CZ20001177A3

CZ20001177A3 - Zařízení na čištění vody a příslušný způsob

Info

Publication number: CZ20001177A3
Application number: CZ20001177A
Authority: CZ
Inventors: Peter Wiseburgh; Gerald Tanny; Peter Hulley
Original assignee: Soda Club (Co2) S. A.
Priority date: 1997-10-05
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2001-08-15
Also published as: OA11366A; YU19900A; BG104281A; GEP20032950B; HUP0003746A2; HU222893B1; WO1999018033A1; ES2221201T3; CA2305583A1; HRP20000158A2; BR9812721A; TW436323B; US20020134732A1; EE200000209A; EP1034138B1; PT1034138E; MY121345A; TR200003658T2; UA68360C2; NO20001732L

Description

Zařízení na čištění vody a příslušný způsob

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení na čištění vody, která je nebo může být infikována mikroorganizmy, a na učinění této vody pitnou. Vynález se dále týká způsobu provozování uvedeného zařízení.

Dosavadní stav techniky

V celé řadě míst není zajištěna bezpečná a spolehlivá dodávka vody. Distribuční systém pro dodávání vody nemusí vůbec existovat, nebo pokud takový systém existuje, může být jeho prostřednictvím velmi často dodávána voda, která není nebo nemusí být bezpečná a připravená pro přímé pití, neboť může být znečištěna či kontaminována, a to zejména prostřednictvím různých mikroorganizmů.

Problému poskytování bezpečné pitné vody v takovýchto místech bez přidávání . chemických látek, které nepříznivě ovlivňují chuť vody a představují určité další nebezpečí, byla věnována velmi široká pozornost, přičemž byla nalezena celá řada různých řešení, která jsou součástí známého stavu techniky.

Jedním z prostředků, které je možno využívat, je filtrace. Ve většině případů filtry, používané v zařízeních na čištění vody, pracují v režimu konstantního tlaku, to znamená, že je filtr umístěn na zdroj konstantního tlaku a je

prováděna filtrace vody, pokud leží rychlost filtrování pod určitou předem stanovenou nepřijatelnou hodnotou. V některých případech je prováděn určitý stupeň řízení či regulace průtokové rychlosti.

Například v patentovém spise US 5 503 735 je popisován systém na čištění kapalin, který je opatřen reverzní osmotickou filtrační membránou ve filtrační vložce. Ne všechna voda prochází přes tuto membránu, přičemž voda, která neprochází přes membránu, prochází přes tlakový přepouštěcí ventil, který může být nastaven za účelem měnění tlaku vody a průtokových rychlostí v daném systému.

Ústrojí, která udržují konstantní průtokovou rychlost a proměnlivý tlak, jsou využívána u systémů, ve kterých proudí voda, například u zavlažovačích systémů. Způsoby ovládání a regulace průtokové rychlosti filtračních ústrojí jsou rovněž známy. Jedno takové ústrojí je popsáno například v patentovém spise US 5 238 559.

V japonském patentovém spise JP 05 185 070 (Kokai No. 5-185070) je uvedeno, že u zařízení na čištění vody pro domácnost musí být filtrační modul vyměněn, pokud při proudění vody přes tento filtrační modul byla překročena přípustná absorpční kapacita absorbentu uvnitř filtračního modulu, a že u zařízení na čištění vody je známo využívat měřičů životnosti, které jsou schopny zobrazovat dobu od výměny filtračního modulu.

Avšak takováto známá zařízení jsou velice nespolehlivá, protože dochází pouze k měření času, po který voda proudí, takže není poskytována spolehlivá indikace v průběhu přestávek, kdy voda neproudí. Proto dané řešení navrhuje takové zařízení na čištění vody pro domácnost, které je • · · · opatřeno ventilem pro zajištění konstantní průtokové rychlosti, snímačem pro zjišťování začátku a konce proudění vody, který vydává odpovídající signály, a prostředky pro měření integrovaného provozního času, založeného na uvedených signálech a zobrazujícího příslušný signál, pokud uvedený integrovaný čas dosáhne předem stanovené hodnoty.

Ventil, zajišťující konstantní průtokovou rychlost, má pouze účel umožnit přesné měření uvedeného integrovaného času, přičemž dokud není dosaženo uvedené předem stanovené hodnoty, nedochází k výměně filtru, a to nezávisle na objemu vody, která tímto filtrem protekla, kterémužto ukazateli není věnována žádná zvláštní pozornost. Shora uvedená přihláška ukazuje různé konstrukce ventilů pro zajištění konstantní průtokové rychlosti, avšak z hlediska filtračního modulu zde není uváděna žádná konstrukce, přičemž je zde uvedeno, že předmětný vynález může využívat různé konstrukce, známé z dosavadního stavu techniky, není však popisováno žádné kompletní zařízení, které by netrpělo nedostatky, známými z dosavadního stavu techniky.

Systémy na čištění vody, známé z dosavadního stavu techniky, a to zejména takové systémy, které jsou určeny nejenom k pouhému odstraňování pevných látek, avšak které jsou určeny rovněž i k odstraňování mikroorganizmů, v důsledku čehož je voda zcela pitná, nejsou plně uspokojivé, a to hned z několika hledisek. Jejich průtok bývá obvykle nízký, takže filtry musejí být velmi často vyměňovány, musejí mít velkou povrchovou plochu, přičemž jsou velmi drahé a nákladné.

