ПЕРЕНОСНОЙ ВОДООЧИСТИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/18 B01D24/10 B01D27/02 

Изобретение относится к устройствам для подготовки питьевой воды из подземного или поверхностного источника, преимущественно, в бытовых условиях, когда отсутствует централизованная очистка воды и качество воды неудовлетворительно для питьевых целей, а также требуется иметь запас очищенной воды, например, по причине частых сбоев в подаче воды из водопровода. Изобретение может быть использовано как жителями сельской местности, дачниками и шахтерами в подземных условиях, так и работающими вахтовым способом: геологами, нефтяниками, газовиками и т.д.

Известен бытовой фильтр, состоящий из верхней и нижней емкостей, между которыми установлен фильтрующий блок в виде компактного сменного патрона с загрузкой фильтрующего материала. Верхняя емкость имеет круглую горловину и крышку, а нижняя емкость устройство для слива очищенной воды [1]
Недостатком таких фильтров является размещение фильтрующего материала в специальном патроне, что ограничивает его вместимость по загрузке и площадь фильтрования, а соответственно и ресурс. Отсутствие непосредственного контакта очищенной воды с загрузкой при хранении и сливе очищенной воды, не позволяет длительно хранить очищенную воду. Различная конструкция верхней и нижней емкостей усложняет производство фильтра.

Известен аппарат для очистки воды, состоящий из одинаковых верхней и нижней емкостей с горловиной и устройствами для слива находящейся в них воды, где в горловине нижней емкости размещена фильтровальная воронка [2]
Недостатком таких аппаратов является неудобство эксплуатации и повышенные габариты, связанное с необходимостью специального приспособления для закрепления верхней емкости над нижней, а также контроля пользователем за уровнем воды в воронке, поскольку возможно переполнение последней. Конструкция не позволяет в течении длительного времени хранить очищенную воду.

Известно переносное устройство для очистки воды, выбранное в качестве прототипа и представляющее собой вертикальный цилиндрический сосуд, в котором установлен многослойный фильтр, разделяющий сосуд на верхнюю и нижнюю камеры. Верхний слой состоит из ткани с крупными волокнами, нижний из ткани с тонкими волокнами, слои ткани разделены слоем сорбента, например, активированного угля, пропитанного серебром. Сверху сосуд имеет съемную крышку с широкой горловиной, а снизу днище с выпускным патрубком. Нижняя камера служит сборником очищенной воды и соединена с верхней камерой вентиляционным каналом [3]
Недостатком данного устройства является сложность поддержания определенной скорости истечения воды через фильтр, что необходимо для обеспечения оптимальных условий очистки воды, и необходимость надежной герметизации кольцеобразного стыка между верхней и нижней камерами. При загрузке двух различных фильтрующих и /или сорбционных материалов происходит смешение этих материалов, что не позволяет произвести послойную загрузку, а также раздельную замену частей загрузки. Данное устройство не позволяет длительно хранить очищенную воду и производить регенерацию загрузки при снижении скорости истечения воды путем обратной продувки воздухом или промывки водой.

Задача настоящего изобретения создание переносного водоочистителя с повышенным ресурсом за счет возможности поддержания оптимальной скорости фильтрования воды через загрузку, который обеспечивал бы не только очистку воды, но и позволял длительно хранить очищенную воду без ее вторичного загрязнения.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном водоочистителе, содержащем две находящиеся на разных уровнях емкости, причем верхняя емкость снабжена крышкой, загружена фильтрующим материалом и соединена с нижней емкостью дренажом, а нижняя емкость снабжена вентиляционным каналом и устройством для слива очищенной воды, согласно изобретению емкости выполнены одинаковыми и с горловиной, а именно форма днища емкости соответствует форме верхней части емкости так, что емкости установлены друг на друга, при этом, каждая емкость имеет углубление в днище, дренаж выполнен из соединенных между собой трубчатых элементов с длиной, соответствующей длине углубления, помещен в углубление в днище и соединен с нижней емкостью трубопроводом.

