Система обработки воды
Группа изобретений относится к обработке воды ультрафиолетовым излучением и может использоваться в портативных системах обработки воды. Система обработки воды имеет батарею, повторно заряжаемую ручным генератором, исключая необходимость во внешнем источнике энергии. Система обработки воды использует повторно заряжаемую батарею для питания насоса и УФ-лампы. После прохождения воды через фильтр УФ-лампа обрабатывает воду, прокачиваемую насосом через устройство. Система может содержать фонарь, также питаемый повторно заряжаемой батареей. Технический результат состоит в уменьшении габаритов системы при достаточной степени очистки воды, а также в исключении внешнего источника энергии для работы насоса, ультрафиолетовой лампы и фонаря. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение касается систем обработки воды и, более конкретно, портативных систем обработки воды.
Системы обработки воды могут удалять патогенные микроорганизмы, химические загрязнения и помутнения из воды. В некоторых системах обработки воды используют фильтр для удаления частиц и используют ультрафиолетовую (УФ) лампу для облучения воды. Насос часто используют для перемещения воды через эти системы.
Работа такой системы обработки воды с использованием лампы требует электричества. Однако системы обработки воды часто требуются в областях, где нет электричества. Были разработаны системы обработки воды для использования там, где электрическая энергия может быть недоступна.
Одна такая система обработки воды показана в патенте США №4,849,100 для «Портативной подсистемы обработки воды», который был выдан Papandrea. Система обработки воды включает фильтр для частиц, УФ-реактор и узел удаления извести. Система получает энергию либо от розетки, либо от источника питания постоянного тока с напряжением 12 В. Хотя система является относительно небольшой, система переносится в разобранном состоянии и должна быть собрана во время использования. Кроме того, система требует отдельного источника электроэнергии.
Другая портативная система обработки воды показана в патенте США №5,900,212 для «Удерживаемой в руке ультрафиолетовой системы очистки воды», который выдан Maiden и др. Система Maiden направлена на систему обработки воды, имеющую УФ-лампу для обработки воды. Система включает повторно заряжаемую литиевую батарею 3,4 вольт для работы в качестве источника питания. Система Maiden выполнена для обеспечения УФ-лампы, которая может быть погружена в стоящую воду, например, во флягу или ведро, чтобы подвергать воду воздействию УФ-света.
Хотя традиционные портативные системы обработки воды способны удалять нежелательные химические примеси, патогенные микроорганизмы и другие загрязнения из воды, они имеют некоторые недостатки. Во-первых, традиционные системы обработки воды должны быть соединены с источником питания для подачи энергии к ультрафиолетовой лампе. Если система включает батарею, то она непригодна до тех пор, пока батарея не будет повторно заряжена или не будет получена новая батарея. Во-вторых, эти устройства являются относительно большими. Эти системы обычно являются слишком большими для установки в традиционный рюкзак или ручную сумку. Это может быть серьезной проблемой, когда пользователь должен переносить систему на большие расстояния. Наконец, если система обработки воды соединена с батареей, батарея может не обеспечить соответствующего питания УФ-лампы, так что вода не будет правильно облучена.
Поэтому очень желательна улучшенная система обработки воды для преодоления этих недостатков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - блок-схема системы обработки воды.
Фиг.2 - алгоритм, показывающий работу системы обработки воды.
Фиг.3 - алгоритм, показывающий другой объект работы системы обработки воды.
Фиг.4 - вид в перспективе портативной системы обработки воды в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.
Фиг.5 - покомпонентный вид портативной системы обработки воды.
Фиг.6 - вид в сечении системы обработки воды,
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой функциональную блок-схему для системы 5 обработки воды. Фильтр 10, пропускающий УФ-реактор 14 и УФ-лампа 16 образуют обрабатывающую подсистему для системы 5 обработки воды. Вода сначала входит в систему и проходит через фильтр 10. Фильтр 10 может быть любым фильтром, способным удалять загрязнения из воды, таким как угольный фильтр. Насос 12 перемещает воду через систему. Насос 12 предпочтительно является насосом постоянного тока. Насос 12 может быть помещен в корпус или часть входного узла. После того, как вода покидает насос 12, она проходит к пропускающему УФ-реактору 14. Свет от УФ-лампы 16 очищает воду от загрязнений в пропускающем УФ-реакторе 14. Вода затем покидает систему обработки воды.
Контроллер 18 регулирует работу системы 5 обработки воды. Контроллер 18 может быть микроконтроллером или микропроцессором. Если контроллер 18 представляет собой микроконтроллер, должна быть обеспечена внешняя память и другие поддерживающие схемы.
