УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2004 года по МПК B01D27/02 C02F1/18 

Область техники
Изобретение относится к устройству для очистки жидкости, содержащему фильтрующие средства для отделения примесей, имеющихся в жидкости, подлежащей обработке, с использованием механической фильтрации и средств очистки, таких как активированный уголь и т.п., для устранения примесей в указанной жидкости путем поглощения или каким-либо другим соответствующим образом, причем указанные средства по существу встроены в устройство.

Уровень техники
В настоящее время находят применение указанные выше устройства для очистки жидкости, например водоочистители, в которых в качестве фильтрующих и средств очистки использованы, соответственно, керамический фильтр и материал из активированного угля, помещенный внутрь указанного фильтра.

Воздействие такой структуры является недостаточным, в частности, с точки зрения защиты от бактерий, т.к. керамический фильтр умеренной стоимости не гарантирует стопроцентное устранение бактерий, существующих в жидкости, подлежащей обработке, например в грязной воде. Как следствие, часть бактерий может проникнуть в любую зону структуры. Поэтому не при всех обстоятельствах воду, фильтруемую структурой обсуждаемого типа, можно использовать. Еще одним недостатком керамического материала является то, что при фильтрации он поглощает присутствующие в подлежащей обработке воде вещества типа гумуса или ему подобных соединений. Как следствие, материал, с одной стороны, оказывается полностью окрашенным, а с другой стороны, большое количество тонкогранулированного гумуса имеет возможность естественным образом проходить через него насквозь. При использовании такого решения проблемы ни при каких обстоятельствах не может быть полной уверенности в том, что обработанная вода является абсолютно безопасной для питья. Поэтому в особо неблагоприятных условиях наиболее надежным решением должен быть отказ от применения очищающего устройства указанного выше типа.

В патенте Финляндии 98810 раскрыто устройство указанного типа для очистки воды, включающее фильтровальную часть в виде мембранной структуры. Указанное техническое решение предназначено для работы по так называемому принципу сифона и благодаря этому имеет очень простую конструкцию. Устройство для очистки воды весьма надежно и просто в практическом использовании, так как качество воды, проходящей к точке сбора благодаря сифонному эффекту самопроизвольно (без внешнего источника энергии), остается постоянно однородным независимо от времени работы устройства. Это основывается прежде всего на том, что устройство для очистки воды, снабженное тонкой фильтрующей пленкой на основе трековой мембраны (ТМ) или протравленной трековой мембраны (ПТМ), на любой стадии не пропускает частицы материала, превышающие определенный размер частиц. Таким образом, при загрязнении фильтрующей пленки снижается только пропускная скорость фильтра и пропуск воды может даже вообще прекратиться, если периодически не очищать фильтрующую пленку.

Описанное выше устройство очень полезно в самых разнообразных условиях, так, например, для фильтрации озерной воды или при других обстоятельствах, когда нельзя использовать воду из водопровода. Одним из основных недостатков устройства является низкая скорость фильтрации. С другой стороны, при обычном использовании в домашних условиях использование устройства требует раздельных сосудов для создания сифонного эффекта.

Далее, в патентной заявке Финляндии 965249 "Способ и устройство для обработки жидкости" было представлено более проработанное решение указанной выше проблемы, в котором фильтрующую пленку очищают средствами для очистки жидкости, функционирующими по существу за счет собственной энергии. С помощью этих средств прежде всего промывают первую сторону фильтрующей пленки посредством обтекающего потока жидкости, подлежащей обработке, направленного предпочтительно по касательной. Кроме того, характерной особенностью данного решения проблемы является использование так называемого обратного потока для очистки фильтрующей пленки, т. е. проблема решается с помощью подвода уже обработанной жидкости, такой, например, как отфильтрованная вода, от промежуточной аккумулирующей емкости, предпочтительно сообщающейся со второй стороной фильтров. Подвод осуществляется в виде сквозного потока через фильтрующие средства в направлении, противоположном фильтруемому потоку.

Благодаря такому решению, позволяющему использовать устройство путем его присоединения непосредственно к системе подачи воды, находящейся под давлением, фильтрующую пленку можно очистить исключительно простым, быстрым и надежным образом. В дополнение к сказанному, еще одно решающее преимущество описываемой схемы заключается в том, что здесь нет какой-либо необходимости в мерах ручной очистки фильтрующей пленки, т.е. можно не производить ее прямую механическую обработку.

