Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АКВАВЕНДИНГА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ ВОДЫ СЕТИ ОБЩЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ, СНАБЖЁННОЙ ПОВЫШАЮЩИМ НАСОСОМ, И МОДУЛЬ АКВАВЕНДИНГОВОГО АППАРАТА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА

Область техники, к которой, относятся изобретения

Изобретения относятся к аквавендинговым аппаратам, т.е. к автоматам продажи питьевой воды, полученной из воды сети общего водоснабжения путем ее многоступенчатой очистки с использованием обратноосмотической мембраны, производительность которой увеличена за счет создания дополнительного давления воды на ее входе при помощи диафрагменного насоса.

Уровень техники

Известен способ и обратноосмотический модуль подготовки питьевой воды, включающий обратноосмотическую мембрану, диафрагменный насос на напряжение постоянного тока 36 В, гидроаккумулятор и датчики высокого и низкого давления. При этом датчик низкого давления подключен к насосу посредством тройника и предназначен для отключения насоса при понижении давления на входе ниже установленной величины, а датчик высокого давления предназначен для контроля наполненности гидроаккумулятора (см.: http://аква-сервис62.рф/d/instruktsiya_nasos_povysheniya_ davleniya_up7000_36v.pdf).

Признаки известного способа, общие с признаками заявленного для патентования способа аквавендинга питьевой воды, заключаются в использовании обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим диафрагменным насосом, так что полученную питьевую воду накапливают в гидроаккумуляторе.

Признаки известного модуля, общие с признаками заявленного для патентования модуля аквавендингового аппарата, заключаются в том, что известный модуль содержит обратноосмотическую мембрану, повышающий диафрагменный насос и гидроаккумулятор.

Причина, препятствующая получению в известных способе и модуле технического результата, который обеспечивается заявленными для патентования способом и осуществляющим его модулем, заключается в том, что известные способ и модуль не содержат средств контроля температуры повышающего диафрагменного насоса в процессе его работы и блокирования его работы при перегреве в процессе аквавендинга.

Известен наиболее близкий способ (прототип), а именно способ аквавендинга питьевой воды, полученной из воды сети общего водоснабжения с использованием обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим насосом, заключающийся в том, что предварительно очищенную водопроводную воду разделяют на пермеат и концентрат при помощи обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим насосом, полученный таким образом пермеат модифицируют путем корректировки его как минимум органолептических свойств, получая тем самым питьевую воду, которую подают в гидроаккумулятор, в котором эту воду обеззараживают ультрафиолетом и по запросу покупателя воды подают в его тару, внутреннее пространство которой предварительно озонируют (см. описание изобретения по патенту RU №2767311 С1, МПК C02F 9/00, C07F 13/00, опубликовано: 17.03.2022 Бюл. №8).

Признаки известного способа (прототипа), общие с признаками заявленного для патентования способа аквавендинга, заключаются в том, что в нем (прототипе) используют обратноосмотическую мембрану, снабженную повышающим насосом, а полученную питьевую воду накапливают в гидроаккумуляторе, где осуществляют обеззараживание воды ультрафиолетом, а выдачу питьевой воды покупателю воды осуществляют из гидроаккумулятора.

Известна система (прототип), осуществляющая указанный известный способ, которая содержит гидравлически последовательно связанные между собой модуль фильтрации водопроводной воды, мембранный модуль разделения фильтрованной воды на пермеат и концентрат, модуль модификации пермеата для получения питьевой воды и модуль обеззараживания и выдачи питьевой воды. При этом указанный мембранный модуль содержит повышающий насос, управляющий клапан, обратноосмотическую мембрану с выходом пермеата и выходом концентрата, гидравлическое сопротивление, запорный клапан, а также сливной патрубок слива концентрата в канализацию. Указанный насос предназначен для создания дополнительного давления на входе мембраны для повышения ее производительности. Управляющий клапан предназначен для управляемого контроллером включения и выключения процесса подачи воды в модуль обеззараживания и выдачи питьевой воды. Указанное гидравлическое сопротивление предназначено для заданного распределения потоков пермеата и концентрата. Указанный запорный клапан предназначен для периодического промывания мембраны с целью увеличения времени ее эффективной эксплуатации (см. описание изобретения по патенту RU №2767311 С1, МПК C02F 9/00, C07F 13/00, опубликовано: 17.03.2022 Бюл. №8).

