Патент на изобретение №2228909

(54) АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ

(57) Реферат:

Аппарат для обработки воды содержит корпус для обработки, снабженный впускным патрубком для воды, которую следует обработать, выпускным патрубком для обработанной воды, нагревателем, расположенным внутри корпуса и предназначенным для непосредственного контакта с водой, фильтр, расположенный между нагревателем и выпускным патрубком, и средства для заполнения корпуса водой до максимального уровня, при котором оставляют свободным пространство сверху между водой и крышкой корпуса. Вход в выпускной патрубок расположен ниже уровня воды в рабочем режиме. 2 с. и 26 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к обработке воды и, в частности, касается создания средства для очистки воды в аппарате, пригодном для использования в разливочном устройстве для разбавления напитков, хотя следует иметь ввиду, что вода, обработанная согласно изобретению, может быть использована и для других целей.

Качество воды и ее чистота колеблются в значительной степени в зависимости от места ее получения, и задачей изобретения является создание средства, благодаря которому воду, предполагаемую к использованию в разливочном устройстве для разбавления напитков или для других потребностей, можно обрабатывать так, чтобы она соответствовала требованиям по качеству и чистоте, причем это средство является относительно простым в работе и повторно используемым.

Для того чтобы воду можно было использовать для разбавления напитков, она не должна содержать избыточное количество бикарбоната, карбоната и органических веществ. Хлорин и тяжелые металлы должны также быть удалены.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованного аппарата для обработки воды, в котором возможность блокирования потока воды при пропуске ее через аппарат посредством осадков нежелательных загрязнителей, которые необходимо выделить, может быть снижена.

В патенте США № 4844796 описан аппарат для обработки воды для использования ее в разливочных устройствах для разбавления напитков, в котором воду, предназначенную для обработки, подают в сменный одноразовый картридж, содержащий сначала реакторную секцию, а затем фильтровальную секцию, где воду нагревают в реакторной секции сначала путем пропуска ее через теплообменник, а затем – с помощью нагревателя. Нагреватель расположен в центральном отверстии, определенном круглой частью картриджа, где он не входит в прямой контакт с водой.

Подобное нагревательное устройство описано в патенте США № 5858248, где нагреватель может быть расположен в центральной полости одноразового картриджа аппарата для обработки воды. В альтернативных нагревательных устройствах, описанных в этой заявке, нагреватель должен быть расположен вокруг наружной цилиндрической поверхности картриджа или они должны иметь газовый цилиндрический нагреватель, расположенный под центральной “трубой”, т.е. центральной полостью, ограниченной кольцевой частью картриджа.

Во всех этих вариантах исполнения нагревателя он отделен от воды, подвергаемой обработке. Он не должен покрываться осадками выделяемых загрязнений, которые удаляют из раствора воды во время нагревания и фильтрации, осуществляемых в картридже. Благодаря этому нагреватели можно использовать повторно, и их не выбрасывают после использования вместе с одноразовыми картриджами.

Было установлено, что могут быть созданы эффективные и экономичные средства для очистки воды без необходимости отделения нагревателя от воды, подвергаемой очистке, и, следовательно, без необходимости использования нагревателя, который должен обладать продолжительным сроком службы.

В соответствии с одним из вариантов исполнения изобретения создан аппарат для очистки воды, содержащий корпус для обработки воды, имеющий впуск для воды, которую следует обработать, выпускной патрубок для обработанной воды, нагреватель в корпусе для обработки воды, который находится в прямом контакте с водой, и фильтр между нагревателем и выпуском, а также средства для заполнения корпуса водой до максимального уровня, при котором оставляют свободное пространство сверху между поверхностью воды и крышкой корпуса, причем вход в выпускной патрубок расположен ниже уровня обрабатываемой воды.

Предпочтительно, чтобы впуск был расположен так, чтобы вода проходила сверху внутрь корпуса.

Предпочтительно, чтобы корпус был выполнен в форме одноразового картриджа, который можно выбрасывать вместе с нагревателем, когда наступает окончание его срока службы.

Картридж может содержать один или более перфорированных экранов или сеток между нагревателем и фильтром, но это не является существенным.

Таким образом, в одном предпочтительном варианте исполнения аппарат содержит цилиндрический корпус, включающий впускной патрубок для воды, которую следует обработать, нагреватель, расположенный над основанием корпуса и внутри цилиндрического корпуса, один или более перфорированных экранов над нагревателем, фильтр, расположенный над экраном (экранами), и выпускной патрубок для обработанной воды, расположенный над фильтром. Выпуск можно удобно выполнить через закрытый верхний край цилиндра.

Выпуск расположен ниже уровня воды так, чтобы горячая вода выходила из корпуса для обработки воды, не проходя через свободное пространство сверху. Пар и летучие вещества собираются в свободном пространстве сверху и могут выходить через предохранительный клапан, как это описано более подробно ниже.

Нефильтрованную воду, например из питающей сети, можно сначала пропускать через теплообменник для подогрева ее перед тем, как она проходит в корпус. Обработанная нагретая вода, выходящая из корпуса, может проходить в противоположном направлении через теплообменник для того, чтобы она служила теплоносителем для нагрева поступающей из питающей сети воды. Обработанную воду, таким образом, охлаждают перед подачей в резервуар или для непосредственного использования.

