ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2008 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к мембранным устройствам для очистки воды.

Изобретение может быть использовано в пищевой, медицинской, микробиологической промышленности, в быту и других отраслях.

Известен мембранный аппарат для разделения жидкостей и газов [1], в корпусе которого размещен пучок мембранных элементов, концы которых закреплены в подвижной и неподвижной трубных решетках. Подвижная решетка имеет стакан, к осевому отверстию которого присоединен штуцер ввода разделяемой смеси, кольцевой разделительный элемент в виде металлической мембраны соединен по внешнему периметру с корпусом, а по внутреннему с дном стакана вблизи штуцера. Его расстояние δ от поверхности торцевой крышки определено из неравенства δ<0,8(δ_р-Δ), где Δ - максимальное значение прогиба мембраны, δ_р - максимальное изменение длины мембранных элементов. Устройство используется для мембранного разделения высокоагрессивных жидкостных и газовых сред.

Недостатком известного устройства является то, что в нем не предусмотрены технические средства для очистки поверхностей мембранных элементов при накоплении загрязняющих компонентов.

Известен также реверсивный мембранный аппарат [2], содержащий пористый трубчатый каркас, внутри которого расположен очистительный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения. На внутренней поверхности трубчатого каркаса уложена на подложке полупроницаемая мембрана, при этом на концах каркаса установлены конусообразные штуцера, соединенные с клапанами и связанные между собой трубой. Торцевые части очистительного элемента повторяют конфигурацию внутренней поверхности штуцеров, причем средняя часть элемента имеет углубление, торцевая поверхность которого выполнена в форме усеченного конуса, и в продольном сечении элемент имеет вид зеркально отображенной стрелы.

В таком устройстве осуществляется периодическое реверсирование потока раствора и обезвоживание жидких пищевых продуктов, однако не осуществляется очистка от загрязняющих компонентов в растворе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является аппарат для фильтрации [3], содержащий корпус, в котором соосно установлены центральная распределительная труба с рядами отверстий и набор трубчатых мембранных элементов, укрепленных одним концом в трубной решетке, крышку, днище, патрубки для подачи или отвода обрабатываемой среды, прилегающие к патрубкам полости, при этом трубчатые мембранные элементы укреплены другим концом во второй трубной решетке. Обе трубные решетки закреплены на центральной распределительной трубе, и к ним снаружи прилегают решетчатые уплотнения, а к уплотнениям - прижимные решетки. Трубные решетки, решетчатые уплотнения и прижимные решетки расположены внутри корпуса. Прилегающие к патрубкам полости в крышке и днище образованы бортиками крышки и днища и упорными кольцами, примыкающими к центральной распределительной трубе.

Недостатком известного технического решения является недостаточная степень очистки поверхностей мембранных элементов при длительной эксплуатации, в результате чего накапливаются стойкие загрязняющие отложения, которые практически не удаляются без механического или направленного гидравлического на них воздействия.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченного недостатка, а именно - в повышении степени очистки, достигается в фильтре для воды, содержащем корпус, в котором установлены трубчатые мембранные элементы, концы которых закреплены в неподвижных трубных решетках, расположенных в корпусе, крышку с полостью, связанной с патрубком для отвода фильтрата, днище, уплотнители и патрубок для подачи очищаемой воды, тем, что он содержит направляющие элементы и поршень, выполненный в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов и образованный двумя металлическими пластинами, между которыми расположена промежуточная пластина, выполненная из полимерного материала, направляющие элементы выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в неподвижных трубных решетках, при этом в пластинах подвижной трубной решетки выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов, а также введены патрубки для сброса концентрата, расположенные в противоположных концах корпуса, и дополнительный патрубок для подачи очищаемой воды, причем патрубки подачи очищаемой воды установлены на противоположных концах корпуса.

Указанный технический результат достигается также тем, что направляющие элементы выполнены в виде полированных металлических штырей, и тем, что отверстия в промежуточной пластине подвижной трубной решетки выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем, причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов с зазором δ=0,2-0,3 мкм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показана конструкция предлагаемого фильтра в разрезе;

- на фиг.2 приведен в увеличенном масштабе фрагмент поршня в разрезе.

