ФИЛЬТР ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2004 года по МПК B01D27/02 

Настоящее изобретение относится к фильтру для жидкостей, имеющему заполненный фильтрующим материалом стаканообразный корпус, в дне которого предусмотрено по меньшей мере одно сетчатое выпускное отверстие для жидкости, и крышку, которая ограничивает внутренний объем и которая снабжена по меньшей мере одним впускным отверстием для жидкости и одним вентиляционным отверстием для выхода воздуха и герметичным, непроницаемым для жидкости соединением соединена со стаканообразным корпусом, при этом между стаканообразным корпусом и крышкой расположена сетчатая вставка из текстильного полотна.

Во втором варианте осуществления изобретение относится также к фильтру для жидкостей, имеющему заполненную по меньшей мере частично фильтрующим материалом фильтровальную камеру с внутренним объемом (V_i), имеющую по меньшей мере одно впускное и одно выпускное отверстия для жидкости, при этом между впускным и выпускным отверстиями расположена сетчатая вставка таким образом, что она вместе со стенками фильтровальной камеры образует объем V_u, в котором находится фильтрующий материал.

Фильтры подобных типов известны. Такие фильтры используются для фильтрации воды с использованием в качестве фильтрующего материала ионита и/или активированного угля. Известные фильтры выполняют в виде сменного патрона, продольная средняя ось которого ориентирована предпочтительно вертикально таким образом, что крышка стаканообразного корпуса находится сверху, а его дно находится снизу, при этом фильтруемая жидкость, предпочтительно вода, попадает в фильтр сверху, поступая в ограниченное крышкой пространство, а выходит из стаканообразного корпуса снизу через отверстия в его дне. В процессе фильтрации фильтруемая жидкость, предпочтительно вода, поступает в фильтровальную камеру сверху через впускное отверстие и выходит из нее снизу через выпускные отверстия в дне. Известный фильтр вставляют в предусмотренную для этой цели воронку устройства для очистки воды, устанавливаемую на приемную, соответственно сборную емкость для профильтрованной жидкости и предпочтительно закрываемую сверху съемной крышкой. При пользовании таким устройством для очистки воды в воронку сверху заливается, например, водопроводная вода, которая после прохождения через фильтр скапливается в сборной емкости и которую далее можно использовать для приготовления пищи, предпочтительно чая, или в аналогичных целях.

Для наиболее эффективной фильтрации или же очистки воды целесообразно обеспечить контакт жидкости, предпочтительно воды, пропускаемой через фильтр, с фильтрующим материалом по максимально возможной большой площади, соответственно принудительно подвергать жидкость максимально интенсивному и полному процессу адсорбции для удаления из нее присутствующих в ней примесей. При использовании в качестве фильтрующего материала гранулятов площадь их активной поверхности, как известно, тем больше, чем меньше крупность каждой отдельной частицы фильтрующего материала. В фильтрующем материале могут также присутствовать частицы, крупность которых составляет 200 мкм и менее. В результате фильтруемая жидкость при ее прохождении через фильтр контактирует с фильтрующим материалом по достаточно большой площади его активной поверхности, что позволяет повысить эффективность очистки жидкости от содержащихся в ней примесей. Вместе с тем при наличии в фильтрующем материале столь мелких частиц не только достигается указанное преимущество, но и возникает определенная проблема, связанная с возможностью выхода некоторых из этих мелких частиц гранулята из фильтра через впускные отверстия в крышке, а также через выпускные отверстия в дне корпуса, если у этого дна не предусмотреть специальных приспособлений, которые задерживают такие мелкие частицы. В результате в профильтрованной жидкости могут присутствовать частично плавающие на ее поверхности частицы, например черные частицы активированного угля, что, как очевидно, создает для пользователя определенные неудобства, и поэтому попадание таких частиц в профильтрованную жидкость крайне нежелательно.

Для решения этой проблемы было предложено использовать отливаемую под давлением из полимерного материала плоскую сетчатую ткань с порами малого размера, составляющего, например, 200 мкм, при этом такую сетчатую ткань для задержки частиц фильтрующего материала в экспериментальных целях располагали с верхней и нижней сторон стаканообразного корпуса соответственно фильтровальной камеры. Однако при использовании сеток подобного типа возникают не нашедшие до настоящего времени сколь-нибудь удовлетворительного объяснения проблемы с прохождением сквозь них жидкости.

У фильтров для жидкостей указанных в начале описания типов в отличие от более ранних разработок между стаканообразным корпусом и крышкой предусмотрена сетчатая вставка из текстильного полотна, которая позволяет предотвратить выход через впускные отверстия в крышке даже очень мелких частиц гранулята размером, например, около 200 мкм. Однако все усовершенствования относятся в таких фильтрах только к верхней их части, в которой расположены отверстия в крышке, и не затрагивают нижней части, где расположено дно стаканообразного корпуса. В известном фильтре указанного в начале описания типа в качестве сетчатой вставки из текстильного полотна в одном из предпочтительных вариантов использовали тканевую вставку, которая обязательно должна была выступать внутрь стаканообразного корпуса. В другом варианте известная тканевая деталь имеет выпуклую форму и поэтому несколько выступает вертикально вниз в полость стаканообразного корпуса. В известном фильтре, в котором предусмотрено использование вставки из текстильного полотна, оптимальная ее способность задерживать частицы фильтрующего материала и беспрепятственное прохождение сквозь нее жидкости всегда обеспечиваются в том случае, когда такая вставка из текстильного полотна соприкасается с фильтрующим материалом. Когда же контакт между вставкой из текстильного полотна с одной стороны и фильтрующим материалом в стаканообразном корпусе с другой стороны пропадал, всегда возникали проблемы с прохождением жидкости через такую вставку.

Через верхний край стаканообразного корпуса можно провести воображаемую плоскость, в которой крышка и стаканообразный корпус герметично соединены между собой непроницаемым для жидкости соединением. Было установлено, что проблему, связанную с обеспечением беспрепятственного прохождения жидкости через фильтр, нельзя решить, если располагать ровную вставку из текстильного полотна между стаканообразным корпусом и крышкой примерно в этой воображаемой плоскости. Объясняется это, вероятно, тем, что над погруженной в фильтруемую жидкость крышкой имеется недостаточно высокий столб жидкости, в результате чего давление такого невысокого столба жидкости оказывается недостаточным для того, чтобы жидкость могла под действием собственной силы тяжести пройти (просочиться) сквозь эту вставку. Кроме того, жидкости, как известно, обладают поверхностным натяжением, отрицательная роль которого наиболее ярко проявляется при контакте жидкости с имеющими малый размер пор сетками в том отношении, что даже минимального противодавления воздуха под крышкой вполне хватает для того, чтобы при определенных условиях даже полностью заблокировать безнапорное прохождение жидкости через такую сетку. В технологии изготовления технических тканей подобный эффект закупорки пор жидкостной пленкой называют "образованием жидкостных перегородок". Применение ровной вставки из текстильного полотна не позволяет решить подобную проблему, связанную с эффектом образования жидкостных перегородок, и поэтому у известного фильтра указанного в начале описания типа вставка из текстильного полотна выступает из упомянутой выше воображаемой плоскости вниз внутрь стаканообразного корпуса соответственно в направлении фильтрующего материала.

Тем самым удалось решить многие проблемы. При заполнении стаканообразного корпуса фильтрующим материалом "почти до краев", т.е. на 85% или даже на 95% его объема, выступающая фасонная часть вставки из текстильного полотна соприкасается с фильтрующим материалом, и в результате в месте такого контакта устраняется поверхностное натяжение, вследствие чего жидкость начинает беспрепятственно протекать через вставку в этом месте контакта с фильтрующим материалом, вытесняя возможно присутствующий под крышкой воздух и тем самым значительно уменьшая возможное противодавление, противодействующее давлению столба жидкости, и в конечном итоге полностью устраняя его. В фильтре подобной конструкции обеспечивается, с одной стороны, беспрепятственное прохождение фильтруемой жидкости сквозь фильтрующий материал, а с другой стороны, эффективное задерживание мелких частиц фильтрующего материала.

В тех случаях, когда фильтрующий материал в результате высыхания уменьшается в объеме ("усыхает"), его уровень в стаканообразном корпусе понижается, вследствие чего выступающая вниз выпукло-изогнутая часть вставки из текстильного полотна перестает контактировать с фильтрующим материалом, и в результате известный фильтр перестает функционировать. Помимо этого при массовом производстве известных фильтров количество помещаемого в стаканообразный корпус фильтрующего материала может варьироваться в некоторых, определяемых соответствующими допусками пределах. В результате в ряде случаев при недостаточном количестве фильтрующего материала в готовом фильтре также может отсутствовать контакт между вставкой из текстильного полотна и фильтрующим материалом. Если количество помещенного в стаканообразный корпус фильтрующего материала окажется слишком большим, то при фильтрации жесткой воды фильтрующий материал может увеличиться в объеме до такой степени, что состоящий из стаканообразного корпуса и крышки фильтровальный патрон может лопнуть. Если же во избежание такого эффекта уменьшать количество помещаемого в стаканообразный корпус фильтрующего материала, то возникает опасность потери необходимого контакта между ним и вставкой из текстильного полотна. Вместе с тем вне зависимости от уровня заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом всегда необходимо обеспечить надежную и бесперебойную работу фильтра.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать фильтр указанного в начале описания типа таким образом, чтобы:

а) сохранить способность вставки из текстильного полотна надежно задерживать частицы, размер которых составляет около 200 мкм,

б) при различном уровне заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом исключить замедление прохождения жидкости сквозь фильтрующий материал, благодаря чему обеспечивается беспрепятственное прохождение жидкости через фильтр и выход вытесняемого из него этой жидкостью воздуха,

в) обеспечить надежную работу прежде всего при низком уровне заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом.

Под понятием "надежная работа" в данном случае имеется в виду беспрепятственное прохождение жидкости через фильтр и отвод из него воздуха.

Согласно первому варианту осуществления изобретения указанная задача решается благодаря тому, что сетчатая вставка из текстильного полотна имеет по меньшей мере одну часть, выступающую во внутренний объем крышки таким образом, что по обе стороны наиболее удаленной от стаканообразного корпуса части этой вставки из текстильного полотна в течение преобладающей части от всей длительности процесса фильтрации находится воздух. Таким образом, предлагаемое в изобретении решение в определенном смысле противоречит мерам, принимавшимся ранее в известном фильтре. Иными словами, вставка из текстильного полотна должна выступать по меньшей мере на некоторую величину вверх в ограниченное крышкой пространство, соответственно выступать в ее внутренний объем. Следовательно, из упомянутой выше воображаемой плоскости, лежащей между стаканообразным корпусом и крышкой, эта часть сетчатой вставки из текстильного полотна должна выступать вверх в ограниченное крышкой пространство.

Величину, на которую указанная часть вставки должна выступать вверх, следует подбирать согласно изобретению с таким расчетом, чтобы вверху в зоне самой верхней точки вставки из текстильного полотна имелся воздушно-воздушный переход между пространством, находящимся под вставкой, и пространством, находящимся над ней. Работа предлагаемого в изобретении фильтра основана на гравитационном (безнапорном) принципе, т.е. на прохождении сквозь него жидкости под действием собственной силы тяжести. При этом очищаемую жидкость, например воду, аналогично известным устройствам для фильтрации, в которых используются фильтры известной конструкции, заливают сверху в расположенную над выполненным в виде патрона фильтром воронку, откуда вода проходит вниз сквозь фильтрующий материал в стаканообразном корпусе фильтровального патрона под действием давления, создаваемого столбом находящейся над фильтрующим материалом воды (т.е. под действием собственного веса, силы тяжести), и выходит снизу в приемную емкость. У устройств для фильтрации жидкостей, работа которых основана на гравитационном принципе, продольная ось приемной емкости, фильтровального патрона, стаканообразного корпуса, крышки, а также воронки в целом проходит примерно по вертикали.

