрующий модуль, т.к. давления, создаваемого столбом жидкости над модулем, оказывается недостаточно для преодоления суммарного гидравлического сопротивления фильтрующего материала. Для наиболее эффективной фильтрации или же очистки воды целесообразно обеспечить контакт жидкости с фильтрующим материалом по максимально возможной большей площади, соответственно принудительно подвергая жидкость максимально интенсивному и полному процессу адсорбции для удаления присутствующих в ней примесей.

В уровне техники данная проблема частично была решена созданием автономных напорных устройств для очистки жидкости. В таких устройствах жидкость проходит через фильтр принудительно за счет разности давлений воздуха, создаваемой между приемной емкостью для неочищенной жидкости и приемной емкостью для очищенной жидкости, т.е. между входной и выходной сторонами. Подобные устройства для очистки жидкости хорошо известны.

Например, известно устройство для очистки воды по патенту США №7507338 (Filtrex Holdings Pte Ltd (SG), опубл. 24.03.2009, C02F 1/28, 1/44 1/50), включающее приемную емкость для неочищенной воды, крышку со встроенным в нее насосом ручного управления (помпой), многоступенчатый фильтрующий модуль и уплотнительный элемент, расположенный между крышкой и горловиной приемной емкости. Уплотнительный элемент обеспечивает внутри емкости герметичность, необходимую для создания избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной воды, под действием которого вода из приемной емкости для неочищенной воды продавливается сквозь фильтрующий модуль снизу вверх. В крышке установлены насос, фильтрующий модуль, средство (кран) для выхода очищенной воды и уплотнительный элемент таким образом, что крышку можно использовать отдельно с различными емкостями или контейнерами для воды, имеющими подходящую для ее установки горловину. Принцип работы основан на нагнетании воздуха в верхнюю часть приемной емкости над уровнем неочищенной воды. Сжатый воздух выталкивает воду через фильтрующий модуль и далее через средство для выхода очищенной воды на потребление.

Известно устройство для очистки жидкости, преимущественно питьевой воды, по патенту США №7413653 (James Dennis Powell (US), опубл. 19.08.2008, B01D 29/56, C02F 1/00). Устройство удаляет из питьевой воды нежелательные привкусы, запахи и загрязняющие примеси и предназначено для использования в условиях путешествий, на даче, загородом. Устройство состоит из контейнера для воды, фильтра и крышки. На крышке расположены два отверстия, одно отверстие для ручного воздушного поршневого насоса, второе для крана, подающего очищенную воду на потребление. Опуская и поднимая несколько раз рукой поршень, потребитель нагнетает воздух в верхнюю часть контейнера. За счет давления сжатого воздуха неочищенная вода проходит через фильтр. При открытии потребителем ручки крана очищенная вода подается на потребление.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является кувшин для фильтрации жидкости по патенту США №5225078 (Ametek, Inc., опубл. 06.07.1993, B01D 27/02). Кувшин для фильтрации используют в бытовых условиях для очистки воды. Кувшин имеет корпус 11 для очищенной воды с ручкой 15 и сливным носиком 16, приемную емкость 12 для неочищенной воды, разделенную сильфоном 40 на верхнюю 24 и нижнюю 23 части, фильтрующий элемент 13, расположенный в нижней части 23 приемной емкости, и крышку 14, закрывающую винтовым соединением верхнюю часть 24 приемной емкости 12. Крышка 14 имеет отверстие 41 для выравнивания давления воздуха (Фиг.2). Фильтрующий элемент 13 является съемным и устанавливается в нижней части 23 приемной емкости 12. Между фильтрующим элементом 13 и нижней частью приемной емкости 23 имеется резиновое уплотнение 30. Сильфон 40 герметично соединен с фильтрующим элементом 13 (приварен к верхней части карбонблочного диска по его периметру), за счет чего при надавливании рукой на крышку 14 (при этом отверстие 41 должно быть закрыто ладонью) в приемной емкости над уровнем неочищенной жидкости образуется перепад давлений, способствующий ее протеканию через фильтрующий элемент 13. Сильфон 40 выполнен из резинового материала. Сильфон 40 может быть также расположен между верхней частью приемной емкости 24 и нижним краем крышки 14. Перепад давлений в данном случае будет создаваться при нажатии потребителем рукой на эластичный участок 43, располагающийся в центральной части крышки 14 (прототип).