Podstata vynálezu

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout zařízení na čištění pitné vody, které nebude trpět nedostatky, známými u dosud existujících zařízení.

Dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout způsob čištění vody, u kterého budou odstraněny nedostatky známých způsobů z dosavadního stavu techniky.

Ještě dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout způsob optimalizace provozu zařízení na čištění pitné vody.

Další úkoly a výhody předmětu tohoto vynálezu budou zcela jasně seznatelné z následujícího popisu.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo vyvinuto zařízení na čištění pitné vody, obsahující přívodní vstup vody a výstup dodávané vyčištěné vody, přičemž je mezi uvedeným vstupem a výstupem vloženo filtrační ústrojí, obsahující prostředky předběžného filtru a mikropórézní membrány, přičemž zařízení dále obsahuje prostředky pro regulaci průtoku vody uvedeným výstupem na konstantní průtokovou rychlost v průběhu využitelné životnosti uvedeného filtračního ústrojí, prostředky pro sledování času od instalace filtračního ústrojí, prostředky pro sledování celkového času, během kterého proudila voda přes filtrační ústrojí, a prostředky pro zabránění průtoku vody přes filtrační ústrojí, pokud některý z uvedených časů dosáhl předem stanovené prahové hodnoty.

Prostředky pro regulaci průtoku vody přes filtr při konstantní průtokové rychlosti obsahují prostředky pro

uplatňování tlaku na filtr a prostředky pro řízení průtokové rychlosti bez ohledu na změny tlaku přes vrstvy filtru, jako je například omezovač průtoku známého typu.

U výhodného provedení zařízení podle tohoto vynálezu jsou prostředky hloubkového filtru a prostředky mikropórézní membrány zkonstruovány a sestaveny tak, jak bude v dalším podrobněji popsáno, a to za účelem vytvoření filtračního zařízení, přičemž však uvedené filtrační zařízení jako takové není součástí předmětu tohoto vynálezu a není samo o sobě jako takové nárokováno. Zařízení podle tohoto vynálezu může být opatřeno filtry různých konstrukcí pod podmínkou, že obsahují hloubkový filtr a filtrační prostředky mikropórézní membrány, kterými voda postupně proudí za účelem vyčištění.

Filtrační ústrojí ve výhodném provedení sestává z celé řady filtračních prvků, přestože každý takovýto filtrační prvek je sám o sobě schopen vykonávat filtrační funkci. Takovýto filtrační prvek obsahuje:

a) - vnitřní drenážní odvodňovací vrstvu, s výhodou v podstatě otevřenou plastikovou síťovinu;

b) - dvě vrstvy mikropórézní membrány, z nichž je každá s výhodou uložena na nosné podkladové textilní vrstvě, umístěné mezi nimi a uvedenou drenážní odvodňovací vrstvou, přičemž mají s výhodou retentivitu neboli zádržnost pro mikroorganizmy větší, než 95 %, a přičemž jsou uvedené dvě vrstvy uspořádány souměrně podél dvou stran uvedené drenážní odvodňovací vrstvy;

c) - dvě vrstvy hloubkového filtru nebo předběžného filtru (tyto dva výrazy jsou v tomto popise používány jako ···· « ·· ···· ·· ·· • · · · · · * · « · • · ··· * · φ « • · · · 9 9 9 9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 99 9 9 9 ·· « · «9 synonyma), s výhodou filtru ze skelných vláken, souměrně uspořádaného podél dvou vnějších stran uvedených vrstev mikropórézní membrány;

d) - uvedené vrstvy mikropórézní membrány a uvedené vrstvy hloubkového filtru jsou spolu vzájemně utěsněny podél horního okraje, přičemž s výhodou vyčnívají nad vrcholek uvedené drenážní odvodňovací vrstvy a uvedených vrstev nosné podkladové tkaniny, pokud je přítomna;

e) - uvedená drenážní odvodňovací vrstva a uvedené vrstvy mikropórézní membrány, stejně jako uvedené nosné podkladové textilní vrstvy, pokud jsou přítomny, zasahují na svém spodním konci pod spodní konec uvedených vrstev hloubkového filtru, přičemž jsou uvedené vrstvy mikropórézní membrány utěsněny k uvedeným vrstvám hloubkového filtru na jejich spodním konci; a

f) - uvedené vrstvy mikropórézní membrány a uvedené vrstvy hloubkového filtru jsou širší, než uvedená drenážní odvodňovací vrstva a než uvedené vrstvy nosné podkladové látky, pokud jsou přítomny, přičemž jsou k sobě vzájemně utěsněny podél svých bočních okrajů.

Výrazy „horní a „spodní se týkají polohy, kterou bude filtrační prvek zaujímat v sestaveném kompletním filtračním ústroj í.

Uvedené filtrační ústrojí je opatřeno základnovou deskou, která má středový otvor a horní plochu, přičemž je větší počet shora uvedených filtračních prvků uspořádán vzájemně vůči sobě rovnoběžně a kolmo na uvedenou základnovou desku, a prochází uvedeným středovým otvorem, přičemž spodní • A A A A A AA AA • A A AA«· •A A A · A ·

A A AAA AA A

AAAA AAAA

AAAA AA aa konec vrstev hloubkového filtru leží v úrovni uvedené horní plochy základnové desky, a přičemž jsou uvedené filtrační prvky uloženy v uvedené základnové desce prostřednictvím vyplnění prostoru mezi nimi a vnitřním okrajem uvedeného středového otvoru v základnové desce lepidlem.