В другом предпочтительном варианте исполнения теплообменник и корпус для обработки воды могут быть размещены в одном блоке, предпочтительно с теплообменником, расположенным непосредственно под корпусом для обработки воды. Это может быть единая конструкция или два отдельных блока: корпус для обработки воды и теплообменник, который может быть полностью или частично одноразовым. Например, корпус для обработки воды может быть одноразовым картриджем, а теплообменник – неодноразовым.

Этот единый блок обладает преимуществом, заключающимся в том, что трубопровод между теплообменником и корпусом для обработки воды может быть значительно сокращен, если не исключен совсем. Горячую воду из теплообменника можно подавать прямо в корпус для обработки воды, а обработанную воду из корпуса можно пропускать обратно в змеевик теплообменника для того, чтобы нагревать поступающую воду. Такое устройство позволяет сократить зону, где выделяемые осадки могли бы собираться и оказывать нежелательное воздействие на поток воды. Кроме того, при расположении теплообменника непосредственно под корпусом для обработки воды, впуск в корпус для обработки воды можно легко осуществлять в его более холодную нижнюю часть.

Впуск воды, которую следует обработать, можно удобно осуществлять через дно корпуса для обработки воды, но это не является существенным. Например, в некоторых вариантах исполнения воду, которую следует обработать, можно подавать в корпус через патрубок, введенный в корпус через крышку или рядом с ней, причем этот патрубок может быть направлен вниз внутри корпуса по направлению к основанию. На выходе из патрубка вода, когда корпус заполнен до нижнего края патрубка, будет затем проходить вверх.

В другом варианте исполнения аппарат для обработки воды содержит корпус для обработки воды и теплообменник, причем корпус для обработки воды включает впуск для воды, которую следует обработать, выпуск для обработанной воды, нагреватель, расположенный внутри корпуса, и фильтр, расположенный между нагревателем и выпуском, впуск для воды в корпус для обработки воды, которая прошла от источника необработанной воды через теплообменник, и выпуск из корпуса для обработки воды для пропуска обработанной воды обратно через теплообменник, и байпасный вентиль для запирания теплообменника для предотвращения поступления в него необработанной воды и для обеспечения возможности поступления необработанной воды непосредственно в корпус для обработки воды, в результате чего горячая обработанная вода проходит через теплообменник, стерилизуя теплообменник.

Байпасными вентильными средствами могут быть обычно первый вентиль на впускном трубопроводе к теплообменнику, который держат открытым во время нормальной работы, чтобы обеспечить возможность подачи необработанной воды, например воды из питающей сети, и байпасный вентиль в обводном трубопроводе между источником необработанной воды и первым вентилем. Байпасный вентиль держат закрытым во время нормальной работы. В режиме стерилизации первый вентиль закрывают, а байпасный вентиль открывают, таким образом обеспечивая возможность подачи воды в обводной трубопровод, по которому подают необработанную воду непосредственно на вход в корпус для обработки воды.

Этот режим стерилизации можно использовать в аппарате с установленными бок о бок отдельными блоками или с единым блоком, в котором они могут быть расположены один над другим, как описано выше, и с корпусами, содержащими нагреватели, которые могут находиться или не находиться в прямом контакте с водой.

Когда корпус для обработки воды и теплообменник размещены бок о бок (скорее, чем в случае, когда они расположены один над другим), их верхние края могут быть удобно закрыты одной плитой, которая имеет соответствующую форму, и уплотнены, причем плита может быть изготовлена, например, из стали. Необходимые трубопроводы для потоков воды в/и/из двух корпусов, могут при этом быть пропущены через отверстия в плите, которым приданы соответствующие размеры и которые соответствующим образом уплотнены. Однако в другом варианте исполнения плиту заменяют двойной крышкой-плитой, выполненной из двух частей, предпочтительно путем инжекционного формования пластмасс. Внутри плиты формуют встроенные каналы для обеспечения необходимых проходов для потоков. Таким образом, большая часть внешних трубопроводов между двумя корпусами может быть исключена и заменена большой секцией трубопроводов, выполненных за одно целое, которые с меньшей вероятностью могут быть закупорены осадками. Кроме того, двойная плита может быть легко открыта и более легко отделена.

Было также установлено, что прямой контакт нагревателя с водой, которым ее нагревают, не оказывает вредного воздействия на эффективность процесса обработки. Осадки, большую часть из которых составляет карбонат кальция, осаждаются на поверхности нагревателя, но они нарастают только до определенной степени, а затем отламываются и падают на дно контейнера. Кроме того, было установлено, что осадки также нарастают на внутренней стенке, или стенках, корпуса, а также может образовываться “крыша” из осадков на нижней поверхности самого нижнего экрана или нижней поверхности фильтра, когда не используют экран. Таким образом, обрабатываемую воду, как только эти наросты появились, в действительности обрабатывают во внутреннем корпусе, образованном осадками, скапливающимися на дне корпуса, кольцевыми наростами осадков на стенках и “крышей”, образованной из осадков. Наросты осадков по существу являются пористыми и не препятствуют потоку в существенной степени, а “крыша” может в действительности выполнять роль дополнительной фильтрующей среды. Во время процесса обработки может быть создана существенная турбулентность потоков для обеспечения того, чтобы наросты осадков на нагревателе отламывались время от времени и чтобы эффективность работы нагревателя чрезмерно не ухудшалась. Плотность энерговыделения нагревателя можно выбирать, например, в пределах 20-30 Вт/см² для обеспечения достаточной плотности энергии, чтобы вынуждать осадки запекаться, отламываться и падать до тех пор, пока не образуется некоторая существенная толщина осадков. В альтернативном случае может быть принято полезным изредка предпринимать меры для того, чтобы отламывать эти осадки на нагревателе. Например, нагреватель может быть выключен, а затем подана ударная мощность. Этот “удар” может быть произведен, например, в течение ночи, когда обработку воды прекращают, чтобы отламывание осадков могло произойти, когда аппарат введут в действие на следующий день.

