Автомат для получения и продажи щелочной воды Российский патент 2023 года по МПК G07F13/00 

Изобретение относится к области торговых автоматов, а именно к вендинговым аппаратам для выдачи потребителям очищенной воды с заданными свойствами.

В настоящее время известно множество автоматов для продажи воды, в которых происходит очистка воды, регулирование ее свойств и подготовка для продажи. В большинстве случаев это автоматы с установками обеззараживания и очистки воды и блоком выдачи воды в разлив. Так, например, широко используются автоматы розничной продажи воды в разлив, имеющие систему очистки и обеззараживания (Товарное предложение [Электронный ресурс] - URL: https://alivewater.ru/katalog/apparaty-pitevoj-vody (дата обращения 04.01.2021)). Недостатками указанных автоматов являются отсутствие возможности регулирования свойств воды, в том числе ее рН и ограниченные возможности вариантов выдачи воды потребителям.

Известен также автомат для розничной продажи воды, использующий фильтры грубой и тонкой очистки, а также устройство электролиза с серебряным электродом, что позволяет получать серебряную воду с заданной концентрацией ионов серебра (патент на изобретение РФ №2495496, МПК G07F 13/02). Недостатком указанного аппарата является невозможность получения щелочной воды (воды с рН>8).

Большой проблемой для получения щелочной воды также является очистка исходной воды от органических примесей, которые так или иначе в ней присутствуют. Для решения этого вопроса известно применение способа, заключающегося в разложении органических соединений сточных вод озоном в прикатодном пространстве, насыщенном гидроксил-ионами, т.е. в щелочной среде (Публикация WIPO №2005103391, Япония, МПК C02F 9/00, 2005 г.). Сущность способа заключается в барботировании озона через сточные воды, в которые опущены электроды постоянного тока. Недостатками способа и конструкции являются: низкая производительность ввиду загрязнений электродов продуктами разложения и сложность дополнительного размещения такого оборудования ввиду необходимости увеличения технологического объема автомата.

Из научной литературы известно, что окисление органических примесей воды более интенсивно происходит в щелочной среде. Вероятно, что это происходит за счет воздействия на органические соединения озонидного иона - О₃^-, который является сильнейшим окислителем и образуется при распаде озона в щелочной среде (В. Ф. Кожинов, И. В. Кожинов. Озонирование воды. [Электронный ресурс] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html (дата обращения 25.03.2022). Это свойство обеспечивает высокую способность озона к окислению органических загрязнений воды в щелочной среде (Окисление озоном. [Электронный ресурс] - URL: https://ru-ecology.info/term/49568/ (дата обращения 25.03.2022). Выше при характеристике уровня техники был приведен пример очистки от органических загрязнений сточных вод в щелочной среде (Публикация WIPO №2005103391, Япония. МПК C02F 9/00, 2005 г.). Однако данные, приведенные в указанных источниках, имеют только научный, принципиальный характер и не позволяют осуществить на практике закономерность повышенной окисляемости органических соединений озоном в щелочной среде.

Известен также автомат для продажи воды, имеющий устройства предварительной фильтрации и ультратонкой фильтрации воды, электролизер для обработки воды, с накопительными емкостями для катионита - щелочной воды и анолита - кислотной воды, которые имеют вход и выпуск воды для потребителей, а также систему управления, включающую сенсорный экран управления. В качестве фильтра предварительной фильтрации использован фильтр мембранного типа для отделения механических примесей. Для дальнейшей очистки воды перед электролизером использован фильтр с активированным углем и каталитическим порошком KDF, который является устройством ультратонкой фильтрации (заявка WIPO 201910570779.3, номер публикации 110232780, МПК G07F 13/00, 13.09.2019). Недостатком указанного аппарата является отсутствие устройства обеззараживания поступающей в аппарат воды и невозможность получения и выдачи щелочной воды с заданными параметрами.

Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является автомат для получения и продажи щелочной воды, состоящий из:

блока очистки воды, включающего устройства предварительной фильтрации и ультратонкой фильтрации воды,

блока электролиза воды с отводом католита и анолита,

блока системы управления с программным устройством,

а также устройствами выдачи католита и анолита с их входом и выпуском.

