PL204610B1

PL204610B1 - Sposób wytwarzania urządzenia filtracyjnego i urządzenie filtracyjne

Info

Publication number: PL204610B1
Application number: PL372601A
Authority: PL
Inventors: Bernd Heitele
Original assignee: Brita Gmbh
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2010-01-29
Also published as: JP2005532160A; PL372601A1; DE10231096B4; WO2004007374A1; US20060032796A1; DE10231096A1; AU2003280963B2; RU2318729C2; DE50307333D1; AU2003280963A1; DK1519899T3; CA2492114C; DE10231096B9; ATE362897T1; EP1519899B1; CA2492114A1; US7455769B2; JP2009262155A; RU2005103408A; EP1519899A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania urządzenia filtracyjnego do czyszczenia i/lub co najmniej częściowego odwęglania surowej wody, z dopływem wody surowej i odpływem wody czystej, z drogą filtrowania A zawierającą odcinek kanału przepływowego i pierwszy odcinek filtracyjny oraz z drogą filtrowania B zawierającą regulowany zawór mieszający i drugi odcinek filtracyjny, które to drogi są połączone poprzez urządzenie rozprowadzające z dopływem surowej wody i poprzez urządzenie łączące z odpływem czystej wody, przy czym oba odcinki filtracyjne są umieszczone w zbiorniku wewnętrznym. Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie filtracyjne.

Spośród urządzeń filtracyjnych zwłaszcza filtry odwęglające, jakie stosuje się w automatach do napojów i kawy, są z reguły wyposażone w urządzenie mieszające. Chodzi przy tym najczęściej o duże filtry do wody, które mają zazwyczaj zbiornik wewnętrzny o pojemności rzędu 1,5 do 25 l i są wypełnione na przykład wymiennikiem jonowym w postaci żywicy lub innymi materiałami, które usuwają z wody przede wszystkim węglany, a w razie potrzeby zależnie od rodzaju użytego materiału filtracyjnego także azotany, chlorki i siarczany lub inne substancje.

Ponieważ węglanowa twardość surowej wody nie jest zawsze i wszędzie jednakowa, z drugiej jednak strony ma ona znaczący wpływ między innymi na smak, zwłaszcza kawy, konieczne jest mieszanie wody przefiltrowanej z niefiltrowaną wodą surową.

Z DE 196 48 405.7 znany jest zespół przyłączeniowy dla duż ych filtrów do wody, który zawiera wprowadzający surową wodę do filtru przewód dopływowy i wyprowadzający filtrowaną wodę z filtru przewód odpływowy, przy czym w łączącym przewód dopływowy i przewód odpływowy obejściu umieszczony jest zawór dozujący, który umożliwia regulowane mieszanie filtrowanej i niefiltrowanej wody w przewodzie odpływowym.

Okazało się jednak, że tego rodzaju urządzenia mieszające mogą zapewnić nastawiony udział mieszania jedynie wówczas, gdy strumień objętościowy jest duży, to znaczy gdy strumień objętościowy, który również silnie zależy od mocy ssania odbiornika, leży w przedziale od na przykład 100 do 300 l/h. Pod pojęciem strumienia objętościowego rozumiany jest zawsze strumień objętościowy przy przepływie ciągłym.

Jeżeli strumień objętościowy jest niewielki, wówczas ma miejsce odchylenie od wartości nastawionej przez zawór mieszający, co zachodzi na tej zasadzie, że udział niefiltrowanej wody surowej wzrasta wraz ze spadkiem strumienia objętościowego. W tym przypadku konieczne jest dokonanie korekty za pomocą zaworu dozującego, co jest o tyle trudne, że odchylenie od nastawionej wartości mieszanej z reguły nie jest znane.

Ponadto znane są zawory mieszające, które przy przestawianiu oddziałują zarówno na drogę filtrowania, jak też na drogę mieszania. Tego typu zawory mieszające są bardzo skomplikowane mechanicznie, a co za tym idzie, drogie.

Z DE 199 58 648.9 znane jest urzą dzenie do filtrowania wody, które zawiera urzą dzenie rozdzielcze do podziału surowej wody, napływającej przez dopływ, na dwa strumienie częściowe. Oba strumienie częściowe są prowadzone przez częściowo różne drogi filtrowania. Stosunek strumieni częściowych jest przy tym regulowany za pomocą zaworu.

Przy użyciu tego urządzenia filtracyjnego miano rozwiązać problem, polegający na tym, aby pobierana z urządzenia woda była wprawdzie z jednej strony niecałkowicie odwęglona, z drugiej jednak zostały z niej całkowicie usunięte wszystkie inne niepożądane substancje. Aby to osiągnąć, jeden strumień częściowy przepływa przez stosowany zazwyczaj wymiennik jonowy w postaci żywicy i na przykład węgiel aktywny, zaś drugi strumień częściowy na przykład tylko przez węgiel aktywny. Nie został jednak rozwiązany problem zmiany ilości mieszanej w odniesieniu do ilości całkowitej przy niewielkich natężeniach przepływu.

Z DE-AS 15 36 899 znany jest kombinowany filtr ciś nieniowy, złożony z filtru współprądowego i przeciwprądowego, w którym filtrat jest odprowadzany przy jak najmniejszych stratach ciśnienia równomiernie na całym przekroju drobnoziarnistej masy filtracyjnej bez stosowania specjalnego urządzenia odbiorczego. Filtr przeciwprądowy jest przy tym umieszczony wewnątrz filtru współprądowego. Filtrowaną ciecz doprowadza się zarówno od góry, jak też od dołu, przy czym oba strumienie filtracyjne łączą się w filtrze współprądowym.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia filtracyjnego i sposobu wytwarzania urządzenia filtracyjnego w których udział mieszania pozostaje w dużej mierze stały przy zmianie całkowitego strumienia objętościowego.