Uvedený filtr dále obsahuje utěsněnou skříň, ve které je základnová deska spolu s filtračními prvky uložena a utěsněné uzavřena.

U varianty provedení uvedeného filtru jsou vrstvy mikropórézní membrány a hloubkového filtru nebo vrstvy předběžného filtru shora uvedeného filtračního prvku spolu vzájemně utěsněny prostřednictvím lepidla.

U jiné varianty provedení uvedeného filtru jsou vrstvy hloubkového filtru laminátové, přičemž každá obsahuje vrstvu porézní termoplastické tkaniny a vrstvy mikropórézní membrány a jejich nosné podkladové vrstvy jsou termoplastické. Pokud je teplota tání vrstvy mikropórézní membrány alespoň o 50° C vyšší, než je teplota tání alespoň jedné ze zbývajících termoplastických vrstev, mohou být tyto vrstvy spolu vzájemně utěsněny prostřednictvím uplatňování tlaku a tepla, jak bude podrobněji vysvětleno v dalším.

U typického provedení předmětu tohoto vynálezu dané zařízení obsahuje:

- předběžný filtr,

- membránový filtr, který může být oddělen od předběžného filtru nebo s ním může být zkombinován do jediné konstrukční jednotky, φ φ φ φ · φ φ φ φ φ φ φ ♦ · φ φφφφ ♦ · ΦΦ·· φφφ

- tlakový regulátor,

- průtokoměr,

- časovači ústrojí,

- výstup vyčištěné vody, a

- podle požadavku příslušné ventily a tlakoměry.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut způsob čištění pitné vody, který obsahuje zajištění proudění vody při konstantní průtokové rychlosti přes čisticí filtrační ústrojí, obsahující prostředky předběžného filtru a filtrační prostředky mikropórézní membrány, přičemž dále obsahuje sledování času od instalace filtračního ústrojí, sledování celkového času, během kterého voda proudí přes filtrační ústrojí, a zabránění průtoku vody přes filtrační ústrojí, pokud některý z těchto časů dosáhl předem stanovené prahové hodnoty.

Prostředky pro pohánění vody přes filtrační zařízení při konstantní průtokové rychlosti mohou obsahovat prostředky pro přivádění vody, která má být čištěna, prostřednictvím uplatňování tlaku, a prostředky pro řízení průtokové rychlosti, jako je například omezovač průtoku známého typu.

Prostředky hloubkového filtru a prostředky mikropórézní membrány jsou s výhodou zkonstruovány a sestaveny jako shora popisovaný filtrační prvek, takže filtr jako celek je shora definovaný filtračním ústrojím, přičemž však způsob podle tohoto vynálezu může být prováděn i s pomocí zařízení, které obsahuje filtry odlišné konstrukce pod podmínkou, že obsahují ♦ Φ ΦΦΦΦ

ΦΦ ·· φ φ φ φ φ · φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ

ΦΦ ΦΦ

9·9· hloubkový filtr a filtrační prostředky mikropórézní membrány, kterými voda postupně proudí za účelem čištění. Způsob podle tohoto vynálezu je zaměřen na čištění pitné vody, takže čištění vody, která není určena k pití, zde není nárokováno.

Výraz „čištění pitné vody kterého je používáno v. tomto popisu a v patentových nárocích, zahrnuje jak učinění vody, která není připravena k pití, pitnou, tak i zvyšování čistoty vody, která je již pitnou vodou, do té míry, že je bezpečně pitná. Je žádoucí, aby vyčištěná voda byla v podstatě sterilní.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut způsob provozu filtračního zařízení na čištění pitné vody, který obsahuje následující kroky:

I. Provoz filtračního prvku při počáteční konstantní průtokové rychlosti až do dosažení předem stanoveného celkového poklesu tlaku přes filtr.

II. V průběhu uvedeného provozu sledování a zaznamenávání celkového průtoku v závislosti na rychlosti tekutiny, získané podělením průtokové rychlosti povrchovou plochou filtračního prvku.

III. Opakování shora uvedených funkcí při různých rychlostech tekutiny, stanovených prostřednictvím změny průtokové rychlosti nebo povrchové plochy filtru, a zaznamenávání průtoku jako funkce rychlosti tekutiny.

IV. Volba požadovaného průtoku a odečet ze shora uvedených záznamů odpovídající rychlosti tekutiny.

0 ·0 0 #0 00 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 · 0 0 0 0 ·0 0 0 00

V. Volba kombinace průtokové rychlosti a povrchové plochy filtračního prvku, odpovídající zvolenému průtoku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje pohled v řezu na filtrační prvek podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje čelní nárysný pohled na tentýž filtrační prvek;

obr. 3 znázorňuje axonometrický pohled na filtrační ústrojí podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu, a to v mezilehlé etapě jeho výroby;

obr. 4 znázorňuje pohled v řezu na filtrační ústrojí podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu, přičemž je řez veden rovinou, procházející středovými přímkami filtračních prvků;

obr. 5 znázorňuje pohled v řezu na filtrační ústrojí podle obr. 4, přičemž je řez veden rovinou, která je rovnoběžná s filtračním prvkem a prochází středovou přímkou filtračního prvku;

obr. 6 znázorňuje pohled v řezu na filtrační prvek, který je obdobný, jako pohled podle obr. 1, přičemž však jde o filtrační prvek podle odlišného provedení předmětu tohoto vynálezu;