Бесперебойная работа фильтра обеспечивается также в том случае, если указанная ось, а тем самым и все устройство занимают наклонное положение, в котором эта продольная ось располагается под некоторым углом к вертикали, соответственно к отвесной линии. Однако в любом случае наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть вставки из текстильного полотна находится "сверху", при этом для наглядного пояснения конструкции, конфигурации и принципа работы фильтра в описании используются также такие понятия как наивысшая точка или верхняя точка либо расположенная в ограниченном крышкой пространстве часть вставки из текстильного полотна. В отличие от безнапорных фильтров существуют также напорные фильтры, жидкость через которые прокачивается принудительно за счет разности давлений, создаваемой между входной и выходной сторонами, и которые, однако, в данном случае подробно не рассматриваются.

Если, таким образом, рядом с выступающей в пространство под крышкой частью вставки из текстильного полотна с обеих сторон этой части, т.е. в пространстве под вставкой из текстильного полотна и в пространстве снаружи нее (но в обоих случаях в пределах ограниченного крышкой пространства), находится воздух, например, в виде воздушной прослойки или подушки, то, как было установлено, в результате устанавливающегося равенства давлений жидкости и воздуха удается исключить выход всего воздуха из-под крышки и тем самым сохранить воздушную прослойку. Более того, в самом верху, т.е. в наиболее удаленной от расположенного снизу стаканообразного корпуса зоне, для вытесняемого из фильтра воздуха имеется воздушно-воздушный переход между заполненным воздухом пространством под вставкой из текстильного полотна и заполненным воздухом пространством над ней. Подобные условия сохраняются вне зависимости от уровня жидкости, находящейся снаружи крышки. Таким образом, когда в начале процесса фильтрации требуется обеспечить отвод воздуха из фильтра, такой воздух беспрепятственно выходит вверх сквозь этот воздушно-воздушный переход до тех пор, пока не установится указанное выше равновесие давлений, объем заполненного воздухом пространства сверху под верхней стенкой крышки не уменьшится до сравнительно небольшой величины и не отпадет необходимость в дальнейшем выходе воздуха из-под крышки для прохождения очищаемой жидкости сверху вниз. Предлагаемый в изобретении фильтр работает бесперебойно и в том случае, когда при определенных условиях верхняя часть вставки из текстильного полотна оказывается полностью погружена в воду. При создании изобретения было установлено, что подобные закономерности справедливы также при различных уровнях заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом. Сказанное относится к фильтрам различных конструкций и формы, но прежде всего к обычным бытовым фильтрам, которые при одинаковой внешней форме заполнены различным количеством фильтрующего материала.

Таким образом, бесперебойное функционирование фильтра предлагаемой в изобретении новой конструкции обеспечивается при наличии гораздо более разнообразных условий по сравнению с известными фильтрами, а именно вне зависимости от уровня заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом, вне зависимости от степени высыхания фильтрующего материала или даже вне зависимости от "переполнения" стаканообразного корпуса фильтрующим материалом в результате обусловленного набуханием подъема его уровня выше указанной плоскости между стаканообразным корпусом и крышкой. При применении вставки из текстильного полотна при условии наличия у нее предусмотренной в изобретении формы, а также при условии ее предусмотренного изобретением расположения бесперебойное выполнение функций по фильтрации и задерживанию частиц фильтрующего материала обеспечивается даже в том случае, когда такая вставка из текстильного полотна не соприкасается с фильтрующим материалом. Если наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть вставки из текстильного полотна, выступающая вверх в пространство под крышкой, а также сама эта крышка имеют достаточно большие размеры, то они способны вместить любое количество фильтрующего материала, увеличившегося в объеме в результате его набухания, без создания давления, которое могло бы привести к повреждению деталей фильтра.

Крышки известных фильтров, а тем более крышки согласно первому варианту осуществления изобретения имеют настолько большие размеры, что их внутренний объем составляет примерно 30% от объема стаканообразного корпуса. Однако обычно необходимый дополнительный объем, способный вместить избыток фильтрующего материала в результате его набухания, должен составлять лишь около 10%. Поэтому вполне достаточно, если внутренний объем, образуемый выступающей в пространство под крышку частью вставки, больше или равен примерно 5% от объема фильтрующего материала в стаканообразном корпусе.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно, чтобы находящаяся вверху в ограниченном крышкой пространстве наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть вставки из текстильного полотна и вентиляционное отверстие были расположены выше верхнего края впускного отверстия.

Для более наглядного пояснения этого конструктивного признака необходимо вновь провести воображаемую горизонтальную плоскость выше стаканообразного корпуса и ниже крышки, а также еще одну горизонтальную плоскость, расположенную на уровне самого верхнего края впускного отверстия и параллельную первой горизонтальной плоскости между стаканообразным корпусом и крышкой. С учетом подобных геометрических соотношений наиболее надежная работа фильтра, т.е. когда очищаемая жидкость беспрепятственно может проходить вниз сквозь впускные отверстия, а вытесняемый такой жидкостью воздух в свою очередь может беспрепятственно выходить вверх, обеспечивается при условии, что верхняя часть вставки из текстильного полотна располагается над этой второй плоскостью. При этом вентиляционные отверстия также должны располагаться выше этой второй воображаемой горизонтальной плоскости. Соблюдение этих условий в свою очередь способствует более эффективному переходу воздуха из пространства под вставкой из текстильного полотна в пространство над ней в верхней ее части, улучшая работу фильтра при наполнении воронки водой, а также в течение основной части процесса фильтрации и в его конце, когда сырая вода медленно вытекает из воронки. Указанные условия необходимо соблюдать при наличии в крышке как одного, так и нескольких впускных отверстий, а также при различной форме этих впускных отверстий, например при наличии отверстий щелевидной формы, проходящих в вертикальном направлении вверх от нижнего края крышки.

У крышки оптимальной формы имеется нижний участок близкой к цилиндрической формы (с небольшим наклоном боковой поверхности в виде усеченного конуса), на котором по окружности с определенным угловым шагом предусмотрено несколько, например четыре, впускных отверстия. К этому нижнему, большему по объему участку крышки, длина наружного периметра которого примерно равна длине наружного периметра стаканообразного корпуса, сверху примыкает кольцевая имеющая форму усеченного конуса переходная поверхность, к которой в свою очередь примыкает кольцевой край наиболее широкой, имеющей форму перевернутого стаканчика части крышки. В этой стаканообразной части крышки ее дно образует "верхнюю стенку крышки", в которой (стенке) предусмотрено по меньшей мере одно вентиляционное отверстие, предпочтительно два находящихся на некотором расстоянии друг от друга вентиляционных отверстия, для отвода воздуха.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно далее, чтобы выступающая во внутренний объем крышки часть вставки из текстильного полотна по меньшей мере частично имела выпукло изогнутую форму. При этом вставка из текстильного полотна может иметь форму колпачка, куполообразную форму, форму полусферы, форму шарового сегмента и т.п. Однако вставка из текстильного полотна по своей форме может также характеризоваться наличием пересекающихся под углом поверхностей, наличием сходящихся в вершине поверхностей и наличием граней, и поэтому ее выступающая в пространство под крышкой часть может иметь форму куба, пирамиды, параллелепипеда и т.п. Придание вставке из текстильного полотна одной из вышеуказанных форм является экономичной и технически простой операцией, при этом не требуется использовать дорогостоящие крепежные приспособления, например отливаемые под давлением кольца или ребра жесткости. Поскольку благодаря этому необходимость в использовании дополнительных литьевых форм отпадает, удается значительно упростить и удешевить весь технологический процесс.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно также, чтобы выступающая часть вставки из текстильного полотна имела форму шарового сегмента или сферического колпачка и на нижнем внешнем участке была закреплена по верхнему краю стаканообразного корпуса и по нижнему краю крышки. При этом вставку предпочтительно крепить привариванием к соответствующим деталям фильтра. Указанную форму в виде шарового сегмента в данном случае не следует рассматривать строго с математической/геометрической точки зрения, поскольку вставка из текстильного полотна имеет в верхней части предпочтительно полусферическую форму, т.е. форму шарового сегмента, а в нижней части может заканчиваться выступающим наружу краем (т.е. иметь в целом примерно колоколообразную форму). Помимо этого шаровой сегмент может переходить снизу в участки в форме усеченного конуса. Кроме того, у вставки из текстильного полотна ее выступающая в пространство под крышкой часть может оканчиваться плоским участком, имеющим форму ребра участком или пирамидально сходящимся участком. Сетчатая вставка из текстильного полотна, когда она закреплена по нижнему краю крышки, образует совместно с боковыми стенками расположенной под ней детали полностью замкнутое, заполненное фильтрующим материалом пространство, которое преимущественно находится в стаканообразном корпусе и которое вместе с тем по описанным выше причинами может в большей или меньшей степени захватывать также часть пространства под самой крышкой. Поры или ячейки сетчатой вставки из текстильного полотна имеют достаточно малые размеры, чтобы воспрепятствовать выходу даже более мелких частиц фильтрующего материала за пределы этого ограниченного "сеткой" пространства. Одновременно с этим жидкие среды могут беспрепятственно втекать и/или вытекать сквозь вставку из текстильного полотна.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно далее, чтобы вставка из текстильного полотна представляла собой ткань, трикотажное полотно, нетканое полотно или формованную деталь из полимерного материала и чтобы при этом размер пор во вставке из текстильного полотна составлял преимущественно от 50 до 300 мкм, предпочтительно от 80 до 200 мкм. Вставку из текстильного полотна можно изготавливать из различных материалов, предпочтительно из полимерного материала. При этом можно либо применять полимерные нити, либо сразу изготавливать вставку в виде цельного элемента формованием. Так, например, вставку из текстильного полотна можно изготавливать из полиэфирного материала методом глубокой вытяжки.

Согласно изобретению вставка из текстильного полотна может иметь любую структуру. После изготовления вставка сначала имеет по всей ее поверхности одинаковую структуру и поры примерно одинакового размера. При изменении формы, например, плоской вставки из текстильного полотна согласно изобретению необходимо учитывать, что структура материала не должна изменяться в слишком большой степени, т.е. растяжение или искажение структуры вставки из текстильного полотна не должно превышать 20-30%. Вместе с тем вполне допустимы небольшие угловые смещения, которые, например, могут возникать при переходе от квадрата к параллелограмму. В этом отношении допускается также образование складок, поскольку при изменении формы первоначально плоской вставки с приданием ей ребристой формы, характеризующейся наличием нескольких граней, образование таких складок в большинстве случаев является неизбежным. При этом необходимо лишь учитывать, чтобы рядом с такими ребрами и сходящимися под углом поверхностями не происходило существенного изменения структуры вставки из текстильного полотна, т.е. чтобы такое изменение не превышало 20-30%, например не происходило увеличения размера пор выше указанных значений. Следовательно, вставка из текстильного полотна должна сохранять способность задерживать частицы фильтрующего материала и после придания ей требуемой формы. Вместе с тем вставка из текстильного полотна не должна иметь по всей ее поверхности слишком мелкие поры, которые затруднили бы прохождение сквозь них жидкости.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно также, чтобы отношение площадей гидротехнических поперечных сечений А:В:С:D при допуске примерно ±50% составляло примерно 1:2:10:20, при этом

А представляет собой суммарную площадь проходных сечений вентиляционных отверстий в крышке,

В представляет собой суммарную площадь проходных сечений впускных отверстий для жидкости в крышке,

С представляет собой суммарную площадь в проекции на плоскость проходных сечений служащих для вентиляции пор в находящейся в ограниченном крышкой пространстве части вставки из текстильного полотна и

D представляет собой суммарную площадь проходных сечений для жидкости сквозь поры в кольцевой нижней части боковой поверхности вставки из текстильного полотна.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения объем стаканообразного корпуса фильтра составляет 140 мл. Если на такой стаканообразный корпус установить, например, описанную выше крышку с расширяющейся нижней частью и более узкой верхней частью, имеющей форму перевернутого стаканчика, и если при этом впускные отверстия для жидкости предусмотрены в расширяющейся нижней части, а вентиляционные отверстия для выхода воздуха предусмотрены в верхней стенке крышки, то особо предпочтительны следующие значения указанных выше величин:

А≈24 мм²,

В≈66 мм²,

С≈300 мм²,

D≈680 мм².

