PL213012B1 - Regulator przeplywu do kontrolowania grawitacyjnego przeplywu plynu, zwlaszcza wody - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest regulator przepływu, przeznaczony do kontrolowania przepływu płynu zwłaszcza wody, pod działaniem siły grawitacyjnej. Taki regulator może być stosowany w połączeniu z układami oczyszczania, takimi jak jednostki z uwalnianym biocydem (na przykład, z żywicami chlorowcowymi lub tabletkami chlorowymi), które dla aktywowania procesu oczyszczania wymagają regulowanego kontaktu czynnika płynnego z substancjami aktywnymi.

Tego typu układy oczyszczania, o których mowa wyżej, wymagają żeby płyn przepływał grawitacyjnie przez jednostkę oczyszczania, aby kontaktować się ze środkiem wykorzystywanym do jego obróbki. W takich układach, do osiągania efektywnej obróbki i oczyszczenia, istnieje potrzeba stosowania sterowanego przepływu grawitacyjnego.

Opis patentowy USA 458 4106 ujawnia układ chlorowania dla rozprowadzania chloru, jako czynnika aktywnego w urządzeniu kąpielowym lub w kąpielisku. Układ reguluje przepływ wody przez komorę mieszania z zaworem, lub z ręcznie obsługiwanym kurkiem, żeby sterować szybkością rozprowadzania chloru. Przepływ wody przez komorę mieszania jest regulowany przez zespół zwężek i przegród, a ponadto jest kontrolowany rozmiar drobin tabletek chlorowych, które będą wypływać z układu chlorowania.

Opis patentowy USA 508 9127 ujawnia dozownik chemiczny, zawierający cylinder dla osadzenia w nim kanistra, który utrzymuje liczne elementy odkażające w kształcie paletek lub tabletek, na przykład z podchlorynu wapniowego lub z chloroizocyjanuranu. Dno i dolny koniec bocznej ściany kanistra są perforowane, a końcowa część dolna kanistra jest umieszczana w górnej części otwartego od góry wlotu lub w zbiorniku erozyjnym. Wtryskiwana strumieniem woda wchodzi do dolnego końca zbiornika erozyjnego przez otwór wlotowy i przechodzi ku górze, by kontaktować się z elementami odkażającymi w dolnej końcowej części zbiornika, a przez to aby stopniowo erodować i rozpuszczać elementy odkażające znajdujące się w dolnej końcowej części zbiornika. Przechodząca przez dozownik ilość substancji chemicznej dostarczanej do wody, jest sterowana w zależności od zmieniającej się szybkości wlotowej przepływu wody, która oddziaływuje na elementy odkażające w dolnej końcowej części zbiornika. W tym układzie, w przewodzie wlotowym jest zamontowany wlotowy zawór sterowniczy, który steruje przepływem wody przy wlocie do zbiornika z elementami odkażającymi.

Opis patentowy USA 629 8871 B1 ujawnia dozownik chemiczny, który wytwarza roztwór chemicznego środka obróbczego, takiego jak podchloryn sodowy. Dozownik zawiera obudowę wyznaczającą wnękę, a wewnątrz pośrodku tej wnęki jest umieszczony wydłużony pionowy pusty zbiornik. Ścianka spodnia ściany bocznej zbiornika przylega do podstawy, a w dolnej części ściany bocznej, która jest oddalona od wewnętrznej strony ściany obudowy, znajdują się liczne perforacje. Do wewnątrz zbiornika jest wsuwany, co najmniej jeden pusty kanister, posiadający liczne perforacje w swej podstawie i dolnej części swej ściany bocznej. Przewidziane są przewody dla doprowadzania cieczy, w której do komory jest dostarczany chemiczny środek obróbczy w miejsce poniżej perforacji znajdujących się w kanistrze, i dla usuwania z dozownika chemicznego środka obróbczego w strumieniu cieczy.

Problem związany z urządzeniami takimi jak zwężki i przegrody polega na tym, że wymagają one regularnej ręcznej interwencji i nie zapewniają jednorodnej regulacji przepływu.