Контроллер 18 управляет насосом 12 так, что вода имеет достаточное время для облучения в пропускающем реакторе 14. Датчик 20 лампы обеспечивает информацию для контроллера 18 в отношении рабочих характеристик УФ-лампы 16. Если датчик 20 лампы обнаружит, что УФ-лампа 16 не работает с достаточной интенсивностью, контроллер 18 будет отключать насос 12, чтобы остановить дальнейшие попытки обработать воду. В некоторых применениях система 5 обработки воды может работать без работы УФ-лампы, обеспечивая пользователя фильтрованной водой.
Устройство 22 сохранения заряда, которое может быть повторно заряжаемым, обеспечивает энергию для системы 5 обработки воды. Устройство 22 сохранения заряда может состоять из сухой батареи, батареи жидкостных элементов, конденсатора, суперконденсатора или других элементов сохранения электрического заряда. Схема 24 управления зарядом контролирует устройство 22 сохранения заряда, а также источник 26 питания. Схема 24 управления зарядом обеспечивает информацию, касающуюся состояния и типа устройства 22 сохранения заряда, контроллеру 18.
Схема 24 управления зарядом также контролирует состояние источника 26 питания. Источник 26 питания может быть электрогенератором с пусковым рычагом, имеющим динамо, пружинным генератором, солнечной батареей, источником питания постоянного тока или источником питания переменного тока. Если избыточная энергия получена от источника 26 питания, схема 24 управления зарядом определяет, должно ли устройство 22 сохранения заряда заряжаться дальше. Если так, то схема 24 управления зарядом позволит зарядку устройства 22 сохранения заряда.
Для осуществления такой работы память, либо внутренняя, либо соединенная с контроллером 18, может содержать требования по мощности для работы УФ-лампы 16 и насоса 12. при сравнении мощности, обеспечиваемой источником 26 питания, контроллер 18 может определить, достаточная ли мощность присутствует для работы УФ-лампы 16 и насоса 12, и одновременно пополнить устройство 22 сохранения заряда.
Контроллер 18 также соединен со схемой 28 управления фонарем. Схема 28 управления фонарем соединена с фонарем 30. Если контроллер 18 получает сигнал от, например, одного из переключателей 32 (описанных ниже) для питания фонаря 30, контроллер 18 определяет, достаточная ли мощность доступна от устройства 22 сохранения заряда. Если имеется достаточная мощность, то контроллер 18 позволяет схеме 28 управления сигналом питать фонарь 30. Если достаточная мощность недоступна, фонарю 30 не подается питание.
Дисплей 34 обеспечивает информацию о работе системы 5 обработки воды. Дисплей может быть жидкокристаллическим дисплеем (LCD), серией светоиспускающих диодов (LED), звуковым извещателем или каким-то другим устройством, способным снабжать пользователя информацией. Дисплей 34 является возможным и может быть исключен в некоторых применениях. Переключатели 32 позволяют пользователю отправлять разные команды контроллеру 18, такие как «включить фонарь» или «очищать воду». Контроллер также может иметь заданное время в отношении нахождения УФ в рабочем состоянии в зависимости от порции, и микроконтроллер может позволить время включения УФ перед перекачиванием воды насосом. Известно, что интенсивность УФ возрастает, когда лампа нагревается, микропроцессор может обеспечить лучшую точку на этой кривой с датчиком лампы или без него.
Контроллер 18 также соединен со схемой 36 включения лампы. Схема 36 включения лампы управляет балластной цепью 38. Балластная цепь 38 представляет собой любую из множества хорошо известных цепей питания ламп.
На Фиг.2 показан способ работы системы обработки воды. После того, как пользователь включает систему активирующими переключателями 32, контроллер 18 определяет, достаточно ли мощности имеется для питания УФ-лампы 16 и работы насоса 12 и других устройств, работающих в это время. Шаг 40. Если не имеется достаточной мощности, пользователю сообщается о недостатке мощности, и процесс завершается. Шаг 42. Процесс затем заканчивается и дисплей показывает это пользователю. Шаг 56.
Если имеется достаточная мощность, лампа приводится в действие. Шаг 44. Выход УФ-лампы затем проверяется датчиком 20 лампы. Если датчик не используют, конструкция будет иметь соответствующие расчетные запасы, чтобы допускать, что лампа включена посредством датчика тока, и ожидать предусмотренного периода нагревания для обеспечения уровня интенсивности. Шаг 48. Если выходные параметры УФ-лампы или ток лампы является недостаточным, пользователю сообщается о неисправности лампы. Шаг 50. Процесс затем заканчивается. Шаг 56. Альтернативно пользователь может вручную устранить неисправность лампы и обеспечить работу системы.