Площадь А проходного сечения получают суммированием площадей проходных сечений двух вентиляционных отверстий в крышке. Площадь В проходного сечения получают суммированием площадей проходных сечений четырех впускных отверстий для жидкости в нижней более широкой части крышки. За площадь С в проекции на плоскость проходных сечений для воздуха в верхней части вставки из текстильного полотна принимается среднее арифметическое площади открытой фильтрующей поверхности вставки из текстильного полотна, составляющей примерно 42,5% от всей площади поверхности вставки. В этом случае указанная величина может изменяться в пределах примерно от 30 до 65%.

За площадь D, т.е. за площадь проходных сечений для жидкости в нижней, имеющий больший диаметр части вставки из текстильного полотна, принимается среднее арифметическое площади открытой фильтрующей поверхности вставки из текстильного полотна, составляющей примерно 42,5% от всей площади поверхности вставки. В этом случае указанная величина также может изменяться в пределах примерно от 30 до 65%.

При соблюдении такого предусмотренного в изобретении отношения, соответственно отдельных отношений, например А:В=1:2 и т.д., обеспечивается, с одной стороны, беспрепятственный отвод воздуха из фильтра, а с другой стороны, беспрепятственное прохождение жидкости внутрь фильтра. Указанные размерные соотношения для пор во вставке из текстильного полотна позволяют избежать проблем с прохождением сквозь нее жидкости, причем в этом случае можно использовать исключительно эффективные фильтрующие материалы (с мелкими частицами) с большой площадью активной поверхности, не опасаясь высыпания или вымывания мелких частиц сквозь соответствующие отверстия.

С технологической точки зрения может оказаться целесообразным неразъемно соединять крышку со вставкой из текстильного полотна после придания ей требуемой формы. Так, например, на отдельном предприятии по изготовлению изделий из пластика можно изготавливать крышку литьем под давлением, формировать вставку из текстильного полотна и соединять между собой оба этих элемента непроницаемым для жидкости соединением, например сваркой. Затем такую заготовку (крышку со вставкой из текстильного полотна) можно поставлять на предприятие по заполнению фильтров фильтрующим материалом, где такие заготовки, помещенные в накопитель магазинного типа, извлекаются из него захватывающим их манипулятором автоматизированной сборочной (укупорочной) установки и затем собираются с заполненными фильтрующим материалом стаканообразными корпусами и соединяются с ними. При подобной организации производства ни автомату, ни занятому на предприятии-изготовителе персоналу не приходится оперировать с отдельными вставками из текстильного полотна, а также с особой осторожностью транспортировать и устанавливать их на место. Крышку при ее сборке со стаканообразным корпусом фильтровального патрона в любом случае необходимо точно позиционировать относительно этого корпуса, и поэтому при использовании заготовок в виде крышки и неразъемно соединенной с ней вставкой из текстильного полотна отпадает необходимость в дополнительной сборочной операции, связанной с соединением крышки и вставки.

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно далее, чтобы между находящейся вверху в ограниченном крышкой пространстве наиболее удаленной от стаканообразного корпуса части вставки из текстильного полотна и верхней стенкой крышки имелся зазор. При наличии такого зазора создаются оптимальные условия для образования воздушной прослойки под верхней стенкой крышки. Величина этого зазора между указанной частью вставки из текстильного полотна с одной стороны и внутренней поверхностью верхней стенки крышки с другой стороны предпочтительно составляет около 2 мм. В этом случае, во-первых, под вставкой из текстильного полотна имеется достаточное по размерам свободное пространство, которое способно вместить максимально возможное количество фильтрующего материала в результате его набухания, а во-вторых, выступающая вверх в полость под крышкой наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть вставки из текстильного полотна остается сухой, благодаря чему в этом месте существует воздушно-воздушный переход.

Согласно изобретению образованный вставкой из текстильного полотна внутренний объем также может быть больше или равен 5% от объема, занимаемого фильтрующим материалом в стаканообразном корпусе. Как уже говорилось выше, при 100%-ном заполнении стаканообразного корпуса фильтрующим материалом объем последнего в результате его набухания при контакте с влагой может увеличиваться примерно на 10%. Избыток этого фильтрующего материала, образующийся в результате его увеличения в объеме примерно на 10%, может свободно вместить то пространство под вставкой из текстильного полотна, которое расположено над плоскостью, которая выше определена как воображаемая горизонтальная плоскость, в которой лежит нижний край крышки. На практике же стаканообразный корпус обычно заполняют фильтрующим материалом, и прежде всего способным к набуханию ионитом не на 100%. Однако при любой степени заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом под вставкой из текстильного полотна всегда имеется свободное пространство достаточного объема, способное вместить максимально возможное избыточное количество фильтрующего материала, образующееся в результате его набухания. Поэтому предусмотренные согласно изобретению параметры при любых условиях гарантируют надежную работу фильтра. Достигаемое благодаря этому преимущество перед известными фильтрами состоит в том, что исключается создание условий, которые могли бы ухудшить прохождение воды через фильтр.

Предпочтительно далее, чтобы согласно изобретению находящаяся вверху в ограниченном крышкой пространстве наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть вставки из текстильного полотна по меньшей мере на верхнем участке имела гидрофобный или гидрофобизированный материал. Поскольку изготовленная, например, из сложного полиэфира вставка из текстильного полотна обладает гидрофильными свойствами, т.е. обладает определенным сродством к жидкости, предпочтительно воде, указанному ее участку необходимо придать гидрофобные свойства. Благодаря подобной предусмотренной изобретением мере, заключающейся в использовании в верхней части вставки из текстильного полотна гидрофобного или гидрофобизированного компонента, после смачивания вставки из текстильного полотна жидкостью и отвода этой жидкости ячейки соответственно поры на этом участке вставки остаются открытыми. Гидрофобный компонент придает этой части вставки из текстильного полотна водоотталкивающие свойства. Гидрофобный компонент следует предусматривать, в частности, на том участке, на котором в пространстве под крышкой необходимо обеспечить воздушно-воздушный переход. В целом же таким участком является наиболее удаленная от стаканообразного корпуса находящаяся в пространстве под крышкой часть вставки из текстильного полотна. В рассмотренном выше предпочтительном варианте, в котором в качестве конкретного значения для площади С проходного сечения для отвода воздуха указано 300 мм², гидрофобизировать можно, например, всю эту площадь С. Наличие столь большого по площади участка с гидрофобными свойствами позволяет дополнительно повысить надежность работы фильтра.

При определенных условиях в процессе работы фильтра может возникнуть ситуация, при которой вода может контактировать с верхней частью вставки из текстильного полотна или ее уровень на начальном этапе фильтрации может кратковременно подняться выше этой части вставки из текстильного полотна с возможной сопутствующей закупоркой пор в результате образования жидкостных перегородок. Однако благодаря предлагаемой в изобретении гидрофобизации обеспечивается практически беспрепятственный выход вытесняемого из фильтра воздуха в воду. Следует отметить, что не сама контактирующая со вставкой вода, а именно жидкостные перегородки, образующиеся в порах вставки из текстильного полотна, препятствуют выходу воздуха в окружающую его среду (воду и/или воздух).

Согласно первому варианту осуществления изобретения предпочтительно далее предусмотреть на нижней части вставки из текстильного полотна в зоне впускных отверстий для жидкости гидрофильные участки, что позволяет существенно облегчить прохождение фильтруемой жидкости через вставку в этой зоне. В этой нижней зоне, расположенной рядом с впускными отверстиями для жидкости, вставку из текстильного полотна можно также обработать веществами, повышающими ее гидрофильность. Такие вещества могут представлять собой жидкости, с помощью которых можно изменять свойства поверхности изделия из полимерного материала.

Помимо этого особое преимущество согласно изобретению заключается в применении имеющего вид полотна, плоскостного текстильного материала для формирования вставки путем изменения формы этого материала с образованием выступающей в ограниченное крышкой пространство обладающей собственной формоустойчивостью части и предназначенной для крепления к крышке фильтра для жидкостей части. С этой целью предпочтительно использовать текстильный материал, который способен самостоятельно сохранять приданную ему форму, т.е. является формоустойчивым. Такой плоский материал с требуемым размером пор является пластически деформируемым. Подобный плоский текстильный материал способен самостоятельно сохранять приданную ему форму в виде куполообразной или сферической выпуклости. В целом же такой материал способен сохранять и любую иную приданную ему форму, например форму параллелепипеда. На формоустойчивость в принципе влияют такие факторы как толщина нитей, используемых для изготовления текстильного полотна, количество нитей, тип их скрепления между собой и материал, из которого они изготовлены. В качестве текстильного полотна для изготовления вставки можно также использовать ткань, получаемую глубокой вытяжкой полимерного материала. О допустимых угловых смещениях, возникающих при изгибе и растяжении текстильного полотна, уже говорилось выше. Если при придании плоскому текстильному полотну, например, формы параллелепипеда или колпачка образуются складки, то такие складки за счет их собственной формоустойчивости при необходимости можно оставить в месте их образования.

Перед указанным приданием вставке из текстильного полотна необходимой формы сначала можно изготовить, например, получаемый глубокой вытяжкой плоский текстильный материал в виде рулона или полотна. Такой текстильный материал можно сматывать с рулона и затем придавать ему требуемую форму, например колпачка или параллелепипеда. В этом случае поры, соответственно ячейки, в таком текстильном материале в процессе придания ему необходимой формы не растягиваются и не деформируются на недопустимо большую величину. В результате материал сохраняет свои свойства по задерживанию мелких частиц фильтрующего материала.

Вставку из текстильного полотна после придания ей необходимой формы (формы колпачка, параллелепипеда или иной пригодной формы) соответствующим образом отделяют от остального полотна, например вырезанием или вырубкой, и затем, например, с помощью ультразвука приваривают по всей окружности к внешнему нижнему краю крышки (т.е. с ее свободной открытой стороны).

Другой способ изготовления вставки заключается в том, что сначала текстильный материал после его сматывания с рулона соответствующим образом закрепляют в развернутом в виде полотна виде, затем в этом зафиксированном состоянии придают необходимую форму, затем в таком виде в еще зафиксированном состоянии вставляют в крышку, после этого приваривают к ее нижнему внешнему краю и в завершение отделяют вырубкой от остального материала.

Предлагаемое в изобретении решение не оказывает никакого отрицательного действия на функционирование фильтра. Вставка из текстильного полотна сохраняет способность задерживать мелкие частицы фильтрующего материала и вместе с тем абсолютно не замедляет прохождение жидкости сквозь фильтр даже в том случае, когда стаканообразный корпус заполнен фильтрующим материалом лишь частично, т.е. содержит небольшое количество фильтрующего материала. Нормальное функционирование фильтра, как было установлено, уже не зависит от наличия или отсутствия постоянного физического контакта между вставкой из текстильного полотна и фильтрующим материалом. Более того, даже при отсутствии в предлагаемом в изобретении фильтре контакта между вставкой из текстильного полотна и фильтрующим материалом фильтр в полной мере продолжает выполнять свои функции. Одновременно с этим предлагаемое в изобретении решение при полностью заполненном фильтрующим материалом стаканообразном корпусе, когда в результате набухания фильтрующего материала, сопровождающегося увеличением его объема в пределах от 10 до максимум 20%, в обычных фильтрах прохождение сквозь них жидкости замедлилось бы или корпус фильтра мог бы даже лопнуть, позволяет полностью исключить проявление подобных отрицательных эффектов.

