ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ "УРАЛЬСКИЙ" Российский патент 2003 года по МПК C02F1/28 C02F1/42 B01J20/00 

Изобретение относится к области санитарно-технической техники, а именно к фильтрам для очистки питьевой воды, и может быть использовано в других областях техники.

Известен фильтр для очистки питьевой воды, содержащий корпус, фильтрующий элемент в форме цилиндра с дном, выпускной патрубок и гайку с прокладкой, соединяющую корпус фильтра с краном водопровода [1].

Недостатком известного фильтра является отсутствие элемента предварительной очистки воды, поступающей из крана водопровода, которая быстро загрязняет внешнюю поверхность цилиндра фильтрующего элемента, что уменьшает водопроницаемость поверхности и сокращает срок службы фильтра. Конструкция корпуса и фильтрующего элемента определяет путь движения воды от крана водопровода к выходу очищенной воды, не обеспечивает трехстадийную очистку, а реализуют лишь одностадийную по определению.

Известен фильтр для очистки питьевой воды на основе минералов, содержащий корпус с крышкой, на внешней боковой поверхности корпуса установлен кран для слива очищенной воды, внутри верхней части корпуса размещена емкость - 1, пространство между дном емкости - 1 и дном корпуса образует емкость - 2, емкости заполнены зернистым минералом [2].

Недостатком данного фильтра является отсутствие элемента предварительной очистки воды, заливаемой в емкость 1. Вода протекает через фильтрующий материал емкости 1, частично задерживает механическую примесь, а оставшаяся механическая примесь поступает в емкость 2, что ухудшает качество очистки и сокращает ресурс работы фильтрующего материала.

Известен фильтр для очистки питьевой воды, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, на дне которого установлено сито, корпус заполнен зернистым фильтрующим материалом, состоящим из двух природных минералов, которые образуют две ступени очистки и разделены решеткой, крышку корпуса с уплотнительным кольцом, на наружной поверхности крышки имеются два патрубка для подвода воды из водопровода и отвода очищенной воды из фильтра посредством шланга [3].

Известный фильтр имеет следующие недостатки: отсутствует элемент предварительной очистки воды от взвешенных механически насыщенных частиц примеси, а также нет элемента задержки механической примеси после каждой ступени очистки. Установленное на дне корпуса сито, обозначенное как элемент предварительной очистки, конструкция которого даже приближенно не может выполнять обозначенную функцию. Засыпанные в емкости минералы находятся в свободном перемещении, так как они не фиксированы в объеме емкости, то под воздействием потока воды зерна минерала перемещаются и испытывают трение. В результате трения зерен одновременно с поверхности минерала снимаются адсорбированные частицы примеси, которые возвращаются в воду. Таким образом, вода загрязняется повторно двойными примесями, что ухудшает качество очистки и сокращает ресурс работы фильтрующего материала.

Целью изобретения является улучшение качества очистки воды, увеличение ресурса материала, повышение срока работы фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в фильтре для очистки питьевой воды корпус фильтра заполнен фильтрующим материалом разного вида природных минералов, которые образуют несколько последовательно расположенных ступеней очистки примеси, все ступени расположены вдоль оси корпуса и сопряжены между собой через прокладки из фильтрующего материала и тем самым осуществляют последовательную очистку определенной примеси в соответствующей ступени, следовательно, улучшают качество очистки воды, первая ступень выполнена в форме пластины и установлена внутри уплотнительно-поджимного кольца крышки корпуса, а внутренняя поверхность пластины сопряжена со второй ступенью.

Первая ступень выполняет роль фильтра задержки взвешенных механически насыщенных частиц примеси, такой как: глина, песок, грубая ржавчина и другие фракции, растворенные в воде, которые быстро загрязняют поверхность фильтрующего материала всех ступеней очистки. Поэтому наличие первой ступени является необходимым элементом фильтра, что позволяет осуществить задержку крупной механической примеси и физическую адсорбцию мелкодисперсной примеси. При загрязнении пластины ее следует снять, тщательно промыть в чистой проточной воде и установить в фильтр для повторного использования. Пластина первой ступени сопрягается через прокладку, которая задерживает проникновение мелкодисперсной остаточной примеси от первой ступени во вторую ступень. Таким образом, наличие первой ступени и фильтрующей прокладки существенно улучшает качество очищенной воды и увеличивает ресурс фильтрующего материала.