С другой стороны, если выход УФ-лампы является достаточным, скорость подачи насоса рассчитывают на основе выхода УФ-лампы. Шаг 52. Насос затем приводят в действие для работы с соответствующей скоростью. Шаг 54. В одном варианте выполнения мощность около 8 Ватт требуется для приведения в действие лампы или 250 мА для реактора 36 миллилитров при скорости потока около 8 галлонов в минуту. Более низкие скорости потока и более низкие токи можно использовать для сохранения мощности и длительного использования.
На Фиг.3 показана работа фонаря 30. Проверяют доступную мощность. Шаг 60. Если доступна достаточная мощность для приведения в действие фонаря и любого другого устройства, работающего в это время, то фонарь приводят в действие. Если нет, то пользователю сообщается о недостаточной мощности. Стадия 64. Процесс затем завершается. Стадия 66.
На Фиг.4 показана система 5 обработки воды. В показанном варианте выполнения система 5 обработки воды включает входное отверстие 101 для воды в систему, выходное отверстие 103 для выдачи воды из системы и заряжающий рычаг 76 для обеспечения питания системы 5 обработки воды. Кожух 70 и торцевая поверхность 73 образуют корпус для вмещения системы 5 обработки воды. Система 5 обработки воды по настоящему изобретению может повторно заряжаться вручную, исключая необходимость во внешнем источнике электричества для зарядки системы.
Переключатель 94 для управления водой управляет прокачиванием воды через систему 10. Переключатель 96 света управляет фонарем 72.
На Фиг.5 показан покомпонентный вид системы 5 обработки воды. Фонарь 72 можно использовать независимо от других компонентов системы 5 обработки воды. Кожух 70 может быть выполнен из упрочненного пластика.
Торцевая поверхность 73 включает полость 74 для рычага. Рычаг 76 предпочтительно помещают в полость 74 для рычага, когда рычаг 76 не используют. Рычаг 76 установлен через отверстие 78 для взаимодействия с шестеренками 80. Отражатель 88 установлен вокруг УФ-ламп 83 для увеличения воздействия пропускающего УФ-реактора 14 на выходные параметры УФ-ламп 83.
Зарядное устройство 82 соединено с генератором 84. Зарядное устройство 82 может быть соединено с внешним источником переменного или постоянного тока, таким как сетевая розетка, солнечный элемент или батарея. Генератор 84 представляет собой заряжаемый вручную генератор. Рычаг 76 оперативно взаимодействует с генератором 84. Генератор 84 может быть любым традиционным ручным генератором, таким как ручной генератор, описанный в патентах США №6,133,642 (Hutchinson) и №6,472,846 (Hutchinson и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки. Альтернативно генератор может быть педальным (приводимым ногой), а также с ручным рычагом.
При поворачивании рычаг 76 приводит в действие генератор 84. В одном варианте выполнения генератор 84 передает заряд зарядному устройству 82, которое, в свою очередь, заряжает батарею 86. В другом варианте выполнения генератор 84 можно использовать для непосредственного питания системы. Рычаг 76 может быть возвращен в полость 74 для рычага после использования. Альтернативно каждую из этих энергосистем можно использовать удаленно с системой обработки воды. В другом альтернативном варианте рычаг 76 используют для механического питания насоса 104.
Ссылаясь на Фиг.6, кожух 70 содержит фильтр 102, насос 104, змеевик 92 и УФ-лампы 83. Вода проходит через входное отверстие 100 и через фильтр 102. Фильтр 102 может быть любым фильтром, способным удалять загрязнения из воды, таким как угольный фильтр. Вода перемещается от фильтра 102 к насосу 104 посредством трубы 1-5. Насос 104 может иметь различные рабочие скорости.
Змеевик 92 может быть непосредственно соединен с насосом 104 или может быть соединен с насосом с помощью дополнительной трубы. Змеевик 92 предпочтительно расположен по окружности вокруг УФ-ламп 83. Змеевик 92 может быть выполнен из любого прозрачного для УФ-материала, такого как мягкое стекло, кварц или политетрафторэтилен (более известный как Тефлон). Отражатель 88, показанный на Фиг.5, можно использовать для увеличения воздействия воды в змеевике 92 на свет от УФ-ламп 83.
УФ-лампы 83 соединены с балластом 90. Контроллер 108 соединен с балластом 90 и управляет питанием УФ-ламп 83. Для управления прохождением воды через систему контроллер 108 также соединен с насосом 104. Контроллер 108 может быть соединен с фонарем 72.