Недостаток рассмотренных в уровне техники напорных устройств для очистки жидкости заключается в том, что избыточное давление воздуха, создаваемое средством нагнетания воздуха над уровнем неочищенной жидкости, не является стабильным и не обеспечивает во время фильтрационного цикла равномерного и устойчивого протекания жидкости через сменный фильтрующий модуль. Это вызвано тем, что потребитель не способен контролировать степень своего физического усилия, производимого им при периодическом механическом воздействии на средство нагнетания в течение всего фильтрационного цикла. Под «фильтрационным циклом» в данном случае следует понимать время прохождения одной порции неочищенной жидкости из емкости для неочищенной жидкости через сменный фильтрующий модуль в емкость для очищенной жидкости. Нестабильное избыточное давление воздуха, создаваемое средством нагнетания, также может приводить к неравномерному протеканию жидкости сквозь сменный фильтрующий модуль, т.е. к неэффективному использованию фильтрующего материала и, соответственно, к уменьшению степени очистки.

Кроме того, эксплуатация описанных в уровне техники устройств для очистки жидкости сопряжена с затратами со стороны потребителя определенных физических усилий, подобные устройства не являются достаточно удобными в использовании.

С учетом вышесказанного настоящее изобретение представляет собой попытку отреагировать на вышеназванные проблемы, известные на сегодняшний день, и решить их.

Общей задачей изобретения и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка нового устройства для очистки жидкости, в частности, питьевой воды и повышения скорости фильтрации жидкости при одновременном увеличении степени очистки жидкости.

Дополнительной задачей изобретения является улучшение, в сравнении с прототипом, эксплуатационных характеристик устройства для очистки жидкости.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании изобретения достигается за счет того, что устройство для очистки жидкости, снабженное средством нагнетания воздуха, содержащее приемную емкость для неочищенной жидкости, приемную емкость для очищенной жидкости, сменный фильтрующий модуль, заполненный фильтрующим материалом, согласно изобретению выполнено с возможностью поддержания избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в течение всего фильтрационного цикла, содержит автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации, соединенное с приемной емкостью для неочищенной жидкости посредством нагнетательного патрубка, снабженного регулировочным клапаном давления, при этом автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха включает пневматический нагнетатель, блок управления, источник питания, датчик уровня жидкости и по меньшей мере одно средство обратной связи, при этом вход пневматического нагнетателя сообщен с атмосферой, выход пневматического нагнетателя соединен с входом блока управления, выполненного с возможностью задания последовательности и временных режимов работы пневматического нагнетателя в режиме фильтрации, выход блока управления соединен с входом источника питания, а датчик уровня жидкости и по меньшей мере одно средство обратной связи соединены с блоком управления, и тем, что в качестве средства обратной связи используют датчик давления, или датчик тока, или датчик усилия, или любую их возможную комбинацию, и тем, что в качестве пневматического нагнетателя используют воздушный микрокомпрессор или мембранный микронасос, и тем, что регулировочный клапан давления используют для сброса избыточного давления воздуха внутри приемной емкости для неочищенной жидкости после окончания фильтрационного цикла, и тем, что датчик уровня жидкости предназначен для автоматического выключения пневматического нагнетателя в зависимости от уровня неочищенной жидкости, и тем, что датчик уровня жидкости используют для автоматического выключения пневматического нагнетателя при минимальном уровне неочищенной жидкости, и тем, что средство обратной связи предназначено для поддержания величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в диапазоне 0,1-1,0 бар, предпочтительно 0,15-0,5 бар, и тем, что в качестве датчика уровня жидкости используют поплавковый датчик, датчик электропроводности или бесконтактный датчик, и тем, что нагнетательный патрубок дополнительно снабжен предохранительным клапаном, предназначенным для выравнивания избыточного давления, и тем, что на входе пневматического нагнетателя дополнительно установлен фильтр очистки воздуха, и тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит нагревательный элемент, и тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит ультрафиолетовый излучатель, и тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит средство минерализации, и тем, что в качестве фильтрующего материала для сменного фильтрующего модуля используют гранулированный активированный уголь, порошкообразный активированный уголь, гранулированную ионообменную смолу, порошкообразную ионообменную смолу, активированные углеродные волокна, полимерные ионообменные волокна, мембранные фильтрационные элементы, половолоконные фильтрационные элементы и карбонблочные фильтрационные элементы или любую их комбинацию, и тем, что в фильтрующий материал для сменного фильтрующего модуля дополнительно содержит бактерицидную добавку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На Фиг.1 изображен общий вид устройства для очистки жидкости.