Φ· ΦΦΦΦ ΦΦ φφ • Φ Φ ΦΦΦΦ • Φ Φ ΦΦΦΦ

ΦΦ Φ ΦΦΦ Φφ Φ

ΦΦΦΦ ΦΦΦΦ Φ· *Φ ΦΦ ΦΦ obr. 7 znázorňuje graf, ve kterém je vynesen celkový průtok za účelem dosažení tlakového poklesu o velikosti 2,5 atm (2,5 x 101 325 Pa) v tisících litrů v závislosti na průtokové rychlosti v cm/min.; a obr. 8 znázorňuje schematické blokové schéma, zobrazující zařízení podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 8, tak zařízení podle tohoto vynálezu obsahuje vstup 50, který je s výhodou opatřen měřičem tlaku a tlakovým regulátorem, které mohou být jakéhokoliv známého typu. Tlak pro účely pohánění a dopravy vody přes dané zařízení může být poskytován prostřednictvím vlastního zdroje vody, jako je například vodní kohoutek nebo hlavní rozvodné potrubí vody, nebo v případě, kdy takovýto zdroj chybí nebo je nepostačující, může být poskytován prostřednictvím čerpadla 52, které může být jakéhokoliv vhodného typu.

Vztahovou značkou 52 je označen předběžný filtr a vztahovou značkou 53 je označen membránový filtr, kteréžto filtry mohou být integrovány do jediného filtračního ústrojí 54, jak je znázorněno čárkovanou čarou na vyobrazení podle obr. 8. Za tímto filtračním ústrojím 54 s výhodou následuje výstupní tlakoměr 55 a regulátor 56 konstantního tlaku. Za tímto regulátorem 56 může být uspořádán jehlový ventil 57 . Z tohoto jehlového ventilu 57 proudí voda přes jednotku 58, kterou je s výhodou integrované ústrojí, obsahující průtokoměr, časový spínač a uzavírací ventil, přičemž je tato jednotka připojena k výstupu.

····

1111

I» ·· • 1 · • · · • · · ♦ · 1 > 11 až obr. 5 je znázorněno výhodného provedení zařízení

Na vyobrazeních podle obr filtrační ústrojí, používané u podle tohoto vynálezu. Jak již bylo shora uvedeno, není toto filtrační ústrojí samo o sobě součástí předmětu tohoto vynálezu, neboť je předmětem jiné přihlášky vynálezu.

Na shora uvedených obrázcích výkresů je znázorněn filtrační prvek 10, který sestává ze dvou vnějších vrstev 11 a 11' hloubkového filtru nebo předběžného filtru, které jsou s výhodou vytvořeny ze skelných vláken. Směrem dovnitř od vrstev 11 a 11' hloubkového filtru nebo předběžného filtru obsahuje filtrační prvek vrstvy 12 a 12 ' mikropórézní membrány, které mají s výhodou retentivitu neboli zádržnost pro mikroorganizmy větší, než 95 % , a které jsou uloženy na příslušné nosné podkladové tkanině 13 a 13' .

Všechny shora uvedené vrstvy jsou uspořádány souměrně kolem v podstatě otevřené plastikové síťoviny 14, která tvoří drenážní odvodňovací vrstvu, která je určena k odvádění tekutiny, procházející přes shora uvedené vrstvy 11 - 11',

- 12 ' a 13 - 13'. Vrstvy 11 - 11' a 12 - 12/ jsou podobné a jsou spolu vzájemně utěsněny prostřednictvím lepidla, zejména teplem tavitelného lepidla, nebo prostřednictvím svaření. Vrstvy 11 - 11' hloubkového filtru a vrstvy

- 12' mikropórézní membrány jsou k sobě rovněž utěsněny na okrajích 22.

Drenážní odvodňovací vrstva 14 a vrstvy 13 - 13/ nosné podkladové tkaniny nedosahují až k vrcholku předmětného filtračního prvku, to znamená až k těsnění 15, přestože u provedení předmětu tohoto vynálezu, u kterého je použito svařování, mohou vrstvy 13 a 13' nosné podkladové tkaniny

4« 4444

4 4

4 • 4 4 4 4 4

4 4 4 4 4

4 4 4 · 4 4

4 4 4 4 4 4

44 44 dosahovat až k okrajovému těsnění a mohou být vzájemně k sobě termoplasticky utěsněny.

Na vyobrazeních podle obr. 1 a podle obr. 2 obě vnější vrstvy 11 - 11' předběžného filtru nedosahují až ke spodní části filtračního prvku, neboť vrstvy 12 - 12' mikropórézní membrány, vrstvy 13 - 13' nosné podkladové tkaniny a drenážní odvodňovací vrstvy 14 vyčnívají až za ně směrem ke spodní části. Vrstvy 11 - 11' hloubkového filtru jsou utěsněny v místě 20 - 20' k vrstvám 12 - 12' mikropórézní membrány. Vrstvy 13 - 13' nosné podkladové tkaniny a drenážní odvodňovací vrstva 14 jsou užší, než ostatní vrstvy a neúčastňují se utěsnění 22.