В других вариантах исполнения может быть использована ультразвуковая или другая вибрация, например, вызванная источниками переменного тока питающей сети нагревателя, если это необходимо, чтобы отломить осадки на нагревателе. Поверхности нагревателя могут быть также полированными или могут быть покрыты материалом с низким коэффициентом трения, чтобы способствовать отламыванию осадков.

Следует учитывать, что плотность энерговыделения нагревателя колеблется в зависимости от объема и особенно от производительности корпуса для обработки воды. Например, нагреватель мощностью 1000-1200 Вт можно использовать для обработки 12-18 л/ч воды, т.е. при такой подаче воды в корпус для обработки воды.

Как только корпус для обработки воды первоначально заполнен водой до максимально требуемого уровня, выпускной патрубок можно поддерживать в открытом положении для обеспечения постоянного потока, следя за тем, чтобы была достигнута и поддерживалась необходимая температура воды, что достигается посредством датчика температуры, например термистоpa, и впуск можно открывать и закрывать в зависимости от требования заполнения корпуса, причем необходимость в заполнении определяют с помощью одного или большего числа датчиков уровня воды, расположенных в верхней части корпуса. Таким образом, датчик или датчики уровня воды используют для включения или отключения подачи воды от сети подачи воды в зависимости от требования, например, посредством клапана и регулятора давления.

Так как уровень воды никогда не поднимается выше максимального уровня, определенного датчиком уровня воды, то обеспечивается требуемое свободное пространство сверху между водой и крышкой корпуса. В свободное пространство сверху, как сказано выше, поступает пар от нагреваемой воды, и он может включать нежелательные летучие вещества, поступающие из воды.

В более предпочтительном варианте исполнения датчики устанавливают внутри отдельной камеры в корпусе, причем в эту камеру попадает только обработанная вода после того, как она прошла через стадию нагрева, все экраны и фильтры. Такое устройство описано в находящейся в процессе одновременного рассмотрения Международной заявке на патент № PCT/GB 99/03509, тех же заявителей, и оно обладает преимуществом, заключающимся в том, что датчики не доводят до нерабочего состояния из-за постепенного осаждения на них накипи.

Для измерения уровня воды и мониторинга качества воды, например ионизированного состояния обработанной воды, могут быть также использованы датчики уровня воды и/или дополнительные датчики. Это удобно осуществлять путем измерения, например, разности проводимости или емкости необработанной и обработанной воды.

В соответствии с ранее известной технологией воду из питающей сети с температурой окружающей среды, например около 10°С, подаваемую в аппарат для обработки воды, предназначенной для последующего разбавления напитков, можно было нагреть до около 90°С в теплообменнике, подать в корпус для обработки воды, где ее можно было нагреть до около 115°С, и затем охладить в теплообменнике до около 20-30°С. Если необходимо, аппарат для обработки воды согласно настоящему изобретению может быть использован при подобных температурах воды.

Однако было установлено, что значительное количество осадков загрязнений, особенно в виде карбоната кальция, может нарастать в области аппарата, где они могут оказывать губительное воздействие на его работу, когда используют такие температурные режимы. Например, если температуру поступающей воды повышают при ее прохождении через теплообменник, в теплообменнике нарастают осадки, и эти осадки могут быть значительными в последней четверти трубопроводов теплообменника, где температура воды является наивысшей. Трубопровод, ведущий от теплообменника к области корпуса для обработки воды, может быть также “покрыт накипью”, в результате чего может быть уменьшен его диаметр. Конечно, эта последняя проблема может быть преодолена, как предложено выше, путем выполнения теплообменника и корпуса для обработки воды в виде одного целого блока. Также можно увеличить диаметр труб и/или использовать изолированные трубы, или применять полирование внутренней поверхности трубы, или снабжать ее нецепким покрытием.

Однако было установлено, что количество этих нежелательных осадков может быть снижено так, чтобы большие отложения могли иметь место в предназначенных для этого областях отложений, если температура воды ограничена в определенных пределах. Например, вместо нагрева воды до 90°С в теплообменнике, ее можно нагревать только до 70-75°С и пропускать в корпус для обработки воды при более низкой температуре. Затем ее нагревают до около 115°С, как обычно, но затем охлаждают, например, путем использования змеевика и вентиляторного устройства до, например, 75-85°С, например до 80°С, перед пропуском обратно через теплообменник. Количество осадков в теплообменнике и в трубопроводе может быть таким образом существенно снижено.