На Фиг.2 изображена верхняя часть устройства для очистки жидкости.

На Фиг.3 изображена общая схема устройства для очистки жидкости. Принятые условные обозначения: вода ____, воздух _._._, функциональные связи …… .

На Фиг.4 изображена общая схема устройства с дополнительно установленным в приемной емкости для очищенной жидкости нагревательным элементом. Принятые условные обозначения: вода ____, воздух _._._, функциональные связи …… .

На Фиг.5 изображена общая схема устройства с дополнительно установленным в приемной емкости для очищенной жидкости ультрафиолетовым излучателем. Принятые условные обозначения: вода ____, воздух _._._, функциональные связи …… .

На Фиг.6 изображена общая схема устройства с дополнительно установленным в приемной емкости для очищенной жидкости средством минерализации. Принятые условные обозначения: вода ____, воздух _._._, функциональные связи …….

На Фиг.7 изображен общий вид устройства для очистки жидкости в момент начала фильтрационного цикла.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для очистки жидкости содержит приемную емкость для неочищенной жидкости 1 со съемной крышкой 2, приемную емкость для очищенной жидкости 3, сменный фильтрующий модуль 4, заполненный фильтрующим материалом 5, и автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации 6 (автоматическое средство нагнетания) (Фиг.1).

Автоматическое средство нагнетания 6 нагнетает воздух внутрь приемной емкости 1, создавая избыточное давление воздуха над уровнем неочищенной жидкости в течение всего фильтрационного цикла, т.е. во время прохождения одной порции неочищенной жидкости из приемной емкости для неочищенной жидкости 1 через сменный фильтрующий модуль 4 в приемную емкость для очищенной жидкости 3. Автоматическое средство нагнетания 6 соединено с приемной емкостью для очищенной жидкости 1 посредством нагнетательного патрубка 7, снабженного регулировочным клапаном давления 8 (Фиг.1, 2).

Автоматическое средство 6 регулируемого во времени нагнетания воздуха включает пневматический нагнетатель 9, блок управления 10, источник питания 11, датчик уровня жидкости 12 и по меньшей мере одно средство обратной связи 13, при этом вход пневматического нагнетателя 9 сообщен с атмосферой (Фиг.3). Под термином «сообщен с атмосферой» следует понимать, что пневматический нагнетатель 9 у входа имеет давление, близкое к атмосферному. Выход пневматического нагнетателя 9 соединен с входом блока управления 10, выход которого соединен с входом источника питания 11, датчик уровня жидкости 12 и по меньшей мере одно средство обратной связи 13 соединены с блоком управления 10, выполненным с возможностью задания последовательности и временных режимов работы пневматического нагнетателя 9 в режиме фильтрации. Задание последовательности и временных режимов работы пневматического нагнетателя 9 в режиме фильтрации осуществляется, например, при помощи программируемого микроконтроллера, расположенного в блоке управления 10, а стабилизация избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости - при помощи алгоритмов обратной связи, использующих средства обратной связи и иные датчики или средства, преобразующие величину избыточного давления воздуха в сигнал для передачи на блок управления 10. Наличие указанных функциональных связей обеспечивает нормальное функционирование автоматического средства нагнетания 6 и его защиту от возможных сбоев в работе.

Такие элементы устройства, как ручка 14 или крышка 2, имеют воздушные полости, которые наполнены атмосферным воздухом. Следовательно, пневматический нагнетатель 9 может быть расположен как в ручке 14 (на чертежах не показано), так и в крышке 2 устройства (Фиг.1), а также в любой его части, где постоянно имеется атмосферный воздух, например, на корпусе емкости для очищенной жидкости 3 (на чертежах не показано) или на крышке 2 (на чертежах не показано). В качестве пневматического нагнетателя 9 используют, например, воздушный микрокомпрессор или мембранный микронасос.