Благодаря разности давлений (гидростатическое давление) между впускными отверстиями для жидкости в нижней части крышки, с одной стороны, и вентиляционными отверстиями для отвода воздуха в верхней стенке крышки, с другой стороны, обеспечивается постоянный отвод воздуха вверх и поступление жидкости снизу, а не наоборот. Давление находящегося вверху в пространстве под крышкой воздуха постоянно имеет настолько большую величину, что под действием такого давления всегда обеспечивается вытеснение воздуха вверх, а втекание жидкости в фильтр сверху сквозь вентиляционные отверстия исключается.

В отличие от обычных фильтров вентиляционные отверстия в верхней стенке крышки имеют согласно изобретению сравнительно большие размеры. Согласно одному из предпочтительных вариантов в крышке предусмотрены, например, два щелевидных вентиляционных отверстия шириной 1,5 мм и длиной 8 мм каждое. При такой форме и при таких размерах вентиляционных отверстий также всегда обеспечивается отвод воздуха сквозь эти отверстия под действием давления, создаваемого под верхней стенкой крышки по мере поступления жидкости через расположенные снизу крышки впускные отверстия.

Воздух может свободно выходить сквозь вставку из текстильного полотна вверх в пространство под крышкой при условии, что вставка из текстильного полотна с обеих сторон (т.е. под ней и над ней) окружена воздухом или исключено образование жидкостных перегородок в ее ячейках или порах.

Образование жидкостных перегородок в верхней части вставки из текстильного полотна предотвращается за счет использования гидрофобных компонентов. Поэтому даже если в результате случайного опрокидывания устройства для фильтрации или по каким-либо иным причинам жидкость и попадает на ячейки или поры этой верхней части вставки из текстильного полотна, эти ячейки или поры после установки фильтра в вертикальное положение останутся открытыми.

Поставленная в изобретении задача решается согласно второму варианту его осуществления благодаря тому, что сетчатая вставка по меньшей мере частично обладает подвижностью, благодаря которой она может занимать, выгибаясь, два крайних положения и находящиеся между ними промежуточные положения, при этом при переходе из первого крайнего положения во второе объем (V_u) уменьшается на величину ΔV, соответствующую разности объемов. Благодаря подвижности сетчатой вставки объем (V_u), занимаемый фильтрующим материалом, можно согласовывать с конкретными требованиями. Такое решение позволяет эффективно предотвратить растрескивание фильтровального патрона, поскольку при слишком большом увеличении фильтрующего материала в объеме гибкая вставка лишь устанавливается в положение, близкое к первому ее крайнему положению, и в результате увеличивается объем (V_u), занимаемый фильтрующим материалом.

В принципе в качестве сетчатой вставки можно использовать любое изделие, способное выполнять необходимую функцию по задерживанию частиц фильтрующего материала и обладающее достаточной подвижностью. Однако более предпочтительно в этом случае применять сетчатую вставку из текстильного полотна, поскольку она проста в изготовлении и позволяет компактно разместить ее в фильтровальной камере.

Хотя вставка из плоского материала в принципе и может иметь любую произвольную форму, например может иметь полностью плоскую форму, тем не менее предпочтительно, чтобы площадь фигуры, ограниченной лежащим в воображаемой базовой плоскости нижним краем вставки, была меньше фактической площади поверхности этой вставки. Тем самым обеспечивается выпуклый изгиб вставки из воображаемой базовой плоскости по меньшей мере в одну сторону. Предпочтительно, чтобы выступающая над базовой плоскостью часть вставки предпочтительно из текстильного полотна имела форму шарового сегмента. Указанную форму в виде шарового сегмента в данном случае не следует рассматривать строго с математической/геометрической точки зрения, поскольку вставка из текстильного полотна имеет в верхней части предпочтительно полусферическую форму, соответственно форму колпачка со скругленной верхней частью, а на радиально внешнем нижнем участке может заканчиваться выступающим наружу краем (т.е. иметь в целом примерно колоколообразную форму). Помимо этого шаровой сегмент может переходить снизу в участки в форме усеченного конуса. Кроме того, у вставки ее выступающая из базовой плоскости часть может оканчиваться плоским участком, имеющим форму ребра участком или пирамидально сходящимся участком. Поры или ячейки сетчатой вставки имеют достаточно малые размеры, чтобы воспрепятствовать выходу даже более мелких частиц фильтрующего материала за пределы занимаемого им объема (V_u), т.е. за пределы этого ограниченного "сеткой" пространства. Одновременно с этим жидкие среды могут беспрепятственно втекать и/или вытекать сквозь сетчатую вставку.

Кроме того, преимущество, связанное с наличием у сетчатой вставки поверхности большей площади, состоит в увеличении площади поверхности, сквозь которую может проходить фильтруемая жидкость, благодаря чему становится возможной непрерывная фильтрация.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения фильтра фильтровальная камера имеет по меньшей мере одно вентиляционное отверстие для выхода воздуха, которое расположено с той же стороны сетчатой вставки, что и впускное отверстие. Поскольку по меньшей мере перед началом процесса фильтрации в фильтровальной камере обычно присутствует воздух, указанные вентиляционные отверстия обеспечивают возможность непрерывного отвода этого воздуха сквозь них, благодаря чему прежде всего в начале процесса фильтрации прохождение жидкости через фильтр не замедляется.

Хотя при исключительно малой разности объемов ΔV и удается достичь по меньшей мере частично связанного с изобретением преимущества, тем не менее наиболее предпочтительно, чтобы соответствующая разности объемов величина ΔV составляла по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 5%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10%, от объема, занимаемого фильтрующим материалом в фильтровальной камере.

Соответствующую разности объемов величину можно также по выбору задавать таким образом, чтобы она составляла по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 5%, более предпочтительно по меньшей мере 10% от объема V_u. Благодаря наличию у сетчатой вставки описанной выше минимальной подвижности нормальное функционирование предлагаемого в изобретении фильтра обеспечивается и при значительных колебаниях уровня его заполнения фильтрующим материалом.

За счет, например, придания сетчатой вставке особой формы можно значительно ограничить образование описанных выше жидкостных перегородок. В одном из предпочтительных вариантов образование жидкостных перегородок можно предотвратить, если сетчатая вставка по меньшей мере во втором крайнем положении будет касаться расположенной на соответствующем уровне поверхности фильтрующего материала и/или касаться другой детали. При соприкосновении сетчатой вставки с поверхностью фильтрующего материала жидкостные перегородки в месте такого контакта разрушаются, и жидкость практически беспрепятственно может протекать сквозь сетчатую вставку. Очевидно, что аналогичный эффект может быть достигнут и в том случае, если сетчатая вставка будет соприкасаться не с поверхностью фильтрующего материала, а с какой-либо деталью. В качестве такой дополнительной детали можно использовать, например, располагаемый практически по центру фильтровальной камеры стержень, при соприкосновении сетчатой вставки с которым по меньшей мере во втором ее крайнем положении жидкостные перегородки будут разрушаться в точках контакта. Кроме того, связанное с применением подобной дополнительной детали преимущество состоит в том, что при соприкосновении с ней сетчатой вставки, находящейся во втором крайнем положении, жидкостные перегородки будут разрушаться и при экстремально низком уровне заполнения фильтровальной камеры фильтрующим материалом или даже при полном его отсутствии. Поскольку, однако, сетчатая вставка обычно контактирует с фильтрующим материалом по большей площади по сравнению с площадью ее контакта с дополнительной деталью, последнюю предпочтительно располагать таким образом, чтобы она могла контактировать с сетчатой вставкой только при исключительно малой степени заполнения фильтровальной камеры фильтрующим материалом, а во всех остальных случаях была скрыта фильтрующим материалом.

Согласно второму варианту осуществления изобретения предпочтительно далее, чтобы сетчатая вставка в первом ее крайнем положении выступала из базовой плоскости в диаметрально противоположном направлении на такую же величину, что и во втором ее крайнем положении. При этом предпочтительно, чтобы наиболее удаленная от базовой плоскости часть сетчатой вставки в первом крайнем положении не касалась стенки фильтровальной камеры, соответственно крышки. Поскольку в течение всего процесса фильтрации в зоне наиболее удаленной от фильтрующего материала части фильтровальной камеры обычно имеется воздушный пузырь, соответственно воздушная прослойка, при наличии описанных выше условий с обеих сторон наиболее удаленной от базовой плоскости части сетчатой вставки при ее нахождении в первом крайнем положении будет присутствовать воздух. Благодаря образованию по меньшей мере на небольшом участке сетчатой вставки воздушно-воздушного перехода на этом участке эффективно предотвращается возникновение жидкостных перегородок.

Предлагаемый в изобретении фильтр предпочтительно является безнапорным, т.е. его работа основана на гравитационном принципе, при этом по меньшей мере одна часть вставки в первом ее крайнем положении располагается выше уровня, на котором эта же часть вставки располагается во втором ее крайнем положении. Очевидно, однако, что предлагаемое в изобретении решение можно использовать и применительно к напорным фильтрам с принудительным прокачиванием через них жидкости. В данном случае положения "выше" или "ниже" задаются относительно направления потока, и поэтому когда речь идет о перемещении сетчатой вставки вниз, подразумевается ее перемещение по существу в направлении, в котором фильтруемая жидкость проходит сквозь фильтр.

Наиболее предпочтительно, чтобы в первом крайнем положении наиболее удаленная от базовой плоскости часть вставки из плоского материала и вентиляционное отверстие располагались выше верхнего края впускного отверстия. В этом случае практически в течение всего процесса фильтрации вблизи вентиляционного отверстия существует воздушная прослойка, в которую в первом крайнем положении выступает часть сетчатой вставки, благодаря чему по меньшей мере на некоторой части сетчатой вставки сохраняется воздушно-воздушный переход.

Предпочтительно, чтобы вставка из текстильного полотна представляла собой ткань, трикотажное полотно, полотно из формованного волокна, нетканое полотно или формованную деталь из полимерного материала, при этом размер пор во вставке из текстильного полотна преимущественно составляет от 50 до 300 мкм, предпочтительно от 80 до 200 мкм.

Как уже указывалось выше, сетчатая вставка в первом ее крайнем положении обращена выпуклостью вверх, благодаря чему практически в течение всего процесса фильтрации по меньшей мере часть такой вставки окружена воздухом, присутствующим в зоне вентиляционных отверстий, и поэтому около наивысшей точки сетчатой вставки существует воздушно-воздушный переход. Предпочтительно, чтобы у предлагаемого в изобретении фильтра отношение площадей гидротехнических поперечных сечений А:В:С:D при допуске примерно ±50%, предпочтительно примерно ±25%, составляло примерно 1:2:10:20, при этом

А представляет собой суммарную площадь проходных сечений вентиляционных отверстий в фильтровальной камере,

В представляет собой суммарную площадь проходных сечений впускных отверстий для жидкости в фильтровальной камере,

С представляет собой суммарную площадь проходных сечений служащих для вентиляции пор во вставке в первом ее крайнем положении и

D представляет собой суммарную площадь проходных сечений для жидкости сквозь поры в по существу кольцевой нижней части вставки в первом ее крайнем положении.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения объем фильтровальной камеры фильтра составляет примерно от 150 до 200 мл. При этом впускные отверстия для жидкости предпочтительно располагать ниже вентиляционных отверстий для выхода воздуха, выполняемых в верхней стенке крышки фильтровальной камеры. В наиболее предпочтительном варианте величина А составляет примерно 24 мм², величина В составляет примерно 66 мм², величина С составляет примерно 300 мм, а величина В составляет примерно 680 мм.