Если используют более одного экрана или одной сетки, они могут содержать такую же или различную по размерам перфорацию. Например, они могут содержать отверстия размером 25,4-50,8 мм (1-2 дюйма). Перфорированные экраны могут содержать прикрепленные к ним ножки, направленные вниз от их нижних сторон, где нарастание осадков может принимать волнистую форму, таким образом увеличивая площадь поверхности осадков и продлевая срок службы устройства путем задержки времени, когда наросты станут значительными, чтобы снизить работоспособность.

Фильтр может быть изготовлен из любого подходящего материала. Было установлено, что особенно пригоден ячеистый материал, подобный пластиковой губке, например сетчатый, на базе сложного полиэфира полиуретановый пеноматериал.

Корпус для обработки воды предпочтительно снабжен предохранительным клапаном, который может работать, например, при давлении 0,7 бар. Пар, содержащий нежелательные летучие вещества из воды, проходит из свободного пространства сверху через предохранительный клапан и может быть охлажден в конденсационной трубе перед его удалением. Например, скорость испарения через этот клапан в течение периода использования аппарата может составлять порядка 2 мас.% обрабатываемой воды. Предпочтительно предохранительный клапан является клапаном со статической нагрузкой, хорошо известного в промышленности типа.

Обработанную воду из аппарата согласно изобретению обычно подают в резервуар, например емкость ящичного типа, где ее можно охладить перед подачей для ее использования. Кроме того, наличие резервуара между корпусом для обработки воды и приспособлением, из которого обработанная вода должна быть использована, обеспечивает условие, при котором это приспособление не может отсасывать обработанную воду непосредственно из корпуса для обработки воды и, таким образом, снижать необходимое рабочее давление в нем. В другом предпочтительном варианте исполнения резервуар снабжен отдельным впускным и выпускным трубопроводами и вход в выпускной патрубок внутри резервуара расположен так, чтобы он был отдален от входного конца впускного патрубка в резервуаре. Это также способствует предотвращению образования областей “застоя” воды, находящейся в резервуаре и не сливаемой, что улучшает гигиену воды, особенно для питьевых распределителей. В этом варианте исполнения впускной и выпускной трубопроводы могут быть отдельно присоединены к резервуару или они могут образовывать часть одного соединительного узла, в котором его впуск и выпуск соответственно были отдалены друг от друга, как это описано выше.

Когда резервуар для обработанной воды заполняется, подача потока воды через аппарат прекращается предпочтительно с помощью автоматических средств управления, и можно осуществлять управление нагревателем так, чтобы обеспечить возможность снижения температуры нагретой воды до, например, около 90°С, т.е. в режиме остановки температура воды поддерживается на низком уровне так, чтобы, когда вновь будет затребован поток воды к резервуару, ответное время, необходимое на то, чтобы вода достигла полной температуры обработки, проходило относительно быстро.

Аппарат согласно изобретению может быть обеспечен первой служебной функцией безопасности, когда его можно открыть для технического обслуживания и чистки. Аппарат может быть размещен в отсеке, дверца которого закрывается управляемой задвижкой, например, срабатывающей от соленоида, управляемого станцией управления. Работа станции управления может быть запрограммирована так, чтобы соленоид не мог освободить задвижку до тех пор, пока температура воды в аппарате не снизится до определенного уровня, например до 50°С. Когда станцию управления соответствующим образом включают в работу, например нажатием кнопки “Техническое обслуживание”, следующие действия могут быть затем выполнены автоматически. Выпуск обработанной воды из корпуса для обработки воды закрывается и нагреватель выключается. Впуск, например, для подачи воды из питающей сети открывается или поддерживается открытым, если он уже открыт. Вода из питающей сети или других источников проходит через аппарат, и давление воды поднимается до значения, превышающего рабочее давление в корпусе для обработки воды. Так как выпуск из корпуса для обработки воды закрыт, то поступающая вода выдавливает горячую воду, уже находящуюся в аппарате, через предохранительный клапан. Вода из источника поступает в аппарат до тех пор, пока внутренний датчик температуры, например термисторный датчик, не определит, что необходимая температура в охладителе достигнута. Станция управления затем осуществляет отключение подачи воды и подает сигнал на соленоид для высвобождения задвижки, чтобы обеспечить возможность открытия дверцы отсека. После обслуживания и закрытия дверцы отсека соленоид запирает задвижку в восстановленном положении. Эта функция обслуживания обеспечивает доступ для обслуживания значительно быстрее, например в течение нескольких минут, по сравнению с предоставлением аппарату возможности охлаждения нормальным образом. Только в виде примера, если корпус для обработки воды и теплообменник вместе содержат шесть литров воды, то пропуск около 8 литров холодной воды из питающей сети может снизить температуру до 50°С в течение шести – восьми минут.

В еще одном варианте исполнения эффективность теплообменника может быть повышена путем обеспечения возможности отвода некоторого количества необработанной воды, выходящей из его выпуска, например, на слив быстрее, чем путем перелива всего объема воды в корпус для обработки воды. Таким образом, большее количество холодной воды, например из питающей сети, требуется подать в теплообменник для достижения такой же пропускной способности, и таким образом достигают повышенного охлаждающего воздействия на обработанную воду, пропускаемую обратно через теплообменник. Этот эффект может быть настолько существенным, что может позволить исключить необходимость в змеевике и вентиляторной охладительной установке, описанных выше и предназначенных для охлаждения обработанной воды перед тем, как ее вводят в теплообменник для охлаждения.

