Самодезинфицирующееся устройство для обработки воды с резервуаром для очищенной воды, включающим нагревательный элемент
Изобретение относится к области обработки воды и может быть использовано для обработки воды для напитков, смешиваемых непосредственно перед розливом. Устройство для обработки воды содержит корпус для очистки воды путем нагрева и фильтрования, теплообменник для охлаждения очищенной воды и резервуар, который служит для приема и хранения очищенной воды до тех пор, пока она не потребуется. Резервуар включает в себя нагревательный элемент, предназначенный для нагрева очищенной воды и пропускания образующегося пара в обратном направлении через теплообменник в корпус для дезинфицирования устройства. Технический результат - обеспечение дезинфицирования устройства для обработки воды. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Данное изобретение относится к устройству для обработки воды и, в частности, связано с созданием устройства для обработки воды, которое легко может быть продезинфицировано за счет прохода пара через него.
Изобретение также, в частности, относится к устройству для обработки воды, в котором вода подвергается обработке и предназначена для использования в разливном автомате для напитков, смешиваемых непосредственно перед розливом, и, несмотря на то, что изобретение не должно быть ограничено этим, изобретение будет ниже описано более конкретно со ссылкой на обработку воды для напитков, смешиваемых непосредственно перед розливом.
Устройство для обработки воды для напитков, смешиваемых непосредственно перед розливом, хорошо известно. Например, из патента США 4844796 известно выполнение устройства для обработки воды для разливных автоматов для напитков, смешиваемых непосредственно перед розливом, в котором вода, подлежащая обработке, проходит в съемный патронный фильтр одноразового использования, имеющий первую секцию, представляющую собой реактор, и вторую секцию, представляющую собой фильтр, при этом вода нагревается в реакторе, во-первых, за счет пропускания ее через теплообменник и, во-вторых, посредством нагревателя. Нагреватель расположен в центральном отверстии, ограниченном кольцевой частью патронного фильтра, в результате чего он не входит в прямой контакт с водой.
Аналогичное нагревательное устройство раскрыто в патенте США 5858248, в котором нагреватель может быть расположен в центральной полости патронного фильтра одноразового использования устройства для обработки воды. Альтернативные нагревательные устройства, раскрытые в данной заявке, предназначены для размещения нагревателя вокруг наружной цилиндрической поверхности патронного фильтра или для размещения газового цилиндрического нагревателя под центральной "вытяжной трубой", то есть центральной полостью, ограниченной кольцевой частью патронного фильтра.
В заявке на международный патент № PCT/GB 00/03329 было описано устройство для обработки воды и заявлено устройство для обработки воды, имеющее впускной канал для воды, подлежащей обработке, выпускной канал для очищенной воды, нагреватель внутри корпуса, предназначенный для входа в непосредственный контакт с водой, и фильтр между нагревателем и выпускным каналом, и средство, предназначенное для заполнения корпуса водой до максимального уровня, который "оставляет" свободное пространство между водой и верхним закрывающим элементом корпуса, при этом вход в выпускной канал расположен ниже рабочего уровня воды.
В большинстве предложенных ранее конструкций устройств для обработки воды очищенная вода обычно проходит в резервуар, возможно через охладитель, и очищенная вода отводится из резервуара, как требуется, например, для смешивания с концентратом для образования напитка, смешиваемого непосредственно перед розливом. Резервуар предпочтительно может представлять собой гибкий контейнер, например сплющиваемый пакет.
Следует учитывать то, что устройство для обработки воды, независимо от его специфической конструкции, необходимо время от времени дезинфицировать для гарантирования того, что никакое нежелательное загрязнение, в особенности бактериальное загрязнение, не сможет оказать вредное воздействие на очищенную воду.
Были предложены различные средства для обеспечения заданного дезинфицирования, имеющие различные степени сложности и эффективности. Подобные примеры можно найти в документе WO A 01/92143. Задача настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованного средства обеспечения заданного дезинфицирования.
Соответственно, согласно изобретению предложено устройство для обработки воды, содержащее корпус для обработки, через который пропускается вода, причем корпус соединен с резервуаром для обработанной воды, поступающей из корпуса, при этом в резервуаре содержится нагреватель, предназначенный для нагрева обработанной воды для образования пара, управляющие устройства, предназначенные для инициирования и прекращения потока воды, подлежащей обработке, через корпус и для включения нагревателя резервуара и для прекращения потока воды, когда требуется дезинфицирование, в результате чего пар может быть пропущен через устройство в противоположном направлении по отношению к воде, причем корпус имеет предохранительный клапан для выпуска пара, проходящего из резервуара в корпус.