Z drugiej strony, bardziej niezawodne złożone mechanizmy sterownicze, takie jak układy o działaniu elektronicznym, elektrycznym, pneumatycznym lub hydraulicznym są kosztowne w produkcji i w utrzymaniu.

Celem wynalazku jest opracowanie regulatora przepływu stosowanego do sterowania wypływem płynu pod działaniem siły grawitacyjnej, niezależnie od wysokości lub pojemności źródła płynu, który to regulator jest prosty i opłacalny, a przy tym nie jest obciążony wadami powodującymi nieprawidłowe sterowanie, wywołującymi drastyczne zmiany w charakterystyce przepływu lub turbulencję, i nie pociąga za sobą komplikacji przy instalowaniu i utrzymywaniu sprawności.

Regulator przepływu do kontrolowania grawitacyjnego przepływu płynu, zwłaszcza wody, zawierający zbiornik o regulowanym przepływie, mający wymiary dobrane dla wypływu żądanej objętości wody ze zbiornika, który to zbiornik posiada przynajmniej jeden kanał wejściowy dla doprowadzania surowej wody ze źródła i jest połączony z zespołem wypływu syfonowego dla regulowania szybkości przepływu wody ze zbiornika, a ponadto ten zbiornik ma wylot połączony z jednostką oczyszczania zawierającą jednostkę podawania biocydu, uwalniającą do wody biocydy w postaci proszku, granulatu, żywicy albo tabletek, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół wypływu syfonowego

PL 213 012 B1 jest w postaci członu rurowego, uformowanego w kształt odwróconej litery U i posiadającego otwór wlotowy, umieszczony w zbiorniku na poziomie wyższym niż poziom jego otworu wylotowego, który to otwór wylotowy jest podłączony do jednostki podawania biocydu dla kontrolowania oczyszczania przez kontaktowanie regulowanego przepływu wody z biocydem.

Człon rurowy zespołu wypływu syfonowego ma wymiary przystosowane do prowadzenia przepływu ze zbiornika o przepływie do jednostki podawania biocydu o szybkości w zakresie 10-200 ml/min.

Regulator przepływu płynu według wynalazku jest przystosowany do wygodnego przyłączania lub instalowania do jakiegokolwiek układu zasilania lub źródła, takiego jak źródło zasilające grawitacyjnie wodą przestrzenne jednostki magazynowania wody.

Regulator przepływu według wynalazku jest przewidziany do sterowania wypływem płynu pod działaniem siły grawitacyjnej i może być przystosowany do użytku w połączeniu z jakimikolwiek opartymi na grawitacji tradycyjnymi układami oczyszczającymi, zwłaszcza takimi, które wymagają, tak jak w jednostkach wydzielania biocydu, kontrolowanego kontaktu lub kontrolowanego czasu przebywania wody, w celu jej oczyszczenia lub przefiltrowania. Umożliwia to utrzymywanie kontroli nad kontaktem wody z aktywnymi substancjami oczyszczającymi, lub nad uwalnianiem aktywnych substancji oczyszczających, takich jak biocydy, aby utrzymywać jednorodny proces oczyszczania wody i aby unikać problemów związanych z nieskutecznym oczyszczaniem lub z nadmiernym obciążaniem wody substancją aktywną przeznaczoną do jej obróbki.

Regulator przepływu według wynalazku nie wymaga złożonych mechanizmów sterowniczych, takich jak układy o działaniu elektronicznym, elektrycznym, pneumatycznym lub hydraulicznym, pobudzanych zaworami sterowanymi przepływem lub kurkami odcinającymi, i nie wymaga powtarzających się ręcznych interwencji.

Regulator przepływu według wynalazku ma konstrukcję prostą i zwartą, nadaje się do zamontowania w każdym grawitacyjnym układzie przepływowym, wymagającym regulowanego przepływu płynu, i jednocześnie pozwala na uniknięcie problemów związanych z blokowaniem lub przerywaniem przepływu płynu lub problemów związanych ze skomplikowanymi czynnościami przy utrzymywaniu sprawności.

