CZ20001939A3 - Způsob optimalizace cyklické funkce úpravny vody a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Způsob sestává z fáze naměření fyzikálních a chemických parametrů reflektujících stupeň nasycení nebo vyčerpání media, v němž dochází k úpravě pomocí alespoň jedné sondy (6, 7) umístěné uvnitř pracovní nádoby (1), dále z fáze analýzy měření pomocí algoritmu, jenž sestává z variace naměřených hodnot a z určení inflexních bodů, jež jsou výsledkem této variace, což odpovídá stupni vyčerpání nebo nasycení media, v němž dochází k úpravě a od kterého je třeba provést regeneraci media tak, aby úpravna vody byla plně efektivní, a z fáze spuštění úpravny vody. Zařízení je tvořeno nádobou (1) naplněnou médiem, ve kterém dochází k úpravě, přičemž nádoba (1)je opatřena alespoň jednou sondou (6, 7) umožňující měřit fyzikální nebo chemický parametr media.

Description

Způsob optimalizace cyklické funkce úpravny vody

Oblast vynálezu

Vynález se týká způsobu optimalizace cyklické funkce úpravny plynného nebo kapalného media, jako je zejména úpravna vody s výměnou iontů, např. využitím změkčovacích zařízení pro úpravu vody.

Dosavadní stav techniky

Taková zařízení snižují nadbytečnou tvrdost (jinak řečeno zvýšený hydrdtúmetrický titr) užitkových vod běžně rozváděných vodovodní sítí pro využití v domácnostech, v potravinářství a v průmyslu.

Při úpravě vody změkčováním protéká čirá nebo vyčištěná voda vrstvou pryskyřice s výměnou iontů, se kterými se dostává do kontaktu; během průtoku se ve vodě obsažené ionty, a to ionty vápníku a hořčíku, vymění za ionty sodíku obsažené v pryskyřici. Při výstupu ze změkčovacího zařízení jsou pak sodné minerály substituovány vápníkovými a hořčíkovými minerály. Tento postup však nijak nemodifikuje obsah aniontů vyskytujících se v upravované vodě (sulfáty, chloridy) .

Při normálním postupu se pryskyřice v regenerační úpravně nasytí ionty vápníku a hořčíku a ochudí se o ionty sodíku.

V průběhu cyklů pak výkony pryskyřic klesají; za účelem zachování účinnosti změkčovacího zařízení je nutné pryskyřice regenerovat nebo vyměnit.

Podle dosavadní techniky se regenerace pryskyřic provádí pomocí solanky ( koncentrovaný roztok chloridu sodného ).

V solance je přítomen velký počet iontů sodíku, které vytlačí

ionty vápníku a hořčíku vázané na pryskyřici a umožní, aby pryskyřice obnovila svoji sodnou náplň.

Řízení regeneračních úpraven je klasickým způsobem zajišťováno pomocí kontrolního zařízení a počítačovým ovládáním např. objemu změkčené vody, doby provozu, počtu cyklů, množství rozpuštěné soli; tato měření však ve skutečnosti neinformují o stupni nasycení regeneračních pryskyřic a často se stává, že je fáze regenerace aktivována, aniž je znám skutečný stav pryskyřice. Tento způsob vede ke spuštění fáze regenerace pryskyřice na základě jednostranného hodnocení, takže se při regeneraci pryskyřice spotřebovává příliš velké množství solanky.

Tento způsob funkce zařízení známých z dosavadního stavu techniky vede také k přetížení příslušných zařízení nebo jejich jednotlivých složek. Míra nasycení pryskyřice solí v úpravně vody je často překročena; tak je tomu i v zařízení na změkčování vody, má-li se zajistit jejich žádaný výkon.

Vynález má za cíl vytvořit úpravnu vody s novým způsobem řízení výše popsaného regeneračního cyklu.

Úpravna by měla umožnit jak průchod kapaliny použité pro úpravu vrstvou pryskyřice nebo jakýmkoli jiným materiálem použitým pro úpravu, při čemž výtok by měl být usměrněn do žádaného směru a měl mít potřebnou rychlost, aby bylo možno respektovat předpisy pro použití pryskyřic jako je doba kontaktu nutná k reakci výměny iontů, tak i průtok regenerační kapaliny, zejména solanky, materiálem použitým pro úpravu určenou rychlostí.