PL 204 610 B1

Zadanie wynalazku w zakresie sposobu zostało rozwiązane za pomocą sposobu wytwarzania urządzenia filtracyjnego, w którym dopasowuje się zdefiniowaną przez funkcję strat ciśnienia Δρ_Β(ν_Β) charakterystykę przepływową składowych elementów drogi mieszania B do charakterystyki przepływowej składowych elementów drogi filtrowania A zdefiniowanej przez funkcję strat ciśnienia Δp_A(V_A), że dla co najmniej jednego, nastawianego przez zawór mieszający udziału mieszania X gdzie X = VB/ (VA + VB) dla strumieni objętościowych pomiędzy V1 = 10 do V2 = 120 l/h (pierwszy przedział strumienia objętościowego), dla co najmniej jednego drugiego przedziału strumienia objętościowego o szerokości co najmniej 5 l/h wewnątrz pierwszego przedziału strumienia objętościowego obowiązuje warunek mieszania:

VB

-V < 0,15 = G przy czym G oznacza graniczną wartość warunku mieszania, X - wartość udziału mieszania nastawna zależnie od strumienia objętościowego V_A+VB, ΔpA(VA) - spadek ciśnienia na drodze filtrowania A, zaś Δp_B(V_B) - spadek ciśnienia na drodze mieszania B, w zależności od strumieni objętościowych V_A, V_Bw [l/min] wody na drogach A i B, i że powierzchnie przepływu QA i QB drogi filtrowania A i B, każda w m², i odcinki hA i hB, każdy w m, pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego dobiera się tak, że dla współczynników strat ciśnienia DA i DB, każdy w kPah/m³, obu odcinków filtracyjnych obowiązuje zależność:

1- X 0 ^DB przy czym ha ^DB

Qa (h)

Ά,

Qb (h) ₃ oraz SA(h) i SB(h), każdy w kPah/m³, stanowią współczynniki strat ciśnienia dla materiałów filtracyjnych, a QA i hA jak i QB i hB oznaczają powierzchnie przepływu oraz odcinki przepływowe drogi filtrowania A oraz B.

Pod pojęciem funkcji strat ciśnienia Δp(V) rozumiana jest funkcja, która opisuje spadek ciśnienia pomiędzy punktami rozgałęzieniowymi urządzenia rozprowadzającego i łączącego. Dławiki lub temu podobne elementy, umieszczone ewentualnie w urządzeniu rozprowadzającym lub przed tym urządzeniem, pozostają przy tym poza zasięgiem uwagi.

Funkcje strat ciśnienia składają się sumarycznie z odpowiednich funkcji umieszczonych jeden za drugim elementów składowych na drogach A i B. Celem uproszczenia połączono przykładowo orurowanie drogi A w jeden odcinek kanału przepływowego. W odcinkach filtracyjnych umieszczone tam filtry są decydujące dla charakterystyki przepływowej, a zatem dla odpowiedniej funkcji strat ciśnienia na tym odcinku.

Okazało się, że dopasowanie konstrukcji elementów składowych pozwala na tyle dopasować funkcję strat ciśnienia Δp_B do funkcji strat ciśnienia Δp_A, że przy różnych strumieniach objętościowych nastawiony udział mieszania pozostaje w zasadzie stały.

Przy dobieraniu składowych elementów dróg A i B zadaje się najpierw udział mieszania X, odpowiadający korzystnie udziałowi mieszania, przy którym zazwyczaj pracuje urządzenie filtracyjne. Ten udział mieszania nazywa się również nastawieniem wstępnym.

Ponadto podejmuje się dobór elementów składowych dla przedziału strumienia objętościowego, który wyjątkowo czule reaguje w odniesieniu do udziału mieszania. Stwierdzono, że nie jest konieczne, aby przy doborze elementów składowych uwzględniać cały zakres strumienia objętościowego,

PL 204 610 B1 w którym moż na stosować urzą dzenie filtracyjne. Okaza ł o się bowiem, ż e dla tego doboru wystarczający jest pierwszy zakres strumienia objętościowego, który można zdefiniować za pomocą wartości granicznych V1 = 10 l/h i V2 = 120 l/h, zaś wewnątrz tego pierwszego zakresu z kolei co najmniej jeden drugi przedział strumienia objętościowego o szerokości co najmniej 5 l/h. Poprzez wielkość urządzenia filtracyjnego, a tutaj zwłaszcza poprzez objętość zbiornika wewnętrznego, oddziałuje się przede wszystkim na charakterystykę przepływową funkcji strat ciśnienia Δρ_Β(ν_Β) wewnątrz tego przedziału pomiędzy V1 i V2, w związku z czym położenie drugiego przedziału strumienia objętościowego może wędrować w obrębie granic V1 i V2. Jeżeli dopasowanie składowych elementów urządzenia filtracyjnego dla strumieni objętościowych przeprowadzono w drugim zakresie strumienia objętościowego, okazało się, że także przy mniejszych strumieniach objętościowych, to znaczy w przedziale od V1 do początku drugiego przedziału strumienia objętościowego udział mieszania praktycznie się nie zmienia przy zmianie całkowitego strumienia objętościowego.

Wartość graniczna G wynosi 0,10, zwłaszcza 0,05. Wartości szerokości drugiego przedziału strumienia objętościowego wynoszą co najmniej 10 l/h, zwłaszcza co najmniej 15 l/h.

Korzystnie zawór mieszający i drugi odcinek filtracyjny dobiera się tak, że w drugim przedziale strumienia objętościowego obowiązuje zależność Δp_B1(V_B) < Δp_B2(V_B), przy czym Δp_B1(V_B) stanowi funkcję strat ciśnienia zaworu mieszającego, zaś Δp_B2(V_B) funkcję strat ciśnienia drugiego odcinka filtracyjnego.

W tym przypadku charakterystyka przepływowa drugiego odcinka filtracyjnego dominuje nad charakterystyką przepływową całej drogi mieszania B.