Автоматическое средство нагнетания 6 снабжено по меньшей мере одним средством обратной связи 13, предназначенным для поддержания величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в диапазоне 0,1-1,0 бар, предпочтительно 0,15-0,5 бар. В качестве средства обратной связи 13 используют датчик давления, или датчик тока, или датчик усилия, или любую их возможную комбинацию. Если в качестве средства обратной связи 13 используют датчик давления, то оно может быть вмонтировано в нагнетательный патрубок 7 (Фиг.1). Если в качестве средства обратной связи 13 используют датчик тока, то оно может располагаться, например, внутри блока управления 10, а именно на плате микропроцессорного блока (на чертежах не показано). Если в качестве средства обратной связи 13 используют датчик усилия, то оно может располагаться, например, внутри пневматического нагнетателя 9 на одном из его рабочих элементов (на чертежах не показано). Поддержание величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в определенном диапазоне давлений способствует равномерному и устойчивому протеканию жидкости через сменный фильтрующий модуль 4 и позволяет повысить скорость фильтрации жидкости в течение всего фильтрационного цикла.

Например, при использовании датчика давления поддерживать величину избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в заданном диапазоне давлений возможно за счет периодического автоматического включения и выключения пневматического нагнетателя 9 по сигналу от датчика давления в зависимости от величины избыточного давления. Например, автоматическое выключение пневматического нагнетателя 9 происходит при величине избыточного давления ≥1,0 бар, предпочтительно ≥0,5 бар, а автоматическое включение при величине избыточного давления ≤0,1 бар, предпочтительно ≤0,15 бар. Аналогичным образом можно поддерживать величину избыточного давления воздуха по сигналу от датчика усилия или датчика тока. Датчик тока, расположенный, например, на плате микропроцессорного блока (на чертежах не показано), реагирует на изменение силы тока в электрической цепи. Чем больше величина избыточного давления, тем интенсивнее работает пневматический нагнетатель 9 и соответственно тем больше будет сила тока. При заданном диапазоне избыточного давления датчик тока будет фиксировать соответствующие заданные пороговые значения величины силы тока и подавать сигнал на блок управления 10 об отключении пневматического нагнетателя 9. При этом включение пневматического нагнетателя 9 будет производиться автоматически через заданное время, например, по сигналу от микропроцессорного блока, расположенного в блоке управления 10. Датчик усилия, расположенный, например, внутри пневматического нагнетателя 9 (на чертежах не показано), реагирует на изменение усилия вращения двигателя пневматического нагнетателя 9. Чем больше величина избыточного давления, тем интенсивнее работает пневматический нагнетатель 9 и соответственно увеличивается усилие вращения двигателя. При заданном диапазоне избыточного давления датчик усилия будет фиксировать соответствующие заданные пороговые значения величины усилия и подавать сигнал на блок управления 10 об отключении пневматического нагнетателя 9. При этом включение пневматического нагнетателя 9 будет производиться автоматически через заданное время, например, по сигналу от микропроцессорного блока, расположенного в блоке управления 10. Также возможно использование различных комбинаций указанных датчиков. Например, комбинация датчика тока с датчиком давления или комбинация датчика усилия с датчиком давления. При этом датчик тока или усилия, например, будет подавать сигнал на блок управления о выключении пневматического нагнетателя 9, а датчик давления соответственно сигнал о включении.

Таким образом, посредством периодического включения/выключения пневматического нагнетателя 9 по сигналу от средства обратной связи 13 возможно поддерживать величину избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в определенном диапазоне давлений, а именно 0,1-1,0 бар, предпочтительно 0,15-0,5 бар, что способствует равномерному и устойчивому, в отличие от прототипа, протеканию неочищенной жидкости через объем фильтрующего материала 5, включающего мелкодисперсные сорбенты и фильтрующие материалы тонкой очистки, в течение всего фильтрационного цикла.

Автоматическое средство нагнетания 6 снабжено датчиком уровня жидкости 12, предназначенным для автоматического выключения пневматического нагнетателя 9 в зависимости от уровня 23 неочищенной жидкости, предпочтительно при минимальном уровне неочищенной жидкости (Фиг.7). Под «минимальным уровнем» в данном случае следует понимать уровень, при котором практически вся неочищенная жидкость, набранная в емкость 1, прошла фильтрацию через модуль 4 (на чертежах не показано). Например, минимальным уровнем может считаться уровень неочищенной жидкости, достигший отверстий для входа жидкости, расположенных в крышке сменного фильтрующего модуля 4 (соприкоснувшийся с ними) (на чертежах не показано). Автоматическое выключение пневматического нагнетателя 9, соответственно, происходит в момент окончания процесса фильтрации. Это необходимо для того, чтобы не допустить попадания воздуха в сменный фильтрующий модуль 4 и не допустить образования в объеме фильтрующего материала 5 воздушных пузырей и воздушных зазоров, что может привести впоследствии к неэффективной работе сменного фильтрующего модуля.