W regulatorze przepływu według wynalazku, szybkość przepływu czynnika płynnego jest regulowana najpierw drogą selektywnego dobierania rozmiaru zbiornika sterowania przepływem, przez co uzyskuje się pierwszy stopień sterowania przepływem płynu, niezależnie od szybkości przepływu lub pojemności źródła płynu. Dalsze sterowanie przepływem jest uzyskiwane za pomocą wypływu syfonowego, zawierającego człon rurowy o wcześniej dobranych rozmiarach, ułatwiający sterowanie szybkością wypływu.

Zespół wypływu syfonowego jest członem rurowym, ukształtowanym w odwróconą literę „U” lub „V”, posiadającym dwa ramiona. Jeden jego koniec jest końcem wlotowym, podczas gdy drugi koniec jest końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest umieszczony na wyższym poziomie i wystaje do wewnątrz zbiornika sterowania przy jego dnie, a koniec wylotowy jest usytuowany niżej niż koniec wlotowy, tak żeby utrzymywać różnicę wysokości pomiędzy obydwoma końcami członu rurowego, wlotowym i wylotowym.

Przez kontrolowanie wymiarów średnicy wewnętrznej członu rurowego, jak również różnicy wysokości pomiędzy jego końcami, wlotowym i wylotowym, możliwe jest regulowanie szybkości przepływu płynu przez zespół wypływu syfonowego. Może to być osiągane przy stosowaniu członu rurowego w kształcie odwróconej litery „U” lub „V” z końcami członu rurowego, wlotowym i wylotowym, odpowiednio, z krótszym ramieniem członu rurowego posiadającym koniec wlotowy i z dłuższym ramieniem posiadającym koniec wylotowy.

Aby osiągnąć regulowany przepływ o wielkości 10 do 200 ml/min, rozmiar zbiornika sterowania może być dobrany w zakresie od 50 do 500 ml, a zespół wypływu syfonowego może mieć średnicę w przedziale 0,5 do 50 mm, przy różnicy wysokości pomiędzy końcami rurowego wypływu syfonowego, wlotowym i wylotowym, wynoszącej od 1 do 200 mm.

Ponieważ opór hydrauliczny członu rurowego zespołu wypływu syfonowego również ma wpływ na szybkość przepływu, zatem materiał członu rurowego zespołu wypływu syfonowego powinien być dobierany z uwzględnieniem pożądanej szybkości przepływu. Zalecanymi materiałami są: szkło, plastik, polimer, ceramika lub metal.

PL 213 012 B1

Regulator przepływu wody według wynalazku może zawierać liczne oddzielne zbiorniki. W tym przypadku, wszystkie zbiorniki są dostarczane z niezależnymi wypływami syfonowymi, przeznaczonymi dla wypływu płynu z odpowiednich zbiorników sterowania.

Korzystnie, zbiornik sterowania lub każdy ze zbiorników sterowania jest wyposażony w odpowietrznik przystosowany do wyrównywania ciśnień powietrza, wewnątrz i na zewnątrz zbiornika, po każdym wypływie czynnika płynnego, i do zapewniania niezawodnego działania regulowanego wypływu przez syfon. Odpowiednie miejsce takiego odpowietrzania może znajdować się przy otworze wlotu do zbiornika, przewidzianego, jako wejście dla płynu.

Regulator przepływu według wynalazku, może być włączany w instalacje z zasilaniem grawitacyjnym, takie jak układy oczyszczania wody z zasilaniem grawitacyjnym, gdzie dla przeprowadzania w sposób skuteczny procesu oczyszczania, jest pożądane regulowanie przepływu wody przez różnorodne środki oczyszczania.

