МОДУЛЬ И ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК B01D35/01 B01D24/16 B01D27/02 B01D101/02 

Группа изобретений относится к устройствам для очистки воды, преимущественно питьевой воды, в которых обеспечивается возможность фильтрования ее через адсорбционно-бактерицидный материал в бытовых условиях самотеком снизу вверх на основе сифонного эффекта с обеспечением качества очищенной воды.

Группа изобретений может найти применение для очистки питьевой воды и других жидкостей бытового потребления, в химической, медицинской и других отраслях промышленности.

Известные фильтры для очистки питьевой воды, используемые в бытовых условиях, представляют собой в комбинации емкость очищаемой воды, в нижней части которой закреплен фильтрующий модуль, обеспечивающий очистку воды при фильтрации через модуль самотеком в направлении сверху вниз под действием гравитационных сил и сбор очищенной воды в расположенную ниже емкость для очищенной воды. В качестве фильтрующего материала, расположенного в фильтрационной камере модуля, чаще всего используют гранулированный активированный уголь. Для эффективной работы подобных фильтров необходимо, с одной стороны, обеспечить протекание воды через фильтр с минимальным сопротивлением, с другой стороны - обеспечить нахождение воды в фильтре в течение необходимого для сорбции растворенных загрязнений времени. При этом используемые в практике гранулированные сорбенты не вполне обеспечивают требуемое сопротивление фильтрации потоку воды.

Для удержания частичек сорбента в фильтрующем патроне на выходе фильтра часто устанавливают дополнительный фильтрующий элемент с мелкими порами, которые при движении воды самотеком сверху вниз (в направлении действия сил гравитации) часто забиваются мелкими пылевидными частицами гранулированного сорбента. Это значительно сокращает ресурс работы фильтра.

Другой проблемой при использовании известных конструкций фильтров с фильтрацией воды под действием гравитационных сил самотеком в направлении сверху вниз является образование газовых и воздушных пузырьков внутри фильтровального материала. Образованные пузырьки блокируют поры, затрудняют и иногда полностью препятствуют течению воды через фильтр. Для решения этой проблемы разрабатывают специальные газоулавливающие конструкции в фильтре, что значительно усложняет, удорожает и ограничивает сферу применимости фильтров.

Существенным недостатком известных конструкций фильтров, в которых фильтрация под действием гравитационных сил осуществляется самотеком сверху вниз, является также явление полного осушения фильтра по окончании процесса фильтрования. Это ограничивает возможность использования в качестве фильтрующих и сорбирующих агентов ионообменных материалов, которые не выдерживают периодической смены осушения и увлажнения и при таком режиме перестают нормально работать.

Для качественной очистки воды необходимо обеспечить фильтрацию в фильтре самотеком в направлении снизу вверх под действием гравитационных сил так, чтобы уровень отвода очищенной воды в фильтре мог находиться выше уровня подвода воды в фильтровальный модуль. Это необходимо для очистки всего объема воды без дополнительных потерь очищаемой воды, предотвращения преждевременного забивания пор фильтровального материала и обеспечения автоматического удаления воздуха и/или газов из фильтровального материала.

Решение этой проблемы достигается выполнением конструкции фильтра для очистки жидкости, преимущественно воды на основе сифонного эффекта, описанной в патенте РФ 2125974, опубл. 10.02.1999, Бюл 4, МКИ C 02 F 9/00. Фильтр содержит в комбинации модуль с контейнером для жидкости. Фильтрационный модуль включает корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание жидкости через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной жидкости, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной жидкости в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой жидкости. При этом, средство подвода очищаемой жидкости в фильтрующий модуль выполнено в виде отверстия или отверстий в основании корпуса. Со стороны подвода очищаемой жидкости и/или отвода очищенной жидкости может быть размещен проницаемый гидрофильный материал для обеспечения сохранения заполнения фильтрующего модуля жидкостью после окончания фильтрования.

Контейнер для жидкости имеет верхнюю секцию для очищаемой жидкости, внутри которой в основании вогнутой формы размещен модуль фильтра, имеющий основание выпуклой формы и нижнюю секцию для очищенной жидкости, выполненную в форме кувшина. Верхняя секция для очищаемой жидкости выполнена в виде вставки или воронки, установленной в верхней части кувшина. Обе секции контейнера для жидкости выполнены из прозрачного материала.

