способ определения ресурса работы фильтрующего устройства
Классы МПК: | B01D35/143 индикаторы условий фильтрования |
Автор(ы): | Пименов А.В. (RU), ШМИДТ Джозеф Львович (US) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Аквафор" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-05-03 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение предназначено для определения ресурса работы фильтрующего устройства, установленного на трубопроводе, автоматическим путем и используется в системах очистки питьевой воды, преимущественно в бытовых условиях. Способ определения ресурса работы фильтра включает автоматическое измерение интегральной оптической плотности воды в ультрафиолетовом диапазоне оптическим датчиком с последующей передачей электрического сигнала на процессорное средство, анализ данных и определение отработанного ресурса по относительному изменению интегральной оптической плотности воды при фильтрации. Измерения интегральной оптической плотности воды осуществляют в диапазоне длин волн от 200 до 300 нм, преимущественно от 230 до 260 нм. Определение ресурса работы фильтра может быть осуществлено измерением интегральной оптической плотности отфильтрованной воды или исходной и отфильтрованной воды. Способ обеспечивает надежность и простоту при определении ресурса. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Способ определения ресурса работы фильтрующего устройства путем измерения характеристик воды датчиком с последующей передачей электрического сигнала на процессорное средство, анализа данных и определения ресурса, отличающийся тем, что осуществляют измерение интегральной оптической плотности воды в ультрафиолетовом диапазоне оптическим датчиком, а отработанный ресурс определяют по относительному изменению интегральной оптической плотности воды при фильтрации. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение интегральной оптической плотности воды осуществляют в диапазоне длин волн от 200 до 300 нм. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измерение интегральной оптической плотности воды осуществляют в диапазоне длин волн, преимущественно от 230 до 260 нм. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют измерение интегральной оптической плотности отфильтрованной воды. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют измерение интегральной оптической плотности исходной и отфильтрованной воды.Описание изобретения к патенту
Изобретение касается способа определения ресурса работы фильтрующего устройства автоматическим путем и используется в системах очистки питьевой воды, преимущественно в бытовых условиях. В уровне техники известны способы индикации, осуществляемые за счет механизмов индикации поплавкового или мембранного типа, используемых для определения конца срока службы малогабаритных фильтрующих устройств для очистки питьевой воды и времени замены их пользователем. В патентах США 4918426, опубликованном 17.04.1990. и 5089144, опубликованном 18.02.1992. описаны датчики давления, включающие интегрированные выводы для вычисления суммарного объема воды. После достижения определенного объема клапан приводится в действие, чтобы остановить поток. Определение состояния фильтра для очистки жидкости можно проводить используя временной счетчик - датчик, фиксирующий время протекания воды через фильтр и обеспечивающий световой или звуковой сигнал, когда ресурс работы фильтра истек (патент 5089144, США, опубликованный 18.02.1992.). Существенным моментом при определении ресурса работы фильтра является оперативность способа, т. е. определение ресурса потребителем на месте его использования. Такая оценка имеет большое значение при установке фильтров для очистки питьевой воды в системе водоснабжения в отдаленных районах от исследовательских лабораторий, имеющих спектрофотометрические установки и в отдалении от производителя фильтров. Поэтому, при использовании известных в уровне техники способов определения одного или нескольких компонентов в отобранной пробе воды спектрофотометрическим методом с использованием УФ источника и оптического датчика при определенной длине волны, в лабораторных условиях трудно получить точные данные в оценке ресурса работы фильтра из-за качественных изменений исследуемой воды, связанных с временным интервалом. А так как фильтры с большой производительностью, устанавливаемые на трубопроводах, например в пищевой промышленности или для очистки воды жилых комплексов, относятся к дорогостоящему оборудованию, экономически выгодным является точная оценка конца работы такого оборудования. Широко известные комплексные способы очистки питьевой воды от органических примесей, тяжелых металлов, хлора путем фильтрации через патронный фильтр и обеззараживания воды с помощью УФ лампы или через систему фильтров и УФ источников надежно защищают потребителей от последствий реинфекций. Для определения конца работы фильтрующих устройств и УФ источников предусмотрены устройства регулирования и определения дозы излучения, расходомеры, счетчики часов работы фильтра, датчики контроля качества воды. Известен процесс очистки питьевой воды от органических, неорганических веществ и микробных загрязнений, в процессе которого происходит определение ресурса работы фильтра по патенту 5628895, США, опубликованному 13.05.1997. (прототип). Очистку осуществляют пропуская воду через лампу УФ облучения, выполненную предпочтительно из кварцевого стекла и используемую для стерилизации питьевой воды. Необработанная вода может быть стерилизована перед входом в патронный фильтр, чем можно избежать бактериального загрязнения патрона фильтра. Оценка дозы УФ облучения может быть измерена УФ датчиком, а старение в УФ лампе можно уменьшать увеличением времени радиации или уменьшением объемной скорости потока воды. Прерывистый режим работы УФ лампы также увеличивает срок службы лампы и уменьшает энергозатраты в сравнении с непрерывным режимом. Затем водный поток проходит через расходомер, датчик определения физико-химических параметров воды, патронный фильтр, второй датчик определения физико-химических параметров очищенной воды непосредственно к крану. Патронный фильтр содержит несколько заменяемых патронов с различным фильтрующим материалом Количество пропущенной через фильтр воды измеряется поставленным на трубопровод расходомером. Когда ресурс работы фильтра заканчивается, пользователь может быть подготовлен к времени замены