Очевидно, что конструкция резервуара и материал, из которого изготовлен резервуар, должны быть достаточно прочными для того, чтобы выдерживать давление и температуру пара, когда используется нагреватель резервуара. Например, резервуар из неподатливого металла или пластика должен обладать способностью выдерживать давление, составляющее, по меньшей мере, один бар и температуру до приблизительно 120°С.
Корпус для обработки рациональным образом может быть выполнен в виде патрона одноразового использования, хотя это и не является существенным. Средства для обработки воды, проходящей через корпус, обычно включают в себя нагреватель, который может находиться в непосредственном или в непрямом контакте с водой, и фильтр, расположенный между нагревателем и каналом для выпуска из корпуса. Они могут дополнительно включать в себя одно или несколько штампованных сит или сеток между нагревателем и фильтром.
Канал для выпуска из корпуса для обработки, который ведет в резервуар, может предпочтительно проходить через закрытый верхний конец корпуса, например, патрона или другой цилиндрической конструкции корпуса.
Корпус предпочтительно имеет один или несколько контактных датчиков или других средств для определения уровня воды в нем, в результате чего вода может заполнять корпус до максимального уровня с оставлением свободного пространства над поверхностью воды в заполненном корпусе. Канал для выпуска из корпуса предпочтительно проходит ниже уровня воды, так что горячая вода, выходящая из корпуса, не проходит через данное свободное пространство. Пар и летучие вещества скапливаются в данном свободном пространстве во время нормальной работы устройства, и может быть обеспечена возможность их выпуска через предохранительный клапан, который может представлять собой тот же предохранительный клапан, который используется для выпуска пара во время режима дезинфицирования.
Необработанная вода, которая может представлять собой водопроводную воду, может сначала проходить через теплообменник для нагрева ее перед ее проходом в корпус. Обработанная нагретая вода, выходящая из корпуса, может быть пропущена в противоположном направлении через теплообменник для использования ее в качестве теплообменной среды для нагрева поступающей водопроводной воды. Таким образом, обработанная вода рациональным образом охлаждается перед проходом ее в резервуар.
В другом предпочтительном варианте осуществления теплообменник и корпус для обработки воды могут быть расположены в одном агрегате, при этом теплообменник предпочтительно будет расположен непосредственно под корпусом для обработки воды. Это может представлять собой единую конструкцию или два отдельных узла, а именно корпус для обработки воды и теплообменник, которые могут представлять собой полностью или частично узлы одноразового применения. Например, корпус для обработки воды может представлять собой патрон одноразового использования, а теплообменник может представлять собой устройство неодноразового использования.
Эта конструкция в виде одного агрегата имеет преимущество, заключающееся в том, что система трубопроводов между теплообменником и корпусом для обработки воды может быть в значительной степени уменьшена, если не устранена. Нагретая вода из теплообменника может проходить непосредственно в корпус для обработки воды, и обработанная вода из корпуса может проходить непосредственно обратно в змеевик теплообменника для нагрева поступающей воды. Эта конструкция позволяет уменьшить зоны, где осаждающиеся отложения могут накапливаться и отрицательно влиять на поток воды. Кроме того, при теплообменнике, расположенном непосредственно под корпусом для обработки воды, вход в корпус для обработки воды может быть просто предусмотрен у его более холодного нижнего конца.
Впускной канал (вход) для воды, подлежащей обработке, может рациональным образом проходить через днище корпуса для обработки, но это несущественно. Например, в некоторых вариантах осуществления вода, подлежащая обработке, может поступать в корпус по трубе, проходящей в корпус через верхний закрывающий элемент или рядом с верхним закрывающим элементом, причем указанная труба проходит вниз внутри корпуса к его основанию. Как только корпус будет заполнен до нижнего конца трубы, вода, выходя из трубы, будет затем подниматься вверх.
Рационально то, что в том случае, если используется теплообменник, как описано выше, пар, образованный в резервуаре в режиме дезинфицирования, будет проходить через теплообменник до того, как он достигнет корпуса, и тем самым также будет дезинфицировать теплообменник.