Признаки известной системы (прототипа), общие с признаками заявленного для патентования модуля аквавендингового аппарата, заключаются в том, что известная система содержит обратноосмотическую мембрану с выходами пермеата и концентрата, повышающий насос для повышения давления воды на входе этой мембраны, управляющий клапан, предназначенный для управляемого контроллером включения и выключения процесса выдачи пермеата, запорный клапан, предназначенный для организации периодического промывания мембраны, гидравлическое сопротивление, предназначенное для заданного распределения потоков пермеата и концентрата, сливной патрубок для слива концентрата в канализацию, модификатор для преобразования пермеата в питьевую воду, гидроаккумулятор для динамического накопления питьевой воды и подающий насос для подачи питьевой воды покупателю воды из гидроаккумулятора.

Причина, препятствующая получению в известных способе и системе (прототипах) технического результата, который обеспечивается заявленными для патентования способом аквавендинга и осуществляющим его модулем, заключается в том, что известные способ и модуль не содержат средств обеспечения надежной долговременной работы повышающего диафрагменного насоса, не предназначенного для непрерывной работы в процессе аквавендинга.

Техническая проблема, на решение которой направлены заявленные для патентования способ аквавендинга и соответствующий модуль аквавендингового аппарата, заключается в том, что экономическая целесообразность аквавендинга диктует применение в аквавендинге обратноосмотической мембраны с относительно невысокой производительностью (из-за ее умеренной цены). Однако этой производительности недостаточно для обеспечения необходимого расхода питьевой воды в процессе ее выдачи в тару покупателя воды. Данное противоречие в аквавендинге снимают двояко. Во-первых, используют гидроаккумулятор, в котором удерживают резерв питьевой воды и из которого осуществляют выдачу питьевой воды в тару покупателя воды. Во-вторых, увеличивают производительность обратноосмотической мембраны путем повышения давления воды на ее входе при помощи насоса сверх того давления, которое имеет место в сети общего водоснабжения. При этом по ключевым экономическим и технологическим параметрам, заданным спецификой аквавендинга, для этой цели лучшим является относительно небольшой мощности диафрагменный (мембранный) насос с низковольтным электроприводом постоянного тока (12, 24, 34 или 48 В), не предназначенный для непрерывной работы, так как он имеет низкую цену, низкое электропотреблении и высоком КПД, у него посредством диафрагмы (мембраны) абсолютно разделены пространство привода и пространство перекачиваемой воды, что имеет важное гигиеническое значение для аквавендинга, он не требует специального технического обслуживания, его применение не создает электрической опасности для покупателя воды и для обслуживающего персонала.

Однако использование такого насоса с таким электроприводом создает в области аквавендинга проблемы, связанные с отсутствием у такого насоса необходимой «выносливости», так как он по определению его изготовителя не предназначен для непрерывной работы. Частично этот недостаток такого насоса нивелирует сам характер аквавендинга, так как для аквавендинга характерна прерывистость продажи питьевой воды, обусловливающая и прерывистость работы диафрагменного насоса. Однако указанная прерывистость продажи воды относительна: перерывы могут быть малыми, так что их (перерывов) продолжительность может быть недостаточной для нормальной работы такого насоса (так как по определению производителя насосов необходимо, чтобы длительность перерыва была равна или превышала длительность работы); перерывов в течение определенного периода может и вовсе не быть, если к аквавендинговому аппарату на этот период выстроилась очередь покупателей воды. И тогда возникает проблема защиты такого диафрагменного насоса (точнее, его электропривода) от перегрева, обусловленного его объективно вынужденной непрерывной работой из-за указанной очереди покупателей. На решение этой проблемы и направлены заявленные для патентования изобретения. Раскрытие сущности изобретений

Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в автоматическом формировании дополнительных перерывов в работе диафрагменного насоса, не предназначенного для непрерывной работы, частота и длительность которых является функцией как от частоты выдачи питьевой воды из гидроаккумулятора, так и от изменений температуры этого диафрагменного насоса, не предназначенного для непрерывной работы.