В качестве датчика уровня жидкости 12 может использоваться поплавковый датчик, датчик электропроводности, бесконтактный датчик. Датчик уровня жидкости 12 может быть установлен в нижней части приемной емкости 1 (Фиг.1) и соединен с источником питания 11 через блок управления 10 при помощи токоподводов (на чертежах не показано).

Блок управления 10 может располагаться в крышке 2 (Фиг.1) или в ручке 14 (на чертежах не показано) устройства для очистки жидкости. Блок управления 10, например, может представлять собой расположенный на плате микропроцессорный блок (микроконтроллер), содержащий энергозависимую память данных, счетчик реального времени и вычислитель. Блок управления 10 дополнительно может включать в себя устройство отображения информации (дисплей, светодиодный или графический экран, средство подачи звукового сигнала и т.д.), сообщающее потребителю текущую информацию о процессе работы и состоянии устройства, например, текущий ресурс устройства, величину избыточного давления воздуха внутри приемной емкости 1. Блок управления 10 также дополнительно может содержать кнопки «включение» и «выключение» соответственно для запуска и остановки процесса фильтрации, а также кнопку «сброс ресурса», обычно используемую для обнуления ресурса при замене старого фильтрующего модуля на новый. Устройство отображения информации и функциональные кнопки могут быть расположены с внешней стороны устройства, непосредственно доступной для потребителя. Например, при помощи токоподводов перечисленные элементы могут быть выведены на внешнюю поверхность крышки 2 (на чертежах не показано).

Приемная емкость 1 имеет нижнюю горловину 15, предназначенную для установки сменного фильтрующего модуля 4, и верхнюю горловину 16, предназначенную для залива жидкости. Верхняя горловина 16 для залива жидкости может закрываться сверху как посредством крышки 2 устройства, например, винтовым соединением, байонетным соединением или путем защелкивания, так и посредством специальной отдельной крышки (на чертежах не показано). Установка сменного фильтрующего модуля 4 в нижней горловине 15 также может осуществляться винтовым соединением, байонетным соединением либо защелкиванием. Нижняя горловина 15 и верхняя горловина 16 снабжены по меньшей мере одним средством уплотнения 17, которое удерживает воздух внутри приемной емкости 1, позволяя создать избыточное давление над уровнем неочищенной жидкости. Нагнетательный патрубок 7 может быть соединен с приемной емкостью 1 через отверстие в ее верхней части (на чертежах не показано), через отверстие в верхней горловине 16 (на чертежах не показано) или через отверстие 18 в крышке 2 (Фиг.1, 2).

Автоматическое средство нагнетания 6 соединено с приемной емкостью 1 для неочищенной жидкости посредством нагнетательного патрубка 7, снабженного регулировочным клапаном давления 8.

Регулировочный клапан давления 8 предназначен для выравнивания избыточного давления воздуха внутри приемной емкости 1 в момент окончания процесса фильтрации. Он также может выполнять функцию предохранительного клапана для обеспечения возможности устранения критического избыточного давления воздуха внутри приемной емкости 1 в случае возможного сбоя в работе автоматического средства нагнетания 6. Регулировочный клапан 8 может находиться, например, в крышке 2 (Фиг.1), в ручке 14 (на чертежах не показано) или на боковой стенке приемной емкости 1 (на чертежах не показано). Предохранительный клапан может быть установлен на нагнетательном патрубке 7 в виде отдельного элемента (на чертежах не показано) для устранения критического избыточного давления воздуха внутри приемной емкости 1 в случае возможного сбоя в работе средства нагнетания 6.

Источник питания 11 может располагаться, например, в крышке 2 (Фиг.1) или в ручке 14 (на чертежах не показано) устройства для очистки жидкости. Источником питания 11 может служить, например, батарея питания или аккумуляторная батарея.

Нагнетательный патрубок 7 может быть выполнен из полимерного материала. Соединение патрубка 7 с приемной емкостью 1 может осуществляться, например, посредством штуцера (на чертежах не показано).

Средство уплотнения 17 может быть выполнено из эластичного материала, такого как эластопласт, резина, драйфлекс или сантопрен.