фильтра, используя показания индикатора на приборе. В зависимости от требований, один или несколько параметров, необходимых для регулирования и контроля, могут быть введены пользователем или измерены датчиками. К ним относятся химический состав необработанной воды, в частности временная жесткость, полная жесткость, содержание нитратов, сульфатов, соляной кислоты, удельная электропроводность, рН. И физические переменные - известное количество воды, начиная с использования патрона фильтра, природы и размера используемого фильтра. С датчика сигнал поступает на микрорегулятор. Вычисление ресурса фильтра основано на разности измеренных значений. В результате использования системы двух блоков датчиков, фиксирующих изменения качественного состава воды, возможна замена одного из патронов фильтра. Блок содержит датчики, которые определяют физико-химические параметры воды, например датчики содержания нитратов, сульфатов, удельной электропроводности, рН. При этом каждый датчик, используемый для определения одной характеристики воды, имеет короткий срок службы и подлежит замене, что может привести к ненадежности в определении срока службы фильтра. Таким образом возникла потребность в разработке способа определения ресурса работы фильтра для очистки питьевой воды, установленного на трубопроводе. Основной задачей заявляемого изобретения и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является создание способа определения ресурса работы фильтрующего устройства для очистки питьевой воды, обеспечивающего надежность и простоту при определении ресурса. Использование диапазона УФ спектра без выделения определенной длины волны для каждой характеристики исключает контроль за этой характеристикой. Органолептические свойства питьевой воды - вкус и запах, связанные с наличием в воде органических веществ в небольших концентрациях невозможно определить датчиками, описанными в прототипе. В заявляемом способе использование диапазона УФ спектра дает возможность автоматически определять суммарную загрязненность питьевой воды и использовать эту величину в качестве критерия определения ресурса работы фильтра и времени его замены. Одним из достоинств заявляемого способа является возможность использования оптического датчика вместо нескольких, используемых для определения каждой характеристики воды, и возможность использования, как одного из вариантов, известного для обеззараживания в системах очистки питьевой воды источника УФ излучения (УФ лампы). Поставленная задача и требуемый технический результат в способе определения ресурса работы фильтрующего устройства для очистки питьевой воды достигаются путем автоматического измерения характеристик воды датчиком с последующей передачей электрического сигнала на процессорное средство, анализа данных и определения ресурса, в котором согласно изобретению осуществляют измерение интегральной оптической плотности воды в ультрафиолетовом диапазоне оптическим датчиком, а отработанный ресурс определяют по относительному изменению интегральной оптической плотности воды при фильтрации. Причем измерение интегральной оптической плотности воды осуществляют в диапазоне длин волн от 200 до 300 нм, преимущественно от 230 до 260 нм. Определение ресурса работы фильтра может быть осуществлено измерением интегральной оптической плотности отфильтрованной воды или исходной и отфильтрованной воды. Ниже приведенное подробное описание способа с чертежами раскрывает сущность изобретения и последовательность его использования. Оптические свойства воды существенно зависят от количества содержащихся в ней веществ, как растворенных, так и взвешенных. Наибольшее различие в оптической плотности воды различного состава проявляется в УФ-области спектра. В указанном диапазоне длин волн практически все органические соединения имеют полосы поглощения, однако из-за малого содержания в воде каждой конкретной примеси в спектрах отсутствуют характеристические пики. Кроме поглощения в указанной области спектра имеет место рассеяние света за счет присутствия в воде различных примесных молекул. Интенсивность рассеяния, согласно закону Релея, обратно пропорциональна четвертой степени длины волны, что наблюдается в виде монотонного увеличения оптической плотности при уменьшении длины волны. Полная оптическая плотность раствора может быть представлена в виде суммы двух вкладов: рассеяния и поглощения света:D(
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184349/697.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
где D
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184349/697.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
D =
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184053/8747.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184007/955.gif)
Относительное изменение оптических свойств вод при фильтрации используется в качестве характеристики работы фильтрационного устройства:
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184598/2184598-2t.gif)
где D0 и D - интегральные значения полной оптической плотности для исходной и отфильтрованнной воды, определенные для заданного диапазона длин волн. В общем случае параметр
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184598/977.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184598/977.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184598/977.gif)
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
Далее были взяты три изделия "Аквафор В300" с известным объемом пропущенной через них воды. Определив
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184598/977.gif)
D = 4,56 + 0,00008
![способ определения ресурса работы фильтрующего устройства, патент № 2184598](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
где V - объем воды, пропущенной через фильтр. За полный ресурс фильтра приняли такой объем пропущенной воды, для которого D > 5,0. По зависимости (6) это соответствует 5500 л. Далее для трех аналогичных изделий проводили ресурсные испытания, анализируя оптические свойства отфильтрованной воды каждые 300 л. Фиксировали момент, когда интегральная оптическая плотность в двух подряд измерениях превышала значение 5,0. Объемы воды до окончания испытаний составили 5300, 5700 и 5600 л. Таким образом, значение интегральной оптической плотности может служить удовлетворительным критерием ресурса при постоянном составе исходной воды.
Класс B01D35/143 индикаторы условий фильтрования