В нижнюю емкость загружен фильтрующий и/или сорбционный материал, причем количество этого материала меньше, чем в верхней емкости, нижняя емкость снабжена аналогичными верхней емкости крышкой и дренажом, при этом крышка закрыта неплотно.

Кроме того, водоочиститель имеет стационарный источник сжатого воздуха, например, компрессор, соединенный по крайней мере с одним из дренажей верхней емкости, а трубопровод между верхней и нижней емкостями снабжен запорным устройством, например, вентилем.

Емкости водоочистителя целесообразно выполнить как минимум с двумя удлиненными в горизонтальном направлении и сужающимися книзу, например, клиновидными, углублениями в днище, в которых находится дренаж, а дренажи верхней емкости соединить между собой и с нижней емкостью. При этом дренажи верхней емкости соединены с одним из дренажей нижней емкости, остальные дренажи нижней емкости соединены между собой и устройством для слива очищенной воды.

Емкости в горизонтальном сечении выполнены преимущественно прямоугольной формы, и по крайней мере в верхней емкости фильтрующий материал, размещенный выше уровня днища, секционирован сотовидной решеткой, размещенной горизонтально, складывающейся в плоскости решетки и состоящей из двух групп взаимнопараллельных тонкостенных пластин с прорезями для взаимного соединения, причем форма и размеры пластин позволяют поместить решетку в сложенном состоянии через горловину в емкость и там развернуть.

Целесообразно в горловине верхней емкости установить предварительный фильтр, имеющий цилиндрический корпус и нижнюю съемную часть, выполненную в виде конуса с вершиной вверх, на которой помещен волокнистый фильтрующий материал.

Кроме того, по крайней мере в нижнюю емкость необходимо поместить бактерицидный компонент, например, в составе фильтрующего материала.

Выполнение камер для воды в виде двух самостоятельных емкостей с углублением в днище и размещение в нем дренажа из соединенных между собой трубчатых элементов с длиной, соответствующей длине углубления, и соединение дренажа с нижней емкостью при помощи трубопровода позволяют поддерживать заданную скорость перетока воды из одной емкости в другую за счет подбора сечения трубопровода и штуцеров, а также исключить неорганизованный переток воды из одной камеры в другую. Выполнение емкостей одинаковыми и соответствие формы днища емкости форме верхней части емкости упрощают эксплуатацию водоочистителя и его конструкцию, в частности позволяют устанавливать емкости непосредственно друг на друга без дополнительных устройств, т.е. без увеличения габаритов и массы. Выполнение дренажа трубчатым обеспечивает удобство сборки водоочистителя и замены загрузки емкостей, а небольшое количество воды, остающееся в емкости после ее опорожнения, исключает высыхание загрузки при длительных перерывах в пользовании водоочистителем.

Загрузка в нижнюю емкость иного по сравнению с верхней емкостью фильтрующего материала позволяет улучшить очистку воды. Объем указанной загрузки должен быть меньше, чем в верхней емкости: в данном случае при полной заливке воды в верхнюю емкость и последующем перетоке воды в нижнюю ранее опорожненную емкость исключается переполнение последней. Неплотно закрытая горловина нижней емкости выполняет функцию вентиляционного канала для впуска и выпуска воздуха из нижней емкости при перетоке в нее и сливе из нее воды.

Возможность подачи сжатого воздуха в верхнюю емкость позволяет периодически регенерировать дренаж верхней емкости, наиболее подверженный забиванию, и улучшить очистку воды в верхней емкости, например, от соединений железа. Наличие запорного устройства на трубопроводе между верхней и нижней емкостями позволяет перекрыть этот трубопровод при подаче воздуха в верхнюю емкость и регулировать скорость перетока воды, а также разделить операции в каждой емкости во времени и создать различные, оптимальные для каждой стадии очистки и обеззараживания воды условия.

Увеличение количества дренажей и углублений в днище емкостей способствует более равномерному току воды через фильтрующий материал и увеличивает полезный объем каждой емкости без увеличения ее высоты. Этому же способствует выполнение углублений в днище для трубчатого дренажа удлиненными и сужающимися книзу преимущественно клиновидными. Выполнение углублений удлиненными и размещение их на всю длину вдоль длинной стороны емкости позволяет разместить в них трубчатый дренаж увеличенной длины и соответственно фильтрующей поверхности.

