Узел подмешивания воды системы обратного осмоса Российский патент 2023 года по МПК B01D61/10 B01D61/12 C02F1/44 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к области очистки воды, а именно к узлу подмешивания воды в системе обратного осмоса.

[03] Уровень техники

[04] Система обратного осмоса обеспечивает предварительную очистку воды и ее дальнейшую тонкую очистку путем пропускания воды через полупроницаемую мембрану, когда из мембраны выводится два потока - очищенная вода (пермеат) и вода с концентрированными примесями (концентрат).

[05] В некоторых случаях существует необходимость подмеса предварительно очищенной воды в выходной поток пермеата для увеличения степени минерализации воды, подаваемой потребителю. Для этого в системе очистки устанавливается дополнительная линия подмеса в обход обратноосмотической мембраны. При этом необходимо обеспечить точную регулировку потока воды в линии подмеса для обеспечения требуемого состава выходного потока.

[06] Наиболее простым решением данной задачи является установка на линии подмеса шарового крана или игольчатого вентиля. Для настройки таких линий требуется тонкая и трудоемкая регулировка, которая работает только для конкретных текущих параметров потока по давлению и объему исходной воды. Незначительные изменения параметров потока приводят к существенным отклонениям от настроенных ранее значений по очищенной воде.

[07] Другим вариантом решения данной задачи является использование ограничителя давления (редуктора). В заявке США US 2022177332 А1, 09.06.2022 (наиболее близкий аналог) описан узел подмешивания воды, выполненный в виде отдельной линии, подключаемой к системе обратного осмоса после узла предварительной очистки в обход обратноосмотической мембраны. При этом на указанной линии размещены обратный клапан, нерегулируемый ограничитель потока и смесительный клапан. Ограничитель потока обеспечивает поддержание расхода воды на линии подмеса так, чтобы он был примерно равен расходу на основной линии системы обратного осмоса.

[08] Нерегулируемый ограничитель потока, как правило, представляет собой цилиндр, внутри которого устанавливается дроссель, т.е. втулка с отверстием малого диаметра (менее 0,5 мм). Длина втулки с малым диаметром рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить заданное ограничение по потоку воды в рабочем диапазоне давления, при котором будет использоваться ограничитель потока. Как правило, это диапазон от 2 до 4 бар. При большем или меньшем давлении воды на входе в ограничитель потока отклонения от номинального значения ограничиваемого потока существенно возрастают. Т.е. при изменении условий на входе системы в таких конструкциях также возникают значительные отклонения фактических параметров воды от заданных.

[09] Существуют также более сложные и дорогие решения для регулировки подмеса - это установка на линии подмешивания клапанов с электрическим приводом, управляемые автоматически электронной системой, которая получает данные со специальных датчиков на выходе очищенной воды и пытается настроить работу клапана таким образом, чтобы обеспечить требуемые показатели. В некоторых случаях в таких конструкциях удается обеспечивать поддержание заданных параметров воды. Но иногда система постоянно находится в режиме настройки и на выходе также возникают скачки параметров относительно заданных значений.

[010] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является невозможность обеспечения стабильных параметров выходного потока воды при сохранении простоты и надежности конструкции.

[011] Раскрытие сущности изобретения

[012] Техническим результатом изобретения является повышение точности регулировки и автоматического поддержания заданных параметров выходного потока подмешиваемой воды в системе обратного осмоса при изменении в процессе работы давления входного потока без усложнения конструкции и процесса настройки узла подмешивания.

