Устройство для получения воды питьевого качества

Изобретение относится к устройствам для получения воды питьевого качества путем очистки вод природных источников от взвешенных частиц, мути, солей железа, тяжелых металлов, устранения посторонних привкусов и запахов. Устройство содержит корпус, состоящий из верхней конической части, представляющей собой фильтр с угольным или ионитным наполнителем, нижней конической части, представляющей собой гидроциклон, цилиндрической части, служащей для скрепления верхней и нижней частей, между которыми на эластичных герметизирующих кольцах закреплена металлическая сетка, а под ней - фильтрующий элемент в виде стеклянного диска с микроскопическими отверстиями, выполненными в нем под острым углом к горизонтальной плоскости и расположенными по концентричным окружностям со смещением в шахматном порядке, подводящий и отводящие воду и загрязнения патрубки, кольцевой трубопровод, сообщенный с подводящим патрубком и посредством тангенциальных отверстий с полостью гидроциклона. Устройство включает спрямляющий аппарат, установленный в отводящем загрязнения патрубке, обтекатель в виде конуса с фланцем, установленный соосно внутри гидроциклона и закрепленный фланцем между нижней частью корпуса и диском, уплотнительные герметизирующие кольца, дефлектор, закрепленный соосно внутри обтекателя и обращенный фланцем к диску. Полость между обтекателем и дефлектором сообщена внизу инжекторной трубкой, изогнутой по направлению потока, с пристеночной частью полости гидроциклона. Кольцевой трубопровод образован кольцевой герметичной полостью, ограниченной стенкой конической нижней части, дном и стенкой цилиндрической части корпуса. Отверстия в диске направлены от верхней его плоскости к нижней в ту же сторону, что и направление вращательного движения потока в гидроциклоне. Технический результат: высокие эффективность очистки, надежность и ресурс работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам очистки вод природных источников от взвешенных частиц, мути, солей железа, тяжелых металлов, устранения посторонних привкусов и запахов, связывание солей жесткости, железа, тяжелых металлов с целью получения воды, пригодной по своим параметрам к употреблению человеком, и может быть использовано в системах пищевого водоснабжения общего пользования.

Известен мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды («Ручеек-1», «Ручеек-2», г. Владимир, МПО «Полимерсинтез», 17.08.92 г.), содержащий вертикальный 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.

Известный прибор имеет ряд недостатков:

- необходимость предварительной очистки воды;

- необходимость частой регенерации фильтрующего элемента;

- нестабильность очищающей способности фильтрующего элемента в межрегенерационный период работы.

Известно устройство для получения питьевой воды (RU, патент №2213059, С1 от 12.07.2002, С 02 F 1/38, 9/00, В 01 D 45/12), содержащее закрытый корпус, в нижней части которого расположен гидроциклон, в цилиндрической части - фильтрующий элемент, выполненный в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями, выполненными в нем под острым углом к горизонтальной плоскости и расположенными по окружностям, со смещением в шахматном порядке, а в верхней конической части - угольный или ионитовый фильтр, подводящий и отводящий патрубки, при этом стеклянный диск снабжен сеткой из электронагревательного материала, установленной над диском, который размещен между двумя эластичными кольцами и упругой пружиной, кроме того, гидроциклон снабжен установленным на уровне подводящего патрубка кольцевым трубопроводом, в боковой части которого и конической части гидроциклона выполнены сквозные тангенциальные отверстия.

Известное устройство имеет ряд недостатков:

- конструкция гидроциклона не способна проводить сепарацию тонкодисперсных частиц, эти частицы проникают через стеклянный диск и загрязняют фильтр, что снижает его ресурс;

- среднедисперсные частицы засоряют отверстия в стеклянном диске и выводят его из работы, а вместе с ним и устройство. Известное устройство наиболее близко к изобретению по техническим достигаемым результатам и сущности.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки воды от среднедисперсных частиц в гидроциклоне, устранение самой возможности достижения среднедисперсными частицами стеклянного диска, максимально возможное улавливание и удаление тонкодисперсных частиц, достигших стеклянного диска с тем, чтобы не допускать попадания их в фильтр и тем самым повысить ресурс фильтра и всего устройства в целом.