Площадь А проходного сечения получают суммированием площадей проходных сечений всех вентиляционных отверстий в крышке. Площадь В проходного сечения получают суммированием площадей проходных сечений всех впускных отверстий для жидкости. За площадь С проходных сечений для воздуха в верхней части вставки принимается среднее арифметическое площади открытой фильтрующей поверхности вставки, составляющей примерно 42,5% от всей площади поверхности вставки. В этом случае указанная величина может изменяться в пределах примерно от 30 до 65%.

За площадь Р, т.е. за площадь проходных сечений для жидкости в нижней, имеющий больший диаметр части вставки из текстильного полотна, принимается среднее арифметическое площади открытой фильтрующей поверхности вставки, составляющей примерно 42,5% от всей площади поверхности вставки. В этом случае указанная величина также может изменяться в пределах примерно от 30 до 65%.

При соблюдении такого предусмотренного в изобретении отношения, соответственно отдельных отношений, например А:В=1:2 и т.д., обеспечивается, с одной стороны, беспрепятственный отвод воздуха из фильтра, а с другой стороны, беспрепятственное прохождение жидкости внутрь фильтра. Указанные размерные соотношения для пор во вставке из текстильного полотна позволяют избежать проблем с прохождением сквозь нее жидкости, причем в этом случае можно использовать исключительно эффективные фильтрующие материалы (с мелкими частицами) с большой площадью активной поверхности, не опасаясь высыпания или вымывания мелких частиц сквозь соответствующие отверстия. Как уже указывалось выше, согласно изобретению предпочтительно также, чтобы между находящейся вверху в ограниченном крышкой пространстве наиболее удаленной от фильтрующего материала части вставки, когда последняя находится в первом крайнем положении, и верхней стенкой крышки соответственно фильтровальной камеры имелся зазор. При наличии такого зазора создаются оптимальные условия для образования воздушной прослойки под верхней стенкой крышки соответственно фильтровальной камеры. Величина этого зазора между указанной частью вставки, с одной стороны, и внутренней поверхностью верхней стенки крышки, с другой стороны, предпочтительно составляет около 2 мм. В этом случае, во-первых, под сетчатой вставкой имеется достаточное по размерам свободное пространство, которое способно вместить максимально возможное количество фильтрующего материала в результате его набухания в ограниченном "сеткой" пространстве, а во-вторых, выступающая в верхнюю зону фильтровальной камеры наиболее удаленная от фильтрующего материала часть вставки остается сухой, благодаря чему в этом месте существует воздушно-воздушный переход.

Во втором варианте осуществления изобретения наиболее предпочтительно, чтобы сетчатая вставка предлагаемого в нем фильтра имела гидрофильные участки. Подобные гидрофильные участки сразу же при снижении гидростатического давления жидкости, действующего на сетчатую вставку, ниже определенного уровня обеспечивают полное смачивание сетчатой вставки жидкостью и образование описанных выше жидкостных перегородок. При этом предпочтительно, чтобы в результате создающейся разности давлений сетчатая вставка выгибалась (перемещалась) под весом поступающей жидкости из первого крайнего положения в направлении второго крайнего положения до соприкосновения либо с поверхностью фильтрующего материала, либо с соответствующей деталью конструкции. При таком соприкосновении образовавшиеся ранее жидкостные перегородки вновь разрушаются, и после этого жидкость может свободно проходить сквозь сетчатую вставку.

С этой целью сетчатую вставку предпочтительно изготавливать из гибкого и/или эластичного материала. При применении согласно предпочтительному варианту для изготовления сетчатой вставки текстильного полотна предпочтительно, чтобы толщина нити такого текстильного полотна составляла от 5 до 100 мкм, более предпочтительно от 10 до 60 мкм.

Помимо этого особое преимущество согласно изобретению заключается в применении имеющего форму полотна плоскостного гибкого и/или эластичного материала для формирования вставки путем изменения формы этого материала с образованием сетчатой, по меньшей мере частично подвижной вставки, предусмотренной для крепления внутри фильтровальной камеры фильтра для жидкостей. Перед таким приданием вставке необходимой формы сначала можно изготовить, например, получаемый глубокой вытяжкой плоский текстильный материал в виде рулона или полотна. Такой текстильный материал можно сматывать с рулона и затем придавать ему требуемую форму, например колпачка или параллелепипеда. В этом случае поры, соответственно ячейки, в таком текстильном материале в процессе придания ему необходимой формы не растягиваются и не деформируются на недопустимо большую величину. В результате материал сохраняет свои свойства по задерживанию мелких частиц фильтрующего материала.

Вставку из текстильного полотна после придания ей необходимой формы (формы колпачка, параллелепипеда или иной пригодной формы) соответствующим образом отделяют от остального полотна, например вырезанием или вырубкой, и затем, например, с помощью ультразвука, приваривают по всей окружности к внешнему нижнему краю крышки (т.е. с ее свободной открытой стороны).

Предлагаемое согласно второму варианту осуществления изобретения решение также не оказывает никакого отрицательного действия на функционирование фильтра. Вставка из текстильного полотна сохраняет способность задерживать мелкие частицы фильтрующего материала и вместе с тем абсолютно не замедляет прохождение жидкости сквозь фильтр даже в том случае, когда фильтровальная камера заполнена фильтрующим материалом лишь частично, т.е. содержит небольшое количество фильтрующего материала.

Другие преимущества, отличительные особенности и возможные области применения настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. На прилагаемых чертежах, среди которых фиг.1-11 относятся к первому, а остальные фиг.12-18 относятся ко второму варианту осуществления изобретения, в частности, показано:

на фиг.1 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром, который выполнен в виде фильтровального патрона, при этом на чертеже показано рабочее состояние примерно через одну секунду после начала фильтрации,

на фиг.2 - увеличенное изображение предлагаемого в изобретении фильтра (фильтровального патрона) в продольном разрезе в том же рабочем состоянии, что и на фиг.1,

на фиг.3 - аналогичное приведенному на фиг.1 изображение, но соответствующее состоянию примерно через 3 секунды после заливки жидкости,

на фиг.4 - аналогичное приведенному на фиг.1 изображение, но соответствующее состоянию практически полного опорожнения воронки,

на фиг.5 - еще одно аналогичное приведенному на фиг.1 изображение, но соответствующее состоянию полного опорожнения воронки,

на фиг.6-10 - другой вариант выполнения, в котором фильтр заполнен фильтрующим материалом только примерно на две трети его объема, при этом на указанных чертежах, в частности, показано:

на фиг.6 - аналогичный фиг.1 продольный разрез в рабочем состоянии примерно через 2 секунды после наполнения воронки жидкостью,

на фиг.7 - аналогичный приведенному на фиг.6 продольный разрез, но в рабочем состоянии примерно через 4 секунды после наполнения воронки жидкостью,

на фиг.8 - аналогичный приведенному на фиг.7 продольный разрез, но в рабочем состоянии примерно через 6 секунд после наполнения воронки жидкостью,

на фиг.9 - аналогичный приведенному на фиг.6 продольный разрез, но в рабочем состоянии, соответствующем практически полному опорожнению жидкости аналогично показанному на фиг.4 состоянию для первого варианта выполнения,

на фиг.10 - еще одно аналогичное приведенному на фиг.6 изображение фильтра в продольном разрезе, но соответствующее состоянию полного опорожнения воронки аналогично показанному на фиг.5 состоянию для первого варианта выполнения (во втором варианте стаканообразный корпус заполнен фильтрующим материалом лишь частично),

на фиг.11 - увеличенное изображение в разрезе крышки для фильтра, выполненной по другому варианту,

на фиг.12 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром, который выполнен в виде фильтровального патрона, в первом рабочем состоянии,

на фиг.13 - увеличенное изображение показанного на фиг.12 фильтра, выполненного в виде патрона,

на фиг.14 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром во втором рабочем состоянии,

на фиг.15 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром в третьем рабочем состоянии,

на фиг.16 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром в четвертом рабочем состоянии,

на фиг.17 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром в пятом рабочем состоянии,

на фиг.18 - продольный разрез всего устройства для фильтрации жидкостей в сборе с предлагаемым в изобретении фильтром в шестом рабочем состоянии.

Согласно обоим вариантам осуществления изобретения обозначенный общей позицией 1 фильтр для жидкостей расположен в нижней гильзообразной части 20 воронки 21. Эта воронка вставлена сверху в выполненную по типу кувшина емкость 22, на задней стороне которой предусмотрена ручка 23, а с передней стороны - сливной носик 24 с закрывающей его сливное отверстие крышкой 25. Сверху на воронку 21 установлена слегка выпукло изогнутая крышка 26, предотвращающая попадание пыли и иных посторонних материалов внутрь воронки 21. Эту крышку 26 можно снять, взявшись рукой за имеющуюся у нее выступающую часть 27. В подобное изображенное на фиг.1 и 12 в сборе устройство сначала заливают сырую воду 28, которая в показанных изогнутыми стрелками 29 направлениях стекает вниз в фильтр 1 и затем выходит из него в указанном стрелкой 30 направлении, скапливаясь в нижней части емкости 22.

Конструкция обозначенного общего позицией 1 фильтра более подробно рассмотрена ниже со ссылкой на фиг.2 и 13.

По центру воронки 21 имеется, как указано выше, выполненная за одно целое с ней и выступающая вниз гильзообразная часть 20, внутри которой расположен фильтр 1 и, в частности, его стаканообразный корпус 2, в дне 3 которого предусмотрены не показанные на чертеже сетчатые выпускные отверстия для жидкости, в данном случае для воды, сквозь которые такая жидкость под действием собственной силы тяжести может стекать вниз в указанном стрелкой 30 направлении. На чертежах фильтр 1 показан в продольном разрезе плоскостью, проходящей через его продольную ось, и поэтому выпускные отверстия, которые расположены перед и позади плоскости сечения, на чертежах не видны. Стаканообразный корпус 2 заполнен фильтрующим материалом 4. В верхней части фильтр 1 имеет крышку 5. Первый вариант выполнения этой крышки, которая в таком же исполнении может использоваться и в другом варианте выполнения фильтра, в увеличенном масштабе показан на фиг.11. Крышка 5 по всему ее нижнему краю 6 соединена с верхним краем стаканообразного корпуса 2, при этом верхний край стаканообразного корпуса 2 и нижний край 6 крышки 5 лежат в одной плоскости.

Оптимальные условия прохождения жидкости сквозь фильтр, работа которого основана на гравитационном принципе, т.е. на прохождении сквозь него жидкости под действием собственной силы тяжести, обеспечиваются в том случае, когда продольная ось 7 фильтра 1, совпадающая с продольной осью гильзообразной части 20 воронки, расположена вертикально, соответственно отвесно. Подобное положение продольной оси фильтра достаточно просто обеспечить, установив емкость 22 на горизонтальную поверхность. Тем самым становится возможным проводить однозначное различие между "верхним" и "нижним" положениями относительно емкости. При этом очевидно, что в фильтре 1 крышка 5 расположена сверху, а стаканообразный корпус 2 расположен снизу. У фильтра в полностью собранном состоянии, показанном на фиг.2, соответственно 13, через верхний край его стаканообразного корпуса 2 и нижний край 6 крышки 5 можно мысленно провести горизонтальную плоскость, отделяющую занимаемый фильтрующим материалом 4 объем от внутреннего объема V_i, соответственно V_d, ограниченного крышкой. Такой внутренний объем V_i, соответственно V_d, крышки 5, которая наглядно показана на фиг.11, образован всем ограниченным этой крышкой пространством, занимаемым вплоть до указанной плоскости, в которой лежит нижний край 6 крышки.

В боковой стенке нижней расширенной части крышка 5 имеет четыре распределенных по окружности щелевидных впускных отверстия 8 для воды (или в более общем случае для жидкости). Эти четыре впускных отверстия равномерно распределены по окружности крышки 5 с угловым шагом в 90°. В остальном каждый из расположенных между этими отверстиями и имеющих форму кольцевого сегмента участков поверхности расширенной нижней части крышки 5 выполнен сплошным.