[013] Указанный технический результат достигается в заявленном изобретении за счет того, что узел подмешивания воды системы обратного осмоса содержит линию подачи воды, имеющую вход для подключения к основной линии системы обратного осмоса после узла предварительной очистки перед обратноосмотической мембраной и выход для подключения к линии вывода пермеата, при этом на указанной линии размещены обратный клапан и регулируемый ограничитель потока, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходными отверстиями и размещенный в корпусе дроссель. Причем дроссель включает: держатель втулки, установленный в корпусе со стороны входного отверстия с возможностью вращения; подпружиненную втулку, установленную в держателе с обеспечением перекрытия входного отверстия корпуса, снабженную осевым каналом для прохождения воды и имеющую возможность продольного перемещения в держателе втулки относительно корпуса; держатель штока, установленный в корпусе со стороны выходного отверстия с возможностью продольного перемещения относительного корпуса и связанный с держателем втулки резьбовым соединением с возможностью задания положения держателя штока в корпусе путем вращения держателя втулки; шток, один конец которого жестко закреплен в держателе штока, а другой - размещен в осевом канале втулки с радиальным зазором с обеспечением возможности автоматического поддержания величины давления выходного потока воды за счет продольного перемещения втулки относительно штока при изменении давления входного потока воды, воздействующего на втулку.

[014] Указанный результат также достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:

[015] - держатель втулки выполнен в виде цилиндрического элемента, а втулка содержит упорную часть, размещенную со стороны входного отверстия корпуса и трубчатую часть, размещенную со стороны выходного отверстия корпуса, причем осевой канал втулки проходит через упорную и трубчатую части;

[016] - в пружина для втулки установлена в держателе втулки с возможностью воздействия на внутреннюю торцевую поверхность упорной части, при этом со стороны внешней торцевой поверхности втулка имеет входные отверстия, сообщающиеся с осевым каналом;

[017] - держатель штока выполнен в виде цилиндрического элемента с центральной перегородкой, в которой закреплен конец штока, а также выполнены выходные отверстия;

[018] - на линии подачи воды дополнительно установлен шаровой кран.

[019] Заявленная конструкция узла подмешивания и используемого в нем регулируемого ограничителя потока, в отличие от аналогов, позволяет обеспечить заданный расход потока подмешиваемой воды в случае изменения параметров исходной воды, в частности при скачках давления. Так, конструкция ограничителя, включающего подвижную подпружиненную втулку с осевым каналом и шток, размещенный в канале втулки с зазором, обеспечивает автоматическое поддержание характеристик выходного потока при изменении давления входного потока. При этом использование вращающегося держателя втулки, связанного с держателем штока резьбовым соединением, позволяет легко настраивать узел подмешивания в зависимости от диапазона давления входящего потока в широких пределах. После настройки на требуемый поток с помощью ограничителя не потребуется никаких внешних воздействий в случае изменения давления воды на входе в систему, подстройка будет происходить автоматически.

[020] Краткое описание чертежей

[021] Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фигуре 1 показана схема системы обратного осмоса с одиночным модулем обратноосмотической мембраны, использующая заявленный узел подмеса воды;

- на фигуре 2 показана схема системы обратного осмоса с одноуровневым массивом модулей обратноосмотических мембран, использующая заявленный узел подмеса воды;

- на фигуре 3 показана схема системы обратного осмоса с многоуровневым массивом модулей обратноосмотических мембран, использующая заявленный узел подмеса воды;

- на фигуре 4 показан регулируемый ограничитель потока узла подмеса (вид спереди);

- на фигурах 5 и 6 показан регулируемый ограничитель потока (вид сбоку в разрезе) в крайнем положении штока дросселя, соответствующих максимальному потоку воды;

- на фигурах 7 и 8 показан регулируемый ограничитель потока (вид сбоку в разрезе) в крайнем положениях штока дросселя, соответствующему пониженному потоку воды.

[022] Конструктивные элементы обозначены на фигурах следующими позициями:

1 - ввод для подачи исходной воды;

2 - ступень предварительной очистки;

3 - повысительный насос (насос для повышения давления);

4 - обратноосмотическая мембрана;

5 - линия вывода пермеата,

6 - линия вывода концентрата,

7 - обратный клапан,

8 - ограничитель потока концентрата,

9 - вход узла подмеса воды

10 - выход узла подмеса,

11 - обратный клапан

12 - регулируемый ограничитель потока узла подмеса,

13 - шаровый кран,

14 - корпус ограничителя потока,

15 - входное отверстие корпуса

16 - выходное отверстие корпуса,

17 - втулка дросселя,

18 - держатель втулки,

19 - пружина,

20 - шток дросселя,

21 - держатель штока,

22 - стопорная клипса держателя втулки,

23 - уплотнительное кольцо держателя втулки,

24 - упорная часть втулки,

25 - трубчатая часть втулки,

26 - осевой канал втулки

27 - входное отверстие втулки,

28 - уплотнительное кольцо втулки,

29 - резьбовое соединение держателя штока и держателя втулки,

30 - отверстие держателя штока,

31 - поперечная перегородка держателя штока.