Однако описанные структуры мембранного типа не проработаны полностью во всех деталях. Так, когда, кроме всего прочего, желательно осуществить поглощение содержащихся в воде веществ одновременно с ее фильтрацией, должны применяться, например, полностью автономные фильтры из активированного угля, соединенные последовательно с мембранными пленками. Это, естественно, приводит к тому, что устройство для очистки воды, снабженное, например, фильтром из активированного угля, выполненным традиционным, описанным выше образом, становится в совокупности несоразмерно усложненным и большим.

Сущность изобретения
Задачей, которая решается посредством устройства для очистки жидкости согласно настоящему изобретению, является принципиальное разрешение представленных выше проблем и, таким образом, существенное повышение существующего уровня техники в данной области. Для решения этой задачи механические фильтрующие средства выполнены в виде тонкой фильтрующей пленки, изготовленной из материала на основе пластика, такого как ТМ (трековая мембрана), ПТМ (протравленная трековая мембрана) или аналогичная мембрана, причем пористость ее составляет 5-15%, толщина - предпочтительно 10-25 мкм, а размер пор - 0,5 мкм по всей высоте.

Устройство для очистки жидкости согласно изобретению в своей совокупности является очень простым и, в то же время, исключительно надежным. Посредством устройства одновременно с механической фильтрацией можно провести также и надежную обработку обрабатываемой жидкости, такой как питьевая вода, чтобы, например, активированным углем поглотить находящиеся в ней вредные вещества. Кроме того, одним из значительных преимуществ изобретения является тот факт, что эффективная предварительная фильтрация жидкости перед ее контактом, например, с материалом из активированного угля многократно увеличивает его срок службы. Дополнительно к этому материал тонкой пленки дает возможность использовать максимальное количество активированного угля, что также оптимизирует условия его использования. К тому же устройство для очистки жидкости согласно изобретению структурно устроено очень просто. Действительно, структура внутри мембранной пленки, сформированная предпочтительно в виде зафиксированного цилиндра из активированного угля, одновременно с выполнением своей собственной главной функции, поддерживает также мембранную пленку. Таким образом, в такой схеме отпадает необходимость в применении отдельной опорной структуры для указанной пленки. С другой стороны, существующие решения проблемы с использованием активированного угля, находящегося, например, внутри керамического материала, имеют в своей основе применение гранулированного углерода, который не может действовать так же надежно, как полностью гомогенный фиксированный цилиндр, пропускающий через себя воду под давлением. В связи с этим, благодаря удлиненной трубчатой структуре, использованной в устройстве для очистки жидкости, возможно получение преимущества перед соответствующими узлами аналогичных известных устройств для очистки воды. Данное преимущество заключается в том, что фильтрующий патрон, изготовленный согласно изобретению, можно устанавливать с возможностью быстрого снятия, например, с помощью винтового, струбцинного, байонетного соединения и/или каким-либо другим соответствующим образом. Кроме того, структура мембранной пленки может быть дополнительно укреплена за счет применения подходящего упрочняющего слоя, соединенного с ней, например, путем ламинирования.

В качестве заключительных преимуществ устройства для очистки жидкости согласно изобретению можно упомянуть техническую надежность и безопасность его применения. Эти преимущества обусловлены прежде всего тем, что однородная плоская структура фильтрующей пленки, примененной в устройстве, а также использование, по существу, цилиндрических отверстий в ней позволяют проводить очистку указанной пленки без риска ее повредить. Кроме того, цилиндрические отверстия дают гарантию надежности функционирования фильтрующей пленки, в частности, с точки зрения предотвращения проникновения бактерий, т. к. размеры пор в каждой точке указанной пленки по всей ее высоте всегда лежат в заданных пределах.

В зависимых пунктах формулы изобретения, относящихся к устройству для очистки жидкости, описаны предпочтительные варианты осуществления такого устройства согласно изобретению.