Korzystne dla sposobu jest również to, że zawór mieszający otwiera się całkowicie przy czym zawór mieszający ma charakterystykę przepływową Δp_B1(V_B), do której dopasowuje się charakterystykę przepływową Δp_A1(V_A) odcinka kanału przepływowego, zaś funkcje straty ciśnienia Δp_A2(V_A) i Δp_B2(V_B) pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego dopasowuje się do siebie, przy czym dopasowanie zależy od zadanego udziału mieszania X0.

Wykonanie obu odcinków filtracyjnych dopasowuje się wówczas do siebie tak, że funkcje straty ciśnienia Δp_A2(V_A) i Δp_B2(V_B) pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego dopasowuje się do siebie, przy czym dopasowanie zależy od zadanego udziału mieszania X.

Zadanie wynalazku w zakresie urządzenia zostało rozwiązane przez to, że urządzenie filtracyjne do czyszczenia i/lub co najmniej częściowego odwęglania surowej wody, z dopływem wody surowej i odpływem wody czystej, z drogą filtrowania A zawierającą odcinek kanału przepływowego i pierwszy odcinek filtracyjny oraz z drogą mieszania B zawierającą regulowany zawór mieszający i drugi odcinek filtracyjny, które to drogi są połączone poprzez urządzenie rozprowadzające z dopływem surowej wody i poprzez urządzenie łączące z odpływem czystej wody, przy czym oba odcinki filtracyjne są umieszczone w zbiorniku wewnętrznym, który ma pierwszą komorę filtrową, w której umieszczona jest druga komora filtrowa, przy czym każda komora filtrowa jest podłączona przez urządzenie rozprowadzające do doprowadzanego od góry strumienia częściowego, zaś poniżej obu komór filtrowych umieszczona jest wspólna komora zbiorcza z odpływem czystej wody do zbierania przefiltrowanych strumieni częściowych charakteryzuje się tym, że wielkość QA opisująca powierzchnię przepływu drogi filtrowania A leży w przedziale od 0,0005 do 0,06 m², zaś wielkość QB opisująca powierzchnię przepływu drogi filtrowania B leży w przedziale od 0,0001 m² do 0,03 m², i że QA i QB, każda w m², i odcinki przepływowe hA i hB drogi filtrowania A i B, każdy w m, pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego są tak dobrane, że dla współczynników strat ciśnienia DA i DB, każdy w kPah/m³, obu odcinków filtracyjnych obowiązuje zależność:

^DB przy czym ^DA p, (h) ^J0 Q_a (h) h

p_g (h) 0 Qb (h) dh dh

PL 204 610 B1 oraz SA(h) i SB(h), każdy w kPah/m³, stanowią współczynniki strat ciśnienia dla materiałów filtracyjnych i X0 opisuje jeden udział mieszania X ustalany za pomocą zaworu mieszającego gdzie X0 = VB/(VA+VB) gdzie VA i VB oba w [l/min] oznaczają strumienie objętościowe w drodze filtrowania A i B.

W przypadku obsypek filtracyjnych odcinki hA i hB są zdefiniowane przez wysokości złoża filtracyjnego. W przypadku spiekanych bloków, mających przykładowo kształt cylindrów z centralnym kanałem dla filtratu i omywanych od zewnątrz, odcinki te są zdefiniowane przez grubość ścianki cylindra. Płaszcz cylindra stanowi w tym przykładzie powierzchnię przepływową.

Współczynniki strat ciśnienia w przypadku obsypek filtracyjnych są określone przez wielkości ziarna, zaś w przypadku kształtek spiekanych przez wielkość porów.

Wielkości ziarna leżą korzystnie w przedziale od 0,1 do 2 mm, przy czym dane te odnoszą się do średniej wartości normalnego rozkładu. Korzystnie na obsypkę filtracyjną stosuje się węgiel aktywny.

Materiał filtracyjny drogi filtrowania A i/lub drogi mieszania B stanowi blok filtracyjny, zwłaszcza spiekany blok filtracyjny, o wielkości porów w przedziale od 0,1 do 100 μm. Dane te odnoszą się do średniej wielkości porów dla rozkładu normalnego.

Zamiast obsypek filtracyjnych lub spiekanych bloków można stosować także membrany filtracyjne.

W ramach wynalazku można również połączyć ze sobą oba odcinki filtracyjne, aby przykładowo wykorzystać materiał filtracyjny wspólnie zarówno dla drogi A, jak też dla drogi B.

Korzystnie, wylot drugiego odcinka filtracyjnego uchodzi do pierwszego odcinka filtracyjnego. Ujście to może mieć miejsce w obszarze drugiej połowy pierwszego odcinka filtracyjnego.

Urządzenie filtracyjne posiada zbiornik wewnętrzny, który charakteryzuje się tym, że ma pierwszą komorę filtrową, w której umieszczona jest druga komora filtrowa, przy czym każda komora filtrowa jest podłączona do doprowadzanego od góry strumienia częściowego, zaś poniżej komór filtrowych umieszczona jest wspólna komora zbiorcza z odpływem czystej wody do zbierania przefiltrowanych strumieni częściowych. Pierwsza komora filtrowa stanowi odcinek filtracyjny drogi filtrowania A, zaś druga komora filtrowa odcinek filtracyjny drogi mieszania B. W wyniku wbudowania drugiej komory filtrowej w pierwszą komorę filtrową uzyskuje się konstrukcję zajmującą niewiele miejsca.

Obie komory filtrowe są przyporządkowane obu strumieniom częściowym i mogą być ewentualnie podzielone na części lub podkomory. Korzystnie co najmniej jedna z obu komór filtrowych jest podzielona na co najmniej dwie części, w których umieszczone są różne materiały filtracyjne.

Poza tym można umieścić materiał filtracyjny w komorze zbiorczej i/lub w odpływie czystej wody. W ten sposób realizowany jest wspólny filtr końcowy.