Соединение дренажей верхней емкости с одним из дренажей нижней емкости позволяет эффективно использовать загрузку нижней емкости и исключить размывание ее ровной поверхности.

Выполнение емкостей в сечении преимущественно прямоугольной формы и секционирование размещенного выше уровня днища фильтрующего материала, сотовидной решеткой ограничивают перемещение фильтрующего материала по его поверхности при транспортировке водоочистителя и заливе очищаемой воды и тем самым повышают качество очистки воды, ресурс загрузки и т.п.

Применение предварительного фильтра с легко сменяемой волокнистой загрузкой, выполняющей также функцию рассекателя струи воды и ограничителя его расхода, позволяет увеличить ресурс фильтрующего материала емкостей и снизить размывание его ровной поверхности в верхней емкости.

На чертеже изображен предлагаемый водоочиститель, вид сбоку с разрезом.

Водоочиститель состоит из верхней емкости 1 со сплошной верхней частью, ручкой для переноски водоочистителя и с горловиной 2 навинчивающейся на нее крышкой 3 и загрузки 4 фильтрующего материала, загруженного в емкость 1 и секционированного сотовидной решеткой 5. В горловине 2 размещен предварительный фильтр, состоящий из корпуса 6 в виде цилиндра с упорами в верхней и нижней части и выполненной в виде конуса с вершиной вверх съемной части 7, помещенной в корпус 6, и на который помещен волокнистый фильтрующий материал 8. Упоры предназначены для исключения проваливания корпуса 6 в горловину 2 и съема конуса 7 из корпуса 6.

В днище емкости 1 имеются два клиновидных углубления с размещенными в них трубчатыми дренажами 9, гидравлически соединенными трубкой 10 между собой и посредством гибкого прозрачного трубопровода 11 и крана 12 с одним из дренажей 13 нижней емкости 14 для очищенной воды с крышкой 15 и загрузкой фильтрующего материала 16, секционированного сотовидной решеткой 17. Второй дренаж нижней емкости 18 соединен с гибким прозрачным трубопроводом или трубкой 19 для слива очищенной воды.

Для повышения степени и скорости очистки воды в верхней емкости, а также очистки дренажей верхней емкости 9 последние соединены гибким прозрачным трубопроводом или трубкой 20 с источником сжатого воздуха 21, например, компрессором.

Переносной водоочиститель может быть выполнен без загрузки в нижней емкости 14, дренажей и сотовидной решетки 17. При выполнении нижней емкости с загрузкой для исключения переполнения ее при сливе в нее воды из верхней емкости 1 полезный объем нижней емкости 14 должен быть больше, чем верхний. Для чего объем загрузки фильтрующего материала в нижней емкости должен быть меньше, чем в верхней емкости 4. В зависимости от загрязненности воды объем загрузки в емкости 1 составляет 5 80% предпочтительно 20 50% объема емкости 1, а объем загрузки 16 меньше указанного примерно на 5 10%
Свободный конец трубопровода 19 закреплен в крышке емкости 3 с возможностью свободного проворачивания последней: это позволяет исключить самопроизвольное освобождение трубопровода при хранении воды с последующим нежелательным опорожнением емкости 14, а также исключить утерю крышки 3.

При помещении водоочистителя в кожух в виде заплечного ранца или рюкзака и выполнении элементов водоочистителя из легких материалов преимущественно из пластмассы, а также объемом каждой емкости около 10 л, водоочиститель может использоваться в качестве переносного. Для удобства переноски водоочистителя он может быть выполнен разборным, где каждая емкость переносится раздельно, за выполненную на верхней поверхности емкости ручку.

Устройство работает следующим образом.

Для залива очищаемой воды выворачивается крышка 3 с горловины 2, крышка 3 закрепляется на верхней поверхности емкости 1 и очищаемая вода через горловину 4 емкости 1 и предварительный фильтр с волокнистым фильтрующим материалом 8 заливается в емкость 1, при этом удобно пользоваться воронкой (не показана), а уровень воды контролировать по трубке 20. Для улучшения очистки воды через дренаж 9 или иной рассекатель воздуха по трубке 20 может быть воздух от источника сжатого воздуха 21.