Stosownie do tego, niniejszy wynalazek nadaje się do stosowania w układzie oczyszczania zawierającym źródło wody surowej, układ regulatora przepływu czynnie podłączony do źródła, zawierający zbiornik sterowania przepływem, przystosowany do wypływu wymaganej ilości płynu oraz zawierający, co najmniej jeden wlot przeznaczony do doprowadzenia płynu ze źródła do zbiornika, co najmniej jeden wypływ syfonowy czynnie podłączony do zbiornika sterowania przepływem i przystosowany do sterowania szybkością wypływu płynu ze zbiornika, co najmniej jeden wylot przeznaczony do wychodzenia płynu przez wypływ syfonowy, oraz samoczynną jednostkę oczyszczania płynu, która jest czynnie podłączona do wylotu.

Jednostka oczyszczania zawiera zwykle jakiś tradycyjny środek oczyszczania w postaci proszku, granulatu, żywicy, lub w formie tabletek. Do zalecanych środków oczyszczania należą: żywica pięciojodkowa i kwas trójchlorocyjanurowy (TCCA).

Możliwe jest także stosowanie innych związków chemicznych uwalniających chlor, takich jak: dwuchloroizocyjanuran potasu, dwuchloroizocyjanuran sodu, chlorowany fosforan trójsodowy, podchloryn wapnia, podchloryn litu, monochloramina, dwuchloramina, [(monotrójchloro)tetra(monopotasodwuchloro)]pięcioizocyjanuran, 1,3-dichloro-5,5-dimethylidanoton, sulfodwuchloroamid paratoluenowy, trójchloromelamina, N-chloramina, N-chlorosukcynoimid, N,N'-dichloroazodicarbonamid, N-chloroacetyl-karbamid, N,N-dichloroazodicarbonamid, N-chloroacetyl-karbamid, N,N-dichlorbiuril, dicyjanodiamid chlorowany, oraz ich mieszaniny.

Jednostka oczyszczania korzystnie zawiera jednostkę podawania biocydu, czynnie podłączoną do wylotu wypływu syfonowego, tak żeby płyn o regulowanym przepływie wchodził w kontakt z biocydem dla uzyskiwania kontrolowanego oczyszczania.

Korzystnie jest, gdy jednostka oczyszczania zawiera także mechanizm przeznaczony do regulowania wypływu płynu obrobionego biocydem, a jeszcze korzystniej, gdy mechanizm ten jest przeznaczony do regulowania wypływu przez sterowanie przerwami w odpływie z komory i następnie przepływem przez układ wypłukiwania (dla usunięcia szczątkowych zanieczyszczeń) płynu obrobionego biocydem, podlegającego ostatecznie gromadzeniu w dolnej komorze jako płynu obrobionego, który może być wyładowywany przez wylot, znajdujący się w dolnej komorze.

Regulator przepływu według wynalazku jest prosty lecz efektywny w uzyskiwaniu kontroli nad szybkością przepływu płynu. Dla umieszczenia i zamocowania regulatora przepływu, może on być wyposażony w prosty układ mocowania, który może być dołączany do jakiejkolwiek tradycyjnej jednostki oczyszczania. Możliwe jest również mocowanie regulatora przepływu w sposób umożliwiający odłączanie, by nie wpływał funkcjonalnie na wnętrze jednostki oczyszczania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wielonaczyniowego filtra dla oczyszczania wody pitnej, zawierającego regulator przepływu według wynalazku; a fig. 2 - przekrój ilustrujący regulator przepływu zastosowany w wielonaczyniowym filtrze z fig. 1.

Na fig. 1 jest pokazany wielonaczyniowy filtr, który zawiera komorę górną 1 przeznaczoną do magazynowania wody, podlegającej obróbce. Komora górna mieści w sobie także filtr wstępny PF, który jest blokiem węglowym stosowanym do usuwania osadów, zanieczyszczeń organicznych i cyst. Z filtra wstępnego PF pozwala się wodzie przepływać, pod wpływem siły grawitacyjnej, do następnej komory 2, która mieści w sobie regulator przepływu FR. Regulator przepływu FR jest tak dostosowany, że niezależnie od ilości wody w górnej komorze 1 i niezależnie od szybkości przepływu wody przez filtr wstępny PF, wypływ wody z regulatora przepływu FR odbywa się w ilościach regulowanych i przy sterowanej szybkości. Regulator przepływu FR zawiera zbiornik CR o regulowanym