При этом блок очистки воды имеет устройство обеззараживания с линией рециркуляции, а также байпасную линию, расположенную параллельно линии очистки и позволяющую подавать или добавлять в электролизер, а также на выдачу воду с заданной степенью очистки, блок электролиза воды, позволяет устанавливать и поддерживать заданное значение рН католита, за счет согласованного регулирования на соответствующих устройствах силы тока процесса электролиза, а также расхода воды при выделении и отборе дозированной порции католита на выходе из электролизера, на выходе из электролизера расположена линия вывода анолита и линия католита, направляющая его на выдачу потребителю, блок управления и контроля, содержит процессорный блок и датчики осуществления параметров работы автомата, а устройство выдачи католита содержит:

- подвод линии выдачи и окно выдачи в разлив с оборудованием выдачи и/или дозирования и/или частичного отсечения, при этом линия выдачи выполнена из материалов дезактивированных относительно гидроксид-ионов,

- по меньшей мере одно окно и одну линию для выдачи бутылок с водой и/или аксессуаров (патент на изобретение РФ №2758347, МПК G07F 13/00, 2021 г.). Здесь следует заметить, что в данном изобретении, в качестве устройства предварительной фильтрации, в частности используют устройства с фильтрующей мембраной, у которой размер пор варьируется в пределах 0,1 - 0,01 мкм. В таком случае фильтрующую мембрану можно назвать мембраной ультрафильтрации, а устройство предварительной фильтрации ультрафильтрационным модулем или устройством ультрафильтрации. Недостатком описанного автомата является недостаточная очистка воды от органических примесей на стадии предварительной фильтрации, что в свою очередь приводит к повышению времени и количества профилактических мероприятий по очистке мембран самого устройства предварительной фильтрации, а также устройства ультратонкой очистки и электролизера.

Решаемой задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении повышения степени очистки воды от органических примесей на стадии ультрафильтрации, а также расширение арсенала технических средств автоматов для получения и продажи воды.

Достижение указанного технического результата в заявляемом изобретении достигается за счет осуществления автомата для получения и продажи щелочной воды, состоящего из

блока очистки воды, включающего устройство обеззараживания с линией рециркуляции, устройство ультрафильтрации, устройство ультратонкой очистки и байпасную линию, расположенную параллельно линии очистки и позволяющую подавать или добавлять в электролизер, а также на выдачу воду с заданной степенью очистки,

блока электролиза воды с линиями католита и анолита, позволяющего устанавливать и поддерживать заданное значение рН католита, за счет согласованного регулирования на соответствующих устройствах силы тока процесса электролиза, а также расхода воды при выделении и отборе дозированной порции католита на выходе из электролизера,

при этом на выходе из электролизера расположена линия вывода анолита и линия католита, направляющая его на выдачу потребителю,

блока управления и контроля, содержащего процессорный блок и датчики осуществления параметров работы автомата,

отличающийся тем, что

для подачи очищаемой воды во входное отделение устройства ультрафильтрации выполнен водоструйный эжектор, через который одновременно поступает озоно-воздушная смесь для озонирования этой воды,

от линии вывода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в блок очистки воды с присоединением к технологическим элементам данного блока перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание конструкции.

Назначением заявляемого вендингового аппарата является осуществление автоматического получения и продажи щелочной воды со значениями рН от 8,0 до 11,0 Такая вода может быть использована для различных нужд в различных сферах народного хозяйства и в первую очередь для медицинских целей, в народной медицине, для целей оздоровления. Так как в заявляемом изобретении получение щелочной воды осуществляют с помощью электролитического процесса в катодном пространстве, то эту воду еще называют католитом. Таким образом понятия католита и щелочной воды в данном изложении тождественны. С другой стороны в указанном электролитическом процессе в анодном пространстве получают анолит или кислотную воду. Такая вода тоже может иметь широкое применение, в частности в медицине.

Для целей оздоровления требуется чистая, обеззараженная вода, поэтому в заявляемом изобретении предусмотрен блок очистки, включающий технологически линейно расположенные устройства обеззараживания, предварительной фильтрации или ультрафильтрации, а также ультратонкой очистки. Обеззараживание преимущественно осуществляют методом озонирования. Озонирование осуществляют в контактной емкости, в которую озоно-воздушную смесь подают из генератора озона. Подачу осуществляют преимущественно через водоструйный эжектор. К линии подачи озона в контактную емкость дополнительно присоединена линия рециркуляции для лучшего перемешивания озона с исходной водой. Эта линия расположена между выходом и входом воды в контактной емкости. В данном описании под обеззараживанием путем озонирования понимаем и одновременно происходящее окисление органических и хлороргаиических примесей. Контактная емкость может также выполнять роль накопительной емкости.

Из контактной емкости воду с продуктами окисления органических и хлороргаиических примесей направляют в устройство ультрафильтрации. Здесь надо заметить, что добиться полного окисления органических и хлорорганических примесей, как правило, не удается. Поэтому подачу воды из контактной емкости в устройство ультрафильтрации осуществляют через водоструйный эжектор с подачей озоно-воздушной смеси. Из практики известно, что применение эжекторов для подачи газожидкостных смесей более эффективно по производительности и степени смешения, чем другие распространенные способы - параллельная подача газовых и жидкостных компонентов или барботаж.