Нагреватель в корпусе для обработки будет иметь активную мощность в ваттах, определяемую объемом воды, подлежащей обработке, и пропускной способностью корпуса для обработки. Например, нагреватель мощностью от 1000 до 2000 ватт может практически использоваться при пропускной способности от 12 до 18 литров в час, то есть при таком поступлении воды в корпус для обработки.
Нагреватель в резервуаре, который может представлять собой, например, погружной нагреватель, аналогичным образом требует активной мощности в ваттах, зависящей от емкости резервуара, например, при емкости от 20 до 50 литров подходящей является активная мощность в ваттах, составляющая от 1500 до 2500.
Резервуар с нагревателем может представлять собой небольшой вспомогательный резервуар, предназначенный главным образом для дезинфицирования, и при желании можно использовать отдельный резервуар большего размера, расположенный за вспомогательным резервуаром по ходу течения.
Устройство управления, предназначенное для инициирования и прекращения потока необработанной воды в корпус для обработки, может представлять собой простой двухпозиционный вентиль, например, на трубопроводе для подачи водопроводной воды. Устройство управления, предназначенное для включения нагревателя в резервуаре, может функционировать скоординировано с тем, чтобы обеспечить его срабатывание в определенное время вскоре после прекращения потока необработанной воды, или, альтернативно, поток воды может быть прекращен одновременно с включением нагревателя в резервуаре или вскоре после включения нагревателя в резервуаре. Выпускной канал из резервуара должен быть закрыт, когда используется нагреватель в резервуаре, за исключением тех случаев, описанных ниже, когда желательно продезинфицировать какое-либо оборудование, расположенное за резервуаром по ходу течения. Средство управления предпочтительно гарантирует то, что давление пара, образующегося в резервуаре, не сможет достичь такого значения, при котором пар будет принудительно перемещаться через устройство в направлении, противоположном направлению нормального перемещения воды, до тех пор, пока поток воды не будет отключен. Во время процесса дезинфицирования может быть обеспечено нагнетание воды, конденсированного пара и пара через предохранительный клапан в корпусе для обработки.
Предохранительный клапан может срабатывать, например, при приблизительно 0,7 бар. Он может представлять собой, например, подпружиненный клапан или клапан с противовесом таких типов, какие хорошо известны в данной области техники. Предохранительный клапан может вести к охлаждающему змеевику, так что пар и нежелательные летучие вещества могут быть охлаждены перед тем, как будет обеспечена возможность их отвода.
Варианты осуществления изобретения далее будут описаны со ссылкой на сопровождающий чертеж, который представляет собой схематичную конструкцию одного варианта устройства согласно изобретению.
Устройство для обработки воды, показанное на чертеже, имеет корпус 10 для обработки, теплообменник 11 и резервуар 12 для обработанной воды. Впускной электромагнитный клапан 13А управляет подачей необработанной, обычно водопроводной, воды в теплообменник 11. (Направление потока воды через устройство во время обычной процедуры обработки показано стрелками). Когда впускной электромагнитный клапан приводится в действие для обеспечения возможности притока воды, необработанная вода проходит через запорный клапан 13 для водопроводной воды, клапан 13А и регулятор 13 В давления во впускную трубу 14, которая проходит через верхнюю поверхность верхнего закрывающего элемента теплообменника 11 и проходит вниз внутри теплообменника до места, находящегося на небольшом расстоянии от его основания 15 над указанным основанием. Вода выходит из нижнего конца 14А трубы 14, и, когда теплообменник будет заполнен водой, вода будет выходить из трубы 15 в его верхнем закрывающем элементе. Теплообменник 11 также содержит змеевик 28 возврата, предназначенный для приема обработанной воды из корпуса 10, как описано более подробно ниже.
Внутри корпуса 10 для обработки воды имеется электрический нагревательный элемент 16 высокой плотности, например, мощностью 1500 ватт, который расположен в нижней половине корпуса. Элемент 16 соединен с обычной электрической цепью (непоказанной), в результате чего нагреватель можно включать и выключать по необходимости.
Необработанная вода, поступающая в корпус 10 из трубы 15, проходит вниз по трубе 17 большего внутреннего диаметра, которая проходит в нижнюю половину корпуса. Поступающая вода заполняет корпус 10 до максимального уровня 18, что регулируется одним или несколькими контактными датчиками (непоказанными). Следовательно, вода окружает нагреватель 16 и может быть нагрета с его помощью.