В качестве фильтрующего материала 5 для сменного фильтрующего модуля 4 могут использоваться мелкодисперсные сорбенты, фильтрующие материалы тонкой и/или грубой очистки, а именно гранулированные активированные угли с размером частиц 0,100-3 мм; порошкообразные активированные угли с размером частиц 0,005-0,200 мм, сульфоугли с размером частиц 0,005-3 мм, активированные углеродные волокна, гранулированные и порошкообразные синтетические ионообменные смолы (катионо-, анионообменные, хелатирующие и т.п.) с размером частиц 0,005-3 мм, волокнистые фильтрующие материалы на основе синтетических, химических и натуральных волокон (например, полиакрилонитрильных, полиолефиновых, полиэфирных, полиамидных, целлюлозных и т.п.) с диаметром волокон 0,005-0,500 мм, длиной 0.010-30 мм, волокнистые ионообменные материалы с диаметром волокон 0,005-0,500 мм, длиной 0,010-30 мм, неорганические материалы, в том числе фильтрующие, корректирующие pH, сорбционные и каталитические материалы, предназначенные для удаления специфических загрязнителей, антискаланты, минерализующие добавки (пески, цеолиты, силикагели), материалы на основе оксидов и гидроксидов металлов (алюминия, железа, марганца, сурьмы и т.п.), карбонаты щелочноземельных металлов и т.д. (размер частиц 0,005-3 мм), мембранные фильтрационные элементы, половолоконные фильтрационные элементы, карбонблочные фильтрационные элементы и полимерный фильтрующий материал, содержащий нанотрубки, или любую их комбинацию. Фильтрующий материал 5 для сменного фильтрующего модуля 4 может дополнительно содержать бактерицидную добавку, например, в виде солей серебра. Фильтрующий модуль может состоять из нескольких частей, содержащих различные фильтрующие материалы. Например, фильтрующий модуль 4, заполненный фильтрующим материалом 5, выполнен с нижней частью 19, состоящей из полимерных полых волокон или из нетканого полимерного материала, включающего нанотрубки (Фиг.7).

В частном случае выполнения устройства для очистки жидкости на входе пневматического нагнетателя 9 может быть установлен фильтр очистки воздуха (на чертежах не показано) для улавливания аэрозолей органических веществ и примесей взвешенных частиц из воздуха (сервисный элемент).

В частном случае выполнения устройства для очистки жидкости приемная емкость для очищенной жидкости 3 дополнительно содержит нагревательный элемент 20 (Фиг.4), который может быть соединен с источником питания 11 через блок управления 10. Нагревательный элемент 20 возможно использовать для подогрева в приемной емкости 3 питьевой воды по желанию потребителя (сервисный элемент).

В частном случае выполнения устройства для очистки жидкости приемная емкость для очищенной жидкости 3 дополнительно содержит ультрафиолетовый излучатель 21 (Фиг.5), который может быть соединен с источником питания 11 через блок управления 10. Ультрафиолетовый излучатель 21 возможно использовать для дополнительного обеззараживания питьевой воды по желанию потребителя (сервисный элемент).

В частном случае выполнения устройства для очистки жидкости приемная емкость для очищенной жидкости 3 дополнительно содержит средство минерализации 22 (Фиг.6), которое может быть соединено с источником питания 11 через блок управления 10. Средство минерализации 22 возможно использовать для дополнительной минерализации питьевой воды по желанию потребителя. В качестве средства минерализации 22 можно использовать, например, устройство дозирования, содержащее жидкие концентраты минеральных солей, или устройство дозирования, содержащее твердые растворимые таблетки минеральных солей (сервисный элемент).

Устройство для очистки жидкости работает следующим образом.

Приемную емкость 1 через верхнюю горловину 16 заполняют неочищенной жидкостью. Горловину 16 сверху закрывают крышкой 2 путем винтового, байонетного соединения или путем защелкивания. Кнопка «включение» (на чертежах не показано), входящая в состав блока управления 10, при закрывании крышки 2 срабатывает автоматически либо вручную, вследствие чего замыкается электрическая цепь и пневматический нагнетатель 9 начинает принудительную подачу атмосферного воздуха через нагнетательный патрубок 7 в приемную емкость 1 выше уровня 23 неочищенной жидкости (Фиг.7). При этом регулировочный клапан давления 8 закрыт. Под действием возникающего избыточного давления воздуха жидкость из приемной емкости 1 начинает принудительно проходить через сменный фильтрующий модуль 4, заполненный фильтрующим материалом 5. На протяжении всего фильтрационного цикла автоматическое средство 6 регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации поддерживает избыточное давление над уровнем 23 неочищенной жидкости в определенном диапазоне. Стабилизация избыточного давления воздуха обеспечивает равномерное и устойчивое протекание жидкости и, соответственно, эффективное использование фильтрующего материала 5, т.е. способствует повышению степени очистки жидкости.