Korzystnie obie komory filtrowe rozciągają się aż do komory zbiorczej, która znajduje się nad dnem zbiornika wewnętrznego, przy czym pierwsza komora filtrowa otacza pierścieniowo drugą komorę filtrową. W ten sposób powstaje kołowo-symetryczna konstrukcja, która pozwala odprowadzać ciecz z drogi filtrowania A i ciecz z drogi mieszania B centralnie, korzystnie do góry.

Taką postać wykonania można zrealizować przy niskich kosztach, stosując niewielką liczbę części. Korzystnie jest w tym celu na dnie zbiornika wewnętrznego umieszczona pierścieniowa płyta drenażowa z otworami dla filtratu, która od strony dna ma biegnące promieniowo kanały zbiorcze i wychodzącą z płyty drenażowej w górę, kubełkową wkładkę.

Inna postać wykonania zawiera w zasadzie trzy, włożone jeden w drugi, elementy składowe, na które składa się pojemnik wewnętrzny, pojemnik filtrowy i pojemnik zewnętrzny.

Odpływ czystej wody z komory zbiorczej może być umieszczony na spodzie zbiornika wewnętrznego. Z punktu widzenia odprowadzania czystej wody na górze zbiornika wewnętrznego korzystne jest umieszczenie wewnątrz zbiornika pionowej rury, która korzystnie może mieć postać rury dwuściennej, przez którą odbywa się dopływ strumienia częściowego do jednej z obu komór filtrowych.

Dwuścienna rura jest korzystnie umieszczona w pokrywie i może być usytuowana pomiędzy kubełkową wkładką względnie pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym pojemnikiem oraz pokrywą.

Rura zewnętrzna dwuściennej rury może wchodzić w pierwszą komorę filtrową lub odpowiednią część pierwszej komory filtrowej. W tej postaci wykonania obszar objętości pierwszej komory filtrowej jest wspólnie wykorzystywany przez drugi strumień częściowy. Aby można było odprowadzać wodę, na dolnym końcu rury zewnętrznej umieszczone jest korzystnie urządzenie rozprowadzające, które w szczególnej postaci wykonania ma dysze, rozmieszczone na obwodzie rury zewnętrznej.

Pierwsza komora filtrowa może być wypełniona co najmniej wymiennikiem jonowym w postaci żywicy, natomiast druga komora filtrowa jest wypełniona przykładowo węglem aktywnym.

PL 204 610 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia schemat ideowy urządzenia filtracyjnego z drogą filtrowania i drogą mieszania, 1b - schemat ideowy urządzenia filtracyjnego z drogą filtrowania i drogą mieszania, w innym przykładzie wykonania, fig. 2a, b - wykresy Δρ-ν dla poszczególnych odcinków drogi filtrowania A i drogi mieszania B, fig. 3a, b - wykresy Δp-V dla całej drogi filtrowania i całej drogi mieszania przy udziale mieszania wynoszącego 50% dla różnych przedziałów strumienia objętościowego, fig. 4 - wykres, który ukazuje udział mieszania w zależności od strumienia objętościowego V, fig. 5 - wykres odpowiadający wykresowi z fig. 3a, dla udziału mieszania równego 30%, fig. 6 - wykres, ukazujący udział mieszania w zależności od strumienia objętościowego, fig. 7 - urządzenie filtracyjne w schematycznym przekroju, fig. 8 urządzenie filtracyjne z wkładkami, w przekroju, fig. 9 - inny przykład wykonania urządzenia filtracyjnego, w przekroju, oraz fig. 10 urządzenie filtracyjne w przekroju odpowiadającym schematowi na fig. 1b.

Na fig. 1a przedstawiony jest schemat urządzenia filtracyjnego 1. Przez dopływ 2 surowa woda wpływa do urządzenia rozdzielczego 3 w punkcie rozgałęzieniowym 6, które dzieli surową wodę na dwa strumienie częściowe. Surową wodę doprowadza się do drogi filtrowania A i drogi mieszania B. Droga filtrowania A składa się z odcinka kanału przepływowego 10a, w którym reprezentatywnie dla charakterystyki przepływowej zaznaczony jest symbol zaworu, oraz pierwszego odcinka filtracyjnego 10b. Droga mieszania B składa się odpowiednio z drugiego odcinka filtracyjnego 20b i znajdującego się przed nim odcinka, którego charakterystyka przepływowa jest określona przez zawór mieszający 20a.

Oba wyjścia drogi filtrowania A i drogi mieszania B uchodzą do urządzenia łączącego 4 w punkcie rozgałęzieniowym 7, podłączonego do odpływu 5 czystej wody.

Spadek ciśnienia na urządzeniu filtracyjnym 1 pomiędzy punktami rozgałęzieniowymi 6, 7 jest oznaczony Δp. Ta wartość Δp stanowi sumę wartości ΔpA₁ i Δp_A2 względnie Δp_B1 i Δp_B2, które oznaczają odpowiednie spadki ciśnienia na odcinkach 10a, 10b, 20b i na zaworze mieszającym 20a.

Na fig. 1b przedstawiony jest schemat urządzenia filtracyjnego w innym przykładzie wykonania. Droga mieszania B uchodzi do odcinka filtracyjnego 10b, którego dolny odcinek jest wykorzystywany przez oba strumienie częściowe, tworząc tym samym także drugi odcinek filtracyjny 20b. Jak duży jest obszar odcinka filtracyjnego, wykorzystywany przez drugi strumień częściowy, zależy od rozmieszczenia i parametrów ciśnieniowych, co jest objaśnione bardziej szczegółowo w związku z fig. 10.

Spadek ciśnienia na urządzeniu filtracyjnym 1 pomiędzy punktem rozgałęzieniowym 6 i punktem wyjścia 7' jest również oznaczony Δp. Ta wartość Δp stanowi sumę wartości Δp_A1 i Δp_A2 względnie Δp_B1 i Δp_B2, które oznaczają odpowiednie spadki ciśnienia na odcinkach 10a, 10b, 20b i na zaworze mieszającym 20a.