[023] Осуществление изобретения

[024] Система обратного осмоса (см. фиг. 1-3) включает основную линии для обработки воды, имеющую ввод (1) для подачи исходной воды, и на которой последовательно размещены ступени предварительной очистки (2), повысительный насос (3) (насос для повышения давления) и обратноосмотическая мембрана (4) (см. фиг. 1). В частном случае реализации изобретения может быть предусмотрено несколько мембран (4), которые размещены параллельно в виде одноуровневого каскада (массива) (см. фиг. 2), или параллельно и последовательно в виде многоуровневого массива (см. фиг. 3). Выход мембраны (4) подключен к линии для вывода пермеата (5) и к линии для вывода концентрата (6). На линии для вывода пермеата (5) установлен обратный клапан (7), а на линии для вывода концентрата (6) - ограничитель потока (8).

[025] Узел подмешивания воды содержит дополнительную линию для подачи воды, вход (9) которой подключен к основной линии системы обратного осмоса перед обратноосмотической мембраной (4) после повысительного насоса (3), а выход (10) - к линии вывода пермеата (5). При этом на линии узла подмеса воды последовательно установлены обратный клапан (11), регулируемый ограничитель потока (12) и шаровый кран (13).

[026] Регулируемый ограничитель потока (12) имеет полый цилиндрический корпус (14) с входным (15) и выходным (16) отверстиями. Внутри корпуса (14) размещен дроссель для регулирования потока воды.

[027] Дроссель включает втулку (17), держатель втулки (18), пружину сжатия (19), шток (20) и держатель штока (21). Держатель втулки (18) выполнен в виде полого цилиндрического элемента, размещенного в корпусе (14) со стороны входного отверстия (15) с возможностью вращения и удерживаемого в корпусе (14) посредством стопорной клипсы (22). Между корпусом (14) и держателем втулки (18) размещены уплотнительные кольца (23), обеспечивающие герметизацию соединения при вращении держателя втулки (18). Втулка (17) установлена внутри держателя втулки (18) с возможностью продольного перемещения и содержит более широкую упорную часть (24), перекрывающую полость держателя втулки (18) и входное отверстие (15) корпуса (14), а также более узкую трубчатую часть (25), проходящую в центральную часть полости корпуса (14). В указанных частях (24, 25) выполнен единый осевой канал (26) для прохождения воды. Со стороны внешней торцевой поверхности упорной части (24) (на фигурах - правая сторона) во втулке выполнены входные отверстия (27), сообщающие с осевым каналом. При этом между наружной боковой поверхностью упорной части (24) втулки и внутренней поверхностью держателя втулки (18) размещены уплотнительные кольца (28) для герметизации подвижного соединения. Пружина сжатия (19) размещена внутри держателя втулки (18) с возможность воздействия на внутреннюю торцевую поверхность упорной части (24) втулки (на фигурах - левая сторона).

[028] Держатель штока (21) установлен со стороны выходного отверстия (16) внутри корпуса. Держатель штока (21) представляет собой полый цилиндрический элемент с внутренней поперечной перегородкой (31), снабженной отверстиями (30) для прохождения воды. При этом держатель штока (21) имеет возможность перемещения внутри корпуса (14) вдоль его оси и связан с держателем втулки (18) резьбовым соединением (29), образованным внешней резьбой держателя штока (21) и внутренней резьбой держателя втулки (18). Указанное соединение обеспечивает возможность задания положения держателя штока (21) относительно продольной оси корпуса путем вращения держателя втулки (18) при настройке ограничителя потока. Шток (20) выполнен в виде центрального стержня, один конец которого прикреплен к перегородке (31) держателя штока (20), а другой конец частично входит в осевой канал (26) втулки. Диаметр штока (20) может составлять около 1 мм. Причем между наружной поверхностью штока (20) и внутренней поверхностью осевого канала (26) втулки (17) имеется радиальный зазор (не показан). Величина зазора определяется расчетами исходя из размеров ограничителя потока (12) и возможного диапазона давлений воды. Таким образом, чем на большую длину входит шток (20) в осевой канал (26) втулки (17) при ее перемещении в сторону штока (20), тем больше создается гидравлическое сопротивление и ограничивается поток воды через ограничитель.