Сверху к расширенной нижней части крышки 5 примыкает ее верхняя более узкая часть, имеющая форму перевернутого вверх дном стакана, при этом в верхней стенке 9 крышки 5 имеется два расположенных на некотором расстоянии друг от друга вентиляционных отверстия 10 для вытесняемого жидкостью воздуха. Направление движения воздуха, выходящего сквозь эти вентиляционные отверстия 10 преимущественно в результате его вытеснения втекающей сквозь щелевидные впускные отверстия 8 жидкостью, показано изогнутыми стрелками 11.

Между стаканообразным корпусом 2 и крышкой 5 расположена сетчатая, обозначенная позицией 12 вставка из текстильного полотна, которая во втором варианте выполнения фильтра, показанном на фиг.13-18, разделяет внутренний объем V_i стаканообразного корпуса на два отдельных объема V_о и V_u. Эта вставка в показанном на фиг.1-10 первом варианте выполнения фильтра, а также в показанных на фиг.12-15 рабочих положениях имеет форму колпачка. Такой колпачок представляет собой выступающую во внутренний объем V_i, соответственно V_d, крышки 5 часть 13 вставки. На фиг.1-10 вся вставка 12 из текстильного полотна целиком имеет такую выпукло изогнутую форму, что она полностью образует выступающую часть 13, поскольку в таком положении вся вставка 12 выступает вверх во внутреннее пространство крышки 5. В другом рабочем положении согласно второму варианту, как это, например, показано на фиг.17, сетчатая вставка 12 из-за исключительно низкой собственной устойчивости, т.е. низкой способности сохранять определенную форму, "вывернута", соответственно опущена в сторону фильтрующего материала 4 и в зависимости от занимаемого фильтрующим материалом 4 в стаканообразном корпусе объема в предельном случае вновь принимает зеркально-симметрично относительно нижнего края 6 крышки 5 описанную выше форму колпачка. На фиг.16 и 18 вставка 12 из текстильного полотна показана в промежуточном положении между ее верхним и нижним крайними положениями.

В первом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1-11, наиболее удаленная от расположенного ниже стаканообразного корпуса 2 часть вставки 12 из текстильного полотна обозначена позицией 14. При этом речь идет об участке, примыкающем к самой высокой точке вставки 12 из текстильного полотна, соответственно ее выступающей части 13. Между этой наиболее удаленной верхней частью вставки из текстильного полотна и внутренней поверхностью верхней стенки 9 крышки 5 имеется явно различимый зазор. У вставки 12 из текстильного полотна, имеющая форму колпачка часть 13 которой выступает вверх в ограниченное крышкой 5 пространство, и внутри, и снаружи этой вставки 12, т.е. с обеих ее сторон, в зоне верхней ее части 14 находится воздух. На чертежах такие заполненные воздухом пространства имеют различный объем в соответствии с различными рабочими положениями вставки, при этом на фиг.1 и 2 подобное еще достаточно большое по объему (что зависит от степени наполнения жидкостью) заполненное воздухом пространство обозначено буквой а. Это заполненное воздухом пространство а находится в показанном на фиг.1 и 2 устройстве и внутри, и снаружи вставки 12 из текстильного полотна соответственно ее выступающей части 13.

Верхние края 15 щелевидных впускных отверстий 8 для воды лежат в одной горизонтальной плоскости 16. При таких геометрических соотношениях выше этой воображаемой горизонтальной плоскости 16, в которой лежат верхние края 15 впускных отверстий 8, располагаются находящиеся в самом верху в верхней стенке 9 крышки 5 вентиляционные отверстия 10, а также верхняя часть 14 вставки 12 из текстильного полотна.

В показанном на фиг.11 варианте можно использовать цельную вставку 12 из текстильного полотна, однако в данном случае вставка из текстильного полотна имеет особое исполнение и состоит из двух элементов, одним из которых является кольцевой сетчатый элемент 17, проходящий изнутри по всей длине периметра имеющей форму усеченного конуса боковой поверхности нижней части крышки и тем самым перекрывающий изнутри впускные отверстия 8 для жидкости. Отдельно от этого кольцевого сетчатого элемента 17 вставки 12 вверху с зазором от верхней стенки 9 крышки 5 расположен второй ее элемент, представляющий собой дисковидный сетчатый элемент 18, который с основном имеет плоскую форму и выполняет функцию фильтрующей сетки, перекрывающей вентиляционные отверстия 10. Оба сетчатых элемента 17 и 18 в показанном на фиг.11 варианте можно приварить к крышке 5.

В последующем описании сначала со ссылкой на фиг.1 и 3-5 рассмотрен принцип работы фильтра, выполненного по первому варианту. Этот вариант отличается тем, что стаканообразный корпус 2 полностью заполнен фильтрующим материалом 4, т.е., например, объем фильтрующего материала в данном случае составляет 140 мл. В показанном на фиг.1 рабочем состоянии сначала в воронку 21 заливается вода. При этом вода начинает поступать внутрь фильтровального патрона (фильтра) 1 сквозь четыре впускных отверстия 8 в направлениях, обозначенных изогнутыми стрелками 29. В результате над фильтрующим материалом 4 уровень 19 воды начинает повышаться и примерно через 1 с достигает уровня, показанного на фиг.1. Одновременно вверх из фильтра в показанном изогнутыми стрелками 11 направлении сквозь вентиляционные отверстия 10 выходит воздух. При этом речь идет о воздухе, который находится над фильтрующим материалом 4. Поскольку давление воздуха внутри фильтровального патрона 1 выше давления, создаваемого столбом сырой воды 28 вне фильтровального патрона 1, вода не может попадать в фильтровальный патрон снаружи сквозь вентиляционные отверстия 10.

В ходе описанного выше процесса верхняя часть 14 вставки 12 из текстильного полотна располагается явно над впускными отверстиями 8, т.е. находится выше горизонтальной плоскости 16, в которой лежат верхние края 15 щелевидных впускных отверстий 8. По этой причине уровень воды не может моментально достичь верхней половины вставки из текстильного полотна, которая, как показано на чертежах, имеет форму колпачка. В результате создаются оптимальные условия для отвода воздуха из внутреннего пространства фильтра 1, выполненного в виде патрона.

На фиг.3 фильтр показан примерно через 3 с после начала его работы, однако в этом состоянии наполнение его водой еще продолжается. В показанном на чертеже состоянии уровень 19 воды под крышкой 5 превышает ее уровень по сравнению с фиг.1 и 2. При этом поднявшаяся до уровня 19 вода в ограниченном крышкой 5 пространстве находится и под вставкой 12 из текстильного полотна, и снаружи нее. На фиг.3 уровень 19 воды находится примерно на 3 мм ниже верхней стенки 9 крышки 5. На фиг.3 различимо также значительно уменьшившееся в объеме заполненное воздухом пространство b. Одновременно с этим внизу весь заполненный фильтровальным материалом 4 объем стаканообразного корпуса 2 также заполнен водой. Пройдя сквозь фильтр 1, внизу корпуса которого также имеется залитая в его материал плоская вставка, вода выходит из этого фильтра снизу в виде показанных на чертеже капель 31. Профильтрованная вода скапливается внизу емкости 22.

Показанное на фиг.4 состояние соответствует окончательной стадии опорожнения воронки 21, уровень 32 воды в которой существенно понизился по сравнению с показанным на фиг.1-3. Однако уровень 19 воды под крышкой 5 остался неизменным по сравнению с уровнем, показанным на фиг.3 (в процессе наполнения). Благодаря тому, что в показанном на фиг.4 состоянии верхние вентиляционные отверстия 10 в верхней стенке 9 крышки 5 более не закрыты водой, поскольку уровень 32 воды находится ниже уровня верхней стенки 9, объем заполненного воздухом пространства b (фиг.3) может уменьшиться. Хотя расстояние между уровнем 19 находящейся во внутреннем пространстве крышки 5 воды и нижней поверхностью верхней стенки этой крышки на фиг.4 и показано также равным 3 мм, фактически же это расстояние могло бы уменьшиться до 1 мм. Однако подобное уменьшение расстояния не всегда имеет место. Поэтому на фиг.4 такое уменьшение объема заполненного воздухом пространства не показано. Показанное на фиг.5 состояние также соответствует окончательной стадии опорожнения воронки, однако в данном случае воронка по сравнению с показанным на фиг.4 состоянием практически полностью пуста. При этом вода опустилась в воронке 21 до уровня 32', который значительно ниже ее показанного на фиг.4 уровня 32. В этом случае уровень 32' воды находится уже ниже верхних краев 15 впускных отверстий 8 в нижней части крышки 5. В результате воздух может поступать снаружи из ограниченного воронкой 21 пространства во внутренний объем V_i под крышкой 5, т.е. под вставку 12 из текстильного полотна и в пространство над нею, не только сквозь вентиляционные отверстия 10, но и сквозь верхние участки щелевидных впускных отверстий 8 для воды. За счет такого дополнительно поступления воздуха через вентиляционные отверстия 10 и прежде всего через впускные отверстия 8 обеспечивается быстрое снижение уровня 32' воды внутри ограниченного крышкой 5 пространства. Однако на фиг.5 показано такое состояние, в котором вода в ограниченном крышкой 5 пространстве уже находится на одном уровне с водой (уровень 32') в воронке 21 снаружи этой крышки.

На фиг.6-10 показан второй вариант выполнения предлагаемого в изобретении фильтра 1, при этом стаканообразный корпус 2 заполняется фильтрующим материалом 4 на величину в пределах от половины до двух третей его объема. Если в показанном на фиг.1-5 варианте объем, заполненный фильтрующим материалом, был принят равным 140 мл, то согласно второму варианту, показанному на фиг.6-10, фильтрующий материал занимает в стаканообразном корпусе объем, равный 95 мл.

Показанное на фиг.6 состояние также соответствует наполненному водой состоянию воронки через 2 с после начала процесса такого наполнения. В этом случае воронка 21 также наполнена водой до уровня 32. Показанная внутри фильтра 1 в виде капель 33 вода поступает в этот фильтр 1, выполненный в виде фильтровального патрона, сквозь четыре впускных отверстия 8. Стаканообразный корпус 2 заполнен фильтрующим материалом 4, объем которого составляет лишь 95 мл, до уровня 34. Выше этого уровня 34 заполнения фильтрующим материалом начинает скапливаться вода, уровень 32" которой в стаканообразном корпусе 2 постепенно поднимается. Одновременно с этим находящийся над фильтрующим материалом 4 в фильтре 1 воздух выходит через верхние вентиляционные отверстия 10 в верхней стенке 9 крышки 5 в направлениях, обозначенных стрелками 11.

Давление в заполненном воздухом пространстве с в верхней части стаканообразного корпуса 2, а также под крышкой 5 больше давления, создаваемого столбом воды, находящейся за пределами крышки 5. В результате вода не может поступать снаружи в ограниченное крышкой 5 пространство сквозь вентиляционные отверстия 10 в ее верхней стенке 9. Поскольку, кроме того, основная часть вставки 12 из текстильного полотна, т.е. ее имеющая форму колпачка выступающая часть 13, находится над впускными отверстиями 8 для воды, уровень воды не может моментально достичь верхней части вставки 12 из текстильного полотна. В результате создаются оптимальные условия для отвода воздуха из внутреннего пространства фильтра 1, выполненного в виде патрона.

Показанное на фиг.7 состояние соответствует процессу наполнения фильтра водой примерно через 4 с с момента начала его работы. Из-за небольшого занимаемого фильтрующим материалом объема, составляющего лишь около 95 мл, вода в зависимости от степени сухости или влажности этого фильтрующего материала 4 может начать вытекать из стаканообразного корпуса 2 уже в этом состоянии, при этом уровень 32" воды постепенно поднимается в стаканообразном корпусе и далее выше него в пространстве, ограниченном крышкой 5. Этот процесс на фиг.7 не показан.