Větší počet filtračních prvků 10 je spojen za účelem vytvoření filtračního ústrojí, jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 4 a podle obr. 5, přičemž na vyobrazení podle obr. 3 je znázorněna mezilehlá etapa výroby takovéhoto filtračního ústrojí. Toto filtrační ústrojí, které je obecně označeno vztahovou značkou 30, obsahuje základnovou desku 31, opatřenou středovým otvorem 32, jehož obvodová hrana je označena vztahovou značkou 33. Filtrační prvky 10 procházejí uvedeným středovým otvorem 32 a jsou zde umístěny takovým způsobem, že jejich okraje 20 leží ve stejné úrovni, jako horní hrana základnové desky 31.

Na vyobrazení podle obr. 3 není středový otvor 32 zcela vyplněn filtračními prvky 10, neboť je zde ponechán prostor na přední části filtračního ústrojí, jak je vidět na vyobrazení podle obr. 3.

Na vyobrazeních podle obr. 4 a podle obr. 5 je již filtr kompletní, takže je středový otvor 32 vyplněn filtračními

ΦΦΦΦ »· ·*«« >» ·· • · φ φφφφ • · · φφφφ • 9 ·»φ φφ φ

Φ 9 9 Φ φ * · φ prvky 10. Filtrační prvky 10 jsou na svém místě, jsou uloženy v základnové desce 31 prostřednictvím vyplnění prázdného prostoru mezi nimi a vnitřní obvodovou hranou 33 středového otvoru 32 vhodným lepidlem, takže mezi filtračními prvky 10 a základnovou deskou 31 neexistuje žádný průnik pro proudění tekutiny.

Základnová deska 31 je poté mechanicky utěsněna do vhodného pláště 35 filtru. Tento plášť 35 filtru má otevřený vršek, což je označeno vztahovou značkou 36, a to za účelem uspořádání vstupu pro vodu, která má být filtrována. Voda prochází přes různé vrstvy každého filtračního prvku 10, přičemž vstupuje do vnějších vrstev 11 - 11' hloubkového filtru nebo předběžného filtru a vystupuje z drenážní odvodňovací vrstvy 14, načež dosahuje spodního otvoru v plášti 35 filtru, který je označen vztahovou značkou 37, a který tvoří výstup přefiltrované vody.

U varianty filtračního prvku, která je znázorněna na vyobrazení podle obr. 6, jsou vrstvy předběžného filtru nahrazeny filtračními vrstvami 40 - 40' z laminátu ze skelných vláken a vrstvami 41 - 41' z porézní syntetické tkaniny o teplotě Τχ tání, přičemž jsou vrstvy 42 - 42' mikropórézní membrány připraveny z termoplastového materiálu, který má teplotu T₂ tání, a nosné podkladové vrstvy 43 - 43' jsou rovněž vyrobeny z porézní syntetické tkaniny, která má teplotu T₃ tání, přičemž jsou shodné s předcházejícími vrstvami podél okrajů 15 a 22 (tyto okraje 15 a 22 nejsou znázorněny na obr. 6, avšak na obr. 2).

Pod podmínkou, že teplota T₂ tání je alespoň o 50° vyšší, než jsou teploty Τχ nebo T₃ tání, pak mohou být shora uvedené švy 15 a 22 filtračního prvku vytvořeny v jediném

4444

4444 *4 9 9

4 4 4 · 4 · • · 9 ·

4 4 4

44 •

• 4 ··

999

9 9

9 9 9

9 9 9 ·· výrobním kroku prostřednictvím svařování pod tlakem v horkém lisovadle, jehož teplota je vyšší, než každá z teplot Ti nebo T₃ tání.

Pitná voda je v souladu s předmětem tohoto vynálezu čištěna tak, že prochází přes filtrační prvek nebo přes větší počet filtračních prvků při konstantní průtokové rychlosti. U filtrů, které zahrnují hloubkový filtr a mikropórézní membránu, bylo zjištěno, že provoz takového filtru při konstantní průtokové rychlosti je mnohem výhodnější v porovnání s provozem při konstantním tlaku, neboť filtrační ústrojí, provozované při konstantní průtokové rychlosti, vyžaduje mnohem menší povrchovou plochu membrány, a to dokonce až desetkrát menší, pro dosahování stejného celkového průtoku, jako u zařízení, provozovaného při konstantním tlaku.

Filtrační ústrojí, které je obsaženo v zařízení podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu, a které má filtrační plochu o velikosti 0,05 m², může produkovat 3 000 litrů přefiltrované vody při konstantní průtokové rychlosti o velikosti 2 litry za minutu při provozu s vodou z vodovodní sítě a při průměrné hodnotě filtračního indexu o velikosti 10, přičemž nemusí být vyměňováno před tím, než vyprodukuje uvedený objem přefiltrované vody, vícekrát než jednou za tři měsíce.

Při provozu za konstantního tlaku dochází u filtru, obsahujícího předběžný filtr a mikropórézní membránu, k následujícímu jevu. Na začátku celého procesu je hydraulický odpor filtru nejnižší, průtoková rychlost je maximální, přičemž je účinnost předběžného filtru nejnižší, neboť je snížena, jak se rychlost částic zvyšuje. V důsledku toho pak • · • · · • · ·· · · · · · ···· «· ··· ·· ·· ·· · · částice procházejí přes filtr a jsou zachycovány na povrchu mikropórézní membrány, ucpávají póry a snižují průtokovou rychlost. Jak filtrování pokračuje, dochází k dalšímu snižování rychlosti proudění, v důsledku čehož se zachycovací účinnost předběžného filtru nakonec zlepšuje.

