RU2708363C1 - Устройство для минерализации воды - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области водоснабжения, в частности к системе обработки воды. Изобретение может быть использовано для насыщения воды питьевого или иного назначения минералами в зависимости от состава исходной воды и потребности. Устройство для минерализации воды содержит последовательно соединенные узел ввода воды; узел минерализации, выполненный в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости к ступеней минерализации, разделенных n водопроницаемыми пористыми перегородками, где n=к+1, содержащих различные загрузки; узел вывода воды, устройство дополнительно снабжено: последовательно соединенными подводящим трубопроводом, расходным резервуаром, с установленным в нем датчиком температуры воды, насосом с электрическим двигателем, входным и выходным патрубками насоса, расходомером, статическим преобразователем частоты, выполненным с возможностью подачи электрического питания на электрический двигатель и изменения скорости его вращения, программируемым контроллером с каналами связи, при этом выходной патрубок насоса соединен с узлом ввода воды, расходомер установлен на выходном патрубке насоса, программируемый контроллер соединен с датчиком температуры воды, статическим преобразователем частоты, расходомером посредством каналов связи. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности устройства для минерализации воды. 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию для минерализации дистиллированной воды или воды с недостатком минералов, путем насыщения исходной воды недостающими компонентами.

Известен способ приготовления минерализованной питьевой воды с равномерным насыщением пресной воды солями на протяжении всего ресурса путем пропускания воды со скоростью 50 мл/мин через помещенный в колонку минерализатор, представляющий собой гранулы активированного угля с нанесенными на них солями кальция, магния, натрия и калия (авт. свид. СССР №1608138, C02F 1/68, опубл. 1990). Минерализатор получают последовательной обработкой активированного угля насыщенными растворами хлоридов кальция и магния, а затем - насыщенными растворами сульфата калия и бикарбоната натрия, причем после каждой обработки уголь промывают водой и сушат при 150-200°С в течение 1-2 часов. Способ обеспечивает постоянство состава минерализованной воды при одновременной ее очистке от органических примесей.

Однако данный способ имеет недостатки, заключающиеся в:

1. Сложном технологическом процессе;

2. Малой производительности;

3. Низком ресурсе работы - не более 500 л воды на 1 л минерализатора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения» (см. патент RU №2616677 С1, опубликовано: 18.04.2017 г., бюл. №11), состоящий из последовательно соединенных: узла ввода воды; узла минерализации, выполненного в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости первую ступень минерализации, содержащую кальциевый композит в форме цилиндра со сквозным отверстием на оси вращения, водопроницаемую пористую перегородку, вторую ступень минерализации, содержащую смесь инертной засыпки и состава, насыщающего воду ионами магния и фтор; и узла вывода воды, отличающийся тем, что в качестве минерализующих компонентов используют, об. %:

при этом кальциевый композит имеет соотношение размеров «диаметр : длина»=1:(1÷4).

Имеется вариант развития, когда кальциевый композит изготавливают на основе сульфата кальция со следующими добавками: хлорид кальция, и/или йодид кальция, и/или гидросульфат кальция, и/или карбонат кальция, и/или гидрокарбонат кальция, и/или сульфит кальция, и/или гидросульфит кальция.

Имеется вариант развития, когда в качестве водорастворимых соединений магния используют хлорид магния, и/или карбонат магния, и/или карбонат магния основной, и/или гидроксид магния, и/или оксид магния, и/или природные или синтетические материалы, включающие указанные соединения.

Имеется вариант развития, когда в качестве водорастворимых соединений, выделяющих фторид-ионы, используют гранулированные природные минералы, например, на основе фторида кальция и/или иных неорганических солей с размером гранул 0.5÷2.0 мм.

Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют гидроантрацит и/или кварц.

Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют тела различной геометрической формы из оксида алюминия и/или оксида титана.

Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют активированные угли, и/или ионообменные смолы, и/или ионообменные волокна, и/или цеолиты.

Имеется вариант развития, когда в качестве инертной засыпки используют ионообменную смолу в К-форме, и/или гидрокарбонат кальция, и/или йодсодержащую смолу, и/или йодид калия.

Имеется вариант развития, когда водопроницаемые пористые перегородки изготавливают из полимерных, и/или керамических, и/или металлокерамических материалов.

Имеется вариант развития, когда кальциевый композит и водопроницаемые пористые перегородки имеют герметичное крепление к стенкам полого цилиндра.