Для обеспечения возможности удаления воздуха и/или газов из фильтровального материала и заполнения нисходящего канала жидкостью в начале фильтрования верхняя, сообщающаяся с герметичной полостью сбора очищенной жидкости часть нисходящего канала выполнена с выступающими относительно поверхности верхнего слоя фильтровального материала стенками. В нижней части секции для очищаемой жидкости выполнено отверстие, в котором герметично закреплена нижняя, выступающая относительно корпуса фильтрующего модуля часть нисходящего канала с обеспечением возможности отвода очищенной жидкости из фильтрующего модуля.

В качестве фильтровального материала может быть использован адсорбционно-бактерицидный материал на основе гранулированного активированного угля и/или активированного углеродного волокна и/или дополнительно он может содержать адсорбционно-бактерицидный материал на основе гранулированного и/или волокнистого ионообменного материала.

При основных достоинствах конструктивного выполнения фильтра и модуля, предназначенных для очистки жидкости, преимущественно питьевой воды на основе сифонного эффекта, недостатком является прерывание струи фильтрации при низкой скорости фильтрации воды в конце фильтрования. Прерывание струи происходит из-за попадания в нисходящий канал достаточно большого пузыря воздуха, образованного за счет выделения в массе фильтровального материала воздуха, растворенного в фильтруемой воде после многоциклового фильтрования холодной водопроводной воды, температара которой составляет примерно 3-5^oС. В первую очередь это касается фильтрации водопроводной воды, находящейся под давлением. На первых стадиях фильтрации достаточно велика скорость фильтрования и рабочее давление, которые дают возможность протянуть образовавшийся пузырь воздуха. Но при минимальном давлении это осуществить невозможно. Поэтому, для качественной очистки воды необходимо достичь устойчивости процесса фильтрации без прерывания во времени.

Общей задачей группы изобретений и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании изобретений, является создание модуля и фильтра для очистки воды на основе сифонного эффекта, обеспечивающих надежность процесса фильтрации во времени.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигается тем, что в модуле для очистки воды на основе сифонного эффекта, включающем корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной воды в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды, согласно изобретению, нисходящий канал выполнен по меньшей мере с одним средством регулирования фильтрации воды, расположенным в верхней части нисходящего канала на высоте ниже герметичной полости сбора очищенной воды, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения с возможностью обеспечения фильтрования воды в модуле и отвода очищенной воды при уровне воды ниже верхнего уровня модуля.

При этом средство регулирования фильтрации воды выполнено в виде жиклера с одним линейным размером, меньшим размера частиц фильтрующего материала на основе гранулированного и/или волокнистого материала. Один из линейных размеров средства регулирования фильтрации воды меньше диаметра гранулированного фильтрующего материала при использовании в качестве фильтрующего материала - гранулированного или меньше длины волокнистого материала, если используют в качестве фильтрующего материала волокнистый материал. (Жиклер - калиброванное отверстие в детали, дозирующее расход жидкости или газа. "Большой энциклопедический словарь Политехнический", Москва, 1998, стр. 171).

А нисходящий канал может быть выполнен в виде канала переменного или постоянного поперечного сечения прямоугольной, трапецеидальной, многоугольной, круглой формы.

Нисходящий канал может быть выполнен разъемным, по меньшей мере состоящим из двух элементов, которые могут быть выполнены отличной друг от друга формы постоянного поперечного сечения или переменного и постоянного поперечных сечений одинаковой или отличной друг от друга формы.

По меньшей мере два элемента нисходящего канала могут быть выполнены аксиально расположенными относительно друг друга или один из элементов нисходящего канала выполнен под углом менее 90^o относительно другого.

В фильтре для очистки воды на основе сифонного эффекта, содержащем в комбинации модуль, включающий корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной воды в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды, и контейнер для воды, имеющий верхнюю секцию для очищаемой воды, внутри которой в основании вогнутой формы размещен модуль фильтра, имеющий основание выпуклой формы и нижнюю секцию для очищенной воды, согласно изобретению, нисходящий канал модуля выполнен описанной выше конструкции.