PL 213 012 B1 przepływie, który ma wymiary pozwalające na sterowany ilościowo wypływ wody ze zbiornika CR. Regulator przepływu FR zawiera ponadto zespół wypływu syfonowego SDM, który jest ukształtowanym w odwróconą literę „U” członem rurowym, posiadającym wlot IN, znajdujący się na poziomie wyższym niż poziom jego wylotu OT. Różnica wysokości X pomiędzy wlotem IN i wylotem OT może być regulowana w miarę potrzeby, w zależności od wymaganej szybkości przepływu. Woda z regulatora przepływu FR, o sterowanej szybkości przepływu, wychodzi przez wylot OT i przechodzi przez jednostkę podawania biocydu 3, która uwalnia do wody ustaloną z góry dawkę biocydu. Po tym jak woda zostanie obrobiona biocydem, jest ona uwalniana i grawitacyjnie wpływa do dolnej komory 5, przechodząc wpierw przez jednostkę wypłukiwania 4. Obrobiona woda gromadzi się w komorze dolnej 5, skąd jest ostatecznie wypuszczana, kiedy jest to wymagane, przez wylot wyładowczy DO znajdujący się w komorze dolnej 5.

Fig. 2 przedstawia regulator przepływu FR według wynalazku. Zawiera on zbiornik CR o regulowanym przepływie, który magazynuje wodę w ilości sterowanej niezależnie od pojemności źródła, z którego zbiornik CR jest zasilany. Żeby wyprowadzać regulowane zawartości wody, przewidziany jest zespół człon wypływu syfonowego SDM. Wymiary zbiornika CR o sterowanym przepływie, oraz średnica i różnica wysokości pomiędzy wlotem IN i wylotem OT zespołu wypływu syfonowego SDM są dobierane pod kątem uzyskania pożądanego sterowania szybkością przepływu. Regulator prz epływu FR może być tak dostosowany, żeby sterowany wypływ wody ze zbiornika CR przez zespół wypływu syfonowego SDM, odbywał się tylko wtedy, gdy zbiornik CR jest napełniony do wymaganej wysokości.

P r z y k ł a d: demonstracja regulacji przepływu za pomocą regulatora według wynalazku.

Pokazany na fig. 1 filtr zastosowano do zademonstrowania sterowania przepływem wody niezależnie od różnicy poziomów w komorze górnej 1. Przyjmowano różne poziomy w komorze górnej 1, w zakresie od 170 mm do 55 mm, przy których był określany przepływ wody przez wylot OT (przykład 1). Eksperyment był powtórzony przy użyciu filtra, pokazanego na fig. 1, ale pozbawionego regulatora przepływu FR (przykład porównawczy A). Wyniki są przedstawione w tabeli 1.

T a b e l a 1

Różnica poziomów (mm)	Przeciętna szybkość przepływu (ml/min)
Przykład 1	Przykład porównawczy A
170	81	162
110	86	106
55	89	27

Wyniki pokazują, że przy zastosowaniu regulatora przepływu FR, szybkość przepływu wody jest niezależna od różnicy poziomów w komorze górnej. Nie ma to miejsca w przypadku przykładu porównawczego A. Zatem regulator przepływu według wynalazku jest skutecznym urządzeniem, rozwiązującym problemy związane ze zmianami szybkości przepływu wody po stronie jej dopływu, podczas podawania do dozownika biocydu, czyli stanowi skuteczne rozwiązanie zapewniające w rezultacie równomierne uwalnianie biocydu.