Вокруг трубы 17 и на некотором расстоянии от нагревателя 16 над ним расположен фильтр 19. Нагнетание нагретой воды вверх через фильтр осуществляется под давлением поступающей воды, при этом нагретая вода поднимается до уровня 18. Нагретая вода выходит из корпуса 10 по трубе 20 через его верхнюю сторону. Труба 20 проходит ниже уровня 18 воды, и нагретая вода поступает в нее из "тихой зоны", ограниченной поддоном 21, расположенным ниже уровня воды 18. Давление подачи обработанной воды в трубу 29 определяется кипением, происходящим в свободном пространстве 22 над уровнем 18 воды, и регулируется посредством предохранительного клапана 23, который обеспечивает возможность выпуска горячей воды и/или пара с нежелательными летучими веществами из обработанной воды в выпускную трубу 24 и охлаждающий змеевик 25, когда внутреннее давление в корпусе превысит заранее заданную величину, например 0,7 бар. Из охлаждающего змеевика 25 конденсат проходит в сливную трубу.
Горячая очищенная вода проходит по трубе 20, через охлаждающую трубу 26 и вентилятор 27 в теплообменник 11. Труба 20 соединена со змеевиком 28 рядом с основанием 15 теплообменника, и обработанная вода проходит вверх по змеевику 28 и выходит по трубе 29, проходящей через верхний закрывающий элемент теплообменника. Следовательно, обработанная вода осуществляет теплообмен с более холодной поступающей необработанной водой внутри теплообменника. Труба 29 ведет через выпускной электромагнитный клапан 30 в резервуар 12.
Вода показана как достигшая уровня 31 в резервуаре 12, который содержит нагреватель 32 рядом с его основанием. Выпускная труба 33 проходит ниже уровня воды и представляет собой средство розлива обработанной воды из резервуара.
Верхний закрывающий элемент резервуара 12 содержит предохранительный клапан 34, срабатывающий, например, при приблизительно 1 бар и предназначенный для предохранения, и канал 35 для отвода воздуха, содержащий фильтр 36. Эта конструкция для отвода обеспечивает возможность плавного заполнения резервуара при одновременном предотвращении нежелательного загрязнения от поступающих веществ.
В том случае, когда желательно продезинфицировать устройство, поток воды, поступающий в устройство, перекрывают путем закрытия впускного электромагнитного клапана 13А. Нагреватель 32 в резервуаре включают при закрытом выпускном канале 33, в результате чего в свободном пространстве над уровнем 31 воды будет образовываться пар. Вентилятор 27 предварительного охлаждения выключают. Выпускной электромагнитный клапан 30 удерживают в открытом состоянии. Пар, образующийся в резервуаре, проходит в направлении, противоположном направлению нормального потока воды, по трубе 29, змеевику 28 теплообменника 11, охлаждающей трубе 26 и трубе 20 в корпус 10 для обработки. Когда в корпусе 10 будет создано достаточное давление, пар и/или конденсат отводятся через предохранительный клапан 23 по магистрали 24 и через охлаждающий змеевик 25 для слива.
Автоматическое управление устройством может осуществляться посредством термистора (непоказанного) в корпусе 10, который может отключать нагреватель в резервуаре, когда будет достигнута заранее заданная температура.
После этого обычная обработка воды может быть возобновлена.
При желании пар и горячая вода также могут быть направлены дальше по ходу течения путем открытия выпускного канала 33 резервуара во время процессе дезинфицирования для дезинфицирования оборудования, расположенного ниже по ходу течения, например, устройства для смешивания непосредственно перед розливом.
Устройство по изобретению имеет существенные преимущества, заключающиеся в том, что:
оно не требует химикатов для дезинфицирования;
оно может быть легко приспособлено для существующего устройства;
оно может быть полностью или частично автоматизировано при желании.
Изобретение также включает в себя способ дезинфицирования устройства для обработки воды такого типа, которое имеет корпус для обработки воды, подлежащей обработке, и резервуар для обработанной воды, при этом способ включает в себя операции прекращения потока воды через устройство, нагрева обработанной воды в резервуаре для образования пара и пропускания пара через устройство в направлении, противоположном направлению потока воды.