Вторая ступень заполнена зернистым материалом, обладающим свойством активно поглощать из воды окислы железа, что позволяет осуществить тонкую очистку окисла железа и других примесей.

Третья ступень разделена на две части и выполнена в форме наборного пакета, составленного из сопряженных между собой полых стержней со сквозными отверстиями, причем стержни частей ступени ориентированы во взаимно перпендикулярном направлении. Третья ступень улучшает органолептические, антимикробные и экологические свойства очищенной воды.

Выполнение третьей ступени в форме наборного пакета, составленного из сопряженных между собой полых стержней, которые образуют полость, а ее внутренняя поверхность составляет дополнительно адсорбционную поверхность, жесткая фиксация стержней и частей ступени обеспечивает неизменными геометрические параметры ступени. Наличие в стержне сквозных осевого и радиальных отверстий позволяет снизить начальное давление и изменить направление движения входящего потока воды. Вода под давлением втекает в осевое отверстие стержня первой части ступени, а вытекает спонтанно из радиальных отверстий. Здесь радиальные отверстия выполняют как бы функцию клапана сброса высокого давления. Затем поток пониженного давления втекает в радиальные отверстия стержней второй части ступени и перемещается внутри стержня с меньшим давлением и с меньшей скоростью. В результате уменьшения давления и скорости увеличивается время контакта примеси с поверхностью, а следовательно, увеличивается количество задержанной примеси, и, тем самым, улучшает качество питьевой воды.

Четвертая ступень заполнена зернистым материалом, объем которого больше объема материала третьей ступени. Такое соотношение объемов обусловлено тем, что четвертая ступень выполняет основную функцию по задержке примеси разных металлов и их соединений. Используемый фильтрующий материал обладает широким спектром физико-химических свойств и различным механизмом адсорбции. Поэтому четвертая ступень очищает воду от основных примесей, находящихся в водопроводе, и, кроме того, уменьшает жесткость воды.

Пятая ступень очистки выполнена в форме пластины и расположена на решетке, установленной на дне корпуса. Ступень выполняет микробиологическую функцию по очистке воды от тяжелых металлов, радиоактивных примесей, пестицидов, сдерживает размножение клеточных бактерий и другие бактерицидные микроорганизмы. Все ступени и элементы очистки расположены вдоль оси корпуса и сопряжены между собой через разделительную прокладку и жестко фиксированы в объеме фильтра, что позволяет исключить трение поверхности материала и образование частиц примеси вторичного загрязнения, а наличие разделительной прокладки исключает проникновение механических частиц из верхней ступени в последующую ступень очистки.

Таким образом, указанные отличия и сравнения заявляемого фильтра не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, тем, что корпус фильтра заполнен фильтрующим материалом разного вида природных минералов, который образует несколько ступеней очистки, каждая ступень заполнена определенным видом материала и выполняет заданную функцию очистки определенной примеси. Первая ступень выполнена в форме пластины и установлена внутри уплотнительно-поджимного кольца крышки корпуса, а внутренняя поверхность пластины сопряжена со второй ступенью, которая заполнена зернистым материалом. Третья ступень дополнительно разделена на две части и выполнена в форме наборного пакета, составленного из сопряженных между собой полых стержней со сквозным осевым отверстием и сквозными радиальными отверстиями, причем, стержни частей ступени ориентированы во взаимно перпендикулярном направлении, четвертая ступень заполнена зернистым материалом, объем которого больше материала третьей ступени, а пятая ступень выполнена из материала пористой структуры в форме пластины и расположена на решетке, которая установлена на дне корпуса. Ступени и элементы очистки размещены вдоль оси корпуса и сопряжены между собой через разделительную прокладку и жестко фиксированы в объеме корпуса фильтра.

Таким образом, заявляемый фильтр отличается от рассматриваемого прототипа, а их связь между собой создает новые свойства, что соответствует критерию "новизна", появление новых свойств и сравнение заявляемого решения с прототипом, но и с другими техническими решениями, в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, которые улучшают качество очистки, увеличивают ресурс фильтрующего материала ступеней и повышают срок работы фильтра, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 схематически показан общий вид фильтра в разрезе; на фиг.2 показана решетка по сечению А-А; на фиг.3 показан общий вид решетки.