Варианты исполнения изобретения далее описаны только в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

на фиг.1 – схематический вид одного аппарата для обработки воды согласно изобретению;

на фиг.2 – схематический вид части корпуса для обработки воды аппарата, представленного на фиг.1, на котором показаны наросты осадков внутри корпуса;

на фиг.3 – схематический вид второго варианта исполнения аппарата для обработки воды согласно изобретению;

на фиг.4 – сечение альтернативного варианта исполнения выпускного патрубка из корпуса для обработки воды;

на фиг.5 – вид в перспективе варианта исполнения патрубка в разобранном состоянии, представленного на фиг.4;

на фиг.6 – схематический вид модифицированного аппарата, представленного на фиг.1.

На фиг.1 показан аппарат для обработки воды согласно изобретению, в котором корпус для обработки воды, содержащий картридж 10, и теплообменник 11 расположены бок о бок.

Впускным электромагнитным клапаном 12 управляют подачей необработанной воды, обычно подаваемой из питающей сети, в теплообменник 11 по трубопроводу 11А. (Направление потока воды через аппарат показано в общем стрелками). Когда впускной соленоид срабатывает на пропуск воды, необработанная вода проходит через впускной регулятор давления 12А во впускную трубу 13, пропущенную сквозь крышку 14, которой закрывают сверху теплообменник, и проходящую вниз к дну 15 теплообменника. Крышка 14 также проходит дальше для закрытия сверху картриджа 10. Как сказано выше, крышка 14 уплотнена относительно верхнего края картриджа 10 и теплообменника 11 с помощью уплотнения (не показано). Труба 13, только в виде примера, может иметь внутренний диаметр 13 мм. Вода, проходящая вниз по трубе 13, выходит из ее нижнего конца 13А и, когда теплообменник заполнен водой, поступает через крышку 14 в трубу 16, которая может иметь внутренний диаметр 18 мм и которая проходит сквозь крышку 14 для подачи необработанной воды сверху в картридж 10.

Теплообменник 11 также содержит возвратный змеевик для приема обработанной воды из картриджа 10, и он будет описан более подробно ниже.

В нижней половине картриджа 10 корпуса для обработки воды расположен нагревательный элемент 17 с большой плотностью энерговыделения, например мощностью 1200 Вт. Элемент 17 соединен с обычной электрической цепью (не показана), где нагреватель может быть включен и выключен по требованию.

Необработанная вода, поступающая в картридж 10 из трубы 16, проходит вниз по трубе 18 с большим внутренним диаметром, которая показана проходящей приблизительно до половины пути вниз по высоте картриджа, но ее конец может быть, если требуется, расположен вблизи дна. Труба 18 может быть изготовлена, например, из полиформальдегида и может иметь внутренний диаметр 25 мм и наружный диаметр 35 мм.

Поступающая вода заполняет картридж 10, таким образом окружая нагреватель 17, и нагревается им.

Несколько выше нижнего конца трубы 18, окружая его, расположены два экрана 19 и 20 один над другим. Каждый экран содержит множество прикрепленных к нему ножек 21, на которых могут оседать осадки из нагреваемой воды. Экраны могут быть изготовлены из сетки с ячейками размером, например, 25,4-50,8 мм.

Над экранами 19 и 20 расположен двойной слой тонкого фильтровального материала 22, 23, отделенного слоем сетки 24. Только в виде примера, фильтровальные слои 22 и 23 могут иметь каждый толщину около 10-30 мм и могут быть выполнены из спрессованных волокон из сложного полиэфира, или из полиуретанового пеноматериала на основе из сетчатого сложного полиэфира, или из их сочетания.

Нагретая вода нагнетается вверх через слои экранов и фильтров под давлением, соответствующим давлению поступающей необработанной воды, и она выходит из картриджа 10 через выпускную трубу 25, которая проходит сквозь крышку 14. Давление подаваемой обработанной воды в трубе 25, впускной конец которой расположен ниже уровня 10В воды, создается в результате кипения, происходящего в свободном пространстве 10А вверху картриджа 10 над уровнем 10В воды и управляется предохранительным клапаном 26, с помощью которого обеспечивается возможность выхода горячей воды и/или пара с нежелательными летучими веществами в перепускную трубу 27 и охлаждающий змеевик 28, когда внутреннее давление в картридже превышает предварительно заданное давление, например 0,7 бар.

Горячая обработанная вода проходит по трубе 25, по охладительной трубе 29 и через вентиляторную установку 30 в теплообменник 11 во вход 31 в крышке 14. Обработанная вода проходит по змеевику 32 к дну 15 теплообменника, откуда она проходит вверх по трубе 33, которая проведена внутри питающей трубы 13 для подачи холодной поступающей воды. Труба 33 проходит через крышку 14, и обработанная охлажденная вода проходит через выпускной ограничитель потока 34 и выпускной электромагнитный клапан 35 в резервуар (не показан).