Перечень фигур чертежей
Далее изобретение будет детально описано со ссылками на сопровождающие чертежи, где:
на фиг. 1 представлено объемное изображение предпочтительного варианта устройства для очистки жидкости согласно изобретению,
на фиг. 2 представлено объемное изображение предпочтительной комбинации фильтрующих средств и средств очистки в виде цилиндрического патронного фильтра,
на фиг.3 в раскрытом виде показан узел структуры, изображенной на фиг.2,
на фиг. 4 показаны вид от середины (фиг.4а и 4d) и поперечное сечение (фиг. 4b и 4с) торцевых узлов, принадлежащих устройству, показанному на фиг. 2, и
на фиг. 5а и 5b показаны увеличенные фотографии, с различными увеличениями, представляющие вид спереди и поперечное сечение объемного изображения типичной ТМ/ПТМ фильтрующей пленки, используемой в устройстве для очистки воды.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Изобретение относится к устройству для очистки жидкости, содержащему фильтрующие средства 1 для отделения примесей, имеющихся в жидкости, подлежащей обработке, путем механической фильтрации и средства 2 очистки, такие как элемент из активированного угля или аналогичный компонент, для устранения примесей, имеющихся в указанной жидкости, путем поглощения или каким-либо другим соответствующим образом. Указанные средства 1, 2 по существу встроены в устройство. Механические фильтрующие средства 1 снабжены тонкой фильтрующей пленкой 1а, изготовленной из материала на основе пластика, такого как ТМ (трековая мембрана), ПТМ (протравленная трековая мембрана) или из аналогичного материала, причем пористость ее составляет 5-15%, толщина - предпочтительно 10-25 мкм, а размер пор - 0,5 мкм по всей ее высоте.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения фильтрующая пленка 1а представляет собой, как показано, например, на фиг.3 или 5а и 5b, однородную плоскую структуру, пористость которой обеспечивается имеющимися в ней по существу цилиндрическими отверстиями. В связи со сказанным на фиг.5а и 5b показаны увеличенные фотографии с различным увеличением, представляющие вид спереди и поперечное сечение объемных изображений типичной ТМ/ПТМ фильтрующей пленки, используемой в устройстве для очистки воды и изготовленной с применением облучения и травления исходного листа пленки. Использованием фильтрующей пленки 1а такого типа можно эффективно свести к минимуму потери давления, вызванные фильтрующими средствами. Поэтому устройство для очистки воды согласно изобретению пригодно для использования в качестве очистителя питьевой воды, который удобен и надежен в самых разнообразных условиях, от обычного домашнего применения до экстремально трудных обстоятельств.

Кроме того, по своим параметрам сквозной поток в устройстве для очистки воды согласно изобретению, а также потеря давления, вызванная этим устройством, существенно лучше по сравнению с керамическим очистителем, у которого к тому же стоимость изготовления гораздо выше. С технической точки зрения очевидно также, что указанную выше пористость в пределах 5-15% нельзя получить при использовании керамического фильтрующего материала, поскольку практически его пористость всегда составляет 30-95%. Из-за неоднородной конструкции керамической структуры невозможно обеспечить надежную работу такого фильтра, в частности, с точки зрения фильтрации бактерий. В то же время в случае применения фильтрующей пленки, изготовленной из материала на основе пластика, можно быть уверенным, что размер пор точно равен, например, 0,5 мкм по всей ее высоте.

В качестве предпочтительного варианта осуществления фильтрующая пленка 1а фильтрующих средств 1, такая как ТМ, ПТМ и т.п., упрочнена посредством упрочняющего слоя w, соединенного с ней и предпочтительно изготовленного из нетканого материала. Кроме того, в виде предпочтительного варианта осуществления упрочняющий слой w за счет ламинирования или подобной обработки составляет одно целое по меньшей мере с одной боковой поверхностью фильтрующей пленки 1а. Далее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения размер пор перфорации фильтрующей пленки 1а составляет 0,1-0,6 мкм при плотности пор в ней предпочтительно 5•10⁹-5•10⁷ пор/см². В добавление к сказанному выше естественным преимуществом является обеспечение цилиндра 2а из активированного угля отдельной промежуточной пленкой V по принципу, показанному, например, на фиг.3, чтобы заглушить его черный цвет.

На практике в особо предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве упрочняющего материала w фильтрующей пленки 1а применен материал на основе пластика, такой как полиэтилен, полипропилен и/или аналогичный материал, у которого удельный вес равен 30-300 г/м², предпочтительно 150-200 г/м².