Предпочтительно способ дополнительно включает в себя операцию пропускания пара в направлении потока воды из резервуара для дезинфицирования устройства, расположенного за резервуаром по ходу течения.
1. Устройство для обработки воды, содержащее корпус (10) для обработки, предназначенный для обработки воды, причем корпус соединен с резервуаром (12), предназначенным для приема обработанной воды из корпуса, при этом резервуар содержит нагреватель (32) для нагрева обработанной воды для образования пара, управляющие устройства, предназначенные для инициирования и прекращения потока воды, подлежащей обработке, через корпус и для включения нагревателя резервуара, и для прекращения потока воды, когда требуется дезинфицирование, с возможностью пропускания пара через устройство в противоположном направлении по отношению к воде, причем корпус имеет предохранительный клапан (23) для выпуска пара, проходящего из резервуара в корпус.
2. Устройство для обработки воды по п.1, в котором резервуар (12) выполнен из металла или пластика и выдерживает давление, составляющее, по меньшей мере, один бар, и температуру до 120°С.
3. Устройство для обработки воды по п.1 или 2, в котором корпус (10) представляет собой патрон одноразового использования.
4. Устройство для обработки воды по п.1, в котором корпус (10) содержит нагреватель (16) для нагрева воды, подлежащей обработке, и фильтр (19), расположенный между нагревателем и каналом (20) для выпуска обработанной воды из корпуса.
5. Устройство для обработки воды по п.4, которое содержит одну или более штампованных сеток или сит между нагревателем (16) и фильтром (19).
6. Устройство для обработки воды по п.1, в котором корпус (10) имеет контактный датчик для определения уровня воды, а устройства управления устройством для обработки воды выполнены с возможностью отключения поступающей воды, когда будет достигнут заранее заданный максимальный уровень (18) воды, причем максимальный уровень позволяет оставить свободное пространство (22) в корпусе над водой.
7. Устройство для обработки воды по п.6, в котором предохранительный клапан (23) для пара, проходящего из резервуара (12) в корпус (10), расположен над максимальным уровнем (18) воды для обеспечения возможности выпуска пара и летучих веществ из обработанной воды из свободного пространства (22).
8. Устройство для обработки воды по п.1, которое включает в себя теплообменник (11), соединенный с каналом (17) для впуска в корпус (10) для обработки с возможностью пропускания необработанной воды через теплообменник на ее пути в корпус для обработки, причем теплообменник также соединен с каналом (20) для выпуска из корпуса для обработки с возможностью пропускания нагретой обработанной воды через теплообменник с обеспечением теплообмена с поступающей необработанной водой.
9. Устройство для обработки воды по п.1, в котором нагреватель (32) резервуара имеет активную мощность от 1500 до 2500 Вт и резервуар (12) имеет емкость от 20 до 50 л.
10. Устройство для обработки воды по п.1, в котором резервуар (12) с нагревателем (32) представляет собой вспомогательный резервуар, а устройство включает в себя отдельный резервуар большего размера, расположенный за вспомогательным резервуаром по ходу течения.
11. Устройство для обработки воды по п.1, в котором управляющие устройства выполнены с возможностью включения нагревателя (32) резервуара одновременно с прекращением или вскоре после прекращения потока необработанной воды в корпус (10).
12. Устройство для обработки воды по п.1, в котором предохранительный клапан (23) представляет собой клапан подпружиненного типа или клапан с противовесом.
13. Устройство для обработки воды по п.1, в котором предохранительный клапан (23) соединен с охлаждающим змеевиком (25) и затем сливной трубой.
14. Способ дезинфицирования устройства для обработки воды такого типа, которое имеет корпус (10) для обработки воды, подлежащей обработке, и резервуар (12), предназначенный для приема обработанной воды из корпуса для обработки, при этом способ включает в себя операции, на которых осуществляют прекращение потока воды через устройство, нагрев обработанной воды в резервуаре для образования пара и пропускание пара через устройство в направлении, противоположном направлению потока воды при обычной обработке, в результате чего за счет образования пара создается достаточное давление для пропускания пара через устройство в направлении, противоположном направлению потока воды при обычной обработке.
15. Способ по п.14, в котором пар дополнительно пропускают в направлении потока воды при обычной обработке из резервуара (12) для дезинфицирования устройства, расположенного за резервуаром по ходу течения.