Regenerační úpravny známé podle dosavadního stavu techniky pracují podle postupů popsaných v patentových dokumentech EP-A-0 129 138, FR-A-2 145 598, EP-A-0 308 523, US-A-4 320 010;

99»» • · · · · ···· · ·« · • · · · · ······ • ·· · · · · · tyto postupy však neberou v úvahu různé vlastnosti a kvality vod, které se distribuují, používají obvykle fixní nastavení, které se nevztahuje na měřené prostředí. Uvedené postupy se nazývají buď regenerací objemovou nebo regenerací se stanoveným, objemem.

Zařízení jsou vybavena regulačním systémem s fixním nastavením a nepřizpůsobují kontinuálně svoji funkci variacím nebo fluktuacím vlastností vod pro další použití.

Podstata vynálezu

Vynález hodlá odstranit popsané nevýhody tím, že navrhuje způsob optimalizace cyklické funkce úpravny vody, který je prováděn zařízením na rozvod vody kompatibilním se změkčovacím zařízením o sníženém objemu, při čemž optimalizace způsobu využívá všech údajů jako je prahová hodnota nebo nastavená hodnota k tomu, aby se zjistil stav vyčerpání prostředku použitého pro úpravu.

Za tímto účelem způsob optimalizace úpravny vody sestává z následujících postupových kroků :

-fáze naměření fyzikálních nebo chemických parametrů, které charakterizují stupeň nasycení nebo vyčerpání media, v němž se provádí úprava, pomocí sondy umístěné uvnitř provozní nádoby,

-fáze analýzy naměřených hodnot pomocí algoritmu,

-fáze algoritmu sestávající z provedení variací naměřených hodnot a z určení inflexních bodů na základě provedené variace, které odpovídá stupni vyčerpání nebo nasycení media, v němž se úprava provádí a na jehož základě se poté uskutečňuje regenerace příslušného media, aby se obnovila výkonnost úpravny vody, při čemž algoritmus je zcela nezávislý jak na fyzikálních/ chemických vlastnostech upravované kapaliny, tak i

na variacích fyzikálních/chemických vlastností při stejném použití během času, jakož i na různých rozptylech celého řetězu měření,

-fáze spuštění další etapy funkce úpravny vody.

Přehled obrázků na výkresech

Další charakteristiky a výhody vynálezu vyplynou z následujícího popisu, ve kterém je použito vztahových značek uvedených na připojených obrázcích, jež znázorňují jeden z příkladů provedení vynálezu, aniž vynález nějak omezují.

Obr. 1 zobrazuje schematicky myčku na nádobí vybavenou zařízením pro změkčení vody umožňujícím způsob úpravy podle vynálezu;

obr. 2 zobrazuje ve větším měřítku změkčovací zařízení vody pro myčku nádobí;

obrázky 3 a 4 znázorňují úpravnu vody na bázi výměny iontů, vybavenou sondami umožňujícími provádění způsobu podle vynálezu.

Popis

Podle výhodného provedení vynálezu sestává úpravna vody.1, ve které je možno způsob optimalizace cyklické funkce úpravny vody využít, z pracovní nádoby umístěné horizontálně nebo vertikálně, která je opatřena prostředky pro rozvod kapaliny, jež má být upravována a regeneračního roztoku nebo spotřební kapaliny. Prostředky pro rozvod kapaliny představuje alveolární deska, v níž rozmístění dutin a otvorů určuje příslušné rozvodné sítě. Tato deska je umístěna v pracovní nádobě a to buď v její horní nebo dolní části; rozděluje pracovní nádobu na horní zónu obsahující materiál, jehož se používá k úpravě, zejména pryskyřici a dolní zónu ve spojení s odběrnou sítí při

provozu. Nádoba je opatřena vstupními otvory .3,4 a výstupním otvorem kapaliny 2_.

Povrch desky je opatřen řadou otvorů, které umožňují průtok kapaliny, zejména kapaliny, jež byla podrobena úpravě nebo regenerační kapaliny z jedné zóny do druhé. Rozmístění otvorů na desce je s výhodou kruhové a obvodové, při čemž průměr a počet otvorů jsou funkcí hydraulických charakteristik pryskyřice.

Deska může být vytvořena rovněž takovým způsobem, že její centrální zóna, zejména ve spodní části vzhledem k horní zóně je opatřena alespoň jedním otvorem, který lze uzavřít tělesem jako je kulička, kolík nebo destička, jež vytvářejí záklopku. Pozice tohoto tělesa vzhledem k umístění otvoru je určována využitím přístroje a směrem cirkulace kapaliny. Při provozu není otvor uzavřen a spojuje tak kapalinu podrobovanou úpravě s odběrnou sítí, zatímco při fázi regenerace je otvor uzavřen a regenerační kapalina je vedena směrem k otvorům tak, aby se zajistilo dostatečné rozptýlení solanky ze zásobní nádrže 5 do pryskyřice.