Odpor předběžného filtru a membrány se zvyšuje, až je tento kombinovaný odpor takový, že filtr již nadále neposkytuje užitečnou průtokovou rychlost. Při provozu za konstantní průtokové rychlosti je možné si zvolit rychlost proudění tekutiny tak, aby byl maximální počet částí zachycován předběžným filtrem od začátku filtračního procesu, takže dojde k výraznému zvýšení celkového průtoku přes filtr.

Obecný způsob optimalizace provozu zařízení podle shora uvedeného výhodného provedení, to znamená zařízení, obsahujícího filtr, který byl shora podrobně popsán, přičemž jde obecněji o filtr, který sestává z hloubkového filtru a z mikropórézního membránového filtru, sestává z následujících kroků:

1. Filtrační prvek, provozovaný s určitou počáteční výhodnou konstantní průtokovou rychlostí, je zkušebně testován, až dojde k předem stanovenému celkovému poklesu tlaku přes filtr.

2. Výsledky jsou vyneseny do grafu podle obr. 7, kde je vynesen celkový průtok v závislosti na průtokové rychlosti tekutiny (získané podělením průtokové rychlosti povrchovou plochou filtračního prvku).

3. Zkušební testování pokračuje, a to buď prostřednictvím změny konstantní průtokové rychlosti, nebo

prostřednictvím změny povrchové plochy prvků, až je dosaženo celkového stavu podle obr. 7.

4. Je zvolen požadovaný celkový průtok a poté je zvolena výhodná kombinace konstantní průtokové rychlosti a povrchové plochy membránového prvku.

5. Filtr je provozován v režimu konstantního průtoku v souladu se shora uvedeným bodem 4.

Údaje pro celkový průtok (až k poklesu tlaku o velikosti 2,5 baru, přičemž jeden bar se rovná 101 325 Pa) jsou uvedeny na vyobrazení podle obr. 7 pro plochý membránový filtrační prvek, obsahující hloubkový filtr ze skelných vláken a mikropórézní membránu s nominální velikostí pórů 0,2 mikronu. Je zde zcela jasně možno seznat, že při provozu s konstantním průtokem pod kritickou rychlostí je možno celkový průtok přes membránový filtr několikrát zvýšit.

Vrstva 12 předběžného filtru nebo hloubkového filtru je s výhodou vyrobena z jakéhokoliv materiálu pro předběžný filtr, který je z dosavadního stavu techniky všeobecně znám, a může zahrnovat bez jakéhokoliv omezení vláknité nebo částicovité anorganické nebo organické materiály, jako jsou například skelná vlákna, uhlíkatý materiál, celulóza, polyolefiny nebo jiné syntetické polymerní materiály.

Předběžný filtr může být rovněž ve formě stlačeného vysoce porézního bloku vláken, mikrovláken nebo částic, obsahujícího póry, které mají alespoň pětkrát větší průměr, než póry v membráně, nebo může být ve formě tkané nebo netkané textilní látky, což je vše z dosavadního stavu techniky dostatečně známo. Netkaný materiál ze skelných • · · ·

vláken, obsahující pojivová činidla, a to o přibližné tloušťce o velikosti 450 x 10~⁶ metru a s odstraňováním částic o nominální hodnotě zhruba 1 mikron, je obzvláště doporučovaným materiálem pro využití při filtrování vody z vodovodního kohoutku.

Vrstva 14 mikropórézní membrány je tvořena s výhodou mikropórézním filtrem s velikostí pórů mezi hodnotou 0,05 x 10~⁶ a 0,45 x 10’⁶ mt mikronů, přičemž je současně vyrobena z vysokoteplotních termoplastových polymerů, jako je například polysulfon, nylon polyvinyliden fluorid, nebo z anorganických materiálů, jako jsou například keramické materiály nebo kovy, a má propustnost pro vodu o velikosti mezi 0,05 až 30 cc/sq.cm/sec/atm, což je z dosavadního stavu techniky všeobecně známo, a což je popsáno například v kapitolách 2 až 4 publikace „Filtrování ve farmaceutickém průmyslu, jejímž autorem je Theodore H. Melzer, Marcel Dekker lne. N.Y., Copyright 1987, ISBN 0-8247-7519-8.

Membránové nosné podkladové vrstvy 13 - 13 jsou s výhodou vyráběny z tkané nebo netkané textilní látky ze syntetického materiálu, který ve vodě nebobtná ani se nedeformuje. Pro tyto účely jsou zejména využitelné netkané textilní látky, připravené z polyolefinů, jelikož jejich rozmezí tavných teplot je značně nižší, než je tomu u celé řady polymerů, používaných pro výrobu membránové vrstvy 14. Tato vrstva má ideálně maximální propustnost, která však není více než desetkrát menší, než je propustnost nosné podkladové membránové vrstvy.

Plastiková síťovina 14 pro oddělování vrstev filtračního materiálu za účelem vytváření dráhy pro tekutinu, je dostupná ve formě širokého počtu termoplastických materiálů, připravených prostřednictvím vytlačování nebo s pomocí jiných postupů, jako jsou například tkaná kontinuální plastiková vlákna, která jsou z dosavadního stavu techniky všeobecně známa. Jako příklad takovýchto materiálů mohou sloužit polypropylénové sítě, vyráběné firmou Nalle Plastics, Austin, Texas, pod ochrannou známkou Naltex.

Následující příklad ilustruje provozování zařízení podle shora uvedeného výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu.