Устройство ультрафильтрации преимущественно представляет собой фильтр с тонкопористой мембраной, размер пор в которой варьируется в интервале 0,01 - 0,1 мкм. Условия осуществления фильтрации, следующие: дифференциальное давление 0,05 - 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 8×10^-5 - 56×10^-5 м³/с (0,3 - 2 м³/час), площадь поверхности фильтрации 0.15 - 2 м², содержание растворенного озона в смеси 0,01- 1 г/м³. В ходе фильтрации во входном отделении устройства ультрафильтрации могут накапливаться продукты окисления органических и хлорорганических примесей. Эти продукты забивают поры ультрафильтрационной мембраны, что препятствует процессу фильтрации. Во избежание этого организуют линию подачи жидкости из входного отделения в контактную емкость, что равнозначно организации второй линии рециклирования в контактную емкость. Рециклирование можно осуществлять с помощью частичного задействования линии байпаса. Осуществление рециклирования позволяет снизить загрязнения поверхности ультрафильтрационной мембраны. Для регулирования давления во входном отделении фильтра на линии рециклирования (второй линии рециклирования - линии возврата фильтруемой жидкости в контактную емкость) может быть установлен дроссель, а также выполнен слив для вывода загрязнений из системы.

Фильтрат из устройства ультрафильтрации подают в устройство ультратонкой очистки. Устройство ультратонкой очистки преимущественно представляет собой фильтр обратного осмоса. Здесь также возможна организация возврата фильтруемой воды через устройства байпаса назад по системе и слив загрязнений. Дифференциальное давление на фильтре составляет 0,4 - 2 МПа, площадь поверхности фильтрации 0,15 - 2 м².

В заявляемом изобретении приняты во внимание данные по усилению окислительной способности озона в щелочной среде, приведенные ранее в обзоре уровня техники. Согласно изобретению щелочную среду во входном отделении устройства ультрафильтрации создают за счет введения в это отделение католита, полученного в электролизере в качестве продукта целевого назначения. Для этого в автомате для получения и продажи щелочной воды выполнена дополнительная отдельная трубопроводная линия, соединяющая выход из катодного пространства электролизера с технологическими элементами блока очистки воды, расположенными перед устройством ультрафильтрации. Этими технологическими элементами могут быть контактная емкость, вход в контактную емкость, линия рециклирования. Таким образом, католит несет еще и вторичную технологическую функцию, а дополнительная отдельная трубопроводная линия обеспечивает осуществление этой функции, что позволяет повысить степень очистки воды от органических примесей на стадии ультрафильтрации. Указанная отдельная трубопроводная линия может иметь на обоих концах запорную и регулировочную арматуру, а со стороны присоединения к технологическим элементам блока очистки воды имеет устройство входа. Это устройство входа может быть выполнен в качестве эжектора, патрубка или инжектора.

Параллельно упомянутой выше технологической линии очистки располагают вспомогательную технологическую линию - байпас, который имеет соединение с основной технологической линией в технологических узлах между ступенями очистки, перед электролизером и по необходимости за электролизером. Описанную линию очистки по необходимости, в зависимости от состава исходной воды, могут дополнять устройствами деозонирования, насосом, измерительными и регулирующими устройствами и датчиками, гидроаккумуляторами. В случае необходимости дополнительной очистки от озона используют угольные адсорбенты. Корпуса устройств блока очистки и трубопроводов, а также дополнительных устройств преимущественно изготавливают из нержавеющей стали, полимерных и металлополимерных материалов.

Очищенная вода поступает в блок электролиза, где осуществляют ее электролитическую обработку, при этом вода в приэлектродных областях преобразуется в католит и анолит или щелочную и кислотную воду. Электролиз осуществляют до определенных, заданных значений рН. Как правило это значения в узких интервалах рН, которые могут составлять 0,1 - 0,4 рН. Например, для розничной продажи щелочной воды используют воду со значениями рН от 9,4 до 9,8. Общий интервал регулируемых значений рН находится в пределах от 8,0 до 11,0.

