мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды

Формула изобретения

1. МЕМБРАННЫЙ БЫТОВОЙ ПРИБОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, включающий вертикальный корпус с крышками, расположенные по оси корпуса последовательно рулонный фильтрующий элемент с уплотнителем в его нижней части и угольный фильтр, трубопровод ввода водопроводной воды с зажимным устройством и трубопроводы отвода очищенной воды и концентрата, отличающийся тем, что снабжен напорным элементом в виде патрубка, расположенного на верхней крышке корпуса и соединенного с трубопроводом отвода очищенной воды, а также кронштейном крепления зажимного устройства, установленным на внешней поверхности корпуса на уровне верхней границы рулонного фильтрующего элемента, при этом на внутренней поверхности корпуса в зоне уплотнения выполнены продольные переточные канавки.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что напорный элемент имеет высоту, позволяющую создать гидростатический напор очищенной воды в рулонном фильтрующем элементе, равный 0,2-0,5 м.

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что общая площадь поперечного сечения переточных канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратам для очистки водопроводной воды от взвешенных частиц, мутных фракций, устранения посторонних привкусов и запахов и может быть использовано в пищевой промышленности и в медицине для получения чистой воды.

Известна конструкция мембранного бытового прибора для получения питьевой воды (см. проспект фирмы Membrane (PuRa), Италия, 1988 г.), включающая корпус с крышками, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент и угольный фильтр на линии фильтрата, трубопроводы для ввода водопроводной воды и для отвода очищенной воды и концентрата.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды (см. Мембранные бытовые приборы для получения питьевой воды. "Ручеек-1", "Ручеек-2", г. Владимир, МПО "Полимерсинтез", 17.08.92 г.), включающий вертикальный корпус с крышками, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент и угольный фильтр на линии фильтрата, трубопроводы для ввода водопроводной воды с зажимным устройством и для отвода очищенной воды и концентрата, кронштейн для крепления зажимного устройства, расположенный на наружной поверхности корпуса. Известный мембранный бытовой прибор недостаточно эффективен из-за необходимости частого проведения химической мойки, что приводит к снижению срока службы мембраны, а также к увеличению расхода моющих средств.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет уменьшения расхода моющих средств, уменьшение времени регенерации, увеличение срока службы за счет уменьшения воздействия химических реагентов.

Указанная цель достигается тем, что мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды, включающий вертикальный корпус с крышками, расположенные по оси корпуса последовательно рулонный фильтрующий элемент с уплотнителем в его нижней части и угольный фильтр, трубопровод ввода водопроводной воды и концентрата, согласно изобретению снабжен напорным элементом в виде патрубка, расположенного на верхней крышке корпуса и соединенного с трубопроводом отвода очищенной воды, а также кронштейном крепления зажимного устройства, установленным на внешней поверхности корпуса на уровне верхней границы рулонного фильтрующего элемента, при этом на внутренней поверхности корпуса в зоне уплотнителя выполнены продольные переточные канавки. Причем напорный элемент имеет высоту, позволяющую создать гидростатический напор очищенной воды в рулонном фильтрующем элементе, равный 0,2-0,3 м, а общая площадь поперечного сечения переточных канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенный мембранный бытовой прибор соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа.