Результатом решения технической задачи является повышение эффективности и качества очистки воды, ресурса работы устройства.

Техническая задача по устройству для получения воды питьевого качества, содержащему корпус, состоящий из верхней конической части, с угольным или ионитным наполнителем, являющейся фильтром, нижней конической части, являющейся гидроциклоном, цилиндрической части, служащей для скрепления верхней и нижней частей, между которыми на эластичных герметизирующих кольцах закреплены металлическая сетка, а под ней фильтрующий элемент в виде стеклянного диска с микроскопическими отверстиями, выполненными в нем под острым углом к горизонтальной плоскости и расположенными по концентричным окружностям, со смещением в шахматном порядке, подводящий и отводящие воду и загрязнения патрубки, кольцевой трубопровод, сообщенный с подводящим патрубком и, посредством тангенциальных отверстий, с полостью гидроциклона, решается, согласно изобретению, тем, что устройство включает спрямляющий аппарат для преобразования вращательного движения потока в осевое, установленный в отводящем загрязнения патрубке, обтекатель, предназначенный для сосредоточения потока в гидроциклоне в зоне максимальных центробежных ускорений, выполненный в виде конуса с фланцем, установленный соосно внутри гидроциклона и закрепленный фланцем между нижней частью корпуса и стеклянным диском посредством эластичных герметизирующих колец, дефлектор, установленный соосно внутри обтекателя и обращенный фланцем к стеклянному диску, при этом полость между обтекателем и дефлектором сообщена внизу инжекторной трубкой, изогнутой по направлению потока, с пристеночной частью полости гидроциклона, кольцевой трубопровод образован кольцевой герметичной полостью, ограниченной стенкой конической нижней части, дном и стенкой цилиндрической части корпуса, причем отверстия в стеклянном диске направлены от верхней плоскости к нижней плоскости в ту же сторону, что и направление вращательного движения потока в гидроциклоне, кроме того, спрямляющий аппарат включает крестообразно скрепленные направляющие и конический обтекатель.

Сущность изобретения поясняется на чертежах. Фиг.1 - общий вид устройства в разрезе. Фиг.2 - сечение А-А по отводной трубке. Фиг.3 - выноска Б с Фиг.1.

Устройство для получения воды питьевого качества содержит корпус 1, состоящий из верхней конической части 2, с угольным или ионитовым наполнителем 3, являющийся фильтром 4, нижней конической части 5, являющейся гидроциклоном 6, цилиндрической части 7, служащей для скрепления верхней 2 и нижней 5 частей. Между верхней 2 и нижней 5 частями на эластичных герметизирующих кольцах 8 закреплены металлическая сетка 9, фильтрующий элемент в виде стеклянного диска 10 с микроскопическими отверстиями, защищаемый от механического воздействия сеткой 9, фланец конуса 11, являющегося обтекателем, установленного соосно внутри гидроциклона 6, предназначенного для вытеснения и сосредоточения потока в зоне максимальных центробежных ускорений. Внутри конуса 11 соосно ему закреплен дефлектор 12, обращенный своим фланцем 13 к стеклянному диску 10. Полость 14 между дефлектором 12 и конусом 11 внизу сообщена с пристеночной частью полости гидроциклона 6 инжекторной трубкой 15, изогнутой по направлению потока. В цилиндрической части 7 имеется кольцевая полость 16, ограниченная дном и стенкой цилиндрической части 7 и стенкой нижней части 5, загерметизированная эластичным кольцом 17 и сообщенная с подводящим патрубком 18 и тангенциальными отверстиями 19 в стенке нижней части 5 с полостью гидроциклона 6.

В верхней части 2 имеется отводящий воду патрубок 20, в нижней 5 - отводящий загрязнения патрубок 21, в котором установлен спрямляющий аппарат 22, включающий крестообразно скрепленные продольные направляющие 23 и конический обтекатель 24.