Выдача щелочной воды с заданными значениями рН в интервале от 8,0 до 11,0 является непростой задачей ввиду низкой стабильности гидроксид-ионов в слабо и средне щелочных водных средах, а также взаимодействия с активными внутренними поверхностями и примесями. Такое положение приводит к необходимости осуществления особого режима контроля и регулирования процесса электролиза. На практике при периодической работе автомата такой контроль и регулирование осуществляется при выдаче каждой порции, а при постоянной работе автомата через определенное время или определенное количество выданных порций католита. Поэтому блок электролиза оборудован системой регулирования, которая снабжена датчиками входа и расхода воды и силы тока и, конечно, прибором измеряющим рН. На основании показаний датчиков процесса и заданных значений рН осуществляют определение согласующихся параметров процесса. Такими параметрами, прежде всего, являются сила тока процесса электролиза и величина потока подачи воды (расход воды) на входе в электролизер, а также чистота воды на входе в электролизер. Параметры являются согласующимися, т.к. изменение одного ведет к изменению другого. Так, например, повышения значения рН католита можно достичь как за счет снижения расхода воды, так и за счет повышения силы тока процесса или компенсационными изменениями обоих параметров. Аналогично и в отношении чистоты подающийся на электролиз воды - повышение чистоты ведет к возможности снижения силы тока. При практической работе автомата во многих случаях удобно осуществлять установление и поддержку заданного рН по порционно, при этом включение электролизера и подачу необходимого количества воды на вход электролизера осуществляют согласованно после оплаты, а выдачу порции производят после достижения в католите заданного значения рН. Таким образом осуществляют выделение католита с заданными параметрами, а затем производят отбор необходимой порции в выделенном католите. Отобранная порция поступает на выдачу потребителю. В указанных случаях повышение рН осуществляют за счет осуществления электролитического процесса при постоянном расходе/протоке воды. Следует также уточнить, что вода подходит к электролизеру по одной линии - по линии входа, но при поступлении в электролизер этот основной поток разделяется на два: один направляется в катодное пространство, а другой в анодное. При этом регулирование потока входящей воды может осуществляться как на общей линии подвода к электролизеру, так и на линиях разветвления в катодное и/или анодное пространство.

Регулирование силы тока процесса электролиза и расхода (потока) воды осуществляют на соответствующих устройствах. Для регулирования силы тока, в частности, используют реостаты или тиристорные регуляторы, для регулирования расхода воды используют, например, шаровые или игольчатые с механическим приводом вентили, электромагнитные клапана. Детали электролизера, в том числе корпус и электроды изготавливают преимущественно из нержавеющих материалов, материалами перегородок между электродными пространствами является тонкопористая керамика.

Из анодного пространства электролизера анолит выводят по отдельной линии и направляют в канализацию или накопительную емкость. В частности, анолит из накопительной емкости также может быть использован для промывки или обеззараживания отдельных устройств автомата. Из катодного пространства по отдельной линии отводят католит и направляют его на выдачу потребителю. Выдачу католита осуществляют в разлив в специально оборудованном для этого окне или в бутылках с внутренней дезактивированной поверхностью в другом окне. В этом же или другом (третьем) окне возможна также выдача/продажа различных аксессуаров. Католит в розлив можно выдавать по нескольким схемам:

- обычная выдача струей через оборудование автомата, в частности через кран с запорной арматурой,

- порционная выдача через кран,

- выдача с отсечением головной порции - используется при пониженном значении рН головной порции.

Оборудование выдачи изготовлено из нержавеющей стали или полимерных материалов с дезактивированными внутренними поверхностями.

Блок управления и контроля, содержит процессорный блок, и датчики осуществления параметров работы автомата. Контроль работы автомата для получения и продажи воды осуществляют с помощью многочисленных датчиков. Полученные от датчиков данные обрабатываются в процессорном блоке по специальной программе, в результате чего на соответствующие контрольные и/или исполнительные устройства направляются команды. Исполненные команды осуществляют и поддерживают процесс работы автомата, что в конечном счете реализуется после оплаты в выдачу определенного количества щелочной воды заданного значения рН.

Устройство выдачи католита решает проблему сохранения заданной щелочности за время выдачи за счет быстрой организации выдачи и применения материалов дезактивированных относительно гидроксид-ионов. В качестве материала трубок и патрубков устройства выдачи, а также емкостей для выдачи используют, как правило, нержавеющую сталь. Сокращение времени выдачи выполняют за счет сокращения пути выдачи и времени электролиза.

Заявляемое изобретение является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания устройства, состоящего из конструкционных элементов, технологически и конструктивно связанных между собой. При этом совокупность существенных признаков данного изобретения - системы устройств объединена единым творческим замыслом. Части (элементы) устройства находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи, а их совместное использование приводит к созданию нового устройства с новыми назначением и функцией - автомата для получения и продажи щелочной воды.

Данное техническое решение является промышленно применимым в области торговых автоматов, а именно, вендинговых аппаратов для выдачи потребителям очищенной воды с заданными свойствами. Осуществление заявляемого технического решения может быть осуществлено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении автомата для получения и продажи щелочной воды используются устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления изобретения являются методы механической обработки металла и пластмасс, электросварка и термическая сварка пластмасс, слесарная обработка, монтаж. Средствами осуществления являются механические средства станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки, сварочное оборудование. Использование автоматов для получения и продажи щелочной воды возможно любыми потребителями.

Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата, а именно о повышении степени очистки воды от органических примесей на стадии ультрафильтрации за счет лучшего перемешивания озоновой смеси с водой, а также за счет лучшей окисляемости органических примесей озоном в щелочной среде при согласованном осуществлении этих процессов. В свою очередь реализация назначения изобретения подтверждается:

- получением щелочной воды с заданными параметрами за счет использования электролизера с осуществлением комплексного контроля параметров процесса электролиза воды и согласованным регулированием подачи воды и силы тока, при этом согласование осуществляют по показаниям датчиков, а изменение потока воды и силы тока выполняют соответствующими регулирующими устройствами;

- поддержанием заданного уровня рН католита на выдаче потребителю за счет порционной выдачей католита и отбором дозированных порций с заданными значениями рН на выходе из электролизера, а также выполнением линии и оборудования выдачи католита из материалов, дезактивированных относительно гидроксид-ионов. В случае превышений значения рН на выдаче, его значения можно нормализовать до заданных значений разбавлением очищенной водой с помощью линии байпаса.

Отличительными от прототипа, существенными признаками, заявляемого изобретения или их характеристиками являются:

- выполнение водоструйного эжектора для подачи очищаемой воды во входное отделение устройства ультрафильтрации и одновременной обработки ее озоно-воздушной смесью,

- выполнение отдельной линии подачи католита от линии вывода католита из электролизера до блока очистки воды с присоединением к технологическим элементам блока перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.

Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки, в том числе их характеристики, обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании.

Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемое изобретение не известно из уровня техники.

В ходе изучения уровня техники автоматов для управления выдачей жидкостей, устройств для приготовления напитков, а также автоматов для получения и продажи щелочной воды не выявлены технические решения, существенные признаки которых по отдельности или в какой-либо совокупности совпадают с отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличительных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.

Следует также обратить внимание, что использование всей заявленной совокупности существенных признаков, в том числе совокупности отличительных признаков, для получения заявленного технического результата не следует явным образом для специалистов из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.

Действительно, организация/выполнение линии отвода части католита из электролизера, которая соединена по отдельной линии с блоком очистки воды и это присоединение расположено перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды не следуют для специалистов явным образом из уровня техники за счет использования технических решений, которые указаны выше в качестве отличных от прототипа существенных признаков.

Таким образом относительно подтвержденного достижения заявленного технического результата нестандартным и неизвестным техническим решением являются:

- выполнение водоструйного эжектора для подачи очищаемой воды во входное отделение устройства ультрафильтрации с одновременной обработки ее озоно-воздушной смесью,

- выполнение отдельной линии подачи католита от линии вывода католита из электролизера до блока очистки воды с присоединением к технологическим элементам водоочистки перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды.

Указанные отличительные существенные признаки следует рассматривать совместно с использованием других заявленных существенных признаков.

Повышение эффективности заявленного технического результата достигают в следующих нижеперечисленных модификациях автомата, характеризующих частные случаи его выполнения:

1. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что устройство обеззараживания представляет собой контактную емкость, в которую озоно-воздушную смесь подают через водоструйный эжектор.

2. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что устройство ультрафильтрации содержит керамическую фильтрационную мембрану с порогом отсечения 0,1 - 0,01 мкм.

3. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что подвод линии выдачи в окно выдачи в разлив, а также оборудованием выдачи и/или дозирования выполнены из нержавеющей стали.

4. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что подвод линии выдачи в окно выдачи в разлив, а также оборудованием выдачи и/или дозирования выполнены из материалов с дезактивированной внутренней поверхностью относительно гидроксид-ионов.

5. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что для выдачи бутылок с водой и аксессуаров предназначено одно окно, расположенное на лицевой панели автомата.

6. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что для выдачи бутылок с водой и аксессуаров предназначены разные окна, расположенные на лицевой панели автомата.

7. Заявленный и описанный выше автомат для получения и продажи щелочной воды, отличающийся тем, что подсоединение линии подачи католита к технологическим элементам блока очистки воды выполнено в виде эжектора или патрубка или инжектора.

Описание заявленного способа пояснено схемой, на которой приведены следующие обозначения:

1 - блок очистки воды,

11 - устройство обеззараживания с контактной емкостью,

12 - линия рециркуляции,

13 - устройство ультрафильтрации,

14 - устройство ультратонкой очистки или фильтр обратного осмоса,

15 - байпас,

16 - вторая линия рециклирования по байпасу,

17 - устройство входа линии католита в блоке очистки воды,

2 - блок электролиза,

21 - электролизер,

22 - вход воды в электролизер,

23 - выход анолита,

24 - выход католита,

25 - регулятор силы тока в электролизере,

26 - регулятор потока воды на входе в электролизер,

3 - линия анолита,

4 - линия католита,

41 - линия вывода католита из электролизера к блоку очистки воды,

42 - окно выдачи католита в розлив,

43 - окно выдачи бутылок с католитом или аксессуаров,

5 - блок управления и контроля,

51 - процессорный блок,

52 - датчики контроля.