Spadki ciśnienia są funkcjami strumienia objętościowego, jak przedstawiono na fig. 2a i 2b dla udziału mieszania równego 50% w obszarze pierwszego strumienia objętościowego V1 = 10 l/h do V2 = 120 l/h. Przy mieszaniu 50% strumień objętościowy dzieli się na jednakowe części VA i VB, w związku z czym istotne przedziały leżą pomiędzy VA1 = 5 l/h do VA2 = 60 l/h i VB1 = 5 l/h do VB2 = 60 l/h. Dlatego też krzywe dla VA względnie VB przedstawiono tylko w przedziale wartości od 0 do 100 l/h. Podczas gdy funkcje strat ciśnienia Δp_A1(V_A) i Δp_B1(V_A) wykazują zależność kwadratową, w przypadku funkcji Δp_A2(V_B) i Δp_B2(V_B) chodzi o zależności liniowe. Do tego przykładu wykorzystano zbiornik wewnętrzny o objętości 10 l.

Dla VA < 55 l/h obowiązuje zależność Δp_A2(V_A) > Δp_A1(V_A), to znaczy charakterystyka pierwszego odcinka filtracyjnego 10b ma większy wpływ na charakterystykę całej funkcji Δp_A (patrz fig. 2a). Drugi obszar strumienia objętościowego rozciąga się w tym obszarze poza przedział od V1 = 10 l/h i V2 = 120 l/h. Oznacza to, że w całym przedziale od 10 do 120 l/h zachowany jest warunek mieszania.

Funkcje Δp_B i Δp_A, wynikające z obu funkcji, są przedstawione na fig. 3a, b. Powstałe krzywe są zdefiniowane powyżej wartości 55 l/h dla drogi filtrowania A i 77 l/h dla drogi filtrowania B w zasadzie przez paraboliczne krzywe odcinków 10a, 20a, natomiast poniżej tych wartości charakterystyka przepływowa odcinków filtracyjnych stanowi wielkość dominującą. Oznacza to, że zawór mieszający poniżej 77 l/h dla drogi filtrowania B ma jedynie niewielki wpływ na parametry całego przepływu.

Obie krzywe, ukazane na fig. 3a, b, nie pokrywają się, ponieważ nie jest możliwe, aby charakterystyka przepływowa drogi mieszania pokrywała się całkowicie z charakterystyką przepływową drogi filtrowania. Wskutek tego powstaje nieznaczne odchylenie, które przy małych strumieniach objętościowych, jak przedstawiono na fig. 4, prowadzi do pomijalnego odchylenia od zadanej krzywej mieszania o 4%. Dla tej udziału mieszania X równego 50% spełniony zatem zostaje warunek

PL 204 610 B1

VB

-VA < 0,15 ^VA

Na fig. 4 przedstawione są udziały mieszania w zależności od strumienia objętościowego. W ukazanym tutaj przykładzie przyjęto udział mieszania równy 50%. W idealnym przypadku udział mieszania powinien zatem mieć stałą wartość 0,5 w całym przedstawionym przedziale strumienia objętościowego i dawać prostą, jaką przedstawiono w postaci krzywej „ideał 50%”. Krzywa rzeczywista „Real Grund 50%” wykazuje nieznaczne odchylenie około 4% od tej krzywej idealnej przy strumieniach objętościowych poniżej 50 l/h, co jest wyraźnie lepsze niż odpowiednia krzywa mieszania ze stanu techniki (krzywa zadana stan techniki 50%).

W wyniku przestawienia zaworu mieszają cego na udział mieszania równy 30% powstaje krzywa (30% przy nastawieniu wstępnym równym 50%), która przy małych strumieniach objętościowych rośnie i wykazuje odchylenie od wartości idealnej 0,3 około 30%. Odchylenie to jest nadal wyraźnie mniejsze niż ma to miejsce w stanie techniki (stan techniki wartość zadana 30%), gdzie przy małych strumieniach objętościowych odchylenia udziału mieszania wynoszą ponad 50%.

Na fig. 5 przedstawione są krzywe Δρ_Α i Δρ_Β dla podstawowych 30% udziału mieszania. Funkcja strat ciśnienia Δp_B wykazuje niewielkie odchylenie od krzywej idealnej (suma B ideał), która odpowiada ustalonemu udziałowi mieszania 30%. To prowadzi - jak przedstawiono na fig. 6 - do powstania krzywej udziału mieszania, która przy większych strumieniach objętościowych porusza się powyżej prostej 0,3 i przy strumieniu objętościowym < 50 l/h znajduje się poniżej tej prostej idealnej. Odpowiednia krzywa według stanu techniki (stan techniki wartość zadana 30%) wykazuje znaczny wzrost przy małych strumieniach objętościowych.

Jeżeli otworzy się dalej zawór mieszający, osiągając udział mieszania równy 50%, wówczas powstaje krzywa, która leży poniżej wartości idealnej 0,5. Odpowiednia krzywa ze stanu techniki wykazuje tutaj odchylenie w górę, przy czym odchylenie procentowe jest wyraźnie większe niż według wynalazku.

Dopasowanie według wynalazku charakterystyki przepływowej drogi mieszania B do drogi filtrowania A pozwala utrzymać odchylenie przy co najmniej jednym udziale mieszania X nawet przy małych strumieniach objętościowych poniżej ±5%.

Na fig. 7 przedstawiony jest przekrój pionowy urządzenia filtracyjnego 1. W górnej części widoczny jest dopływ 2 surowej wody, który uchodzi do urządzenia rozdzielczego 3, dzielącego doprowadzaną surową wodę na dwa strumienie częściowe. Lewy strumień częściowy doprowadza się przez odcinek 10a kanału przepływowego i pierwszy dopływ 11 do zbiornika wewnętrznego 50, którego wnętrze tworzy w zasadzie pierwsza komora filtrowa 54, stanowiąca odcinek filtracyjny 10b. Dopływająca przez odcinek 10a kanału przepływowego, surowa woda rozdziela się pomiędzy pokrywą 53 i znajdującym się pod nią materiałem filtracyjnym komory filtrowej 54 i przenika przez materiał filtracyjny, wychodząc na jego spodzie i gromadząc się w komorze zbiorczej 57, gdzie jest odprowadzana przez odpływ 5 czystej wody, należący do urządzenia łączącego_4.