Достигается технический результат в заявленном способе аквавендинга питьевой воды, полученной из воды сети общего водоснабжения с использованием обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим насосом, тем, что полученную питьевую воду накапливают в гидроаккумуляторе, где осуществляют обеззараживание воды ультрафиолетом, выдачу питьевой воды покупателю воды осуществляют из гидроаккумулятора, в качестве повышающего насоса используют диафрагменный (мембранный) насос с низковольтным электроприводом постоянного тока, не предназначенный для непрерывной работы, а каждую выдачу питьевой воды из гидроаккумулятора покупателю воды компенсируют процессом пополнения гидроаккумулятора новой питьевой водой, запускаемым указанной выдачей, причем либо за счет создания давления на входе мембраны указанным диафрагменным насосом, если температура его корпуса менее заданного максимально допустимого значения, либо за счет использования давления воды в сети общего водоснабжения, если температура его корпуса равна или превышает заданное максимально допустимое значение, а если в процессе выдачи питьевой воды покупателю воды температура корпуса указанного диафрагменного насоса, повышаясь, достигает заданного максимально допустимого значения, то его работу принудительно прекращают и при этом запрещают его включение до тех пор, пока температура его корпуса, понижаясь, не достигнет заданного минимально допустимого значения, при достижении которого включение диафрагменного насоса разрешают.

Достигается технический результат в модуле аквавендингового аппарата тем, что он содержит обратноосмотическую мембрану с выходами пермеата и концентрата, повышающий насос, предназначенный для повышения давления воды на входе этой мембраны, управляющий клапан, предназначенный для управляемого контроллером включения и выключения процесса выдачи пермеата, запорный клапан, предназначенный для организации периодического промывания обратноосмотической мембраны, гидравлическое сопротивление, предназначенное для заданного распределения потоков с выходов пермеата и концентрата, сливной патрубок, предназначенный для слива концентрата в канализацию, модификатор, предназначенный для преобразования пермеата в питьевую воду, гидроаккумулятор, предназначенный для динамического накопления питьевой воды, подающий насос, предназначенный для подачи питьевой воды в тару покупателя воды из гидроаккумулятора, первичный термоэлектрический преобразователь и регулятор температуры, выполненный с возможностью двухпозиционного с гистерезисом регулирования температуры, вход которого электрически соединен с первичным термоэлектрическим преобразователем, а выход - с управляющим входом электрического ключа, включенного в разрыв цепи питания электропривода повышающего насоса, представляющего собой диафрагменный насос с низковольтным электроприводом, не предназначенный для непрерывной работы, при этом на корпусе повышающего насоса установлен указанный первичный термоэлектрический преобразователь с обеспечением теплового контакта с этим корпусом.

Краткое описание чертежей

На прилагаемой фигуре (без номера) приведена функциональная схема заявленного для патентования модуля аквавендингового аппарата, осуществляющего заявленный для патентования способ аквавендинга питьевой воды, полученной из воды сети общего водоснабжения с использованием обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим насосом.

Осуществление изобретений

Модуль аквавендингового аппарата содержит обратноосмотическую мембрану 1 с выходами пермеата 2 и концентрата 3, повышающий насос 4, управляющий клапан 5, запорный клапан 6, гидравлическое сопротивление 7, сливной патрубок 8, модификатор 9, гидроаккумулятор 10, подающий насос 11, первичный термоэлектрический преобразователь 12, регулятор температуры 13, электрический ключ 14, включенный в разрыв цепи питания 15 насоса 4.

Применяемая для аквавендинга обратноосмотическая мембрана 1 по экономическим причинам характеризуется относительно небольшой производительностью, причем такой, что она при использовании на ее входе повышающего давление воды насоса 4 непосредственно не обеспечивает необходимую производительность процесса выдачи питьевой воды в тару покупателя воды, что обусловливает необходимость применения гидроаккумулятора 10.