Заявляемое изобретение - «Автомат для получения и продажи щелочной воды» осуществляют нижеследующим образом.

Автомат для получения и продажи щелочной воды состоит из блока очистки воды 1, блока электролиза 2, линии анолита 3, линии католита 4, блока управления и контроля 5. Блок очистки воды предназначен для очистки исходной воды перед электролитической обработкой и содержит устройство обеззараживания с контактной емкостью 11, а также линией рециркуляции 12, устройство ультрафильтрации 13, устройство ультратонкой очистки, преимущественно фильтр обратного осмоса 14, байпас 15, вторую линию рециклирования 16. Устройство ультрафильтрации содержит также устройство входа или присоединения линии католита к технологическим элементам блока очистки воды 17.

Сначала осуществляют обеззараживание воды путем озонирования. Необходимой степени обеззараживания на данном этапе добиваются с помощью рециркуляции. Озоно-воздушную смесь вводят в контактную емкость, преимущественно через эжектор. Затем осуществляют ультрафильтрацию от примесей и наконец ультратонкую фильтрацию. Линия байпаса позволяет гибко перестраивать схему очистки в зависимости от состава исходной воды и промежуточных фильтратов, а также частично регулировать выдачу воды. Часть линии байпаса можно задействовать как вторую линии рециклирования фильтруемой воды в контактную емкость. Блок электролиза содержит электролизер 21 с оборудованными входом для воды 22. За этим входом поток воды распределяется на два, один направляется в катодное, а другой в анодное пространство электролизера. Из анодного и катодного пространства электролизера соответственно по линиям 3 и 4 выходят анолит и католит, От линии выхода католита из электролизера отходит линия отвода католита к блоку очистки воды 41. Указанные линии вывода анолита и католита оборудованы устройствами выдачи этих продуктов потребителю 23 и 24. Электролизер также содержит устройства регулирования силы тока 25 и величины потока воды на входе 26.

В электролизере осуществляют разложение воды с образованием анолита и католита с заданными значениями рН. Один из выходов электролизера является началом линии католита, а другой началом линии анолита. Анолит направляют на слив или в какую-либо накопительную емкость, а линию католита ведут на выдачу потребителю. На конце линии католита на лицевой панели выполнены окно выдачи католита в розлив 42 и окно выдачи бутылок с католитом или аксессуаров 43. Блок управления и контроля содержит процессорный блок 51 и датчики контроля 52, распределенные по точкам контроля.

Пример 1.

Для получения щелочной воды со значениями рН от 9,4 до 9,8 осуществляют автомат, состоящий из блока очистки воды, блока электролиза, линии анолита, линии католита, блока управления и контроля. Автомат подключают к водопроводу и открывают подачу воды. Вода имела следующие характеристики: рН 7,5 - 7,8, содержание железа от 0,3 - 0,5 мг/л, содержания марганца 0,1 - 0.2 мг/л, перманганатная окисляемость от 5 до 7 мг О₂/л, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Вода поступала в блок очистки воды, где ее очищали и обеззараживают путем обработки озоно-воздушной смесью с помощью эжектора и с применением рециркуляции озонированного потока воды. Затем воду очищали на устройстве ультрафильтрации с величиной пор в интервале 0,01 - 0.1 мкм, а затем на фильтре обратного осмоса. Конструкция мембраны ультрафильтрации трубчатая, площадь поверхности фильтрации 1,0 м². Конструкция всех мембран обратного осмоса одинаковая она из полотна, намотанного в виде рулона площадь фильтрации четырехдюймовой мембраны обратного осмоса 8 м². При этом дифференциальное давление на мембране ультрафильтрации составляло 0,05 - 0,06 МПа, а на мембране обратного осмоса 0,4 МПа. Очищенная вода с характеристиками: рН 7,5 - 7,8, содержание железа 0,01 - 0,015 мг/л, марганца 0,01 - 0,015 мг/л, перманганатная окисляемость 0,01 - 0,012 мг О₂/л, отсутствие хлора и хлорорганических соединений, поступала на вход электролизера с рабочим объемом 1 литр. В электролизере воду подвергали электролитической обработке по периодической технологической схеме, т.е. при периодической дозированной подаче воды на вход электролизера и гибком согласованном регулировании параметров силы тока и объема подачи воды с целью поддержания заданного значения рН в католите на выходе из электролизера. В данном случае сила тока составляла 5-8 А, объем подачи воды от 0,3 до 0,5 м³/час, а рН на выходе из электролизера от 9,4 до 9,8. Католит с указанным значением рН подавали на выдачу потребителям в розлив. Розлив осуществляли в объеме произведенной потребителем оплаты в нержавеющие бутыли. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 месяца.