В варианте осуществления, показанном, в частности, на фиг.1, изобретение было применено к фильтру для воды, фильтрующие средства и средства очистки 1, 2 которого устроены в виде фильтрующего патрона или аналогичной структуры, предназначенной для помещения внутрь кожуха 3. Кожух 3, в свою очередь, прикреплен к основанию 4 устройства для очистки жидкости, желательно разъемным образом с помощью, например, байонетного или винтового соединения К1 и/или каким-либо другим соответствующим образом. Кроме того, фильтрующий патрон прикрепляется предпочтительно с возможностью быстрого снятия, например, с помощью струбцинного, байонетного или винтового соединения К2 и/или каким-либо другим соответствующим образом к основанию 4, на котором имеются входной и выходной штуцеры 4а и 4b соответственно, предназначенные для подвода потока жидкости к устройству для очистки жидкости и отвода от него. Как показано на фиг. 2 и 3, средства 2 очистки в форме удлиненной трубчатой структуры, такой как по существу зафиксированный и, по меньшей мере, частично полый цилиндр 2а из активированного угля или подобный компонент, герметично покрыты по меньшей мере по поверхностям, находящимся в контакте с неочищенной жидкостью, предпочтительно на своем закрытом кожухом участке, фильтрующей пленкой 1а на пластиковой основе. В представленном выше варианте осуществления изобретения упрочняющий слой w размещен естественным образом на той стороне фильтрующей пленки 1а, которая примыкает к цилиндру 2а из активированного угля.

Далее, как видно из фиг.2 и 3, цилиндр 2а из активированного угля, представляющий собой по существу удлиненную трубчатую структуру, и фильтрующая пленка 1а, окружающая его, соединены своими краями у торцов цилиндра с помощью торцевых узлов 5, которые герметично прижимают края фильтрующей пленки 1а к наружной поверхности цилиндра 2а из активированного угля. В варианте осуществления, показанном на фиг.4, торцевой узел 5', размещенный сверху, представляет собой так называемую пробку, а торцевой узел 5", размещенный под указанным выше узлом, имеет отверстие Н, делающее возможным протекание потока через фильтрующий патрон. Кроме того, как показано на фиг.2, фильтрующая пленка 1а зафиксирована на участке вокруг цилиндра 2а из активированного угля посредством соединения L внахлестку противоположными концами пленки и предпочтительно снабжена двумя или несколькими скрепляющими соединениями LS, например, образованными термосклеиванием и размещенными в продольном направлении s цилиндра 2а из активированного угля. В этой связи предпочтительно предусмотреть герметизирующее соединение TS также и у краев торцевых узлов 5, применив, например, совместимый с пищевыми продуктами клей или т.п. вещество.

Очевидно, что изобретение не ограничивается представленными на чертежах и описанными выше вариантами осуществления; в рамках его основной идеи могут быть реализованы различные модификации. Так, в принципе, возможна разработка самых разных конструкций устройства для очистки жидкости согласно изобретению. Например, описанные выше схемы могут быть реализованы с использованием также планарных структур. С другой стороны, можно использовать решения типа показанных на чертежах, но, например, с применением гранулированного активированного угля. В этом случае необходимо обеспечить ему естественную опору по месту, применив отдельный промежуточный каркас. Таким образом возможно даже создание устройства для очистки жидкости, в котором можно ограничиться только заменой материала из активированного угля, используя промежуточный каркас со съемной торцевой частью или аналогичную структуру. Естественно, тип торцевых узлов, показанный на фиг.4, можно применять для герметизации и соединения деталей самыми разнообразными способами.