Při odběrné fázi spotřební kapaliny se kapalina vede nejprve do horní zóny, poté prochází vrstvou pryskyřice zvolené pro úpravu, dostává se do dolní zóny četnými otvory v desce, prochází otvorem opatřeným záklopkou a ústí do zóny spojené s výpustním kanálem a odběrnou sítí.

Ve fázi regenerace se regenerační kapalina, zejména solanka vede do úpravny vody protiproudem pomocí otvoru v případě, že je zařízení umístěno v dolní části, avšak tato cirkulace se uskutečňuje po proudu v případě, že je zařízení umístěno v horní části.

• Φ φφφφ φ· φφφ

V případě protiproudu se regenerační kapalina dostává přímo do vnitřní dutiny centrální zóny desky, ale nemůže proniknout přes disk desky, jelikož při tomto směrování cirkulace je těleso tvořící záklopku přitlačeno na otvor. Regenerační kapalina je tedy tlačena otvory desky a rozdělována celou soustavou tak, aby byl zajištěn dostatečný prostup roztoku bohatého na chlorid sodný vrstvou, v níž dochází k úpravě, zejména pryskyřicí.

Podle jiného způsobu provedení vynálezu může být jakákoli část desky nahrazena membránou, jejíž charakteristiky odporu vůči průtoku jsou funkcí směru průtoku kapaliny, která membránou prochází. Deska podle vynálezu je vytvořena soustřednou sestavou řady kruhů a disků, které jsou vzhledem ke svému umístění na desce orientovány ve smyslu průtoku nebo odporu vůči průtoku regenerační kapaliny nebo kapaliny použité pro úpravu.

Podle dalšího způsobu provedení vynálezu jsou otvory pro rozptyl solanky vrstvou pryskyřice nahrazeny sacími košíky nebo sítí hvězdicovitě uspořádaných kanálů.

Podle výhodných charakteristik vynálezu je uvnitř materiálu zvoleného pro úpravu 1 ( pryskyřice ) uloženého v nádobě uspořádána alespoň jedna sonda _6, Ί_> která umožňuje měřit fyzikální nebo chemické parametry, jež reflektují stav nasycení nebo regenerace media použitého pro úpravu jako je např. vodivost.

S výhodou jsou tyto sondy při vertikálním nebo horizontálním uspořádání nádoby umístěny uvnitř nádoby, ve které k úpravě dochází.

Ί • 4 ···· ·· ·«·· ·· ·· • · · 9*9 ···« • · · · · ···· * · · » • 9 · 9 9 9····« • ·9· *···· • 999 9·· 9· ··« «· ··

Podle výhodné charakteristiky vynálezu, jsou tyto sondy v počtu nejméně jedné nebo lépe dvou umístěny diametrálně proti sobě nebo nad sebou nebo ve střední části nádoby.

Medium, v němž dochází k úpravě, do kterého jsou sondy ponořeny, umožňuje určitý stupeň vakua, aby bylo možno utěsnit elektrody tak, jak je tomu u různých jiných sond.

Úpravna vody zahrnuje rovněž elektronické nebo elektromechanické zařízení spojené známým způsobem se sondami a zejména s jejich elektrodami, čímž je možno měřit fyzikální nebo chemické parametry stavu nasycení pryskyřice.

Příslušné elektronické zařízení je vybaveno obvodem s dvojitou izolací, která zajišťuje ochranu uživatele přístroje; tato dvojitá izolace může být provedena různým způsobem a to elektronicky, pomocí transformátoru, optického spínače, relé nebo jakéhokoli jiného vhodného elektromechanického prostředku.

Elektronické zařízení je rovněž vybaveno zařízením umožňujícím sledování vývoje měření prováděného sondami, jakož i jejich interpretaci podle stanoveného algoritmu, při čemž výsledek tohoto algoritmu podmiňuje určení výchozích charakteristik fáze regenerace nebo náhrady vrstvy pryskyřice a/nebo úpravny vody.

Způsob optimalizace regeneračního cyklu úpravy vody sestává z první etapy získání naměřených hodnot reflektujících stupeň nasycení nebo vyčerpání media, v němž k úpravě dochází, ze sond umístěných v pracovní nádobě.