Pierwsza komora filtrowa 54 otacza drugą komorę filtrową 55, która stanowi drugi odcinek filtracyjny 20b. Chodzi przy tym o układ koncentryczny, przy czym druga komora filtrowa 55 jest otoczona pierścieniowo przez pierwszą komorę filtrową 54. Obie komory filtrowe 55 sięgają do obszaru dna 52, przy czym druga komora filtrowa 55 ma mniejszą objętość niż pierwsza komora filtrowa 54. Drugi strumień częściowy, prowadzony przez zawór mieszający 20a, doprowadza się przez drugi dopływ 21 i rurę dopływową 56 drugiej komory filtrowej 55. Woda przepływająca przez drugą komorę filtrową 55 zbiera się również na spodzie przez dno 52 w kanale zbiorczym 57, po czym odpływa wraz z wodą płynącą z pierwszej komory filtrowej 54 przez odpływ 5 czystej wody.

Na fig. 8 przedstawiony jest schematyczny przekrój pionowy przez urządzenie filtracyjne 1, zawierające zbiornik wewnętrzny 50, w którym znajdują się w zasadzie odcinki filtracyjne 10b i 20b. Dopływ 2 surowej wody uchodzi do urządzenia rozdzielczego 3, w którym napływająca surowa woda jest dzielona na dwa strumienie częściowe. Jeden strumień częściowy doprowadza się przez odcinek 10a kanału przepływowego pierwszej komory filtrowej 54 w zbiorniku wewnętrznym 50. Drugi strumień częściowy jest doprowadzany przez zawór mieszający 20a do dwuściennej, umieszczonej centralnie

PL 204 610 B1 w zbiorniku wewnętrznym 50, rury 60 i przepływa przez rurę zewnętrzną 61a do drugiej komory filtrowej 55.

Wnętrze zbiornika wewnętrznego 50 jest w górnej części utworzone przez pierwszą komorę filtrową 54, która dzieli się na górną część 54a i dolną część 54b, w których umieszczone są różne materiały filtracyjne. W dolnej części usytuowana jest druga komora filtrowa 55, otoczona pierścieniowo przez pierwszą komorę filtrową 54. W odstępie względem dna 52 umieszczona jest płyta drenażowa 71, zaopatrzona w otwory 72 dla filtratu. Filtrowana woda zarówno z pierwszej komory filtrowej 54, jak też z drugiej komory filtrowej 55 może w ten sposób spływać na dół i gromadzić się pomiędzy płytą drenażową 71 i dnem 52. Płyta drenażowa 71 tworzy tam kanały zbiorcze 73, które tworzą urządzenie łączące 4. Prowadzona przez drogę filtrowania A i drogę mieszania B, filtrowana woda jest odprowadzana do góry przez wspólny odpływ, utworzony przez rurę wewnętrzną 61b, i doprowadzana do odpływu 5 czystej wody. Druga komora filtrowa 55 jest otoczona kubełkową wkładką 70. Pomiędzy tą kubełkową wkładką 70 i pokrywą 53 umieszczona jest dwuścienna rura 60.

Na fig. 9 przedstawiony jest przekrój pionowy przez urządzenie filtracyjne w innym przykładzie wykonania. W górnej części widoczna jest głowica 8 filtru, zaopatrzona w dopływ 2 surowej wody, urządzenie rozdzielcze 3, zawór mieszający 20a i odpływ 5 czystej wody.

Głowica 8 jest nasadzana na wystającą do góry dwuścienna rurę 60, składającą się z rury zewnętrznej 61a i rury wewnętrznej 61b. Ta dwuścienna rura 60 jest zamocowana w pokrywie 53 zbiornika wewnętrznego 50. Pod pokrywą umieszczony jest czynnik rozprowadzający w postaci włókniny, której zadaniem jest również unieruchomienie znajdującego się poniżej materiału do wymiany jonów. Dzięki temu urządzenie filtracyjne 1 może pracować nie tylko pionowo, lecz także poziomo.

Wewnątrz urządzenia, poza dwuścienna rurą 60 znajdują się w zasadzie trzy elementy konstrukcyjne. Wewnętrzny pojemnik 100 składa się w zasadzie z cylindrycznej lub stożkowej ścianki 102, która zwęża się ku górze i wchodzi w rurę wewnętrzną 61 b. U dołu ścianka 102 przechodzi w pierścieniową płytę sitową 101, która jest wsparta na dnie 52. Wewnętrzny pojemnik 100 jest otoczony pojemnikiem filtrowym 110, który ma w zasadzie wewnętrzną ściankę pierścieniową 111 i zewnętrzną ściankę pierścieniową 112, połączone ze sobą żebrami poprzecznymi 113. Pomiędzy wewnętrzną ścianką pierścieniową 111 i cylindryczną ścianką 102 utworzona jest druga komora filtrowa 55, wypełniona granulowanym węglem aktywnym 82. Pomiędzy wewnętrzną ścianką pierścieniową 111 i zewnętrzną ścianką pierścieniową 112 znajduje się część 54b komory, również wypełniona granulowanym węglem aktywnym 82. Pod granulowanym węglem aktywnym 82 znajduje się pierścieniowa szczelna plecionka, służąca jako filtr 83 cząstek. Filtr 83 cząstek spoczywa bezpośrednio na płycie sitowej 101.