После завершения первой стадии очистки воды подача воздуха прекращается и открывается кран 12 и вода через дренажи 9 верхней емкости по трубке 11 поступает в один из дренажей 13 нижней емкости 14, где хранится до использования как в слое фильтрующего материала 16, так и над ним.

При необходимости очищенная вода из нижней емкости 14 может быть слита. Для этого выворачивается крышка 3, свободный конец трубки 18 помещается в приемную емкость (не показана) и вода через фильтрующий материал 16 и дренаж 18 по трубке 19 сливается для последующего использования, например для приготовления пищи.

Испытания водоочистителя без загрузки нижней емкости показали, что в случае отсутствия загрузки 16 в нижней емкости существенного изменения качества очистки воды не обнаружено, однако при длительном использовании водоочистителя отмечается более быстрое ухудшение качества очистки и длительного хранения воды. В связи с эти снижается ресурс водоочистителя, хотя при этом он существенно превышает показатели прототипа за счет поддержания оптимальной скорости фильтрования воды через загрузку верхней емкости.

Для удобства пользования водоочиститель может быть подвешен на стене на высоте 120 140 см от уровня пола около раковины, что позволяет удобно наливать и сливать воду из водоочистителя.

Для обеспечения автоматического залива воды в верхнюю емкость 1 она может быть снабжена клапаном регулятора уровня, который соединен с водопроводом.

При снижении скорости протекания очищаемой воды через предварительный фильтр ниже удобного в использовании значения фильтрующая загрузка этого фильтра должна быть заменена на свежую: извлекается съемный конус 7 предварительного фильтра из цилиндрического корпуса 6, удаляется отработавшая загрузка волокнистого фильтрующего материала, на конус помещается слой свежей загрузки и конус с загрузкой помещается обратно в цилиндрический корпус.

По мере необходимости при снижении скорости слива воды из верхней емкости в нижнюю извлекается из горловины верхней емкости предварительный фильтр, дренируется вода из верхней емкости, переворачивается эта емкость и удаляется загрузка емкости; после этого емкость переворачивается обратно в исходное положение, загружается свежий фильтрующий материал. При использовании в качестве фильтрующего материала сорбента замена производится также при исчерпании ресурса сорбента.

По мере необходимости при снижении скорости слива очищенной воды из нижней емкости водоочистителя дренаж может быть продут воздухом, например, с использованием велосипедного насоса. Для этого к свободному концу трубки 20 присоединяется трубка от насоса, продувается воздух. Если этого не достаточно для увеличения скорости истечения воды или исчерпался ресурс сорбента, то заменяется загрузка емкости аналогично загрузке верхней емкости.

Конусообразную часть предварительного фильтра 7 целесообразно для увеличения ресурса предварительного фильтра выполнить дырчатой или сетчатой. В качестве волокнистого фильтрующего материала 8 могут быть использованы медицинская вата и другие допущенные к контакту с пищевыми средами аналогичные материалы.

Материалы загрузки 4 и 16 подбирают в зависимости от характера и степени загрязнения воды, а также требований к очищенной воде. Для обеззараживания воды и предотвращения микробиологического загрязнения воды в загрузку 16 введены бактерицидные добавки, например, использована загрузка импрегнированного серебром активированного угля. Размер зерен гранулированного фильтрующего материала, который рекомендуется использовать в качестве загрузок 4 и 16, не должен быть менее 0,5 1,0 мм и не более 3 5 мм. Размер отверстий (пор) в дренажах не должен превышать 0,1 0,2 мм. Внутренний диаметр горловины емкостей должен быть не менее 50 60 мм.

Испытания данного водоочистителя полезным объемом каждой емкости 8 л показали, что переток воды из верхней емкости в нижнюю происходит примерно за 15 мин, а очищенная вода может быть полностью слита примерно за 10 мин, что устраивает большинство потребителей. При этом при использовании активированного угля с высоким содержанием мелочи выноса последнего из загрузки даже в начальный момент времени не происходило. При длительных перерывах в эксплуатации водоочистителя высыхания загрузки не происходило, постороннего запаха и привкуса в очищенной воде не появлялось.