Как сказано выше, необработанная вода может поступать в теплообменник при температуре 10°С или 20°С и может быть нагрета в картридже 10 до около 115°С. С помощью термистора 36, расположенного непосредственно над слоем фильтра 23, измеряют температуру обработанной воды, при этом термистор соединен со станцией управления 37, посредством которой пропуск обработанной воды через выпускной электромагнитный клапан может быть предотвращен до тех пор, пока не будет достигнута требуемая температура воды. Датчики уровня воды 38, 39, 40 расположены внутри верхней части картриджа 10 и могут быть также соединены со станцией управления. Датчиком 38 определяют максимальный по высоте требуемый уровень воды в картридже, датчиком 39 определяют, что уровень воды низкий, а датчиком 40 определяют, что достигнут минимальный уровень воды. Затем соответствующим образом вступает в действие станция управления, запуская или останавливая процесс обработки и подачу воды.

Холодная вода, поступающая в систему, может быть нагрета в теплообменнике выходящей обработанной водой, например, до 72°С, а обработанная вода может быть сначала охлаждена в змеевике 29 и вентиляторной установке 30 до температуры около 80°С и затем окончательно – в теплообменнике так, чтобы она выходила из аппарата с температурой около 35°С.

Типичная производительность может составлять 12-24 л/ч при объеме картриджа для обработки воды 3,5 л.

Следует иметь ввиду, что все эти цифры предназначены только для иллюстрации и могут варьироваться в широких пределах.

На фиг.2 показана часть картриджа 10, представленного на фиг.1, после осаждения осадков внутри картриджа, в основном состоящих из карбоната кальция.

Нагреватель 17 показан по наружному контуру, так как он покрыт оболочкой 17А из осадков до их раскалывания и сбивания с нагревателя. Волнистая “крыша” 50 из осадков уже сформирована на ножках 21 экрана 19, но ножки 21 верхнего экрана 20 все еще видны у нижнего края трубы 18. Внутренняя стенка картриджа 10 покрыта слоем 51 осадочного материала, а дно картриджа покрыто слоем 52 осадков. “Крыша” 50, слой 51 на стенках и слой 52 на дне во время работы образуют внутренний корпус, или “иглу”, 53, внутри которого происходит тепловая обработка воды.

На фиг.3 показан альтернативный тип аппарата для обработки воды согласно изобретению, в котором теплообменник и корпус для обработки воды размещены в одном корпусе 60 типа картриджа, в котором теплообменник расположен в самом низу. Картридж 60 может быть, например, изготовлен из трубы из нержавеющей стали с толщиной стенки около 0,5-1 мм. Картридж закрыт сверху пластиковой торцевой крышкой 61, удерживаемой в положении с помощью шести винтов 62 (только два из них видны на фигуре), которая уплотнена относительно стенки картриджа посредством уплотнительного кольца 63. Винты 62 ввинчены в кольцо 64 из нержавеющей стали, приваренное снаружи вокруг верхнего края трубы картриджа.

Картридж аналогичным образом закрыт с его нижнего края пластиковой торцевой крышкой 61А, уплотненной уплотнительным кольцом 63А, и снабжен кольцом 64А из нержавеющей стали.

Впускной патрубок 65 для холодной необработанной воды проходит сквозь плиту 61А в нижнюю часть картриджа 60, где расположен теплообменник. Эта нижняя часть содержит змеевик 66 теплообменника для возвратной обработанной воды, которая после охлаждения выходит из картриджа через выпускной патрубок 67 в плите 61А. Стенки 68 направлены вертикально вверх от внутренней поверхности плиты 61А, а стенки 69 направлены вниз от поперечного элемента 70, подвешенного на штоках 71, также направленных вверх от плиты 61А. На поперечном элементе 70 установлена и направлена вверх пара дополнительных штоков 72, на которые опирается колпак 73 из нержавеющей стали, образующий вместе с плечами 74 и 75 из нержавеющей стали, направленными внутрь от стенки картриджа, ловушку для твердых частиц. Стенки и штоки могут быть изготовлены, например, из полиформальдегида, которые образуют путепровод, вызывающий турбулентность потока поступающей холодной воды в том месте, где она отбирает тепло у омывающей эту конструкцию снаружи обработанной воды.

Над улавливателем 73, 74, 75 твердых частиц расположен нагреватель 76, вставленный в уплотненное отверстие, образованное в стенке картриджа кольцевым фланцем 77. Над нагревателем 76 расположен первый грубый фильтр 78, а над ним расположен второй более тонкий фильтр 79. Уровень воды в картридже определяют в месте 80, чтобы оставить свободное пространство 80А сверху, и наблюдают за ним с помощью датчика 81, который может быть соединен со станцией управления, как это описано со ссылками на Фиг.1. С помощью предохранительного клапана 82 в плите 61 обеспечивают возможность выхода пара и/или горячей воды при достижении предварительно заданного давления.

Труба 83, верхний конец которой расположен над фильтром 79, обеспечивает стекание нагретой обработанной воды вниз в змеевик 66 теплообменника и затем прохождение к выпускному патрубку 67. Как и раньше, выпускной патрубок 67 может проходить к резервуару для обработанной воды.

Контролировать процесс и управлять этим аппаратом можно таким же образом, как описано со ссылками на фиг.1, но необходимо отметить, что он содержит значительно меньше трубопроводов между теплообменником и частью для обработки воды, таким образом обеспечивая возможность значительно сократить количество потенциальных точек закупоривания осадками, выделяемыми из воды.