По мере заполнения пространства, находящегося над уровнем 34 фильтрующего материала 4, водой ее уровень постепенно поднимается, достигая показанного на фиг.7 уровня 32". Верхняя часть вставки 12 из текстильного полотна соответственно ее выступающей части 13 не контактирует с водой, поступающей сквозь впускные отверстия 8. Таким образом, по обе стороны от наиболее удаленной от стаканообразного корпуса 2 части 14, т.е. от самой верхней точки выступающей части 13 вставки 12, имеется небольшое заполненное воздухом пространство, благодаря чему между внутренним пространством, находящимся под вставкой 12 из текстильного материала, и находящимся снаружи от нее пространством (оба указанных пространства находятся внутри ограниченной крышкой 5 полости) имеется "воздушно-воздушный" переход, и поэтому перетоку воздуха из нижнего, находящегося под вставкой пространства, в верхнее, находящееся над вставкой пространство не создается никаких помех. В результате создаются оптимальные условия для перемещения воздуха, вытесняемого водой по мере подъема ее уровня, в выполненном в виде патрона фильтре 1 и выхода этого воздуха из фильтра.

Показанные на фиг.8, 9 и 10 состояния соответствуют состояниям, показанным на фиг.3, 4 и 5, для первого варианта выполнения фильтра. При этом, за исключением предусмотренного в первом варианте большего количества фильтрующего материала 4, в остальном во втором варианте сохраняются те же рабочие условия, что и в первом варианте выполнения фильтра.

На фиг.11, являющейся последним из относящихся к первому варианту осуществления изобретения чертежей, показана крышка 5, в верхней части которой на расстоянии, составляющем от 2 до 10 мм, предпочтительно от 3 до 6 мм, от верхней ее стенки 9 установлен и закреплен гидрофобный, дисковидный сетчатый элемент 18, являющийся частью вставки 12 из текстильного полотна. Изнутри впускные отверстия 8 перекрыты расположенным в нижней части крышки и обладающим гидрофильными свойствами кольцевым сетчатым элементом 17 вставки 12 из текстильного полотна. При использовании крышки показанной на фиг.11 конструкции обеспечивается тот же принцип работы фильтра, что и описанный выше со ссылкой на фиг.1-10.

Ниже со ссылкой на фиг.12-18 более подробно рассмотрен второй вариант осуществления изобретения.

Плоскость, в которой лежат края сетчатой вставки 12 из текстильного полотна, в последующем принимается за базовую плоскость, обозначенную позицией 35. Та часть вставки 12 из текстильного полотна, которая в первом крайнем положении такого сетчатого элемента, которым является эта вставка, наиболее удалена от базовой плоскости 35, обозначена позицией 37. При этом речь идет об участке, непосредственно окружающим наивысшую точку вставки 12 из текстильного полотна. Как наглядно показано на фиг.12, эта наиболее удаленная вывернутая кверху часть вставки 12 из текстильного полотна расположена таким образом, что между внутренней поверхностью верхней стенки 9 крышки 5 и верхней частью 37 вставки 12 из текстильного полотна имеется некоторый зазор. В результате у вставки 12 из текстильного полотна, выступающей вверх в ограниченное крышкой 5 пространство, внутри и снаружи этой вставки 12 из текстильного полотна, т.е. с обеих ее сторон, в зоне ее верхней части 37 находится воздух. Для наглядности на фиг.12 и 13 заполненное воздухом пространство в фильтровальном патроне обозначено позицией 36. Объем такого заполненного воздухом замкнутого пространства зависит от рабочего состояния фильтра, как это более подробно рассмотрено ниже. В показанных на фиг.12 и 13 рабочих состояниях заполненное воздухом пространство 36 занимает объем и под вставкой 12 из текстильного полотна, и над нею.

Верхние края 38 впускных отверстий 8 для воды лежат в одной воображаемой горизонтальной плоскости 16. При таких геометрических соотношениях выше этой воображаемой горизонтальной плоскости 16, в которой лежат верхние края 38 впускных отверстий 8, располагаются находящиеся в самом верху в верхней стенке 9 крышки 5 вентиляционные отверстия 10, а также верхняя часть 37 вставки 12 из текстильного полотна.

Ниже со ссылкой на фиг.12-18 более подробно поясняется принци работы предлагаемого в изобретении фильтра, выполненного по этому второму варианту. Для инициирования процесса фильтрации сначала в воронку 21 заливают сырую воду 28. Это рабочее состояние показано на фиг.12 и 13. При этом вода, проходя сквозь четыре впускных отверстия 8 в направлениях, указанных изогнутыми стрелками 29, попадает внутрь фильтра (фильтровального патрона) 1. По мере поступления воды внутрь фильтра ее уровень 19 над фильтрующим материалом 4 к моменту начала процесса фильтрации быстро поднимается. Примерно через три секунды после наполнения воронки 21 сырой водой 28 ее уровень 19 достигает положения, показанного на фиг.12. В результате внутри фильтра (фильтровального патрона) 1 создается небольшое избыточное давление, под действием которого изначально присутствовавший внутри фильтровального патрона воздух вытесняется вверх и выходит в указанных изогнутыми стрелками 11 направлениях сквозь вентиляционные отверстия 10. Поскольку впускные отверстия для воды расположены ниже вентиляционных отверстий 10, давление воздуха внутри фильтра 1 превышает гидростатическое давление, создаваемое столбом сырой воды 28 снаружи фильтра 1 на уровне вентиляционных отверстий 10. В результате вода не может поступать в фильтровальный патрон снаружи сквозь вентиляционные отверстия 10.

Как уже указывалось выше, в первом крайнем положении сетчатой вставки из текстильного полотна ее верхняя часть 37 располагается выше впускных отверстий 8, т.е. выше горизонтальной плоскости 16, в которой лежат верхние края 38 впускных отверстий 8. Поэтому и в этом рабочем состоянии часть сетчатой вставки из текстильного материала выступает над уровнем сырой воды, находящейся в ограниченной крышкой полости. Более того, верхняя часть 37 вставки 12 из текстильного полотна остается в заполненном воздухом пространстве 36, благодаря чему и в этом случае сохраняется воздушно-воздушный переход между заполненным воздухом пространством, находящимся внутри вставки из текстильного материала, и заполненным воздухом пространством, находящимся снаружи нее. Благодаря этому создаются оптимальные условия для выхода воздуха через верхнюю часть 37 сетчатой вставки 12 из текстильного полотна в процессе его вытеснения водой из выполненного в виде патрона фильтра 1.

Показанное на фиг.12 и 13 рабочее состояние соответствует состоянию непосредственно после начала процесса фильтрации при условии, что сетчатая вставка 12 из текстильного полотна является абсолютно сухой. На фиг.14 показано следующее рабочее состояние предлагаемого в изобретении фильтра. В показанном на этом чертеже состоянии с момента начала процесса фильтрации прошло примерно пять секунд, т.е. в показанном на фиг.14 состоянии прошло примерно 2 с с того момента, который соответствует показанному на фиг.12 состоянию. На фиг.14 наглядно видно, что за это время уровень 19 воды под крышкой 5 существенно поднялся по сравнению с уровнем, показанным на фиг.12 и 13. При этом поднявшаяся до такого уровня 19 вода находится в пределах ограниченного крышкой 5 пространства и с внутренней, и с внешней стороны сетчатой вставки 12 из текстильного материала, однако и в этом состоянии сохраняется воздушная прослойка, соответственно заполненное воздухом пространство, которое на этом чертеже также обозначено позицией 36. В этом рабочем состоянии уровень 19 поднявшейся внутри фильтра воды находится примерно на 3 мм ниже верхней стенки 9 крышки 5. Объем заполненного воздухом пространства 36 при этом существенно меньше по сравнению с объемом заполненного воздухом пространства 36, показанного на фиг.12 и 13. В этом рабочем состоянии фильтрующий материал 4 полностью пропитан водой, которая в результате выходит из фильтра 1 в нижней его части сквозь выпускные отверстия в виде показанных на чертеже капель, обозначенных позицией 31. При этом профильтрованная вода скапливается в емкости 22.

На фиг.15 показано следующее рабочее состояние предлагаемого в изобретении фильтра. Устанавливающееся к этому моменту состояние соответствует практически полному опорожнению воронки 21. В этом состоянии уровень 32 воды в воронке 21 существенно понизился по сравнению с уровнем, показанным на фиг.12 и 14. Однако в ограниченном крышкой 5 пространстве уровень 19 воды практически не изменился по сравнению с состоянием, показанным на фиг.14. Благодаря тому, что в показанном на фиг.15 состоянии верхние вентиляционные отверстия 10 в верхней стенке 9 крышки 5 более не закрыты водой, поскольку уровень 32 воды находится ниже уровня верхней стенки 9, эти вентиляционные отверстия образуют воздушно-воздушный переход, в результате чего в зависимости от скорости фильтрации объем заполненного воздухом пространства 36 может и далее уменьшиться на непродолжительное время. Вместе с тем во всех рабочих состояниях сохраняется по меньшей мере небольшое по объему заполненное воздухом пространство 36. Поскольку, однако, подобное дальнейшее уменьшение объема заполненного воздухом пространства наблюдается не всегда, такое уменьшение на фиг.15 не показано.

В завершение на фиг.16 показано рабочее состояние, соответствующее полному опорожнению воронки 21. В этом состоянии сырая вода присутствует только в фильтре 1. При этом уровень 41 воды в стаканообразном корпусе 2 фильтра 1 значительно понизился по сравнению с уровнем 32, показанным на фиг.15. В этом состоянии уровень 41 воды находится уже ниже верхних краев 38 впускных отверстий 8, выполненных в нижней части крышки 5. В результате воздух может поступать из полости воронки 21 во внутренний объем V_d, ограниченный крышкой 5, и сквозь вентиляционные отверстия 10, и сквозь впускные отверстия 8. Тем самым снижение уровня 41 воды ускоряется. Вставка 12 из текстильного полотна выполнена таким образом, чтобы она обладает гидрофильными свойствами. По этой причине фильтруемой водой смачиваются все вступающие с ней в контакт поверхности этой вставки 12 из текстильного полотна. Такое смачивание в сочетании с известным для жидкостей поверхностным натяжением приводит к образованию жидкостной пленки внутри пор вставки 12 из текстильного полотна. В технологии изготовления технических тканей подобный эффект называют "образованием жидкостных перегородок".

В результате подобного образования жидкостных перегородок отдельные поры сетчатой ткани как бы закупориваются и становятся непроницаемыми для воды. В целом такие жидкостные перегородки могут сохраняться в течение сравнительно длительного периода времени, составляющего, например, около 30 минут, даже после полного отекания воды, в результате чего вставка 12 из текстильного полотна образует своего рода замкнутый, непроницаемый колпачок, препятствующий циркуляции воздуха в фильтровальном патроне.

По мере дальнейшего снижения уровня 41 воды в стаканообразном корпусе 2 фильтра 1 в направлении слоя фильтрующего материала, которым заполнен фильтр, под вставкой из текстильного полотна создается разрежение, под действием которого эта гибкая сетчатая вставка 12, постепенно увлекаемая вниз по ходу потока по мере снижения уровня 41 воды, начинает как бы "оседать" или "провисать". Это состояние схематично показано на фиг.16.

Очевидно, что в некоторых случаях сетчатая вставка 12 может начать опускаться уже на более ранних этапах в процессе фильтрации. Даже если при этом процесс фильтрации несколько и замедлится, тем не менее и в этом случае будет обеспечиваться решение поставленной в изобретении задачи.

На фиг.17 показано окончательное состояние после завершения процесса фильтрации. В этом состоянии вставка 12 из текстильного полотна имеет полностью вогнутую вниз форму и в результате касается поверхности фильтрующего материала 4. В этом случае точка контакта или, в зависимости от уровня наполнения фильтра фильтрующим материалом, поверхность контакта обозначена позицией 39.