Повышающий насос 4 предназначен для повышения давления воды на входе мембраны 1 с целью повышения ее производительности. Это относительно небольшой мощности диафрагменный насос с низковольтным электроприводом постоянного тока (12, 24, 36, или 48 В), не предназначенный для непрерывной работы, так как по определению производителя такого насоса он (насос) рассчитан исключительно на работу с перерывами. При этом длительность этих перерывов должна быть равна или превышать длительность периодов работы, а температура корпуса электропривода насоса не должна превышать 60°С. Здесь также надо заметить, что термин «диафрагменный насос» в данной заявке используется в значении, принятом в ГОСТ 17398-72 «НАСОСЫ Термины и определения», дата введения 01.01.1973: это «возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде упругих диафрагм» (пункт 64 этого ГОСТа). Однако нередко в технической литературе используется термин «мембранный насос», который в рамках данной заявки рассматривается как синоним термина «диафрагменный насос».

Текущее управление работой насоса 4 (включение и выключение) в процессе аквавендинга осуществляет центральный контроллер аквавендингового аппарата посредством подачи напряжения питания на электропривод насоса 4 (контроллер не показан), а аварийное отключение насоса 4 на определенное время при его перегреве осуществляет регулятор температуры 13, причем последний имеет приоритет перед указанным контроллером.

Управляющий клапан 5 предназначен для управляемого центральным контроллером аквавендингового аппарата включения и выключения процесса выдачи пермеата с выхода 2 мембраны 1.

Запорный клапан 6 предназначен для организации периодического промывания мембраны 1 с целью увеличения времени ее эффективной эксплуатации (промывание происходит, когда центральный контроллер в соответствие с программой обслуживания мембраны 1 на заданное время открывает клапан 6).

Гидравлическое сопротивление 7 предназначено для заданного распределения потоков пермеата и концентрата с соответствующих выходов 2 и 3 мембраны 1.

Сливной патрубок 8 предназначен для слива в канализацию концентрата с выхода 3 мембраны 1 (канализация не показана).

Модификатор 9 предназначен для преобразования пермеата, взятого с выхода 2 мембраны 1, в питьевую воду путем модификации минерального состава пермеата, его органолептических свойств, его рН.

Гидроаккумулятор 10 предназначен для динамического накопления питьевой воды, взятой с выхода модификатора 9. При этом внутри гидроаккумулятора 10 расположена ультрафиолетовая лампа (не показана).

Подающий насос 11 предназначен для подачи питьевой воды в тару покупателя воды из гидроаккумулятора 10 и представляет собой, например, центробежный насос, обеспечивающий необходимую производительность процесса выдачи питьевой воды из гидроаккумулятора 10 в тару покупателя воды.

Первичный термоэлектрический преобразователь 12 (датчик температуры) предназначен для преобразования температуры корпуса повышающего насоса 4 в электрический сигнал и представляет собой термомерт-сопротивление. При этом указанный преобразователь 12 закреплен (установлен) на корпусе насоса 4 с обеспечением необходимого для этого теплового контакта 16 (например, путем использования алюминиевого скотча, которым преобразователь 12 с натягом приматывают к корпусу электропривода насоса 4).

Регулятор температуры 13 выполнен с возможностью двухпозиционного с гистерезисом регулирования температуры и соединен своим входом с выходом преобразователя 12. При этом регулятор 13 представляет собой либо отдельное устройство, либо функцию этого регулятора выполняет центральный контроллер, осуществляющий управление всем процессом аквавендинга. Что касается указанного гистерезиса, то он, как правило, определен производителем аквавендингового аппарата исходя из максимально допустимой температуры корпуса насоса 4 (его электропривода). Так, если эта температура составляет 60°С (что типично для таких насосов), то в настройках регулятора 13 указанный гистерезис устанавливают в виде двух температур: 40°С (заданное минимально допустимое значение) и 50°С (заданное максимально допустимое значение). Однако возможен и другой гистерезис.

Электрический ключ 14 обычно представляет собой электромагнитное реле, соленоид которого соединен с выходом регулятора 13, а контакты включены в разрыв цепи питания 15 насоса 4. Но он (ключ 14) может быть выполнен и в виде достаточно мощного биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, в цепь коллектора которого включена обмотка привода постоянного тока насоса 4, а его (транзистора) база при этом соединена с выходом регулятора 13.

Работа модуля аквавендингового аппарата и пример осуществления способа аквавендинга питьевой воды, полученной из воды сети общего водоснабжения с использованием обратноосмотической мембраны, снабженной повышающим насосом, заключается в следующем.