Пример 1.2.

Осуществление автомата для получения и продажи воды со значениями рН от 8,0 до 8,4 осуществляли аналогично примеру 1. Но в отличие от него между линией вывода католита из электролизера и блоком очистки воды была выполнена отдельная линия подачи католита, причем подсоединение этой линии осуществлено путем присоединения к магистрали рециркуляции озонированного потока в контактную емкость. Вода, поступающая в автомат, имела следующие характеристики: рН 6 - 6,5, железо 0,1 - 02 мг/л, марганец 0,05 - 0,07 мг/л, перманганатная окисляемость 3 - 3,5 мг О₂/л, отсутствие хлора и хлорорганических соединений, поступала на вход электролизера с рабочим объемом 1 литр. В электролизере воду подвергали электролитической обработке по периодической технологической схеме, т.е. при периодической дозированной подаче воды на вход электролизера и гибком согласованном регулировании параметров силы тока и объема подачи воды с целью поддержания заданного значения рН в католите на выходе из электролизера. В данном случае сила тока составляла 3-5 А, объем подачи воды составлял от 0,5 до 0,8 м³/час, а рН на выходе от 8,0 до 8,4. Католит с указанным значением рН подавали на выдачу потребителям в розлив. Розлив осуществляли в объеме произведенной потребителем оплаты в нержавеющие бутыли. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 4 месяца.

Пример 2.

Осуществление автомата для получения и продажи воды со значениями рН от 8,0 до 8,4 осуществляли аналогично примеру 1, но площадь поверхности фильтрации составляла 2 м². При этом дифференциальное давление на мембране ультрафильтрации составляло 0,6 МПа, а на мембране обратного осмоса 2 МПа, значение дифференциального давления составляло 0,20 - 0,25 МПа. Вода, поступающая в автомат, имела следующие характеристики: рН 6,5 - 6,8, железо 15-18 мг/л, марганец 6 -7 мг/дм³, перманганатная окисляемость 10 - 13 мг О₂/л, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Вода на входе в электролизер имела следующие характеристики: рН 6,5 - 6,8, железо 0,01- 0,015 мг/л, марганец 0,01- 0,014 мг/л, перманганатная окисляемость 1 - 1,5 мг О₂/л, отсутствие хлора и хлорорганических соединений. Электролитическая обработка воды проходила при силе тока 4-6 А и величине потока на входе 0,6-1,5 м³/час. Значение рН католита на выходе из электролизера составляло 8,0 до 8,4. Розлив осуществляют в объеме произведенной потребителем оплаты в тару, изготовленную из материалов, дезактивированных относительно гидроксид-ионов. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в месяц.

Пример 2.1.

Осуществление автомата для получения и продажи воды со значениями рН от 8,0 до 8,4 осуществляли аналогично примеру 2. Но в отличие от него между линией вывода католита из электролизера и входным отделением устройства ультрафильтрации была выполнена отдельная линия подачи католита в это отделение, причем подвод этой линии осуществлен через патрубок, перед эжектором устройства ультрафильтрации. Вода, поступающая в автомат, имела следующие характеристики: рН от 7,8 до 8,2, железо 10-12 мг/л, марганец от 0,30 - 0,35 мг/л, перманганатная окисляемость 8 - 9 мг О₂/л, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Вода на входе в электролизер имела следующие характеристики: рН 7,8 - 8,2, железо 0,05 - 0,07 мг/дм³, марганец 0,010 - 0,012 мг/дм³, перманганатная окисляемость 1,0 - 1,3 мг О₂/дм³, отсутствие хлора и хлорорганических соединений. Электролитическая обработка воды проходила при силе тока 2 - 3 А и величине потока на входе 0,6-1,5 м³/час. Значение рН католита на выходе из электролизера составляло 8,0 до 8,4. Розлив осуществляли в объеме произведенной потребителем оплаты в тару, изготовленную из материалов, дезактивированных относительно гидроксид-ионов. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 2 месяца.

Пример 3.

Осуществление автомата для получения и продажи воды со значениями рН от 10,5 до 11,0 осуществляли аналогично примеру 2, но значение дифференциального давления составляло 0,55 - 0,6 МПа. Вода, поступающая в автомат, имела следующие характеристики: рН 8 - 8,5, железо 10-12 мг/дм³, марганец 3-4 мг/дм³, перманганатная окисляемость 8 - 10 мг О₂/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Вода на входе в электролизер имела следующие характеристики: рН 8 - 8,5, железо 0,010 -0,015 мг/дм³, марганец 0,04 - 0,05 мг/дм³, перманганатная окисляемость 1,0 - 1,5 мг О₂/дм³, отсутствие хлора и хлорорганических соединений. Электролитическая обработка воды проходила при силе тока 7-10 А и величине потока на входе 0,1-0,5 м³/час. Значение рН католита на выходе из электролизера составляло от 10,5 до 11,0. Выдачу католита осуществляли в специальном окне автомата в наполненных им бутылях из нержавеющей стали. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в месяц.