Необходимость регенерации рулонных фильтрующих элементов при получении питьевой воды обусловлена постепенным снижением производительности мембранных бытовых приборов из-за постоянного роста отложений на поверхности мембраны. Процесс получения очищенной воды становится неэкономичным при снижении производительности на 50% от первоначальной, что требует проведения регенерации с целью восстановления первоначальных характеристик мембраны. Регенерацию проводят методом химической мойки с использованием различных моющих реагентов. При этом производительность мембраны восстанавливается, как правило, на 100% Однако, данный способ регенерации требует большого расхода реагентов и дополнительного оборудования для его проведения. В ряде случаев, в первую очередь при микрофильтрации и ультрафильтрации, достаточно эффективным является способ обратноточной промывки. В стационарных установках она обычно проводится при использовании сжатого воздуха для импульсной подачи фильтрата с обратной стороны мембраны. Данный способ регенерации менее эффективен, чем химическая мойка, но, тем не менее, ввиду его простоты используется довольно часто. Наиболее оптимальным способом регенерации является комбинированный. Это обратноточная промывка очищенной водой с последующей химической мойкой, при этом химическую мойку при комбинированном способе проводят реже, чем при регенерации только химической мойкой. Для мембранных бытовых приборов использование импульсной обратноточной промывки на практике затруднительно из-за сложности конструкции. Вместе с тем, учитывая тот факт, что эксплуатация мембранных бытовых приборов производится периодически в течение суток, для регенерации мебмранных бытовых приборов используется "мягкий" режим обратноточной промывки, когда обратный поток создается за счет столба очищенной воды в фильтратотводящем канале.

Поскольку мембранный бытовой прибор отключается на достаточно длительное время, то высота гидростатического столба жидкости для обратноточной промывки выбрана минимальной и легко обеспечивается конструктивно. Эффективность обратноточной промывки зависит от высоты гидростатического столба жидкости, которая определяется высотой соединительного элемента, высотой угольного патрона и напорного элемента. При уменьшении гидростатического напора уменьшается движущая сила процесса обратноточной промывки за счет уменьшения столба жидкости в фильтратотводящем канале, соответственно уменьшается скорость и увеличивается время обратноточной промывки из-за уменьшения общего запаса очищенной воды, что приводит к снижению эффективности промывки. Увеличение высоты гидростатического напора ведет к увеличению габаритов мембранного бытового прибора за счет увеличения объема системы фильтратотводящего канала и к увеличению времени набора очищенной воды при пуске мембранных бытовых приборов после регенерации рулонных фильтрующих элементов. Экспериментально установлено, что создаваемый в рулонном фильтрующем элементе гидростатический напор очищенной воды составляет 0,2-0,5 м.

Кронштейн для крепления зажимного устройства расположен на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента, что дает возможность закрепить зажимное устройство с гибким трубопроводом для ввода водопроводной воды на этом же уровне. Положение зажимного устройства относительно верхней кромки рулонного фильтрующего элемента определяет уровень заполнения корпуса бытового прибора водопроводной водой, т.е. уровень отсчета величины гидростатического напора. Расположение кронштейна для крепления зажимного устройства ниже уровня верхней кромки рулонного фильтрующего элемента приводит к тому, что фильтрующая поверхность элемента регенерируется не полностью. Расположение кронштейна для закрепления зажимного устройства выше названной кромки приводит к уменьшению общего гидростатического напора и интенсификации обратноточной промывки.

Наличие застойной зоны между боковыми стенками корпуса и внешней поверхностью рулонного фильтрующего элемента способствует развитию в этой зоне микрофлоры и возникновению постороннего запаха и привкуса в очищенной воде. Для устранения этого недостатка на внутренней поверхности корпуса прибора в зоне размещения уплотнителя выполнены продольные переточные канавки, ориентированные вдоль оси корпуса. При уменьшении площади поперечного сечения канавок величина создающегося байпасного потока уменьшается и становится недостаточной для эффективной промывки застойной зоны и быстрого слива воды из корпуса при остановке работы прибора. При увеличении этой площади величина байпасного потока увеличивается, в связи с чем возрастает поток воды, проходящей мимо рулонного фильтрующего элемента в канализацию. Экспериментально установлено, что величина площади поперечного сечения канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента, по которым проходит поток исходной очищаемой воды.

На чертеже представлен продольный разрез мембранного прибора.