Фильтр содержит корпус 1, заполненный фильтрующим материалом из природных минералов, которые образуют ступени очистки фильтра, каждая ступень заполнена соответствующим видом материала и выполняет заданную функцию задержки определенной примеси, первая ступень выполнена в форме пластины 2 и установлена внутри уплотнительно-поджимного кольца 3 крышки 4, внутренняя поверхность пластины 2 сопряжена со второй ступенью 5, заполненной зернистым материалом, третья ступень дополнительно разделена на две части 6 и 7 и выполнена в форме наборного пакета, составленного из сопряженных между собой стержней со сквозным осевым отверстием 8 и радиальными сквозными отверстиями 9, причем стержни частей 6 и 7 ориентированы во взаимно перпендикулярном направлении, четвертая ступень 10 заполнена зернистым материалом, объем которого больше материала третьей ступени, пятая ступень 11, выполнена в форме пластины и расположена на решетке 12, которая установлена на дне корпуса, ступени и элементы очистки размещены вдоль оси корпуса и сопряжены между собой через разделительную прокладку 13 и жестко фиксированы в объеме корпуса фильтра, решетка имеет сквозные отверстия 14, суммарный диаметр которых соответствует диаметру осевых отверстий дна 15 и крышки 16 корпуса.

Фильтр работает следующим образом.

Фильтр предварительно установить вниз конусом гайки 4 в отверстие внутри воронки, а затем воронку с фильтром установить в кувшин и залить необходимое количество воды в воронку. Вода из воронки поступает через входное отверстие 16 внутрь фильтра, протекает через фильтрующую пластину 2 первой ступени, в которой происходит предварительная очистка от крупной и мелкодисперсной механически насыщенной примеси. При сильном загрязнении пластины, необходимо извлечь пластину из корпуса 1, промыть в проточной воде и установить для повторного использования. После предварительной очистки, вода через разделительную прокладку 13 поступает во вторую ступень 5 и далее последовательно проходит все ступени, каждая из которых осуществляет задержку определенной примеси. Очищенная вода высокого качества вытекает из фильтра через выходное отверстие 15 дна корпуса 1 и накапливается в кувшине. При использовании фильтра в проточном режиме непрерывной очистки в системе водопровода, на входе фильтра в отверстие 16 и на выходе в отверстие 15 устанавливается патрубок и посредством шланга соединяется с водопроводом (на чертеже не указаны).

Фильтр может быть реализован следующим образом.

Корпус, гайка и решетка выполнены из полиэтилена низкого давления или нержавеющего материала, так как эти материалы не подвержены коррозии и обладают высокой механической прочностью. Уплотнительно-поджимное кольцо крышки выполнено из упругой пищевой резины. Разделительная прокладка выполнена из фильтровальной ткани. Первая ступень очистки выполнена из обсидана, материала с высокой микропористостью и имеет микрогетерогенную структуру, что позволяет задерживать микрочастицы примеси соответствующего размера и обладает достаточной твердостью и механической прочностью. При загрязнении пластины, поверхностная и объемная пористость легко восстанавливается путем промывки в чистой воде, проходящей через поверхность пластины. Во второй ступени используется зернистый материал пиролюзит, который очищает воду от примесей железа и его соединений, устойчив к размыву и механическому истиранию, а жесткая фиксация зерен материала в объеме ступени, полностью исключает трение и образование частиц трения и повторное загрязнение воды. Третья ступень выполнена в форме наборного пакета, составленного из сопряженных между собой стержней со сквозным осевым отверстием и сквозными радиальными отверстиями. Стержни изготовлены из материала шунгита, который в отличие от активированного угля, обладает достаточной твердостью и механической прочностью, что позволяет изготовить стержни в форме полых стержней с отверстиями. Шунгит имеет высокое содержание углерода до 96%, а по сорбционным свойствам эквивалентен активированному углю. Кроме указанных отличий шунгит имеет дополнительные свойства - обеззараживать болезнетворные микроорганизмы и высокоактивное поглощение газа, хлорсодержащие и фосфороорганические соединения, а также нефтепродукты. Применение шунгита улучшает токсикологические, органолептические и экологические характеристики очищенной воды. Совокупность отличительных преимуществ определили выбор шунгита в качестве материала третьей ступени.