[029] Работы система обратного осмоса с узлом подмешивания воды реализуется следующим образом.

[030] Исходная вода поступает на вход (1) системы обратного осмоса в основную линию и проходит ступени (2) предварительной очистки. С помощью насоса (3) давление предварительно очищенной воды повышается, и она поступает на обратноосмотическую мембрану (4) (или мембраны), где проходит тонкую очистку от примесей. Очищенный поток выводится из системы по линии вывода пермеата (5). Поток с примесями выводится из системы по линии вывода концентрата (6) для утилизации.

[031] Одновременно с подачей воды в мембрану (4) часть потока предварительного очищенной воды поступает на вход (9) линии узла подмешивания воды, где проходит через регулируемый ограничитель давления (12) и с заданным расходом выводится через выход (10) линии узла подмешивания в линию для вывода пермеата (5), где смешивается с очищенным потоком воды в заданном соотношении. Обратный клапан (11) на линии узла подмешивания исключает влияние потоков друг на друга в обратном направлении, а шаровый кран (13) после регулируемого ограничителя потока служит для полного отключения подмеса (при необходимости), поскольку ограничитель не может полностью перекрыть поток воды в силу конструктивных особенностей.

[032] Для обеспечения регулировки подмеса пользователь на начальном этапе работы системы проводит первичную настройку ограничителя потока (12) в зависимости от диапазона рабочего давления входящего потока воды путем вращения рукой держателя втулки (18), которое обеспечивает перемещение держателя штока (21) вместе со штоком (20) относительно корпуса (14) по направляющим выступам внутри корпуса в некотором диапазоне.

[033] При давлениях воды в диапазоне, соответствующему максимально допустимому потоку воды, держатель штока (21) перемещается в направлении выходного отверстия (16) (крайнее левое положение) (фиг. 5). При давлениях воды в диапазоне, соответствующему пониженному уровню потока воды (давление отсутствует или очень низкое), держатель штока (21) перемещается в направлении входного отверстия (16) (крайнее правое положение) (фиг. 7). Также может быть задано любое промежуточное положение.

[034] При увеличении давления воды (независимо от положения держателя штока (21)) вода, воздействуя на внешнюю торцевую поверхность упорной части (24) втулки (17) будет стремиться сдвинуть втулку (17) в направлении потока воды, при этом пружина (19) будет сжиматься, создавая сопротивление, чтобы втулка (17) не переместилась в крайнее положение, (см. фиг. 6, 8). При перемещении втулка (17) своей трубчатой частью (25) нанизывается на шток (20), который увеличивает перекрытие осевого канала (26). В результате этого гидравлическое сопротивление на втулке (17) возрастает и поток воды восстанавливает свое установленное значение до изменения давления. Таким образом, обеспечивается автоматическое поддержание давления выходного потока подмешиваемой воды при изменении давления входного потока в пределах диапазона, заданного предварительной настройкой держателя штока.

[035] В таблице 1 показаны результаты испытания заявленного узла подмешивания воды, а также узла согласно ближайшему аналогу в идентичных условиях.

[036] Как показали результаты испытаний, заявленный узел для подмешивания воды уменьшает отклонения параметров выходного потока примешиваемой воды при изменении давления входного потока. При этом специалисту в данной области техники будет очевидным, что упрощается настройка ограничителя потока и сохраняется простота и надежность конструкции.