Контроллер 108 предпочтительно соединен с переключателем 94 управления водой, а переключатель 96 света расположен на кожухе 70. Переключатели 94, 96 позволяют пользователю выбирать между двумя или более режимами работы. Переключатели 94, 96 можно перемещать между множеством режимов работы.
Например, система 5 может дополнительно работать в качестве ночного светильника или аварийного фонаря.
Контроллер 108 предпочтительно запрограммирован для распределения энергии соответствующим образом между фонарем 72, насосом 74, зарядным устройством 82 и УФ-лампами 83. Контроллер 108 может распределять необходимую энергию ко всем устройствам или может подавать энергию к устройствам на основании их приоритетности.
Переключатель 94 управления водой будет подавать сигнал контроллеру 108, который, в свою очередь, будет подавать сигнал насосу 104 для перекачивания воды. Аналогично переключатель 96 света имеет по меньшей мере положение «включен» и положение «выключен». Если фонарь 72 включает множество вариантов света или режимов света, такие как мигающий режим, переключатель 96 света может включать положения для приведения в действие этих альтернативных функций.
Фонарь 72 может быть соединен со схемой управления светом. Схема управления светом может быть запрограммирована для подачи питания осветительному средству 100 во множестве режимов, таких как мигающий режим. Альтернативно схема управления светом может питать множество осветительных средств.
Входная труба 110 расположена в источнике воды, таком как ручей, пруд, озеро, река или любом другом источнике воды, включая раковину или трубопровод, содержащий воду. Насос 104 проталкивает воду через входную трубу 101 в фильтр 102. Насос также может быть расположен во входной трубе или на конце входной трубы. Фильтр 102 удаляет загрязнения из воды. Вода затем прокачивается насосом через змеевик 92, при этом вода подвергается воздействию УФ-света от УФ-ламп 83. УФ-лампы деактивируют микроорганизмы и бактерии в воде.
Если насос 104 имеет различные скорости, пользователь выбирает скорость насоса, используя переключатель 94 управления водой. Вода выдается через выходную трубу 103.
Вышеуказанное описание представляет собой предпочтительный вариант выполнения изобретения. Различные модификации и изменения могут быть выполнены без отхода от объема и наиболее широких объектов изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения, которая должна интерпретироваться в соответствии с принципами патентного законодательства, включающего теорию эквивалентов. Любые ссылки на заявленные элементы в единственном числе, например, использование артиклей «a», «an», «the» или «указанный» не предназначены для ограничения элемента единственным числом.
1. Система обработки воды, содержащая: насос для перемещения воды через систему обработки воды; пропускающий ультрафиолет реактор; ультрафиолетовую лампу для облучения воды; батарею для питания насоса и ультрафиолетовой лампы и ручное зарядное устройство для зарядки батареи; и контроллер, соединенный с насосом, батареей и схемой контроля заряда батареи, при этом контроллер получает информацию от схемы контроля и препятствует подаче питания к насосу, если батарея имеет недостаточно мощности для питания ультрафиолетовой лампы с желаемой интенсивностью.
2. Система обработки воды по п.1, дополнительно содержащая датчик лампы для распознавания света ультрафиолетовой лампы.
3. Система обработки воды по п.2, дополнительно содержащая балластную цепь для приведения в действие ультрафиолетовой лампы.
4. Система обработки воды по п.3, дополнительно содержащая цепь включения для подачи энергии балластной цепи.
5. Система обработки воды по п.1, дополнительно содержащая фонарь.
6. Система обработки воды по п.5, дополнительно содержащая схему управления фонарем для подачи энергии фонарю.
7. Система обработки воды по п.6, дополнительно содержащая фильтр.
8. Система обработки воды по п.7, дополнительно содержащая схему управления зарядом, взаимодействующую с источником питания, чтобы позволить зарядку батареи посредством источника питания, если батарея имеет заряд ниже максимального.
9. Система обработки воды по п.8, в которой схема управления зарядом препятствует дальнейшей зарядке батареи, если батарея имеет максимальный заряд.
10. Система обработки воды по п.9, в которой контроллер позволит схеме управления фонарем приводить в действие фонарь, если доступно достаточное количество энергии, если источник питания работает.
11. Система обработки воды по п.10, в которой насос имеет изменяемые скорости.
12. Система обработки воды, содержащая: корпус; обрабатывающую подсистему, включающую УФ-лампу; батарею для питания обрабатывающей подсистемы; зарядное устройство, содержащееся в корпусе и соединенное с батареей; схему контроля заряда батареи, соединенную с батареей; ручной генератор, соединенный с зарядным устройством; контроллер для регулирования работы системы обработки воды, монитор лампы для контроля за УФ-лампой; насос для перемещения воды через систему обработки воды и источник питания, при этом зарядное устройство, монитор лампы и насос соединены с контроллером, который обеспечивает питание для зарядного устройства от источника питания в ответ на информацию, полученную от схемы контроля заряда батареи.