Жидкость, проходя через сменный фильтрующий модуль 4 поступает в приемную емкость для очищенной жидкости 3. При достижении величины избыточного давления ≥1,0 бар, предпочтительно ≥0,5 бар, средство обратной связи 13 подает сигнал на блок управления 10 о выключении пневматического нагнетателя 9. В процессе фильтрации по мере прохождения жидкости через фильтрующий модуль 4 избыточное давление воздуха постепенно уменьшается. При величине избыточного давления ≤0,1 бар, предпочтительно ≤0,15 бар, средство обратной связи 13 подает сигнал на блок управления 10 о включении пневматического нагнетателя 9. Пневматический нагнетатель 9 через нагнетательный патрубок 7 начинает подкачивать атмосферный воздух в приемную емкость 1 до достижения требуемой величины избыточного давления, после чего блок управления 10 снова приостанавливает работу пневматического нагнетателя 9 и т.д. Периодическое автоматическое включение и выключение пневматического нагнетателя 9 обеспечивает перерывы в его работе, что позволяет снизить энергозатраты источника питания 11. Поддержание таким образом величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в определенном диапазоне способствует равномерному и устойчивому протеканию жидкости через сменный фильтрующий модуль 4 и позволяет повысить скорость фильтрации жидкости на протяжении всего фильтрационного цикла.

На Фиг.7 схематически показан уровень 23 неочищенной жидкости в приемной емкости 1 в начальный момент фильтрационного цикла. Датчик уровня жидкости 12, расположенный, например, в нижней части приемной емкости 1 на уровне, соответствующем минимальному уровню заполнения приемной емкости 1, при появлении уровня жидкости на соответствующем минимальном уровне срабатывает и подает сигнал на блок управления 10 об окончании фильтрационного цикла. Блок управления 10 выключает пневматический нагнетатель 9. Регулировочный клапан давления 8 сбрасывает избыточное давление воздуха внутри приемной емкости для неочищенной жидкости 1. Регулировочный клапан 8 может сбрасывать давление в автоматическом режиме или по сигналу от блока управления 10.

При последующем замыкании кнопки «включение» фильтрационный цикл повторяется. При этом работа каждого нового цикла начинается независимо от того, наполнена приемная емкость 1 жидкостью полностью или хотя бы частично.

Конкретное исполнение устройства для очистки жидкости определяется качеством исходной жидкости и требованиями, предъявляемыми к чистоте и качеству получаемой жидкости.

Использование устройства для очистки жидкости позволяет повысить скорость фильтрации жидкости и одновременно увеличить степень очистки жидкости, благодаря поддержанию величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в определенном диапазоне давлений в течение всего фильтрационного цикла посредством автоматического средства регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации, позволяющего поддерживать стабильную, в отличие от прототипа, величину избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в течение всего фильтрационного цикла, что обеспечивает равномерное и устойчивое протекание жидкости сквозь сменный фильтрующий модуль, способствующее эффективному использованию мелкодисперсных сорбентов и фильтрующих материалов тонкой очистки.

Устройство для очистки жидкости обладает улучшенными, в отличие от прототипа, эксплуатационными характеристиками. Предложенное устройство имеет компактный размер и небольшой вес. При работе устройства не возникает шума, вибраций и процесс фильтрации не сопряжен с затратами каких-либо физических усилий со стороны потребителя. Устройство является портативным, очень простым и удобным в эксплуатации.