Tyto hodnoty jsou poté analyzovány pomocí algoritmu, který umožňuje určit stav a/nebo stupeň nasycení media, v němž k úpravě dochází, aby bylo možno rozhodnout, kdy nastává

9 9999

Λ 9

9 99 ► 9 · « · • · • 999 příznivá doba k regeneraci media tak, aby byla obnovena výkonnost úpravny vody jako celku.

Tento algoritmus může jednak např. sestávat z měření odchylek mezi různými naměřenými hodnotami, na druhé straně z určení variace těchto odchylek nebo ještě navíc z určení inflexních bodů jako výsledku této variace.

Až již se použije jakýkoli typ algoritmu z výše uvedených, zakládá se na naměřených hodnotách nebo na absolutních fyzikálně-chemických hodnotách.

Ostatně je nutno poznamenat, že způsob optimalizace používající výše uvedené algoritmy je zvláště výhodný vzhledem k tomu, že je zcela nezávislý a to jak na fyzikálně-chemické povaze kapaliny, která má být podrobena úpravě, tak na variacích této fyzikálně-chemické povahy při použití během času a dále na různých rozptylech celého řetězu měření zahrnujícího zejména časovou konstantu sondy, elektronické tisky...

Výsledek tohoto algoritmu, který určuje nastavenou hodnotu v uvažovaném okamžiku, odpovídá ve skutečnosti stupni vyčerpání nebo nasycení media, v němž úprava probíhá a určuje regeneraci media tak, aby byla úpravna vody plně výkonná.

Podle prvního způsobu provedení vynálezu je nastavená hodnota určena konstrukcí řídící jednotky a elektronickou kontrolou; podle druhého způsobu provedení vynálezu může být upřesněna regulačním zařízením úpravny vody; podle třetího způsobu provedení vynálezu je výsledkem algoritmu v reálném čase a automaticky se přizpůsobuje funkci vývoje media, v němž dochází k úpravě.

• · 9 99 9 • 99 999 * * 9 ·

999 9 9 999 9 9 9 9

999 9 999 99 9

999 99999

9999 999 99 999 ·» ··

Ať jde o jakýkoli způsob provedení vynálezu, nastavená hodnota je výsledkem řady zkoušek a odpovídá know-how uživatele.

K naměření různých hodnot prostřednictvím sond dochází v průběhu normální funkce úpravny vody, jinak řečeno během fáze odběru a podle předem stanoveného časového plánu.

Samozřejmě umožňuje způsob podle vynálezu sledování opačného jevu, v tomto případě vývoj stupně „oživení media, ve kterém dochází k úpravě během průchodu regenerační solanky, což může být sledováno na hodnotách poskytovaných sondami a jejich relativních variacích.

Pomocí popsaného způsobu může uživatel být průběžně obeznámen s konstantami funkce media, v němž dochází k úpravě, které ovlivňují přechod do fáze odběru nebo upozorňují, odhalují a signalizují vadnou funkci ( v případě myčky na nádobí nebo změkčovacího zařízení např. nedostatek soli, závadu šoupátka, problémy s elektřinou ...) .

Popsaný vynález má řadu způsobu optimalizace cyklické funkci úpravny vody o malém přístroje pro domácnost jako je výhod a zejména vzhledem ke funkce úpravny vody umožňuje objemu, která je určena pro např. myčka nádobí.

Konstruktéři myček nádobí se setkávají se stálým problémem jak se vypořádat s umytím stále většího počtu kusů nádobí při zachování malého objemu vody, aniž se sníží výkonnost zařízení. Neustále se konstruktéři snaží využít prostor co nejefektivněji, resp. redukovat co nejvíce prostor určený pro zařízení myčky na nádobí, zejména snížit objem nádržky na sůl 5 a/nebo jednotky změkčování vody 1.

φφ φφφφ • · • φφφ φ φ φφφφ φφφφ φφφ * » · φ ' ♦ φ ' ’ ♦

Φ Φ ΦΦΦ φ · « · ♦· · · # Φ Φ φ • · · Φ Φ Φ Φ

Φ· Φ·· ΦΦ φφ

Redukce objemu zařízení myčky na nádobí lze provést pouze tehdy, když se zachová její výkon, což vyžaduje, aby určení nasycenosti a/nebo regenerace media, v němž k úpravě dochází, bylo správné.