В стеклянном диске 10 выполнены микроскопические отверстия 25 диаметром 0,5-10 мкм под острым углом α к горизонтальной плоскости. Отверстия 25 расположены по концентрическим окружностям, со смещением в шахматном порядке и направлены от верхней плоскости стеклянного диска 10 к нижней в ту же сторону, что и направление «L₁» вращательного движения потока в зазоре между стеклянным диском 10 и фланцем 13 дефлектора 12. Технология изготовления отверстий 25 отображена в патенте РФ №20885523, С 03 В 37/022 «Способ изготовления микроустройств из пластически деформируемых материалов», БИ №21, 1997 г. и освоена в НПП ЗАО «Технология, оборудование, стеклянные структуры», позволяет изготавливать фильтрующие элементы в виде стеклянных дисков. Стенка гидроциклона 6 имеет выступ 26. Полость 14 между конусом 11 и дефлектором 12 заполняется волокнистым фильтрующим материалов типа «путанки» из капроновой или полиэтиленовой лески диаметром 50-100 мкм. Элементы устройства, соприкасающиеся непосредственно с водой, такие как верхняя 2 и нижняя 5 части, конус 11 и дефлектор 12, стеклянный диск 10, изготавливаются из стекла как наиболее гигиеничного материала, сетка 9 и спрямляющий аппарат 22 изготавливаются из коррозионно-стойких материалов. Герметизирующие кольца и уплотнительное кольцо 17 изготавливаются из пищевых сортов резины.

Устройство работает следующим образом. Исходная вода из природного источника, под давлением, по подводящему патрубку 18, в количестве «Q₀» поступает в кольцевую полость 16, откуда по тангециальным отверстиям 19 с большой скоростью подается в полость гидроциклона 6. В центробежном поле вращающегося потока осуществляется первый этап отделения грубых средне-дисперсных частиц загрязнений от воды и удаления их по стенке в отводящий патрубок 21 перемещением вращающегося потока вниз по диагонали. Толщина вращающегося потока в радиальном направлении, между стенками гидроциклона 6 и конуса 11 в несколько раз меньше, чем у прототипа, и следовательно, путь осаждения, который должны проделать осаждающиеся в центробежном поле зоны максимальных центробежных ускорений гидроциклона частицы до места сосредоточения у стенки гидроциклона 6, меньше, чем у прототипа, что значительно повышает результативность сепарации средне- и мелкодисперсных частиц. Полностью исключена, в отличие от прототипа, возможность доступа грубых среднедисперсных частиц к фильтрующему элементу - стеклянному диску 10, и следовательно, исключается вероятность засорения отверстий 25, что в противном случае чревато выходом фильтрующего элемента из строя, а следовательно, всего устройства в целом. При дальнейшем движении вниз по диагонали вращающегося потока воды между стенками конуса 11 и гидроциклона 6 поток разделяется на две части: одна часть - «L₂» - с собранными загрязнениями удаляется по отводящему патрубку 21 в канализацию. При этом эта часть потока «L₂» проходит спрямляющий аппарат 22, где на направляющих 23 динамическая составляющая полного давления окружного движения вращающегося потока реализуется в статическое давление потока, что позволяет понизить исходное давление воды в подводящем патрубке 18, т.е. сэкономить энергию, затраченную на очистку воды.

Другая часть потока «L₁» направляется между коническим обтекателем 24 спрямляющего аппарата 22 и оконечностью конуса 11 в центральное отверстие дефлектора 12, при этом совершает резкий поворот в меридиональном направлении, в результате которого за счет центробежных сил при повороте осуществляется второй этап отделения среднедисперсных частиц от потока, не отделившихся от него на первом этапе. Этому процессу способствует выступ 26 на стенке гидроциклона 6.

Вращающийся поток «L₁» по центральному отверстию дефлектора 12 подается к фильтрующему элементу - стеклянному диску 10 и растекается в осевом зазоре между фланцем 13 дефлектора 12 и стеклянным диском 10, где он разбивается на отдельные струйки «l₁» через отверстия 25, при этом струйка «l₁» должна резко повернуть на угол β=135°, практически повернуть в обратном направлении.