Membránový filtrační prvek s účinnou povrchovou plochou filtru o velikosti přibližně 24 cm² byl připraven z A/E sklovláknitého materiálu pro předběžný filtr (Gelman Sciences, Ann Arbor, Mi, USA), z mikropórézní membrány Super 200 (Gelman Sciences, Ann Arbor, Mi, USA), z polypropylénové netkané textilie, tvořící membránovou nosnou podkladovou vrstvu, a z polypropylénové síťoviny (Nalle Plastics, Texas, USA) pro vytvoření drenážní odvodňovací dráhy. Pro vytvoření lepených švů bylo použito epoxydového lepidla.

Větší počet takových filtračních prvků byl uložen s pomocí epoxydového lepidla do 4 mm silné plastikové základnové desky pro vytvoření filtračního ústrojí, a to za účelem vytvoření filtračních ústrojí s účinnými filtračními povrchovými plochami o velikosti mezi 50 a 500 cm². Teplem tavitelná lepidla, doporučená pro přímý kontakt s kapalnými potravinami, jsou na trhu dostupná například od firmy Bostik, H.B. Fuller and Collano companies.

Každé filtrační ústrojí bylo bezpečně uloženo ve vhodné skříni nebo ve vhodném plášti, přičemž byla jeho celistvost a integrita nejprve zkušebně testována s pomocí techniky • · · ·

bublinkového bodu. Po krátkém propláchnutí vodou byl vstup do skříně či pláště připojen ke zdroji tlakového plynu, přičemž byla výstupní trubice, přivádějící přefiltrovanou vodu ze skříně nebo z pláště, umístěna do nádoby s vodou.

Tlak plynu byl pomalu zvyšován, až došlo k vytváření prvního stálého proudu bublinek, který byl viditelný, jak vystupuje z výstupní trubice pláště. Tento tlak o velikosti 3,2 atm (3,2 x 101 325 Pa), označovaný jako bublinkový bod, byl zjištěn v rozmezí 0,1 atm specifikovaném výrobcem membrány potvrzeno, že skříň či plášť a integrální, a že membrána má předpokládanou nominální velikost pórů.

(0,1 x 101 325

Super 200, čímž filtrační ústrojí

Pa) , bylo j sou

Zařízení na čištění vody podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu, které obsahovalo uvedené filtrační ústrojí, bylo zkušebně testováno při konstantní průtokové rychlosti o velikosti 2 litry za minutu. Tlakoměry před a za tímto zařízením měřily pokles tlaku, přičemž byl zkušební test ukončen, když pokles tlaku přesáhl velikost 2,6 baru (1 bar = 101 425 Pa) . Integrovaný vodoměr měřil kumulativní průtok. Údaje ze zkušebního testování tohoto zařízení jsou uvedeny na vyobrazení podle obr. 7. Kvalita vody byla pravidelně sledována prostřednictvím techniky hustoty usazenin nebo filtračního indexu, přičemž bylo zjištěno, že tento index se mění během dne mezi hodnotami 18 a 15, přičemž má průměrnou hodnotu o velikosti 10 až 12.

S odkazem na vyobrazení podle obr. 7 je možno zkonstruovat filtr, který využívá minimální množství předběžného filtru a membránového filtru za účelem dosažení předem stanoveného cílového filtračního průtoku a průtokové ·· ···· ·· ·· • · · · « · · • » · · « · · • · **···· • · · · · ·· · • · ·· · · · · rychlosti. Jde například o zde popisovaný filtr, u kterého je požadováno, aby vykazoval celkový průtok o velikosti 10 000 litrů při maximálním poklesu tlaku o velikosti 2,5 atm (2,5 x 101 325 Pa) a při průtokové rychlosti 2 litry za minutu.

Jak vyplývá z vyobrazení podle obr. 7, tak maximální rychlost proudění tekutiny pro uvedený průtok nepřesáhne 8 cm za minutu. Jelikož má požadovaná průtoková rychlost velikost 2 000 cm³/min, pak požadovaná povrchová plocha filtru (a to jak předběžného filtru, tak membránového filtru, činí celkovou průtokovou rychlost, podělenou rychlostí, neboli 250 cm². Je pochopitelně možné uspořádat i větší plochu za účelem zajištění řádné činnosti filtru a za účelem možných změn kvality vody (která byla v případě údajů podle obr. 7 zjištěna jako zcela konstantní).

Jako specifické provedení předmětu tohoto vynálezu bylo s odkazem na schematické vyobrazení podle obr. 8 standardní odstředivé čerpadlo o kapacitě 10 až 20 litrů za minutu při tlaku až do 10 atm (10 x 101 325 Pa) připojeno k padesátilitrové nádrži, která byla neustále opětovně doplňována ze zdroje vody z vodovodního kohoutku. Výstup čerpadla byl opatřen standardním vodním regulátorem pro tlak o velikosti 0 až 6 atmosfér, opatřeným měřičem (Braukmann GbH, Germany), a nastaven na vstupní tlak o velikosti 4 atmosféry. To bylo připevněno ke skříni filtru, obsahující filtrační prvek, který byl vyroben jak bylo shora popsáno.

Za tlakoměrem na výstupu následoval druhý regulátor, nastavený na tlak o velikosti 0,5 atmosféry, což je nejnižší nastavení, při kterém může účinně regulovat. Poté následoval integrovaný měřič vody (Arad Ltd., Izrael) a kulový • AAA • * • · · A A · AAAA • AAA ···· • · A · A AAA ·· · průtokoměr s integrovaným jehlovým ventilem (Fisher Porter, USA) . Samostatná elektronická řídicí jednotka ovládala standardní solenoidový ventil pro účely vypínání v závislosti na čase.