При запуске аквавендингового аппарата в работу его центральный контроллер открывает управляющий клапан 5 и включает повышающий насос 4 путем подачи на его электропривод напряжения питания. При этом по сигналу регулятора 13 электрический ключ 14 открыт, так как температура корпуса насоса 4 меньше заданного максимально допустимого значения (50°С). Тем самым открытый ключ 14 дает разрешение центральному контроллеру на осуществление текущего управления работой насоса 4 с целью наполнения гидроаккумулятора 10 питьевой водой, в то время как подающий насос 11 находится в выключенном состоянии. В результате происходит накопление питьевой воды в гидроаккумуляторе 10 до максимального уровня, при достижении которого центральный контроллер закрывает управляющий клапан 5 и прекращает работу повышающего насоса 4, отключая электропитание его электропривода. Таким образом, в работе насоса 4 возникает естественный перерыв, необходимый для его нормального функционирования, а питьевая вода некоторое время хранится в гидроаккумуляторе 10, подвергаясь при этом обеззараживающему воздействию ультрафиолета от находящейся в гидроаккумуляторе соответствующей лампы.

Далее при появлении покупателя воды центральный контроллер включает подающий насос 11, вследствие чего питьевая вода из гидроаккумулятора 10 поступает в тару покупателя воды, а уровень питьевой воды в гидроаккумуляторе 10 соответственно понижается.

В свою очередь это понижение уровня благодаря соответствующему датчику уровня (датчик не показан) фиксируется центральным контроллером, который по этой причине открывает управляющий клапан 5 и включает повышающий насос 4 при условии, что ключ 14 открыт. А открыт он при условии, что температура корпуса повышающего насоса 4 менее заданного максимально допустимого значения (менее 50°С). Если же по каким-либо причинам (сейчас не рассматриваемым) температура корпуса повышающего насоса 4 оказывается равной или превышающей заданное максимально допустимое значение (50°С), то благодаря информации от преобразователя 12 регулятор температуры 13 формирует соответствующий сигнал ключу 14, который вследствие этого оказывается закрыт, а повышающий насос 4 вследствие этого оказывается выключен и это выключенное состояние насоса 4 является приоритетным по отношению к управляющим сигналам центрального контроллера. При таких обстоятельствах клапан 5 остается открытым и на входе мембраны 1 действует только относительно низкое давление воды сети общего водоснабжения, что обеспечивает работу мембраны 1 в режиме пониженной производительности.

В любом случае при понижении уровня воды в гидроаккумуляторе 10 вследствие выдачи воды из него эта выдача запускает процесс компенсирующего пополнения гидроаккумулятора 10 новой питьевой водой, причем либо за счет создания давления на входе мембраны 1 диафрагменным насосом 4, если температура его (насоса 4, точнее его электропривода) корпуса менее заданного максимально допустимого значения (50°С), либо за счет использования давления воды в сети общего водоснабжения, если температура его (насоса 4, точнее его электропривода) корпуса равна или превышает заданное максимально допустимое значение (50°С). При этом период этого компенсирующего пополнения в любом случае превышает период выдачи воды в тару покупателя воды.

Однако в часы пик возникает ситуация, когда интервалы времени между приходами покупателей минимальны, а то и вовсе отсутствуют, так что насос 4 становится вынужденным работать непрерывно довольно длительное время, что создает угрозу перегрева его электропривода, неминуемо ведущего к выходу его из строя. В этом случае при повышении температуры корпуса насоса 4, фиксируемом преобразователем 12, до заданного максимально допустимого значения (50°С), регулятор 13 закрывает ключ 14, разрывая тем самым цепь питания насоса 4 и вводя тем самым для центрального контроллера запрет на управление работой насоса 4. При таких обстоятельствах клапан 5 продолжает оставаться открытым и на входе мембраны 1 действует давление воды сети общего водоснабжения. Таким образом, в работе насоса 4 возникает вынужденный дополнительный перерыв, который продолжается до тех пор, пока температура его корпуса, понижаясь, не достигнет заданного минимально допустимого значения (40°С), при достижении которого регулятор 13 открывает ключ 14, разрешая тем самым центральному контроллеру осуществлять текущее управление насосом 4.