При резком повороте на значительной скорости потока осуществляется третий этап отделения тонкодисперсных частиц, которые с частью вращающегося потока «L₁» отбрасываются к периферии и через радиальный зазор между фланцем 13 дефлектора 12 и конусом 11 поступают в полость 14, где частично оседают на «путанке», а остальные с водой инжектируются трубкой 15 в пристеночный слой «t» вращающегося потока в гидроциклоне бис ним удаляются в канализацию. Перемещение потока через полость 14 обеспечивается подсасывающим действием вращающегося потока в гидроциклоне 6 через трубку 15.

Вода, прошедшая три этапа механической очистки, полностью свободная от загрязнений, поступает в фильтр 4, где проходит окончательную очистку активированным углем или ионитами, или обоими фильтрующими наполнителями сразу. После фильтра 4 через отводящий патрубок 20 вода поступает потребителю. Высокое качество предварительной очистки воды от механических загрязнений перед ее поступлением в фильтр 4 гарантирует повышение ресурса фильтра 4 и, следовательно, всего устройства в целом.

Наличие волокнистого фильтрующего материала в полости 14 повышает вероятность полного удаления тонкодисперсных частиц загрязнения из воды.

Фильтрующий материал волокнистого типа оказывает незначительное гидравлическое сопротивление.

Расход рециркулируемой воды через полость 14 по сравнению с расходом потока «L₁» мал, поэтому скорость течения воды через волокнистый фильтрующий материал в полости 14 крайне незначительна, что позволяет улавливать тонкодисперсные частицы путем естественного их осаждения на поверхность «путанки», которую периодически изымают из устройства и промывают. Возможен вариант работы устройства без «путанки» при малой мутности исходной воды.

Применение изобретения позволяет с высокой эффективностью и энергетической экономичностью проводить очистку исходной воды, повысить ресурс работы устройства для получения воды питьевого качества примерно в 1,2÷1,5 раза, за счет повышения качества предварительной очистки воды перед ее подачей в угольный или ионитный фильтр.

1. Устройство для получения воды питьевого качества, содержащее корпус, состоящий из верхней конической части с угольным или ионитным наполнителем, являющейся фильтром, нижней конической части, являющейся гидроциклоном, цилиндрической части, служащей для скрепления верхней и нижней частей, между которыми на эластичных герметизирующих кольцах закреплены металлическая сетка, а под ней фильтрующий элемент в виде стеклянного диска с микроскопическими отверстиями, выполненными в нем под острым углом к горизонтальной плоскости и расположенными по концентричным окружностям со смещением в шахматном порядке, подводящий и отводящие воду и загрязнения патрубки, кольцевой трубопровод, сообщенный с подводящим патрубком и посредством тангенциальных отверстий с полостью гидроциклона, отличающееся тем, что оно включает спрямляющий аппарат для преобразования вращательного движения потока в осевое, установленный в отводящем загрязнения патрубке, обтекатель, предназначенный для сосредоточения потока в гидроциклоне в зоне максимальных центробежных ускорений, выполненный в виде конуса с фланцем, установленный соосно внутри гидроциклона и закрепленный фланцем между нижней частью корпуса и стеклянным диском посредством эластичных герметизирующих колец, дефлектор, установленный соосно внутри обтекателя и обращенный фланцем к стеклянному диску, при этом полость между обтекателем и дефлектором сообщена внизу инжекторной трубкой, изогнутой по направлению потока, с пристеночной частью полости гидроциклона, кольцевой трубопровод образован кольцевой герметичной полостью, ограниченной стенкой конической нижней части, дном и стенкой цилиндрической части корпуса, причем отверстия в стеклянном диске направлены от верхней плоскости диска к нижней плоскости в ту же сторону, что и направление вращательного движения потока в гидроциклоне.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спрямляющий аппарат включает крестообразно скрепленные направляющие и конический обтекатель.