Přestože bylo provedení předmětu tohoto vynálezu popsáno pouze pro ilustrativní účely, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu může být prakticky uskutečněn odborníkem z dané oblasti techniky v celé řadě modifikací, variant a adaptací, aniž by došlo k úniku z rozsahu následujících patentových nároků.

Claims

00 00 0 0 00 PATENTOVÉ NÁROKY

1 - vnitřní drenážní odvodňovací vrstvu,

1. Zařízení na čištění pitné vody, obsahující přívodní vstup vody a výstup dodávané vyčištěné vody, přičemž je mezi uvedeným vstupem a výstupem vloženo filtrační ústrojí, se tím, že filtrační ústrojí předběžného filtru a mikropórézní vyznačuj íci obsahuje prostředky membrány, přičemž zařízení dále regulací průtoku vody uvedeným průtokovou rychlost v průběhu využitelné životnosti uvedeného filtračního ústrojí.

obsahuje prostředky pro výstupem na konstantní nároku že dále obsahuje instalace filtračního

2 - dvě vrstvy mikropórézní membrány, souměrně uspořádané podél dvou stran uvedené drenážní odvodňovací vrstvy,

2. Zařízení podle vyznačující se tím, prostředky pro sledování času od ústrojí, prostředky pro sledování celkového času, během kterého proudila voda přes filtrační ústrojí, a prostředky pro zabránění průtoku vody přes filtrační ústrojí, pokud některý z uvedených časů dosáhl předem stanovené prahové hodnoty.

3 - dvě vrstvy předběžného filtru, souměrně uspořádané podél dvou vnějších stran uvedených vrstev mikropórézní membrány,

3. Zařízení podle nároku 1 vyznačující se tím, že prostředky pro regulaci průtoku vody přes filtr při konstantní průtokové rychlosti obsahují prostředky pro uplatňování tlaku na filtr a prostředky pro řízení průtokové rychlosti bez ohledu na změny tlaku.

4 - uvedené vrstvy mikropórézní membrány a uvedené vrstvy předběžného filtru jsou integrálně utěsněny podél horního okraje,

4. Zařízení vyznačující se ovládání průtokové rychlost podle tím i obsahuj nároku že prostředky omezovač průtoku.

pro • 0 0 · • 0 0 · 0 0 0 0 00 0 » 0 0 0 0 0 0 0 · 0 0 0 0 «· 0 000 00 0 0 0· 0 0 00 0

5 - uvedená drenážní odvodňovací vrstva a uvedené vrstvy mikropórézní membrány jsou utěsněny k uvedeným vrstvám předběžného filtru na jejich spodní straně, a

5. Domácí zařízení na čištění pitné vody podle nároku 1 vyznačující se tím, že filtrační ústrojí obsahuje alespoň filtrační prvek, obsahující:

6. Způsob čištění pitné vody vyznačující se tím, že obsahuje zajištění proudění vody při konstantní průtokové rychlosti přes čisticí filtrační ústrojí, obsahující prostředky předběžného filtru a filtrační prostředky mikropórézní membrány.

6 - uvedené vrstvy mikropórézní membrány a uvedené vrstvy hloubkového filtru jsou širší, než uvedená drenážní odvodňovací vrstva, přičemž jsou k sobě utěsněny podél jejich bočních okrajů, přičemž filtrační zařízení dále obsahuje

a) jeden nebo více takových filtračních prvků, uspořádaných vzájemně vůči sobě rovnoběžně a kolmo na základnovou desku, opatřenou středovým otvorem a horní plochou, přičemž procházejí uvedeným středovým otvorem a ···· · ·· ···· ·· φ· • · · · < · · · · · • · · · 9 9 9 · Φ • · · 9 9 9 9 * Φ 9 9

7. Způsob podle nároku 6 vyznačující se tím, že dále obsahuje sledování času od instalace filtračního ústrojí, sledování celkového času, během kterého voda proudí přes filtrační ústrojí, a zabránění průtoku vody přes filtrační ústrojí, pokud některý z těchto časů dosáhl předem stanovené prahové hodnoty.

8. Způsob provozu filtru podle vyznačuj í c í se tím, že

následující kroky:

nároku 5 obsahuje

P/úýOQQ — =} • 999 · 99 9999 99 99

9. Způsob čištění pitné vody, tak jak byl v podstatě popsán a zobrazen.

9 9 9 9 9 99 99 9 9 99

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 · 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 · 9 9 9 9 9 9 spodní konec vrstev předběžného filtru leží v úrovni uvedené horní plochy základnové desky,

b) uvedené filtrační prvky jsou integrálně přilepeny k základnové desce prostřednictvím vyplnění prostoru mezi nimi a uvedeným vnitřním okrajem uvedeného otvoru v základnové desce lepidlem,

c) uvedené filtrační prvky a základnová deska jsou integrálně utěsněny do tekutinové tlakovatelné skříně tak, že nepřefiltrovaná voda, vstupující do této skříně, je nucena procházet přes filtrační prvky za účelem jejího výstupu ze skříně v přefiltrovaném stavu.

10. Zařízení na čištění vody, tak jak bylo v podstatě popsáno a zobrazeno.