В процессе фильтрации после многоциклового фильтрования холодной водопроводной воды происходит образование воздушного пузыря в нисходящем канале при уровне воды ниже верхнего уровня нисходящего канала. Для удаления воздушного пузыря нисходящий канал выполнен по меньшей мере с одним средством регулирования фильтрации воды, расположенным в верхней части нисходящего канала на высоте ниже герметичной полости сбора очищенной воды, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения. Средство регулирования фильтрации воды дает возможность удалить воздушный пузырь под действием силы тяжести водяной капли в центральной части нисходящего канала и разницы объемов нисходящего канала и водяной капли. Для того чтобы время фильтрации не превышало заданного (например, не более 10-15 минут), средство регулирования фильтрации воды выполнено в виде жиклера. А выполнение его с одним линейным размером, меньшим размера частиц фильтрующего материала на основе гранулированного и/или волокнистого материала, приводит к тому, что при минимальной толщине средства регулирования фильтрации воды оно перекрыто слоем фильтрующего материала. В процессе нормальной работы модуля протекания воды не происходит через средство регулирования фильтрации воды, а при прерывании фильтрации, когда образуется воздушный пузырь, вода начинает медленно протекать сквозь него, постепенно заполняя и наполняя нисходящий канал, после чего возобновляется работа модуля в обычном режиме. Кроме того изменение конфигурации нисходящего канала позволяет сохранить устойчивость процесса фильтрации во времени и предотвращает изменение процесса фильтрации, т.е. перехода из состояния фильтрации в форме водяной струи в состояние каплеобразования.

Одним из достоинств заявляемой группы изобретений также является возможность фильтрации воды большего объема, так как конструктивное выполнение модуля позволяет обеспечить фильтрование воды в фильтре и отвод очищенной воды при ее уровне ниже верхнего уровня модуля.

Все вышеописанное обеспечивает надежность процесса фильтрации во времени.

Раскрытие сущности группы изобретений, их преимущества и возможности использования поясняются ниже перечисленными чертежами и описанием.

На фиг.1 изображен общий вид модуля для очистки воды на основе сифонного эффекта.

На фиг. 2 изображен модуль, имеющий нисходящий канал переменного поперечного сечения круглой формы.

На фиг. 3 изображен модуль, имеющий нисходящий канал постоянного поперечного сечения многоугольной формы.

На фиг.4 изображен модуль, имеющий нисходящий канал, выполненный из двух элементов постоянных поперечных сечений отличной друг от друга формы.

На фиг.5 изображен модуль, имеющий нисходящий канал, выполненный из двух элементов переменного и постоянного поперечных сечений одинаковой формы.

На фиг.6 изображен модуль, имеющий нисходящий канал, выполненный из двух элементов переменного и постоянного поперечных сечений отличной друг от друга формы.

На фиг. 7 изображен общий вид фильтра для очистки воды на основе сифонного эффекта.

Модуль для очистки воды на основе сифонного эффекта (фиг.1) состоит из корпуса 1, внутри которого расположена фильтрационная камера 2 с фильтровальным материалом на основе гранулированного и/или волокнистого материала (активированного угля и/или активированного углеродного волокна и/или ионообменного гранулированного или волокнистого материала) 3, средства подвода очищаемой воды 4 и средства отвода очищенной воды 5. Средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру 2 снизу вверх, выполнено в виде отверстий 4. В верхней части корпуса модуля имеется герметичная полость 6 для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры 2. Средство отвода очищенной воды, расположенное внутри корпуса модуля, выполнено в виде нисходящего канала 5, вход которого сообщается с герметичной полостью 6, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды 4. Нисходящий канал 5 выполнен по меньшей мере с одним средством регулирования фильтрации воды 7 в виде жиклера, расположенным в верхней части нисходящего канала 5 на высоте ниже герметичной полости сбора очищенной воды 6, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения с возможностью обеспечения фильтрования воды в модуле и отвода очищенной воды при уровне воды ниже верхнего уровня модуля. Причем средство регулирования фильтрации воды 7 выполнено с одним линейным размером, меньшим размера частиц фильтрующего материала на основе гранулированного и/или волокнистого материала (меньше диаметра гранулированного фильтрующего материала или меньше длины волокнистого материала). Верхняя часть 8 нисходящего канала 5 выполнена выступающей относительно фильтровального материала 3, а нижняя часть 9 нисходящего канала 5 выполнена выступающей относительно нижней части корпуса 1 модуля (фиг.1). Нисходящий канал 5 может быть выполнен в виде канала переменного или постоянного поперечного сечения, многоугольной или круглой формы или разъемным, по меньшей мере состоящим из двух элементов, выполненных в виде каналов отличной друг от друга формы постоянных поперечных сечений; переменного и постоянного поперечных сечений одинаковой или отличной друг от друга формы (фиг.1-6). Два элемента нисходящего канала могут быть выполнены аксиально расположенными относительно друг друга или один из элементов нисходящего канала выполнен под углом менее 90^o относительно другого. Внутри корпуса 1 модуля со стороны подвода очищаемой и/или отвода очищенной воды могут быть дополнительно расположены слои проницаемого гидрофильного материала 10.