Мембранный прибор содержит корпус 1 с крышками 2, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент 3, угольный фильтр 4, соединенные между собой элементом 5. На трубопроводе для отвода очищенной воды предусмотрен напорный элемент 6, высота которого выбирается из условия создания гидростатического напора очищенной воды в рулонном фильтрующем элементе 3, при этом гидростатический напор очищенной воды составляет 0,2-0,5 м. На трубопроводе для ввода водопроводной воды расположено зажимное устройство 7. Кронштейн 8 для крепления зажимного устройства расположен на наружной поверхности корпуса прибора 1 на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента. На внутренней поверхности корпуса 1 в зоне уплотнителя 9 выполнены продольные переточные канавки 10, причем общая площадь поперечного сечения переточных канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента. Кроме того, в приборе имеются подающие и отводящие трубопроводы 11, 12, 13 и регулятор расхода 14.

Мембранный прибор работает следующим образом.

Исходная вода по трубопроводу 11 поступает под давлением в рулонный элемент 3 мембранного прибора, где происходит ее разделение на очищенную воду и концентрат, отводимый в канализацию. Часть потока исходной жидкости направляется через переточные канавки 10 по кольцевому зазору между корпусом 1 и наружной поверхностью рулонного фильтрующего элемента 3 к выходу, устраняя застойные зоны, способствующие нежелательному размножению микроорганизмов. Очищенная вода поступает через соединительный элемент 5 в патрон с активированным углем 4 для доочистки ее от растворенных низкомолекулярных органических примесей, после чего очищенная вода по трубопроводу 12 направляется к потребителю. Другой поток концентрат по трубопроводу 13 отводится в канализацию через регулятор расхода 14. Ежедневно перед началом работы мембранного бытового прибора его промывают в течение 1-2 мин при полностью открытом регуляторе расхода воды 14 на трубопроводе отвода концентрата 13, т.е. проводят прямоточную гидравлическую мойку прибора водопроводной водой.

После окончания эксплуатации прибора его отсоединяют от линии подачи водопроводной воды, сняв зажимное устройство 7 с водопроводного крана и укрепив его на кронштейне, расположенном на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента на наружной поверхности корпуса. Обратноточная промывка идет под напором столба очищенной воды, оставшейся в пермеатотводящем канале рулонного элемента, в угольном фильтре и напорном элементе трубопровода для отвода очищенной воды. Наличие в корпусе бытового прибора водопроводной воды, которая осталась в нем после снятия зажимного устройства с крана и закрепления его на кронштейне, обеспечивает создание одинакового напора со стороны очищенной воды на всю поверхность мембраны рулонного элемента. Обратноточная промывка заканчивается после израсходования всего запаса очищенной воды в пермеатотводящем канале выше верхней кромки рулонного фильтрующего элемента. При уменьшении производительности прибора по очищенной воде до 6,5 л/ч проводят химическую мойку его 2%-ным раствором триполифосфата натрия, приготовленным на очищенной воде. Раствор заливают через зажимное устройство, закрепленное на кронштейне до заполнения прибора, что определяют по появлению жидкости на уровне верхней кромки зажимного устройства. Прибор с раствором оставляют на 20-24 часа после чего сливают раствор через зажимное устройство и промывают прибор в течение 10-15 мин при полностью открытых водопроводном кране и регуляторе расхода воды.

Рулонный фильтрующий элемент, снабженный ультрафильтрационной мембраной, удаляет механические примеси, бактерии, вирусы и часть солей жесткости, а оснащенный нанофильтрационной мембраной удаляет более 90% нитратов, пестицидов, солей тяжелых металлов, солей жесткости и часть хлористого натрия.

Угольный фильтр 5 снабжен активированным углем БАУ-Б ГОСТ 6217-74.

Предлагаемое устройство изготовлено и испытано в лабораторных условиях с положительным результатом (см. табл. 1 и 2). В таблицах приведены технические показатели устройства. Мембранный бытовой прибор имеет следующие габариты, мм: длина 540 диаметр 70 Масса в сборе, кг 1,0.

Из таблиц видно, что использование предлагаемого мембранного прибора для получения питьевой воды позволит увеличить срок службы рулонного фильтрующего элемента не менее чем на 30% за счет уменьшения воздействия химических реагентов на мембрану, уменьшить расход моющих средств более чем в 5 раз.