При подобном контакте в точке или по поверхности 39 достаточно большое число жидкостных перегородок в порах сетчатой вставки 12 из текстильного полотна разрушается, в результате чего за счет образования свободного прохода, площадь живого сечения которого складывается из площадей проходного сечения отдельных открытых пор, обеспечивается беспрепятственное прохождение остаточных количеств воздуха и воды в фильтрующий материал 4.

Очевидно, что происходящее в результате описанного выше перемещения сетчатой вставки из текстильного полотна изменение объема полости, частично заполненной фильтрующим материалом, необходимо согласовывать с возможной величиной обусловленного колебаниями влажности увеличения в объеме фильтрующего материала.

В завершение на фиг.18 вновь показано состояние, соответствующее началу процесса фильтрации. Изображенное на фиг.18 состояние отличается от показанного на фиг.12 состояния в основном тем, что на фиг.18 сетчатая вставка 12 из текстильного полотна все еще остается влажной, в результате чего большинство пор этой вставки 12 остаются закрытыми образовавшимися жидкостными перегородками.

Сначала вставка 12 из текстильного полотна еще продолжает соприкасаться с фильтрующим материалом 4, как это показано на фиг.17. Вода 40 продолжает поступать в фильтрующий материал 4 через эту точку или поверхность 39 контакта до тех пор, пока в результате увеличения влагосодержания не образуется воздухонепроницаемый барьер, препятствующий выходу еще находящегося в фильтре 1 остаточного воздуха сквозь фильтрующий материал 4 и через выпускные отверстия.

В результате под ставшей герметичной сетчатой вставкой 12, показанной на фиг.17, создается повышенное давление. Под действием этого повышенного давления сетчатая вставка 12 из текстильного полотна, как показано на фиг.18, выдавливается вверх, возвращаясь в первое крайнее положение, показанное на фиг.12.

Под действием значительно возросшего гидростатического давления, создаваемого столбом сырой воды в воронке 21, перегородки, ранее образовавшиеся в порах сетчатой вставки 12 из текстильного полотна, разрушаются, и в результате в основном полностью восстанавливается рабочее состояние, которое рассмотрено выше и показано на фиг.12. После этого вся описанная выше последовательность рабочих состояний, сопровождающих процесс фильтрации, повторяется.

Изобретение предназначено для фильтрования. В заявке описан фильтр 1 для жидкостей, имеющий заполненный фильтрующим материалом 4 стаканообразный корпус 2, в дне 3 которого предусмотрено по меньшей мере одно сетчатое выпускное отверстие для жидкости, и крышку 5, которая ограничивает внутренний объем V_i и которая снабжена по меньшей мере одним впускным отверстием 8 для жидкости и одним вентиляционным отверстием 10 для выхода воздуха и герметичным, непроницаемым для жидкости соединением соединена со стаканообразным корпусом 2. При этом между стаканообразным корпусом 2 и крышкой 5 расположена сетчатая вставка 12 из текстильного полотна. С целью обеспечить надежную работу фильтра с одновременным эффективным удержанием частиц размером примерно 200 мкм, в том числе и при различном уровне заполнения стаканообразного корпуса фильтрующим материалом, согласно изобретению у сетчатой вставки 12 из текстильного полотна имеется по меньшей мере одна часть 13, выступающая во внутренний объем V_i крышки 5 таким образом, что по обе стороны наиболее удаленной от стаканообразного корпуса 2 части 14 этой вставки 12 из текстильного полотна в течение преобладающей части от всей длительности процесса фильтрации находится воздух. 4 с. и 23 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Фильтр (1) для жидкостей, имеющий заполненный фильтрующим материалом (4) стаканообразный корпус (2), в дне (3) которого предусмотрено по меньшей мере одно сетчатое выпускное отверстие для жидкости, и крышку (5), которая ограничивает внутренний объем (V_i) и которая снабжена по меньшей мере одним впускным отверстием (8) для жидкости и одним вентиляционным отверстием (10) для выхода воздуха и герметичным, непроницаемым для жидкости соединением соединена со стаканообразным корпусом (2), при этом между стаканообразным корпусом (2) и крышкой (5) расположена сетчатая вставка (12) из текстильного полотна, отличающийся тем, что сетчатая вставка (12) из текстильного полотна имеет по меньшей мере одну часть (13), выступающую во внутренний объем (V_i) крышки (5) таким образом, что по обе стороны наиболее удаленной от стаканообразного корпуса (2) части (14) этой вставки (12) из текстильного полотна в течение преобладающей части от всей длительности процесса фильтрации находится воздух.2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что находящаяся вверху в ограниченном крышкой (5) пространстве наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть (13) вставки (12) из текстильного полотна и вентиляционное отверстие (10) расположены выше верхнего края (15) впускного отверстия (8).3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что выступающая во внутренний объем (V_i) крышки (5) часть (13) вставки (12) из текстильного полотна по меньшей мере частично имеет выпукло-изогнутую форму.4. Фильтр по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что выступающая часть (13) вставки (12) из текстильного полотна имеет форму шарового сегмента или сферического колпачка и на нижнем внешнем участке закреплена по верхнему краю стаканообразного корпуса (2) и по нижнему краю (6) крышки (5).5. Фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вставка (12) из текстильного полотна представляет собой ткань, трикотажное полотно, нетканое полотно или формованную деталь из полимерного материала, при этом размер пор во вставке (12) из текстильного полотна составляет преимущественно от 50 до 300 мкм, предпочтительно от 80 до 200 мкм.6. Фильтр по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что отношение площадей гидротехнических поперечных сечений А:В:С:D при допуске примерно ±50% составляет примерно 1:2:10:20, при этом А представляет собой суммарную площадь проходных сечений вентиляционных отверстий (10) в крышке (5), В представляет собой суммарную площадь проходных сечений впускных отверстий (8) для жидкости в крышке (5), С представляет собой суммарную площадь в проекции на плоскость проходных сечений служащих для вентиляции пор в находящейся в ограниченном крышкой (5) пространстве части (13) вставки (12) из текстильного полотна и D представляет собой суммарную площадь проходных сечений для жидкости сквозь поры в кольцевой нижней части боковой поверхности вставки (12) из текстильного полотна.7. Фильтр по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что между находящейся вверху в ограниченном крышкой (5) пространстве наиболее удаленной от стаканообразного корпуса части (13) вставки (12) из текстильного полотна и верхней стенкой (9) крышки (5) имеется зазор.8. Фильтр по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что образованный вставкой (12) из текстильного полотна внутренний объем (V_i) больше или равен 5% от объема, занимаемого фильтрующим материалом (4) в стаканообразном корпусе (2).9. Фильтр по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что находящаяся вверху в ограниченном крышкой (5) пространстве наиболее удаленная от стаканообразного корпуса часть (13) вставки (12) из текстильного полотна по меньшей мере на верхнем участке имеет гидрофобный или гидрофобизированный материал.10. Фильтр по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что нижняя часть вставки (12) из текстильного полотна в зоне впускных отверстий (8) для жидкости имеет гидрофильные участки.11. Вставка (12) для фильтра, сформированная из имеющего вид полотна, плоскостного текстильного материала путем изменения его формы с образованием выступающей в ограниченное крышкой (5) пространство и обладающей собственной формоустойчивостью части (13) и предназначенной для крепления по краю (6) к крышке (5) фильтра (1) для жидкостей части.12. Фильтр (1) для жидкостей, имеющий заполненную по меньшей мере частично фильтрующим материалом (4) фильтровальную камеру (2) по меньшей мере с одним впускным (8) и одним выпускным (30) отверстиями для жидкости (28), при этом между впускным (8) и выпускным (30) отверстиями расположена сетчатая вставка (12) таким образом, что она вместе со стенками фильтровальной камеры (2) образует объем (V_u), в котором находится фильтрующий материал (4), отличающийся тем, что сетчатая вставка (12) по меньшей мере частично обладает подвижностью, благодаря которой она может занимать два крайних положения и находящиеся между ними промежуточные положения, при этом при переходе из первого крайнего положения во второе объем (V_u) уменьшается на величину ΔV, соответствующую разности объемов.13. Фильтр (1) по п.12, отличающийся тем, что сетчатая вставка (12) представляет собой вставку из плоского материала, предпочтительно вставку из текстильного полотна.14. Фильтр (1) по п.13, отличающийся тем, что площадь фигуры, ограниченной лежащим в базовой плоскости (35) краем вставки (12) из плоского материала, меньше фактической площади поверхности этой вставки (12) из плоского материала.15. Фильтр (1) по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что фильтровальная камера (2) имеет по меньшей мере одно вентиляционное отверстие (10) для выхода воздуха, которое расположено с той же стороны сетчатой вставки (12), что и впускное отверстие (8).16. Фильтр (1) по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что соответствующая разности объемов величина ΔV составляет по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 5%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10%, от объема, занимаемого фильтрующим материалом (4) в фильтровальной камере (2).17. Фильтр (1) по любому из пп.12-16, отличающийся тем, что соответствующая разности объемов величина ΔV составляет по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 5%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10%, от объема V_u.18. Фильтр (1) по любому из пп.12-17, отличающийся тем, что сетчатая вставка (12) по меньшей мере во втором крайнем положении касается расположенной на соответствующем уровне поверхности фильтрующего материала (4) и/или касается другой детали.19. Фильтр (1) по любому из пп.14-18, отличающийся тем, что наиболее удаленная от базовой плоскости (35) часть (37) вставки (12) из плоского материала в первом крайнем положении не касается стенки фильтровальной камеры (2).20. Фильтр (1) по любому из пп.12-19, отличающийся тем, что его работа основана на гравитационном принципе, при этом по меньшей мере одна часть вставки (12) в первом ее крайнем положении располагается выше уровня, на котором эта же часть вставки (12) располагается во втором ее крайнем положении.21. Фильтр (1) по п.20, отличающийся тем, что в первом крайнем положении наиболее удаленная от базовой плоскости (35) часть вставки (12) из плоского материала и вентиляционное отверстие (10) расположены выше верхнего края впускного отверстия (8).22. Фильтр (1) по любому из пп.13-21, отличающийся тем, что вставка (12) из текстильного полотна представляет собой ткань, трикотажное полотно, полотно из формованного волокна, нетканое полотно или формованную деталь из полимерного материала, при этом размер пор во вставке (12) из текстильного полотна преимущественно составляет от 50 до 300 мкм, предпочтительно от 80 до 200 мкм.23. Фильтр (1) по любому из пп.20-22, отличающийся тем, что отношение площадей гидротехнических поперечных сечений А:В:С:D при допуске примерно ±50%, предпочтительно примерно ±25%, составляет примерно 1:2:10:20, при этом А представляет собой суммарную площадь проходных сечений вентиляционных отверстий (10) в фильтровальной камере (2), В представляет собой суммарную площадь проходных сечений впускных отверстий (8) для жидкости в фильтровальной камере (2), С представляет собой суммарную площадь проходных сечений служащих для вентиляции пор во вставке (12) в первом ее крайнем положении и D представляет собой суммарную площадь проходных сечений для жидкости сквозь поры в, по существу, кольцевой нижней части вставки (12) в первом ее крайнем положении.24. Фильтр (1) по любому из пп.12-23, отличающийся тем, что сетчатая вставка (12) имеет гидрофильные участки.25. Фильтр (1) по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что толщина нити текстильного полотна вставки (12) составляет от 5 до 100 мкм, предпочтительно от 10 до 60 мкм.26. Фильтр (1) по любому из пп.12-25, отличающийся тем, что вставка (12) выполнена из гибкого и/или эластичного материала.27. Вставка (12), сформированная из имеющего форму полотна плоскостного гибкого и/или эластичного материала путем изменения его формы с образованием сетчатой подвижной вставки, предусмотренной для крепления внутри фильтровальной камеры фильтра (1) для жидкостей.