На фиг.4 и 5 показан выпускной патрубок 25А, содержащий модифицированный конец, выполненный в виде лабиринта для предотвращения прохождения пузырей, которые могут включать в свой состав нежелательные летучие вещества, проходящие через выпускной патрубок.

Модифицированным выпускным патрубком заменяют трубу 25, показанную на фиг.1, причем конечная часть трубы, показанная на фиг.4, расположена внутри (не показано) крышки 14, изображенной на фиг.1.

Труба 25А включает обычную концевую часть 100, которая проходит сквозь крышку 14 корпуса для обработки воды. Она, однако, закрыта на ее внутреннем конце торцевой крышкой 101 большего диаметра, чем наружный диаметр части 100 трубы. Вблизи торцевой крышки 101 в стенке части 100 трубы расположены сквозные отверстия 102. Эти отверстия показаны на фиг.4, но не показаны на фиг.5. Торцевая крышка 101 плотно посажена во втулку 103, которая расположена вдоль наружной части 100 трубы на небольшом расстоянии от отверстий 102 таким образом, чтобы был образован кольцевой проход 104, по которому горячая обработанная вода может проходить вниз, затем через отверстия 102 во внутреннюю часть 100 трубы и далее наружу из корпуса для обработки воды. Пузыри 105, содержащие, например, нежелательные летучие вещества, проходят вверх, как показано стрелкой, к поверхности 106 жидкости, но не могут пойти вниз, чтобы пройти через лабиринт выпускной трубы 25А, и, следовательно, предотвращается возможность прохода их через выпускной патрубок для обработанной воды.

На фиг.6 показана альтернативная форма аппарата, при которой обеспечивается возможность выполнения операции по стерилизации теплообменника. Аппарат по существу такой же, как и изображенный на фиг.1, и сходные детали обозначены на фиг.6 теми же позициями, что и на фиг.1, и не описаны здесь повторно подробно.

Модифицированный аппарат снабжен вентилем 110 в трубе 11А, причем вентиль 110 расположен между входным регулятором давления 12А и входом во впускную трубу 13 в теплообменнике 11. Между регулятором давления 12А и вентилем 110 выполнено ответвление трубы 112, которое ведет от трубы 11А к впускной трубе 16 перед тем местом, где последняя проходит сквозь крышку 14 в корпус 10 для обработки воды. Вентилем 114 контролируют подачу воды в трубу 112 из трубы 11А.

При нормальной работе аппарата вентиль 114 закрыт, а вентиль 110 открыт. Вода, таким образом, поступает в теплообменник 11, а отсюда – в корпус 10 для обработки воды и далее – обратно через теплообменник 11 к выпускному клапану 35, а затем – в резервуар точно так же, как описано со ссылками на фиг.1.

Для стерилизации теплообменника вентиль 110 закрывают, а вентиль 114 открывают. При этом холодная поступающая вода обходит теплообменник 11 и проходит по трубе 112 и трубе 16 непосредственно в корпус 10 для обработки воды, т.е. ее предварительно не нагревают. Горячая обработанная вода проходит обратно по змеевику 32 в теплообменник, температура которого при отсутствии охлаждающей поступающей воды повышается, например, до около 85°С. Таким образом стерилизуют теплообменник и его выпускную трубопроводную арматуру.

Формула изобретения

1. Аппарат для обработки воды, включающий корпус (10, 60) для обработки, содержащий впускной патрубок (18, 65) для воды, которую следует обработать, выпускной патрубок (25, 67) для обработанной воды, нагреватель (17, 76) и фильтр (22, 23, 78, 79), расположенный между нагревателем и выпускным патрубком, отличающийся тем, что нагреватель расположен внутри корпуса для обработки и предназначен для непосредственного контакта в нем с водой, при этом предусмотрены средства (38, 81) для заполнения корпуса водой до максимального уровня, при котором оставляют свободное пространство (10А, 80А) сверху между водой и крышкой (14, 61) корпуса, причем вход в выпускной патрубок расположен ниже уровня (10В, 80) обрабатываемой воды.

2. Аппарат для обработки воды по п.1, отличающийся тем, что корпус (10, 60) выполнен в виде картриджа одноразового использования, который может быть выброшен вместе с его нагревателем (17, 76).

3. Аппарат для обработки воды по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус (10) содержит один или более перфорированных экранов (19, 20), расположенных между нагревателем (17) и фильтром (22, 23).

4. Аппарат для обработки воды по п.3, отличающийся тем, что корпус (10) выполнен цилиндрическим, нагреватель (17) расположен над основанием корпуса, перфорированные экраны (19, 20) расположены над нагревателем, фильтр (22, 23) расположен над экранами, а выпускной патрубок (25) для обработанной воды расположен над фильтром.

5. Аппарат для обработки воды по п.3 или 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один перфорированный экран (19, 20) снабжен прикрепленными к нему ножками (21), выступающими вниз от его нижней стороны.

6. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что теплообменник (11) выполнен с возможностью пропускания через него воды, которую следует обработать для ее нагревания перед пропусканием в корпус.

7. Аппарат для обработки воды по п.6, отличающийся тем, что обработанная вода, выпускаемая из корпуса (10, 60), пропускается через теплообменник (11, 66) для нагревания подаваемой необработанной воды.