Od góry nasadzony jest pojemnik zewnętrzny 120, który ma również w zasadzie cylindryczną ściankę 122, zwężającą się ku górze i otaczającą zewnętrzną rurę 61b. U dołu ścianka 122 przechodzi w pierścieniową kołpakową osłonę 121, która zachodzi za wewnętrzną ściankę pierścieniową 111 pojemnika filtrowego 110. Poniżej osłony 121 można jeszcze umieścić czynnik rozprowadzający 80. Czynnik rozprowadzający 80 może znajdować się także na żebrach 113.

Na fig. 10 przedstawiony jest następny przykład wykonania urządzenia filtracyjnego 1, który odpowiada schematowi z fig. 1b. Komora filtrowa 54 jest podobnie jak na fig. 8 podzielona na dwie części 54a, 54b. Dwuścienna rura 60 kieruje w rurze wewnętrznej 61b filtrowaną czystą wodę z komory zbiorczej 57 w górę do odpływu 5 czystej wody. Przez pierścieniową komorę pomiędzy rurą wewnętrzną 61b i rurą zewnętrzną 61a doprowadzany jest - jak na fig. 8 - drugi strumień częściowy. Rura zewnętrzna 61a jest na dolnym końcu ukształtowana i zamknięta w kształcie stożka, na którego obwodzie rozmieszczone są dysze 62, przez które woda z drugiego strumienia częściowego jest wprowadzana do części 54b komory. Woda wypływająca z urządzenia rozprowadzającego 63 wypełnia wewnątrz części 54b komory oznaczony linią przerywaną, dzwonowy obszar 55' objętości, odpowiadający drugiej komorze filtrowej 55 na fig. 8 i 9. Zależnie od rodzaju, ukształtowania i rozmieszczenia dysz 62 oraz w zależności od ciśnienia potrzebny jest mniejszy lub większy obszar 55' objętości części 54b komory. W obszarze przejściowym pomiędzy obszarem 55' objętości i pozostałą częścią objętości części 54b komory może powstawać niewielka strefa mieszania, w której oba strumienie częściowe mogą się mieszać ze sobą, co jednak jest pomijalne.

PL 204 610 B1

Wykaz odnośników

7'

A

B

10a

10b

20a

20b

54a, b

55'

61a

61b

100

101

102

110

111

112

113

120

121

122 urządzenie filtracyjne dopływ surowej wody urządzenie rozdzielcze urządzenie łączące odpływ czystej wody punkt rozgałęzieniowy punkt rozgałęzieniowy punkt wyjścia głowica filtru droga filtrowania droga mieszania odcinek kanału przepływowego odcinek filtracyjny pierwszy dopływ zawór mieszający odcinek filtracyjny drugi dopływ armatura przyłączeniowa zbiornik ciśnieniowy nabój, zbiornik wewnętrzny ścianka obwodowa dno pokrywa pierwsza komora filtrowa część komory druga komora filtrowa obszar objętości rura dopływowa komora zbiorcza rura dwuścienna rura zewnętrzna rura wewnętrzna dysza urządzenie rozprowadzające kubełkowa obudowa filtru płyta drenażowa otwory dla filtratu kanał zbiorczy czynnik rozprowadzający wymiennik jonowy granulowany węgiel aktywny filtr cząstek pojemnik wewnętrzny pierścieniowa płyta sitowa ścianka pojemnik filtrowy wewnętrzna ścianka pierścieniowa zewnętrzna ścianka pierścieniowa żebra poprzeczne pojemnik zewnętrzny pierścieniowa osłona ścianka

Claims

1. Sposób wytwarzania urządzenia filtracyjnego (1) do czyszczenia i/lub co najmniej częściowego odwęglania surowej wody, z dopływem wody surowej (2) i odpływem wody czystej (5), z drogą filtrowania A zawierającą odcinek kanału przepływowego (10a) i pierwszy odcinek filtracyjny (10b) oraz z drogą mieszania B zawierającą regulowany zawór mieszający (20a) i drugi odcinek filtracyjny (20b), które to drogi są połączone poprzez urządzenie rozprowadzające (3) z dopływem surowej wody (2) i poprzez urządzenie łączące (4) z odpływem czystej wody (5), przy czym oba odcinki filtracyjne (10a, 20b) są umieszczone w zbiorniku wewnętrznym, znamienny tym, że dopasowuje się zdefiniowaną przez funkcję strat ciśnienia ΔpB(V_B) charakterystykę przepływową składowych elementów drogi mieszania B do charakterystyki przepływowej składowych elementów drogi filtrowania A zdefiniowanej przez funkcję strat ciśnienia ΔpA(V_A), że dla co najmniej jednego, nastawianego przez zawór mieszający udziału mieszania X gdzie X = VB/(VA + VB) dla strumieni objętościowych pomiędzy V1 = 10 do V2 = 120 l/h (pierwszy przedział strumienia objętościowego), dla co najmniej jednego drugiego przedziału strumienia objętościowego o szerokości co najmniej 5 l/h wewnątrz pierwszego przedziału strumienia objętościowego obowiązuje warunek mieszania:

VB

-V < 0,15 = G przy czym G oznacza graniczną wartość warunku mieszania, X - wartość udziału mieszania nastawną zależnie od strumienia objętościowego V_A+V_B, ΔpA(VA) - spadek ciśnienia na drodze filtrowania A, zaś Δp_B(V_B) - spadek ciśnienia na drodze mieszania B, w zależności od strumieni objętościowych V_A, V_Bw [l/min] wody na drogach A i B, i że powierzchnie przepływu QA i QB drogi filtrowania A i B, każda w m², i odcinki h_A i h_B, każdy w m, pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego (10b, 20b) dobiera się tak, że dla współczynników strat ciśnienia DA i DB, każdy w kPah/m³, obu odcinków filtracyjnych (10b, 20b) obowiązuje zależność:

^X0

1-X0 ^DB przy czym ^DA p, (h) ^J0 Q_a (h) dh (h) 0 Qb (h) dh ₃ oraz SA(h) i SB(h), każdy w kPah/m³, stanowią współczynniki strat ciśnienia dla materiałów filtracyjnych, a QA i hA jak i QB i hB oznaczają powierzchnie przepływu oraz odcinki przepływowe drogi filtrowania A oraz B.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór mieszający (20a) i drugi odcinek filtracyjny (20b) dobiera się tak, że w drugim przedziale strumienia objętościowego obowiązuje zależność Δp_B1(V_B) < Δp_B2(V_B), przy czym Δp_B1(V_B) stanowi funkcję strat ciśnienia zaworu mieszającego (20a), zaś Δp_B2(V_B) funkcję strat ciśnienia drugiego odcinka filtracyjnego (20b).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawór mieszający otwiera się całkowicie, przy czym zawór mieszający (20a) ma charakterystykę przepływową Δp_B1(V_B), do której dopasowuje się charakterystykę przepływową Δp_A1(V_A) odcinka kanału przepływowego (10a), zaś funkcje straty ciśnienia Δp_A2(V_A) i Δp_B2(V_B) pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego (10b, 20b) dopasowuje się do siebie, przy czym dopasowanie zależy od zadanego udziału mieszania X.

PL 204 610 B1

4. Urządzenie filtracyjne (1) do czyszczenia i/lub co najmniej częściowego odwęglania surowej wody, z dopływem wody surowej (2) i odpływem wody czystej (5), z drogą filtrowania A zawierającą odcinek kanału przepływowego (10a) i pierwszy odcinek filtracyjny (10b) oraz z drogą mieszania B zawierającą regulowany zawór mieszający (20a) i drugi odcinek filtracyjny (20b), które to drogi są połączone poprzez urządzenie rozprowadzające (3) z dopływem surowej wody (2) i poprzez urządzenie łączące (4) z odpływem czystej wody (5), przy czym oba odcinki filtracyjne (10a, 20b) są umieszczone w zbiorniku wewnętrznym, który ma pierwszą komorę filtrową (54), w której umieszczona jest druga komora filtrowa (55), przy czym każda komora filtrowa (54, 55) jest podłączona przez urządzenie rozprowadzające (3) do doprowadzanego od góry strumienia częściowego, zaś poniżej obu komór filtrowych (54, 55) umieszczona jest wspólna komora zbiorcza (57) z odpływem (5) czystej wody do zbierania przefiltrowanych strumieni częściowych, znamienny tym, że QA leży w przedziale od 0,0005 do 0,06 m², zaś QB w przedziale od 0,0001 m² do 0,0300 m², przy czym QA opisuje powierzchnie przepływu drogi filtrowania A a QB opisuje powierzchnię przepływu drogi filtrowania B i że QA i QB, każda w m², i odcinki przepływowe hA i hB drogi filtrowania A i B, każdy w m, pierwszego i drugiego odcinka filtracyjnego (10b, 20b) są tak dobrane, że dla współczynników strat ciśnienia D_A i DB, każdy w kPah/m³, obu odcinków filtracyjnych (10b, 20b) obowiązuje zależność:

^X0 ^DB przy czym ^D, p, (h) 0 Q, (h) dh © (h) 0 QB (h) dh ₃ oraz SA(h) i SB(h), każdy w kPah/m³, stanowią współczynniki strat ciśnienia dla materiałów filtracyjnych i X0 opisuje jeden udział mieszania ustalany za pomocą zaworu mieszającego gdzie X = VB/(VA+VB) gdzie VA i VB oba w [l/min] oznaczają strumienie objętościowe w drodze filtrowania A i B.

5. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że materiał filtracyjny drogi filtrowania A i/lub drogi filtrowania B stanowi obsypka filtracyjna o średniej wielkości ziarna w przedziale od 0,1 do 2 mm.

6. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że materiał filtracyjny drogi filtrowania A i/lub B stanowi blok filtracyjny o średniej wielkości porów w przedziale od 0,1 do 100 μm.

7. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że wylot drugiego odcinka filtracyjnego (20b) uchodzi do pierwszego odcinka filtracyjnego (10b).

8. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 7, znamienne tym, że wylot drugiego odcinka filtracyjnego (20b) uchodzi w obszarze drugiej połowy pierwszego odcinka filtracyjnego (10b).

9. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że co najmniej jedna z obu komór filtrowych (54, 55) jest podzielona na co najmniej dwie części (54a, 54b), w których umieszczone są różne materiały filtracyjne.

10. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że w komorze zbiorczej (57) i/lub w odpływie (5) czystej wody jest umieszczony materiał filtracyjny.

11. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że obie komory filtrowe (54, 55) rozciągają się aż do komory zbiorczej (57), przy czym pierwsza komora filtrowa (54) otacza pierścieniowo drugą komorę filtrową (55).

12. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że na dnie (52) zbiornika wewnętrznego (50) umieszczona jest pierścieniowa płyta drenażowa (71) z otworami (72) dla filtratu, która od strony dna (52) ma biegnące promieniowo kanały zbiorcze (73) i wychodzącą z płyty drenażowej (71) w górę, kubełkową wkładkę (70).

13. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 12, znamienne tym, że zbiornik wewnętrzny (50) posiada pokrywę (53) w której umieszczona jest dwuścienna rura (60).

PL 204 610 B1

14. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 13, znamienne tym, że rura zewnętrzna (61a) dwuściennej rury (60) wchodzi w pierwszą komorę filtrową (54).

15. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 14, znamienne tym, że rura zewnętrzna (61a) w obszarze pierwszej komory filtrowej (54) ma urządzenie rozprowadzające (63) do odprowadzania doprowadzanej wody.

16. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 15, znamienne tym, że urządzenie rozprowadzające (63) ma dysze (62), rozmieszczone na obwodzie rury zewnętrznej (61a).

17. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że pierwsza komora filtrowa (54) jest wypełniona co najmniej wymiennikiem jonowym w postaci żywicy.

18. Urządzenie filtracyjne według zastrz. 4, znamienne tym, że druga komora filtrowa (55) jest wypełniona co najmniej węglem aktywnym.