К преимуществам установки следует также отнести простоту и удобство заполнения емкости водой как при наличии системы централизованного водоснабжения, так и при ее отсутствии: а при наличии водопровода не имеют значения форма и присоединительные размеры водопроводной арматуры.

Благодаря удобному размещению фильтрующего материала предварительного фильтра, имеется возможность быстрой и легкой замены этого сменного материала, а также увеличивается ресурс загрузки емкостей. Отсутствие необходимости в патроне заводского изготовления для загрузки фильтрующего материала позволяет удешевить обслуживание водоочистителя.

Компактность и прямоугольная форма удобны как для переноски водоочистителя, так и для подвешивания на стену.

Анализ предложенного устройства показывает, что оно удовлетворяет критерию новизны, так как в известных технических решениях не обнаружена совокупность существенных признаков, идентичная вышеуказанной.

Устройство соответствует критерию промышленной применимости, что подтверждается примером его осуществления.

Анализ предложенного устройства показывает также, что размещение фильтрующего материала в емкостях и выполнение емкостей и дренажей рациональной конструкции позволяет увеличить объем загруженного в емкости водоочистителя фильтрующего и/или сорбционного материала и соответственно увеличить ресурс или использовать более дешевые материалы. Выполнение емкостей одинаковыми позволяет упростить конструкцию водоочистителя. Совокупность всех существенных признаков позволяет не только очищать воду, но и длительно хранить ее, повысить удобство эксплуатации и обслуживания водоочистителя. Указанное явным образом не следует для специалиста из известного уровня техники.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям, необходимым для признания его изобретением.

Использование: очистка питьевой воды. Сущность изобретения: переносной водоочиститель содержит две размещенные на разных уровнях емкости, одинаковые по объему и форме, имеющие горловины и углубления в днищах, зернистую фильтрующую загрузку и размещенные в углублениях по их длине дренажи, выполненные в виде трубчатых элементов и соединенные между собой трубопроводами, 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Переносной водоочиститель, содержащий две размещенные на разных уровнях емкости, верхняя из которых имеет крышку, слой фильтрующей загрузки и сообщена с нижней посредством дренажа, а нижняя емкость имеет в нижней части средство для слива очищенной воды, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными дренажами, емкости установлены одна на другой и выполнены с горловиной, при этом днище верхней емкости имеет углубления, дренажи выполнены в виде трубчатых элементов, установленных в углублениях по их длине, и соединены между собой и нижней емкостью трубопроводами. 2. Водоочиститель по п.1, отличающийся тем, что нижняя емкость снабжена слоем фильтрующей загрузки и выполнена с углублениями в днище, в которых установлены дренажи, по крайней мере один дренаж нижней емкости соединен со средством для слива очищенной воды, а все другие соединены между собой трубопроводами. 3. Водоочиститель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что емкости выполнены одинаковыми по объему и форме, при этом объем загрузки нижней емкости выполнен меньшим, чем объем слоя в верхней емкости. 4. Водоочиститель по пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен источником сжатого воздуха, например компрессором, подсоединенным к дренажам верхней емкости, при этом на трубопроводе, соединяющем дренажи верхней и нижней емкостей, установлено запорное устройство, например вентиль. 5. Водоочиститель по пп.1 4, отличающийся тем, что углубления в днищах имеют уменьшающееся в направлении сверху вниз поперечное сечение. 6. Водоочиститель по пп. 1 5, отличающийся тем, что углубления в днищах имеют клиновидную форму. 7. Водоочиститель по пп.1 6, отличающийся тем, что емкости имеют преимущественно прямоугольную форму и по крайней мере в верхней емкости часть слоя, размещенного над днищем, секционирована сотовидной горизонтальной решеткой. 8. Водоочиститель по пп.1 7, отличающийся тем, что он снабжен установленным в горловине верхней емкости фильтром для предварительной очистки воды, выполненным в виде цилиндрического корпуса со съемным днищем в виде конуса, на котором размещен волокнистый фильтрующий материал.