Niniejszy wynalazek jest odpowiedni szczególnie dla sprawowania kontroli nad przepływem wody w instalacjach oczyszczania wody, zwłaszcza w urządzeniach do oczyszczania wody z przepływem grawitacyjnym. Takie urządzenia zwykle wymagają różnorodnych komponentów i zazwyczaj mają pięć podstawowych jednostek, do których należą:

a) komora górna, która jest używana do magazynowania wody podlegającej obróbce. Ta komora zwykle ma w sobie filtr wstępny (zazwyczaj jest to blok węglowy do usuwania osadów, zanieczyszczeń organicznych i cyst),

b) układ podawania biocydu, który zwykle ma w sobie tabletki chlorowe z takimi biocydami jak: kwas sodowodwuchlorocyjanurowy NaDCCA, kwas trójchlorocyjanurowy TCCA, żywica jodowana, lub innymi. Układ podawania biocydu pobiera wodę przepływem grawitacyjnym z komory górnej,

c) komora przepływu nieciągłego ze sterowanymi przerwami w przepływie, która zapewnia niezbędny czas dla przebywania razem patogenów i biocydu, by osiągnąć celowe wyniszczenie patogenów (czynników chorobotwórczych),

PL 213 012 B1

d) układ wypłukujący (zwykle z granulowanym węglem aktywnym), który pobiera wodę z komory przepływu nieciągłego i usuwa zanieczyszczenia szczątkowe, takie jak jod, chlor, trihalometany, i tym podobne,

e) komora dolna, która odbiera wodę oczyszczoną z układu wypłukującego, przeznaczoną do konsumpcji.

Ważnym czynnikiem dla takich grawitacyjnych urządzeń oczyszczania wody jest zmienność szybkości przepływu wody wchodzącej, którą się spotyka przy takich układach. Zważywszy, że różne części składowe mają różne wymagania odnośnie skutecznego oczyszczania opartego na czasie kontaktu lub czasie przebywania przechodzącej przez nie wody żeby osiągnąć pożądane oczyszczenie, ważne jest żeby szybkość przepływu w takich urządzeniach była skutecznie sterowana. W szczególności, dla obróbki biocydowej w takich układach, krytyczne jest powiązanie procesu z szybkością przepływu wody przez układ podawania biocydu, ponieważ aczkolwiek ważnym warunkiem jest, aby woda wchodziła w kontakt z biocydem dla pożądanego wyniszczenia patogenów, to jednocześnie nie jest pożądane aby woda przechodząca przez układ uwalniania biocydu zawierała proporcjonalną zawartość biocydu, przekraczającą wymaganą granicę bezpieczeństwa, ustanowioną dla konsumpcji domowej.

Regulator przepływu według wynalazku umożliwia więc skuteczne sterowanie szybkością przepływu wody, by zapewnić bezpieczne oczyszczanie wody podlegającej obróbce.

Claims (2)

1. Regulator przepływu do kontrolowania grawitacyjnego przepływu płynu, zwłaszcza wody, zawierający zbiornik o regulowanym przepływie, mający wymiary dobrane dla wypływu żądanej objętości wody ze zbiornika, który to zbiornik posiada przynajmniej jeden kanał wejściowy dla doprowadzania surowej wody ze źródła i jest połączony z zespołem wypływu syfonowego dla regulowania szybkości przepływu wody ze zbiornika, a ponadto ten zbiornik ma wylot połączony z jednostką oczyszczania, zawierającą jednostkę podawania biocydu, uwalniającą do wody biocydy w postaci proszku, granulatu, żywicy albo tabletek, znamienny tym, że zespół wypływu syfonowego (SDM) jest w postaci członu rurowego, uformowanego w kształt odwróconej litery „U” i posiadającego otwór wlotowy (IN), umieszczony w zbiorniku (CR) na poziomie wyższym niż poziom jego otworu wylotowego (OT), który to otwór wylotowy (OT) jest podłączony do jednostki podawania biocydu (3) dla kontrolowania oczyszczania przez kontaktowanie regulowanego przepływu wody z biocydem.

2. Regulator według zastrz. 1, znamienny tym, że człon rurowy zespołu wypływu syfonowego (SDM) ma wymiary przystosowane do prowadzenia przepływu ze zbiornika (CR) o przepływie do jednostki podawania biocydu (3) o szybkości w zakresie 10-200 ml/min.