13. Система обработки воды, содержащая: электрический насос для перемещения воды через систему обработки воды; электрическую подсистему обработки воды, способную обрабатывать воду, перемещающуюся через систему обработки воды; устройство сохранения заряда, электрически соединенное с указанным электрическим насосом и указанной электрической подсистемой обработки воды; ручное зарядное устройство для зарядки указанного устройства сохранения заряда и контроллер, соединенный с указанной электрической подсистемой обработки воды, указанным электрическим насосом и указанным устройством сохранения заряда, причем контроллер селективно подает питание к указанному электрическому насосу и указанной электрической подсистеме обработки воды через указанное устройство сохранения заряда.
14. Система обработки воды по п.13, в которой указанный контроллер препятствует подаче энергии к указанному насосу, если указанное устройство сохранения заряда имеет недостаточно энергии для питания указанной обрабатывающей подсистемы.
15. Система обработки воды по п.14, в которой указанная обрабатывающая подсистема включает фильтр, УФ-лампу и пропускающий ультрафиолет реактор, а указанное устройство сохранения заряда соединено с указанной УФ-лампой.
16. Система обработки воды по п.15, дополнительно содержащая датчик интенсивности света ультрафиолетовой лампы для распознавания света указанной УФ-лампы.
17. Система обработки воды по п.16, дополнительно содержащая балластную цепь для подачи питания к указанной УФ-лампе.
18. Система обработки воды по п.17, дополнительно содержащая цепь включения для подачи питания к указанной балластной цепи.
19. Система обработки воды по п.18, дополнительно содержащая схему контроля устройства сохранения заряда, причем указанная схема контроля устройства сохранения заряда соединена с указанным устройством сохранения заряда и указанным контроллером.
20. Система обработки воды по п.19, дополнительно содержащая фонарь.
21. Система обработки воды по п.20, дополнительно содержащая схему управления фонарем для подачи энергии фонарю.
22. Система обработки воды по п.21, дополнительно содержащая фильтр.
23. Система обработки воды по п.22, дополнительно содержащая схему управления зарядом, взаимодействующую с источником питания, чтобы позволить зарядку устройства сохранения заряда с помощью указанного источника питания, если устройство сохранения заряда имеет заряд ниже максимального.
24. Система обработки воды по п.23, в которой указанная схема управления зарядом препятствует дальнейшей зарядке устройства сохранения заряда, если указанное устройство сохранения заряда имеет максимальный заряд.
25. Система обработки воды по п.24, в которой указанный контроллер позволяет схеме управления фонарем приводить в действие фонарь, если доступно достаточное количество энергии, если источник питания работает.
26. Система обработки воды по п.25, в которой указанный электрический насос имеет изменяемые скорости.
27. Система обработки воды, содержащая: корпус, пропускающий ультрафиолет реактор в указанном корпусе, причем указанный пропускающий ультрафиолет реактор включает УФ-лампу; электрический насос, соединенный с указанным пропускающим ультрафиолет реактором, причем указанный электрический насос способен накачивать воду через указанный пропускающий ультрафиолет реактор; батарею, соединенную с указанным электрическим насосом и указанной УФ-лампой; ручной генератор, содержащийся внутри указанного корпуса и соединенный с указанной батареей, причем приведение вручную в действие указанного ручного генератора заряжает указанную батарею; и контроллер для регулирования работы системы обработки воды посредством селективной подачи энергии от указанной батареи к указанной УФ-лампе и указанному насосу.
28. Система обработки воды по п.27, в которой указанный контроллер соединен с указанным электрическим насосом и указанной батареей, причем указанный контроллер селективно управляет работой указанного электрического насоса как функцией от количества заряда в указанной батарее.
29. Система обработки воды по п.28, дополнительно содержащая монитор лампы для контроля за указанной УФ-лампой, при этом монитор лампы соединен с указанным контроллером.
30. Система обработки воды по п.29, в которой указанный электрический насос соединен с контроллером.
31. Система обработки воды по п.30, в которой указанный контроллер селективно обеспечивает энергию для указанного электрического насоса.
32. Система обработки воды по п.31, в которой указанный монитор лампы обеспечивает информацию для указанного контроллера в отношении рабочих характеристик указанной УФ-лампы, причем указанный контроллер запрограммирован для приведения в действие указанного насоса как функции указанных рабочих характеристик УФ-лампы.