8. Аппарат для обработки воды по п.6 или 7, отличающийся тем, что теплообменник (11, 66) и корпус (10, 60) для обработки воды размещают в одном блоке.

9. Аппарат для обработки воды по п.8, отличающийся тем, что теплообменник (66) расположен непосредственно под корпусом (60) для обработки воды.

10. Аппарат для обработки воды по п.8, отличающийся тем, что корпус (10) для обработки воды и теплообменник (11) размещены бок о бок, а верхние края обоих устройств закрыты одной плитой (14).

11. Аппарат для обработки воды по п.10, отличающийся тем, что плита (14) является двойной крышкой-плитой, выполненной из двух частей, предпочтительно путем инжекционного формования, причем внутри плиты сформированы встроенные каналы для обеспечения проходов для потоков воды.

12. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нагреватель (17, 76) имеет плотность энерговыделения 20-30 Вт/см².

13. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он содержит средства для сообщения вибрации нагревателю.

14. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он имеет производительность 12-18 л/ч по необработанной воде, подаваемой в корпусе (10, 60), и содержит нагреватель (17, 76) мощностью 1000-1200 Вт.

15. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в корпусе (10, 60) расположен датчик температуры для наблюдения за температурой воды.

16. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средства для заполнения корпуса водой до максимального уровня содержат датчик (38, 81) уровня воды.

17. Аппарат для обработки воды по п.16, отличающийся тем, что используют два или большее количество датчиков (38, 39, 40) уровня воды для наблюдения за уровнем воды в корпусе.

18. Аппарат для обработки воды по одному из пп.15-17, отличающийся тем, что датчики (38, 39, 40) устанавливают внутри отдельной камеры в корпусе, причем в камеру поступает только нагретая обработанная вода после того, как она прошла через фильтр (22, 23, 78, 79).

19. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в корпусе (10, 60) используют один или большее количество датчиков для определения качества воды.

20. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что обработанную воду подают в резервуар, имеющий впускной трубопровод и выпускной трубопровод, причем впускное отверстие выпускного трубопровода в резервуаре удалено от впускного отверстия впускного трубопровода.

21. Аппарат для обработки воды по п.20, отличающийся тем, что предусмотрены средства для автоматического управления прекращения пропуска воды через аппарат (10, 60), когда резервуар заполнен.

22. Аппарат для обработки воды по п.21, отличающийся тем, что нагреватель (17, 76) выполнен с возможностью управления с помощью средств управления для обеспечения возможности поддержания температуры нагретой воды на более низком уровне, в режиме остановки, когда пропуск воды прекращен.

23. Аппарат для обработки воды по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он размещен в отсеке, причем дверца отсека закрывается управляемым механизмом задвижки, а средства управления запрограммированы так, чтобы освобождать задвижку только тогда, когда температура воды в корпусе (10, 60) снизилась до предварительно заданного уровня.

24. Аппарат для обработки воды по любому из пп.6-23, отличающийся тем, что он содержит средства для обеспечения возможности отвода некоторого количества необработанной воды, подаваемой по выпускной трубе (16) из теплообменника, вместо подачи ее в корпус (10) для обработки.

25. Аппарат для обработки воды по любому из пп.7-24, отличающийся тем, что средства (29,30) для охлаждения выполнены с возможностью пропускания через них нагретой воды, выходящей из корпуса (10), перед тем, как возвратить вновь в теплообменник (11) , причем средства для охлаждения представляют собой змеевик или вентиляторную установку.

26. Аппарат для обработки воды, включающий корпус (10) для обработки и теплообменник (11), причем корпус (10) для обработки содержит впускной патрубок (18) для воды, которую следует обработать, выпускной патрубок (25) для обработанной воды, нагреватель (17) и фильтр (22, 23), расположенный между нагревателем (17) и выпуском (25), отличающийся тем, что нагреватель расположен внутри корпуса для обработки, впускной патрубок (18) в корпус для обработки выполнен с возможностью подачи в него воды, которая уже прошла от источника необработанной воды через теплообменник (11), а выпускной патрубок (25) из корпуса для обработки выполнен с возможностью прохождения через него обработанной воды обратно через теплообменник (11), при этом в аппарате предусмотрены обводные вентильные средства (110, 112, 114) для прекращения подачи поступающей необработанной воды в теплообменник (11) и для обеспечения возможности подачи поступающей необработанной воды прямо в корпус (10) для обработки, причем теплообменник (11) выполнен с возможностью стерилизации пропускаемой через него полученной горячей обработанной водой.

27. Аппарат для обработки воды по п.26, отличающийся тем, что обводные вентильные средства представляют собой первый вентиль (110) во впускном трубопроводе к теплообменнику (11), который открыт во время нормальной работы для обеспечения возможности подачи поступающего потока необработанной воды, и байпасный вентиль (114) в обводном трубопроводе (112) между источником необработанной воды и первым вентилем (110), причем байпасный вентиль (114) закрывается во время нормальной работы, но первый вентиль (110) закрывается и байпасный вентиль (114) открывается для стерилизации теплообменника.

28. Аппарат для обработки воды по п.26 или 27, отличающийся тем, что нагреватель (17, 76) находится в непосредственном контакте с водой в корпусе.

РИСУНКИ