Фильтр для очистки воды на основе сифонного эффекта (фиг.8) содержит в комбинации модуль вышеописанной конструкции и контейнер для воды, имеющий верхнюю секцию для очищаемой воды 11, внутри которой в основании вогнутой формы герметично закреплен в отверстии посредством нижней выступающей части 9 нисходящего канала 5 модуль фильтра, имеющий основание выпуклой формы и нижнюю секцию для очищенной воды 12 в форме кувшина, в верхнюю часть которого вставлена секция для очищаемой воды 11.

Модуль для очистки воды на основе сифонного эффекта представляет собой легко заменяемую съемную конструкцию.

Конкретные размеры и отдельные конструктивные параметры исполнения модуля и фильтра могут быть выбраны специалистами в зависимости от назначения и производительности фильтра. В зависимости от производительности фильтра в нисходящем канале модуля может быть выполнено более одного средства регулирования фильтрации воды.

В качестве конструктивных материалов могут использоваться практически любые известные и применяемые в устройствах для очистки воды материалы, а также известные технологии сборки.

Модуль и фильтр для очистки воды на основе сифонного эффекта функционируют следующим образом (фиг.7).

Модуль устанавливают в отверстие секции для очищаемой воды 11 посредством нижней выступающей части 9 нисходящего канала 5 модуля фильтра. Секцию для очищаемой воды 11, выполненную в виде воронки с модулем, устанавливают в верхнюю часть секции для очищенной воды 12, выполненной в форме кувшина. В начале процесса фильтрования заполняют водой секцию для очищаемой воды 11. После заполнения модуля очищаемой водой, вытеснения воздуха из фильтровального материала 3 и заполнения герметичной полости 6 в верхней части модуля и нисходящего канала 5, постоянного поперечного сечения круглой формы, самопроизвольно начинается процесс фильтрования, очищаемая вода самотеком проходит сквозь средство подвода очищаемой воды 4 через фильтрационную камеру 2 с фильтровальным материалом 3 в направлении снизу вверх и отводится через нисходящий канал 5, выполненный со средством регулирования фильтрации воды 7 в виде жиклера, в секцию очищенной воды 12 (в кувшин). В дальнейшем очищаемая вода полностью высасывается из секции для очищаемой воды 11 и фильтруется, проходя через модуль самотеком в направлении снизу вверх. При этом обеспечивается автоматическое удаление всей очищаемой воды из секции для очищаемой воды 11 за счет сифонного эффекта. Для очистки следующей порции воды процедуру заполнения секции для очищаемой воды 11 повторяют или в процессе фильтрования дополнительно доливают очищаемую воду в секцию для очищаемой воды 11. В процессе фильтрации после многоциклового фильтрования холодной водопроводной воды с температурой примерно +5^oС происходит образование воздушного пузыря в нисходящем канале 5 при уровне воды ниже верхнего уровня нисходящего канала. Когда образуется воздушный пузырь, вода начинает медленно протекать сквозь средство регулирования фильтрации воды 7 в виде жиклера, расположенное в верхней части нисходящего канала 5, постепенно заполняя и наполняя нисходящий канал 5, после чего возобновляется работа модуля в обычном режиме.