Пример 3.1.

Осуществление автомата для получения и продажи воды со значениями рН от 10,5 до 11,0 осуществляли аналогично примеру 2. В отличие от этого примера между линией вывода католита из электролизера и входным отделением устройства ультрафильтрации была выполнена отдельная линия подачи католита в контактную емкость, причем подвод этой линии осуществлен через инжектор.

Вода, поступающая в автомат, имела следующие характеристики: рН от 8,0 до 8,5, железо от 5 до 7 мг/дм³, марганец 1,0 - 1, 8 мг/дм³, перманганатная окисляемость 6-8 мг О₂/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Вода на входе в электролизер имела следующие характеристики: рН 8,0 - 8,5, железо от 0,012 - 0,015 мг/дм³, марганец от 0,04 - 0,05 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 1 до 2 мг О₂/дм³, отсутствие хлора и хлорорганических соединений. Электролитическая обработка воды проходила при силе тока 6-8 А и величине потока на входе 0,1-0,5 м³/час. Значение рН католита на выходе из электролизера составляло от 10,5 до 11,0. Выдачу католита осуществляли в специальном окне автомата в наполненных им бутылях из нержавеющей стали. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 2 месяца.

Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.

Приведенные выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.

Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения.

Изобретение относится к области торговых автоматов, а именно к вендинговым аппаратам для выдачи потребителям очищенной воды с заданными свойствами. Автомат для получения и продажи щелочной воды состоит из блока очистки воды, блока электролиза воды с линиями католита и анолита, блока управления и контроля, а также устройства выдачи католита. При этом автомат снабжен водоструйный эжектор, а от линии вывода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в блок очистки воды с присоединением к технологическим элементам данного блока перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды. Достигается повышение степени очистки воды. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автомат для получения и продажи щелочной воды, состоящий из блока очистки воды, включающего устройство обеззараживания с линией рециркуляции, устройство ультрафильтрации, устройство ультратонкой очистки и байпасную линию, расположенную параллельно линии очистки и позволяющую подавать или добавлять в электролизер, а также на выдачу воду с заданной степенью очистки,

блока электролиза воды с линиями католита и анолита, позволяющего устанавливать и поддерживать заданное значение рН католита, за счет согласованного регулирования на соответствующих устройствах силы тока процесса электролиза, а также расхода воды при выделении и отборе дозированной порции католита на выходе из электролизера,

при этом на выходе из электролизера расположена линия вывода анолита и линия католита, направляющая его на выдачу потребителю,

блока управления и контроля, содержащего процессорный блок и датчики осуществления параметров работы автомата,

а также устройства выдачи католита, которое содержит:

- подвод линии выдачи и окно выдачи в разлив с оборудованием выдачи, и/или дозирования, и/или частичного отсечения, при этом линия выдачи выполнена из материалов дезактивированных относительно гидроксид-ионов,

- по меньшей мере одно окно и одну линию для выдачи бутылок с водой и/или аксессуаров,

отличающийся тем, что

для подачи очищаемой воды во входное отделение устройства ультрафильтрации выполнен водоструйный эжектор, через который одновременно поступает озоно-воздушная смесь для озонирования этой воды, от линии вывода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в блок очистки воды с присоединением к технологическим элементам данного блока перед устройством ультрафильтрации для осуществления в этом устройстве щелочной среды.

2. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что устройство обеззараживания представляет собой контактную емкость, в которую озоно-воздушную смесь подают через водоструйный эжектор.

3. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что устройство ультрафильтрации содержит керамическую фильтрационную мембрану с порогом отсечения 0,1-0,01 мкм.

4. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что подвод линии выдачи в окно выдачи в разлив, а также оборудованием выдачи и/или дозирования выполнены из нержавеющей стали.

5. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что подвод линии выдачи в окно выдачи в разлив, а также оборудованием выдачи и/или дозирования выполнены из материалов с дезактивированной внутренней поверхностью относительно гидроксид-ионов.

6. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что для выдачи бутылок с водой и аксессуаров предназначено одно окно, расположенное на лицевой панели автомата.

7. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что для выдачи бутылок с водой и аксессуаров предназначены разные окна, расположенные на лицевой панели автомата.

8. Автомат по п. 1, отличающийся тем, что подсоединение линии подачи католита к технологическим элементам блока очистки воды выполнено в виде эжектора, или патрубка, или инжектора.