Имеется вариант развития, когда способ применения минерализующего картриджа, установленного в системе для очистки воды, содержащей помимо него как минимум модуль мембранной очистки, автопереключатель и накопительную емкость, заключающийся в том, что минерализующий картридж устанавливают после автопереключателя, установленного после модуля мембранной очистки, и до накопительной емкости по ходу течения жидкости.

Для данного устройства характерна низкая эффективность, поскольку:

- устройство предполагает прохождение воды через 2 ступени минерализации несмотря на то, что в зависимости от исходного насыщения воды минералами может потребоваться меньше или больше ступеней;

- имеет место перенасыщение/недонасыщение исходной воды минералами, поскольку не учитывается изменение скорости насыщения воды минералами в зависимости от температуры исходной воды.

Задачей изобретения является повышение эффективности известного устройства.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее последовательно соединенные узел ввода воды; узел минерализации, выполненный в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости к ступеней минерализации, разделенных n водопроницаемыми пористыми перегородками, где n=к+1, содержащих различные загрузки; узел вывода воды дополнительно снабжено:

- последовательно соединенными подводящим трубопроводом, расходным резервуаром, с установленным в нем датчиком температуры воды, насосом с электрическим двигателем, входным и выходным патрубками;

- расходомером;

статическим преобразователем частоты, выполненным с возможностью подачи электрического питания на электрический двигатель и изменения скорости его вращения;

- программируемым контроллером с каналами связи.

При этом:

- выходной патрубок насоса соединен с узлом ввода воды;

- расходомер установлен на выходном патрубке;

- программируемый контроллер соединен с датчиком температуры воды, статическим преобразователем частоты, расходомером посредством каналов связи.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие отличительные признаки:

1. Дополнительное снабжение устройства подводящим трубопроводом (Известно);

2. Дополнительное снабжение устройства расходным резервуаром (Известно);

3. Дополнительное снабжение устройства датчиком температуры (Известно);

4. Дополнительное снабжение устройства насосом (Известно);

5. Дополнительное снабжение устройства электрическим двигателем (Известно);

6. Дополнительное снабжение устройства входным патрубком насоса (Известно);

7. Дополнительное снабжение устройства выходным патрубком насоса (Известно);

8. Дополнительное снабжение устройства расходомером (Известно);

9. Дополнительное снабжение устройства статическим преобразователем частоты (Известно);

10. Дополнительное снабжение устройства программируемым контроллером (Известно);

11. Дополнительное снабжение устройства каналами связи (Известно);

12. Соединение подводящего трубопровода с расходным резервуаром (Известно);

13. Установка датчика температуры воды в расходном резервуаре (Не известно);

14. Соединение расходного резервуара с входным патрубком насоса (Известно);

15. Соединение насоса с электрическим двигателем (Известно);

16. Соединение выходного патрубка насоса с узлом ввода воды (Не известно);

17. Установка расходомера на выходном патрубке (Известно);

18. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи с датчиком температуры воды (Не известно);

19. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи со статическим преобразователем частоты (Не известно);

20. Соединение программируемого контроллера при помощи канала связи с расходомером (Не известно).

По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №1-12, 14-17 в технической литературе известны, а остальные - нет. Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволит повысить эффективность устройства, т.к.:

- появляется возможность прохождения воды через к ступеней минерализации в зависимости от потребности исходной воды в различный минералах;

- исключается возможность перенасыщение/недонасыщение исходной воды минералами, поскольку скорость протекания воды в минерализаторе, а, следовательно, насыщение воды минералами, будет регулироваться в зависимости от температуры исходной воды.

Таким образом, заявляемое устройство для минерализации воды отвечает критерию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей.

В качестве примера реализации на фиг. 1 представлен разрез предлагаемого «Устройства для минерализации воды» с тремя ступенями минерализации. На фиг. 2 представлена зависимость константы скорости растворения NaCl от температуры воды. На фиг. 3 представлен пример зависимости скорости прохождения воды через минерализатор от константы скорости растворения NaCl.