Изобретение относится к устройству для очистки жидкости, содержащему фильтрующие средства 1 для отделения примесей в жидкости, подлежащей обработке, путем механической фильтрации и средства очистки 2, такие как элемент из активированного угля или аналогичный компонент, для устранения примесей в указанной жидкости путем поглощения или каким-либо другим соответствующим образом, причем указанные средства 1, 2 по существу встроены в устройство. Механические фильтрующие средства 1 снабжены тонкой фильтрующей пленкой 1а, изготовленной из материала на основе пластика, такого как ТМ (трековая мембрана), ПТМ (протравленная трековая мембрана) или аналогичного материала, причем пористость ее составляет 5-15%, толщина предпочтительно 10-25 мкм, а размер пор - 0,5 мкм по всей ее высоте. Технический результат - простота конструкции, надежная обработка жидкости, включая предварительную ее фильтрацию перед контактом с элементом из активированного угля, в виде зафиксированного цилиндра, а также техническая надежность и безопасность применения устройства. 7 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для очистки жидкости, содержащее фильтрующие средства (1) для отделения путем механической фильтрации примесей, имеющихся в подлежащей обработке жидкости, и средства очистки (2) из активированного угля для устранения путем поглощения примесей, имеющихся в подлежащей обработке жидкости, причем указанные средства (1, 2), по существу, встроены в устройство, отличающееся тем, что средства очистки (2) выполнены в виде цилиндра, покрытого по меньшей мере по своим поверхностям, находящимся в контакте с неочищенной жидкостью, тонкой фильтрующей пленкой (1а), представляющей собой однородную плоскую структуру, пористость которой обеспечена имеющимися в ней, по существу, цилиндрическими отверстиями, и действующей в качестве механических фильтрующих средств (1), причем фильтрующая пленка (1а) изготовлена из материала на основе пластика, такого как трековая мембрана (ТМ) или протравленная трековая мембрана (ПТМ), пористость которого составляет 5-15%, толщина 10-25 мкм, а размер пор равен 0,1-0,5 мкм.2. Устройство для очистки по п.1, отличающееся тем, что фильтрующая пленка (1а) фильтрующих средств (1), такая как трековая мембрана или протравленная трековая мембрана, упрочнена посредством находящегося в соединении с ней упрочняющего слоя (w), изготовленного из нетканого материала.3. Устройство для очистки по п.2, отличающееся тем, что упрочняющий слой (w) соединен в виде единого целого с помощью, например, ламинирования по меньшей мере с одной стороной поверхности фильтрующей пленки (1а).4. Устройство для очистки по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что плотность пор в фильтрующей пленке (1а) составляет 5·10⁹-5·10⁷ пор/см².5. Устройство для очистки по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что в качестве упрочняющего материала (w) фильтрующей пленки (1а) применен материал на основе пластика, такой как полиэтилен или полипропилен, удельный вес которого равен 30-300 г/м², предпочтительно 150-200 г/м².6. Устройство для очистки по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно представляет собой фильтр для воды, фильтрующие средства и средства очистки (1, 2) которого выполнены в виде фильтрующего патрона, помещенного внутрь кожуха (3), который прикреплен к основанию (4) предпочтительно разъемно, например, посредством байонетного соединения или винтового соединения (К1), причем фильтрующий патрон присоединен предпочтительно с возможностью быстрого снятия, например, посредством струбцинного соединения, байонетного соединения или винтового соединения (К2), причем основание (4) снабжено по меньшей мере входным и выходным штуцерами 4а и 4b соответственно для подвода потока жидкости к устройству и отвода от него, а средства очистки (2) из активированного угля выполнены в виде по меньшей мере частично полого цилиндра (2а), герметично покрытого по меньшей мере по своим поверхностям, находящимся в контакте с неочищенной жидкостью, предпочтительно на своем закрытом кожухом участке, фильтрующей пленкой 1а на пластиковой основе.7. Устройство для очистки по п.6, отличающееся тем, что упрочняющий слой (w) размещен на той стороне фильтрующей пленки (1а), которая примыкает к цилиндру (2а) из активированного угля.8. Устройство для очистки по п.6 или 7, отличающееся тем, что цилиндр (2а) из активированного угля, выполненный в виде, по существу, удлиненной трубчатой структуры, и фильтрующая пленка (1а), окружающая его, соединены своими краями у торцов цилиндра с помощью торцевых узлов (5), которые герметично прижимают края фильтрующей пленки (1а), причем фильтрующая пленка (1а) закреплена в заданном положении на цилиндре (2а) из активированного угля посредством соединения (L) внахлестку, сформированного ее противоположными концами, которое предпочтительно снабжено двумя или несколькими скрепляющими соединениями (LS), например, сформированными термосклеиванием, размещенными в продольном направлении (s) цилиндра (2а) из активированного угля.