Четвертая ступень заполнена природным зернистым материалом мелкой фракции цеолита фильтровального класса. Цеолит обладает широким спектром физико-химических свойств и проявляет разный механизм адсорбции в зависимости от свойств химического соединения, что позволяет осуществить глубокую очистку примеси разной природы, уменьшить жесткость воды. Выполнение пятой ступени в форме пластины из ионообменного материала, который задерживает радиоактивные примеси, канцерогенные вещества, ионы тяжелых металлов, сдерживает размножение вредных микроорганизмов и вирусов, а также механические примеси. Пятая, конечная, ступень позволяет осуществить высокую степень очистки воды и обеспечивает защиту от вредных и опасных для организма человека бактериологических и химических примесей.

Разделение фильтрующего материала на ступени, каждая ступень выполнена определенной конструкции геометрической формы и расположена в определенной последовательности, сопряжены между собой и жестко зафиксированы в объеме полости корпуса - все это позволило обеспечить последовательную очистку в соответствующей ступени разной примеси. После очистки примеси в предыдущей ступени концентрация и размер микропримесей уменьшается и тем самым уменьшает адсорбционную нагрузку, что позволяет каждой ступени более эффективно реализовывать заданную функцию, а следовательно, повысить качество очищенной воды. Механическая твердость и прочность материала, применяемого для выполнения ступеней очистки, простота регенерации его фильтрующих свойств позволяют его многократно использовать, примерно 3-4 раза в зависимости от загрязнения воды, а также увеличить примерно в 4 раза ресурс работы фильтрующего материала и снизить стоимость очистки 1 л воды, а в целом увеличить срок работы фильтра.

Таким образом, экономический эффект от использования предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом соответственно увеличивается примерно в 4 раза.

Источники информации
1. Руководство по эксплуатации "Фильтр регенерируемый бытовой "Гейзер". ООО "Акватория". М., 1999.

2. Паспорт и инструкция по эксплуатации "Фильтр бытовой для очистки воды на основе минералов "Садоводческий". М., 2001 г.

3. Паспорт и инструкция по эксплуатации "Фильтр бытовой для очистки воды на основе минералов "Настольный". М., 2001.

Изобретение относится к области санитарно-технической техники, а именно к фильтрам для очистки питьевой воды, и может быть использовано в других областях техники. Технический результат - улучшение качества очистки воды, увеличение ресурса фильтрующего материала и повышение срока работы фильтра. Корпус фильтра заполнен фильтрующим материалом из разнородных природных минералов, которые образуют ступени очистки. Каждая ступень выполняет функцию очистки определенной примеси. Первая ступень выполнена в форме пластины и установлена внутри уплотнительного кольца крышки. Внутренняя поверхность пластины сопряжена со второй ступенью, заполненной зернистым материалом, третья ступень разделена на две части и выполнена в форме пакета, составленного из сопряженных между собой стержней со сквозным осевым отверстием и сквозными радиальными отверстиями. Стержни частей третьей ступени ориентированы во взаимно перпендикулярном направлении, четвертая ступень наполнена зернистым материалом, объем которого больше объема материала третьей ступени, пятая ступень выполнена в форме пластины и расположена на решетке, которая установлена на дне корпуса. Ступени очистки размещены вдоль оси корпуса, сопряжены между собой через разделительную прокладку и жестко фиксированы в объеме корпуса фильтра. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Фильтр для очистки питьевой воды, содержащий корпус, заполненный фильтрующим материалом из разновидных природных минералов, которые образуют разделенные между собой по виду минералов ступени очистки воды, каждая от определенной примеси, расположенные вдоль оси корпуса и сопряженные между собой, крышку корпуса с уплотнительным кольцом, решетку, установленную на дне корпуса, вход и выход фильтра, отличающийся тем, что первая ступень выполнена в форме пластины и установлена внутри уплотнительного кольца крышки, при этом внутренняя поверхность пластины сопряжена со второй ступенью, заполненной зернистым материалом, третья ступень выполнена в форме пакета, составленного из разделенных на две части и сопряженных между собой полых стержней со сквозным осевым и радиальными отверстиями, причем стержни частей третьей ступени ориентированы во взаимно-перпендикулярном направлении, четвертая ступень заполнена зернистым материалом, объем которого превышает объем материала третьей ступени, пятая ступень выполнена в форме пластины и расположена на решетке, при этом ступени сопряжены между собой через разделительную прокладку и жестко фиксированы в объеме корпуса. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что пластина первой ступени очистки выполнена из обсидана. 3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистого материала второй ступени использован пиролюзит. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что стержни третьей ступени изготовлены из шунгита. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистого материала четвертой ступени использована мелкая фракция цеолита. 6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что пластина пятой ступени выполнена из ионообменного материала.