Устройство для минерализации воды содержит:

1. Последовательно соединенные подводящий трубопровод 1, расходный резервуар 2, с установленным в нем датчиком температуры воды 3, входной патрубок насоса 4, насос 5, выходной патрубок насоса 6, с установленным на выходном патрубке насоса 6 расходомером 7, узел ввода воды 8, узел минерализации 9, узел вывода воды 10. На фиг. 1 в качестве примера приведен вариант исполнения, когда узел минерализации 9 выполнен в виде полого цилиндра 11, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки 12, 13, и содержащего между водопроницаемыми пористыми перегородками по ходу течения жидкости к=3 ступени минерализации, разделенных водопроницаемыми пористыми перегородками 14, 15, содержащими различные загрузки 16, 17, 18;

2. Электрический двигатель 19, запитанный от статического преобразователя частоты 20, приводящий в действие насос 5;

3. Программируемый контроллер 21, соединенный с датчиком температуры воды 3, статическим преобразователем частоты 20, расходомером 7 посредством каналов связи 22, 23, 24.

Устройство работает следующим образом.

Ненасыщенная вода поступает в расходный резервуар 2 через подводящий трубопровод 1, где датчик температуры воды 3 в реальном времени измеряет ее температуру и передает показания на программируемый контроллер 21 посредством канала связи 22.

В процессе работы в реальном режиме времени осуществляется:

- определение температуры t поступающей воды путем считывания показаний датчика температуры воды 3 программируемым контроллером 21 посредством канала связи 22;

- определение программируемым контроллером 21 константы скорости растворения соли в воде K в зависимости от измеренной температуры t. Настоящим изобретением допускаются различные варианты ее определения, например, по графику зависимости константы скорости растворения соли в воде K от температуры воды t, (пример зависимости константы скорости растворения NaCl в воде от температуры воды приведен на фиг. 2);

- определение программируемым контроллером 21 требуемого расхода воды Q_т, при котором насыщение воды минералами будет оптимальным, в зависимости от определенной константы скорости растворения соли в воде K. Настоящим изобретением допускаются различные варианты его определения, например, по графику зависимости требуемого расхода воды Q_т от константы скорости растворения соли в воде K (пример зависимости требуемого расхода воды Q_т, проходящего через узел минерализации 9 от константы скорости растворения NaCl приведен на фиг. 3).

- определение программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q_ф в реальном времени путем считывания показаний расходомера 7 посредством канала связи 24;

- сравнение программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q_ф с требуемым расходом воды Q_т в реальном времени;

- корректировка программируемым контроллером 21 фактического расхода воды Q_ф в случае, когда разница между фактическим расходом воды Q_ф и требуемым расходом воды Q_т больше допустимой величины ΔХ. Например в случае, когда Q_ф<Q_т программируемый контроллер 21 подает команду статическому преобразователю частоты 20 посредством канала связи 23 на увеличение частоты электрического тока, в этом случае скорость вращения электрического двигателя 19 увеличивается, тем самым Q_ф возрастает и максимально приближается к Q_т. В случае, когда Q_ф>Q_т программируемый контроллер 21 подает команду статическому преобразователю частоты 20 посредством канала связи 23 на уменьшение частоты электрического тока, в этом случае скорость вращения электрического двигателя 19 уменьшается, тем самым Q_ф уменьшается и максимально приближается к Q_т. В случае, когда Q_ф=Q_т программируемый контроллер 21 не дает никаких команд. Регулировка осуществляется по обратной связи с расходомером 7. При этом скорость движения ненасыщенной воды в узле минерализации 9 становится оптимальной для ее насыщения минеральными веществами в необходимом количестве;

- вывод минерализованной вода из устройства через узел вывода воды 10.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Claims (9)

1. Устройство для минерализации воды, содержащее последовательно соединенные узел ввода воды; узел минерализации, выполненный в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены водопроницаемые пористые перегородки, и содержащего между указанными перегородками по ходу течения жидкости к ступеней минерализации, разделенных n водопроницаемыми пористыми перегородками, где n=к+1, содержащих различные загрузки; узел вывода воды, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено:
2. последовательно соединенными подводящим трубопроводом, расходным резервуаром, с установленным в нем датчиком температуры воды, насосом с электрическим двигателем, входным и выходным патрубками насоса,
3. расходомером,
4. статическим преобразователем частоты, выполненным с возможностью подачи электрического питания на электрический двигатель и изменения скорости его вращения,
5. программируемым контроллером с каналами связи,
6. при этом:
7. выходной патрубок насоса соединен с узлом ввода воды,
8. расходомер установлен на выходном патрубке насоса,
9. программируемый контроллер соединен с датчиком температуры воды, статическим преобразователем частоты, расходомером посредством каналов связи.

Images