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к узлу подмешивания воды в системе обратного осмоса. Узел содержит линию подачи воды, имеющую вход (9) для подключения к основной линии системы обратного осмоса после узла предварительной очистки (2) перед обратноосмотической мембраной (4) и выход (10) для подключения к линии вывода пермеата (5), при этом на указанной линии подачи воды размещены обратный клапан (11) и регулируемый ограничитель потока (12). Ограничитель потока (12) содержит цилиндрический корпус с входным и выходными отверстиями и размещенный в корпусе дроссель. Дроссель включает: держатель втулки, установленный в корпусе со стороны входного отверстия с возможностью вращения; подпружиненную втулку, установленную в держателе втулки с обеспечением перекрытия входного отверстия корпуса, снабженную осевым каналом для прохождения воды и имеющую возможность продольного перемещения в держателе втулки относительно корпуса; держатель штока, установленный в корпусе со стороны выходного отверстия с возможностью продольного перемещения относительно корпуса и связанный с держателем втулки резьбовым соединением с возможностью задания положения держателя штока в корпусе путем вращения держателя втулки; шток, один конец которого жестко закреплен в держателе штока, а другой размещен в осевом канале втулки с радиальным зазором с обеспечением возможности автоматического поддержания величины давления выходного потока воды за счет продольного перемещения втулки относительно штока при изменении давления входного потока воды, воздействующего на втулку. Технический результат: повышение точности регулировки и автоматического поддержания заданных параметров выходного потока подмешиваемой воды в системе обратного осмоса при изменении в процессе работы давления входного потока без усложнения конструкции и процесса настройки узла подмешивания. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Узел подмешивания воды системы обратного осмоса, содержащий линию подачи воды, имеющую вход (9) для подключения к основной линии системы обратного осмоса после узла предварительной очистки (2) перед обратноосмотической мембраной (4) и выход (10) для подключения к линии вывода пермеата (5), при этом на указанной линии подачи воды размещены обратный клапан (11) и ограничитель потока (12),

отличающийся тем, что ограничитель потока (12) выполнен регулируемым и содержит цилиндрический корпус (14) с входным (15) и выходными (16) отверстиями и размещенный в корпусе (14) дроссель,

причем дроссель включает:

- держатель втулки (18), установленный в корпусе (14) со стороны входного отверстия (15) с возможностью вращения,

- подпружиненную втулку (17), установленную в держателе втулки (18) с обеспечением перекрытия входного отверстия (15) корпуса (14), снабженную осевым каналом (26) для прохождения воды и имеющую возможность продольного перемещения в держателе втулки (18) относительно корпуса (14),

- держатель штока (21), установленный в корпусе (14) со стороны выходного отверстия (16) с возможностью продольного перемещения относительно корпуса (14) и связанный с держателем втулки (18) резьбовым соединением (29) с возможностью задания положения держателя штока (21) в корпусе (14) путем вращения держателя втулки (18),

- шток (20), один конец которого жестко закреплен в держателе штока (21), а другой размещен в осевом канале (26) втулки (17) с радиальным зазором с обеспечением возможности автоматического поддержания величины давления выходного потока воды за счет продольного перемещения втулки (17) относительно штока (20) при изменении давления входного потока воды, воздействующего на втулку (17).

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что держатель втулки (18) выполнен в виде цилиндрического элемента, а втулка (17) содержит упорную часть (24), размещенную со стороны входного отверстия (15) корпуса (14), и трубчатую часть (25), размещенную со стороны выходного отверстия (16) корпуса (14), причем осевой канал (26) втулки (17) проходит через упорную (24) и трубчатую (25) части.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что пружина (19) для втулки (17) установлена в держателе втулки (18) с возможностью воздействия на внутреннюю торцевую поверхность упорной части (24), при этом со стороны внешней торцевой поверхности втулка (17) имеет входные отверстия (27), сообщающиеся с осевым каналом (26).

4. Узел по п. 1, отличающийся тем, что держатель штока (21) выполнен в виде цилиндрического элемента с центральной перегородкой (31), в которой закреплен конец штока (20), а также выполнены выходные отверстия (30).

5. Узел по п. 1, отличающийся тем, что на линии подачи воды дополнительно установлен шаровой кран (13).