Изобретение относится к устройствам для очистки воды, преимущественно питьевой воды, фильтрованием ее через адсорбционно-бактерицидный материал в бытовых условиях самотеком снизу вверх на основе сифонного эффекта. В модуле для очистки воды на основе сифонного эффекта, включающем корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной воды в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды, нисходящий канал выполнен, по меньшей мере, с одним средством регулирования фильтрации воды, расположенным в верхней части нисходящего канала на высоте ниже герметичной полости сбора очищенной воды, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения с возможностью обеспечения фильтрования воды в модуле и отвода очищенной воды при уровне воды ниже верхнего уровня модуля. При этом средство регулирования фильтрации воды выполнено в виде жиклера с одним линейным размером, меньшим размера частиц фильтрующего материала на основе гранулированного и/или волокнистого материала. А нисходящий канал может быть выполнен в виде канала переменного или постоянного поперечного сечения или разъемным, по меньшей мере, состоящим из двух элементов. Фильтр для очистки воды на основе сифонного эффекта содержит в комбинации модуль вышеописанной конструкции и контейнер для воды, имеющий верхнюю секцию для очищаемой воды, внутри которой в основании вогнутой формы герметично закреплен в отверстии посредством нижней выступающей части нисходящего канала модуль фильтра, имеющий основание выпуклой формы и нижнюю секцию для очищенной воды в форме кувшина, в верхнюю часть которого вставлена секция для очищаемой воды. Достигается надежность процесса фильтрации во времени. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Модуль для очистки воды на основе сифонного эффекта, включающий корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной воды в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды, отличающийся тем, что нисходящий канал выполнен, по меньшей мере, с одним средством регулирования фильтрации воды, расположенным в верхней части нисходящего канала на высоте ниже герметичной полости сбора очищенной воды, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения с возможностью обеспечения фильтрования воды в модуле и отвода очищенной воды при уровне воды ниже верхнего уровня модуля. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что средство регулирования фильтрации воды выполнено в виде жиклера. 3. Модуль по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что средство регулирования фильтрации воды выполнено с одним линейным размером, меньшим размера частиц фильтрующего материала на основе гранулированного и/или волокнистого материала. 4. Модуль по п. 3, отличающийся тем, что один из линейных размеров средства регулирования фильтрации воды меньше диаметра гранулированного фильтрующего материала. 5. Модуль по п. 3, отличающийся тем, что один из линейных размеров средства регулирования фильтрации воды меньше длины волокнистого материала. 6. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что нисходящий канал выполнен в виде канала переменного или постоянного поперечного сечения. 7. Модуль по п. 6, отличающийся тем, что нисходящий канал выполнен в поперечном сечении прямоугольной, трапецеидальной, многоугольной или круглой формы. 8. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что нисходящий канал выполнен разъемным, по меньшей мере, состоящим из двух элементов. 9. Модуль по п. 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два элемента нисходящего канала выполнены в виде каналов отличной друг от друга формы постоянного поперечного сечения. 10. Модуль по п. 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два элемента нисходящего канала выполнены в виде каналов переменного и постоянного поперечного сечений одинаковой или отличной друг от друга формы. 11. Модуль по п. 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два элемента нисходящего канала выполнены аксиально расположенными относительно друг друга. 12. Фильтр для очистки воды на основе сифонного эффекта, содержащий в комбинации модуль, включающий корпус, имеющий фильтрационную камеру с расположенным в ней фильтровальным материалом, средство подвода очищаемой воды в основании корпуса, обеспечивающее протекание воды через фильтрационную камеру снизу вверх, герметичную полость в верхней части корпуса модуля для сбора очищенной воды, проходящей из фильтрационной камеры, и средство отвода очищенной воды в виде нисходящего канала, вход которого сообщается с герметичной полостью, а выход расположен ниже средства подвода очищаемой воды, и контейнер для воды, имеющий верхнюю секцию для очищаемой воды, внутри которой в основании вогнутой формы размещен модуль фильтра, имеющий основание выпуклой формы и нижнюю секцию для очищенной воды, отличающийся тем, что нисходящий канал модуля выполнен по пп. 1-11.