Popsaný vynález tedy poskytuje řadu výhod, jelikož umožňuje podstatnou úsporu použitých reaktivních prostředků ( např. soli ) pro regeneraci media, v němž k úpravě dochází a spotřebované vody pro tuto regeneraci využitím způsobu, který umožňuje zjistit přesný stupeň nasycení media, v němž dochází k úpravě, takže k regeneraci nedochází předčasně a dále využitím specielních zařízení rozvodu a rozdělení kapaliny, která má být upravována, jakož i regeneračního roztoku, což umožňuje využití celého výměnného objemu media, v němž k úpravě dochází.

Způsob také umožňuje vyřešit hlavní problém konstruktérů změkčovacích zařízení, zejména pro myčky nádobí, tedy snížení spotřeby vody ( nedochází ke zbytečné regeneraci ) při současném zachování konstantní kvality umývání ( k regeneraci dochází včas ), což je příznivé pro životní prostředí, jelikož objem spotřebované soli je minimalizován.

Popsaný vynález však není omezen na způsoby provedení výše uvedené a znázorněné na výkresech, ale zahrnuje všechny možné varianty.

Claims (12)

1.Způsob optimalizace cyklické funkce úpravny vody, vyznačený tím, že sestává z fáze naměření fyzikálních nebo chemických parametrů, které charakterizují stupeň nasycení nebo vyčerpání media, v němž se provádí úprava pomocí sondy (6, 7) umístěné uvnitř provozní nádoby (1), z fáze analýzy naměřených hodnot pomocí algoritmu, z fáze algoritmu sestávající z provedení variací naměřených hodnot a z určení inflexních bodů na základě provedené variace, které odpovídá stupni vyčerpání nebo nasycení media, v němž se úprava provádí a na jehož základě se poté uskutečňuje regenerace příslušného media, aby se obnovila výkonnost úpravny vody, při čemž algoritmus je zcela nezávislý jak na fyzikálních/ chemických vlastnostech upravovapé kapaliny, tak i na variacích fyzikálních / chemických vlastností při stejném použití během času, jakož i na různých rozptylech celého řetězu měření, z fáze spuštění další etapy funkce úpravny vody.

2. Způsob optimalizace podle nároku 1, vyznačený tím, že fáze spuštění sestává z fáze regenerace nebo z výměny media, v němž dochází k úpravě a/nebo úpravny vody.

3. Způsob optimalizace podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačený tím, že zjistí a signalizuje vadnou funkci fáze regenerace.

4. Způsob optimalizace podle jednoho z předchozích nároků, vyznačený tím, že fáze spuštění sestává z fáze odběru z úpravny vody.

99 ·*♦· 99 9999 99 99

9 9 9 9 9 9 « « 9 9

9 9 9 9 · 9 9 9 9 9 · 9 ·

9 «999 9*9 99 9

9 999 99999

9999 999 99 999 99 99

5. Způsob optimalizace podle jednoho z předchozích nároků, vyznačený tím, že algoritmus umožňuje nepatrnou spotřebu regeneračního roztoku a regenerační vody.

6. Zařízení pro provádění způsobu, který je předmětem nároků 1 až 5, vyznačené tím, že sestává z nádoby (1) naplněné mediem, ve kterém dochází k úpravě, jež je opatřena alespoň jednou sondou (6, 7) umožňující měřit velikost nebo fyzikální či chemický parametr, který reflektuje stupeň nasycení nebo regenerace media, v němž dochází k úpravě, při čemž medium, v němž jsou umístěny sondy (6, 7) umožňuje určitý stupeň vakua, aby bylo možno provést utěsnění elektrod tak, jako je tomu u různých jiných sond.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, že sondy měří vodivost media.

8. Zařízení podle jednoho z nároků 6 nebo 7, vyznačené tím, že sondy jsou s výhodou alespoň dvě a jsou umístěny diametrálně proti sobě nebo nad sebou nebo ve střední části nádoby.

9. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 8, vyznačené tím, že nádoba (1) obsahující medium, v němž dochází k úpravě, je vybavena specielním zařízením pro distribuci a rozdělení kapaliny, jež má být podrobena úpravě a regeneračního roztoku.

10. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 9, vyznačené tím, že zahrnuje elektronické nebo elektromechanické zařízení vybavené dvojitou izolací, což zaručuje ochranu uživatele přístroje.

11. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 10, vyznačené tím, že úpravna vody je změkčovacím zařízením pro myčku nádobí.

«· 9 99 9

9 999 9 «

12. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 10, vyznačené tím, že úpravna vody je změkčovacím zařízením vody pro domácnost.