Следует понимать, что данное изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления, а наоборот, оно охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости, преимущественно питьевой воды, предназначенным для использования в качестве автономных устройств в бытовых условиях, на дачных и садовых участках, в сервисных службах. Устройство для очистки жидкости снабжено средством нагнетания воздуха и содержит приемную емкость для неочищенной жидкости, приемную емкость для очищенной жидкости, сменный фильтрующий модуль, заполненный фильтрующим материалом. Устройство выполнено с возможностью поддержания избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в течение всего фильтрационного цикла. Устройство содержит автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации, соединенное с приемной емкостью для неочищенной жидкости посредством нагнетательного патрубка, снабженного регулировочным клапаном давления. Автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха включает пневматический нагнетатель, блок управления, источник питания, датчик уровня жидкости и по меньшей мере одно средство обратной связи. Технический результат: повышение скорости фильтрации жидкости при одновременном увеличении степени очистки жидкости. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для очистки жидкости, снабженное средством нагнетания воздуха, содержащее приемную емкость для неочищенной жидкости, приемную емкость для очищенной жидкости, сменный фильтрующий модуль, заполненный фильтрующим материалом, отличающееся тем, что устройство, выполненное с возможностью поддержания избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в течение всего фильтрационного цикла, содержит автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха в режиме фильтрации, соединенное с приемной емкостью для неочищенной жидкости посредством нагнетательного патрубка, снабженного регулировочным клапаном давления.

2. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что автоматическое средство регулируемого во времени нагнетания воздуха включает пневматический нагнетатель, блок управления, источник питания, датчик уровня жидкости и по меньшей мере одно средство обратной связи, при этом вход пневматического нагнетателя сообщен с атмосферой, выход пневматического нагнетателя соединен с входом блока управления, выполненного с возможностью задания последовательности и временных режимов работы пневматического нагнетателя в режиме фильтрации, выход блока управления соединен с входом источника питания, а датчик уровня жидкости и по меньшей мере одно средство обратной связи соединены с блоком управления.

3. Устройство для очистки жидкости по п.2, отличающееся тем, что в качестве средства обратной связи используют датчик давления, или датчик тока, или датчик усилия, или любую их возможную комбинацию.

4. Устройство для очистки жидкости по п.2, отличающееся тем, что в качестве пневматического нагнетателя используют воздушный микрокомпрессор.

5. Устройство для очистки жидкости по п.2, отличающееся тем, что в качестве пневматического нагнетателя используют мембранный микронасос.

6. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что регулировочный клапан давления используют для сброса избыточного давления воздуха внутри приемной емкости для неочищенной жидкости после окончания фильтрационного цикла.

7. Устройство для очистки жидкости по п.2, отличающееся тем, что датчик уровня жидкости предназначен для автоматического выключения пневматического нагнетателя в зависимости от уровня неочищенной жидкости.

8. Устройство для очистки жидкости по п.7, отличающееся тем, что датчик уровня жидкости используют для автоматического выключения пневматического нагнетателя при минимальном уровне неочищенной жидкости.

9. Устройство для очистки жидкости по п.3, отличающееся тем, что средство обратной связи предназначено для поддержания величины избыточного давления воздуха над уровнем неочищенной жидкости в диапазоне 0,1-1,0 бар, предпочтительно 0,15-0,5 бар.

10. Устройство для очистки жидкости по п.7, отличающееся тем, что в качестве датчика уровня жидкости используют поплавковый датчик.

11. Устройство для очистки жидкости по п.7, отличающееся тем, что в качестве датчика уровня жидкости используют датчик электропроводности.

12. Устройство для очистки жидкости по п.7, отличающееся тем, что в качестве датчика уровня жидкости используют бесконтактный датчик.

13. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что нагнетательный патрубок дополнительно снабжен предохранительным клапаном, предназначенным для выравнивания избыточного давления.

14. Устройство для очистки жидкости по п.2, отличающееся тем, что на входе пневматического нагнетателя дополнительно установлен фильтр очистки воздуха.

15. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит нагревательный элемент.

16. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит ультрафиолетовый излучатель.

17. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что приемная емкость для очищенной жидкости дополнительно содержит средство минерализации.

18. Устройство для очистки жидкости по п.1, отличающееся тем, что в качестве фильтрующего материала для сменного фильтрующего модуля используют гранулированный активированный уголь, порошкообразный активированный уголь, гранулированную ионообменную смолу, порошкообразную ионообменную смолу, активированные углеродные волокна, полимерные ионообменные волокна, мембранные фильтрационные элементы, половолоконные фильтрационные элементы, карбонблочные фильтрационные элементы и полимерный фильтрующий материал, содержащий нанотрубки, или любую их комбинацию.

19. Устройство для очистки жидкости по п.18, отличающееся тем, что фильтрующий материал для сменного фильтрующего модуля дополнительно содержит бактерицидную добавку.