Предлагаемый фильтр (фиг.1) содержит корпус 1, в котором установлены трубчатые мембранные элементы 2, концы которых закреплены в неподвижных трубных решетках 3 и 4, расположенных в корпусе 1, крышку 5 с полостью 6, связанной с патрубком 7 для отвода фильтрата, днище 8, уплотнители 9 и 10, основной патрубок 11 для подачи очищаемой воды, направляющие элементы 12 и поршень 13, выполненный в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов. Поршень 13 образован двумя металлическими пластинами 14 и 15, между которыми расположена промежуточная пластина 16, выполненная из полимерного материала (фиг.2). Направляющие элементы 12 выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в трубных решетках 3 и 4 крепежными элементами, например гайками 17. В пластинах 14, 15 и 16 подвижной трубной решетки 13 выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов 12. Фильтр содержит также патрубки 18 и 19 для сброса концентрата, расположенные в противоположных концах корпуса 1, и дополнительный патрубок 20 для подачи очищаемой воды, причем патрубки подачи очищаемой воды установлены на противоположных концах корпуса.

Направляющие элементы 12 выполнены в виде полированных металлических штырей для улучшения условий скольжения поршня 13. Отверстия в промежуточной пластине 16 подвижной трубной решетки 13 выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем (фиг.2), причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов 2 с зазором δ=0,2-0,3 мкм.

Предлагаемый фильтр работает следующим образом.

В исходном состоянии поршень 3 находится в крайнем нижнем положении. Основной патрубок 11 для подачи очищаемой воды и патрубок 7 для отвода фильтрата являются открытыми, патрубки 18, 19 и 20 перекрыты запорными элементами - ручными или электроуправляемыми вентилями (на чертеже не показаны).

Вначале очищаемая вода подается под давлением в основной патрубок 11 с помощью насоса (на чертеже не показан) и поступает во внутреннюю полость корпуса 1. Через внешние поверхности трубчатых мембранных элементов 2 очищенная вода проходит во внутренние каналы этих элементов и поступает в полость 6 под крышкой 5 и далее в патрубок 7 для отвода фильтрата. Загрязняющие компоненты накапливаются и удерживаются на внешней поверхности элементов 2.

Удаление загрязнений происходит следующим образом.

После определенного времени работы фильтра в описанном выше состоянии осуществляется переключение патрубков 11 и 20 для подачи очищаемой воды (основной патрубок 11 перекрывается, а дополнительный патрубок 20 открывается) с помощью упомянутых выше запорных элементов. Открывается также патрубок 18 для сброса концентрата, патрубок 19 является закрытым, патрубок 7 для отвода фильтрата остается открытым.

Поступление очищаемой воды в патрубок 20 создает избыточное давление в пространстве вод поршнем 13, и он начинает перемещаться вверх по направляющим элементам 12. При этом происходит очистка поверхностей трубчатых мембранных элементов 2 за счет механического воздействия на слой загрязняющих отложений угловой кромкой в отверстиях пластины 16 (фиг.2), а также смывом водой, проходящей под напором в зазоры δ между угловой кромкой и внешней поверхностью мембранных элементов. Очищение от грязи происходит без механического повреждения поверхностей трубчатых мембранных элементов 2. Грязь удаляется через открытый патрубок 18. Очищенная вода продолжает поступать по патрубку 7. Через некоторое время поршень 13 достигает своего верхнего положения до уровня расположения патрубков 11 и 18 (ограничительный элемент для поршня 13 на чертеже не показан). Патрубок 18 перекрывается запорным элементом (на чертеже не показан). В достигнутом положении все трубчатые мембранные элементы 2 очищены, и фильтр может продолжать работать в нормальном рабочем цикле длительное время до появления новых загрязняющих отложений.

При необходимости повторной очистки осуществляется переключение патрубков 11 и 20 для подачи очищаемой воды в обратном порядке (основной патрубок 11 открывается, а дополнительный патрубок 20 закрывается) с помощью упомянутых выше запорных элементов. Открывается также патрубок 19 для сброса концентрата, патрубок 18 закрывается, патрубок 7 для отвода фильтрата остается открытым. Очищаемая вода вновь подается через патрубок 11, создавая избыточное давление над поршнем 13, в результате чего он начинает двигаться вниз по направляющим элементам 12, очищая поверхности трубчатых мембранных элементов 2 от грязи, которая удаляется через патрубок 19. Поршень достигает своего нижнего, исходного положения. Вновь наступает новый рабочий цикл работы фильтра.

Управление запорными элементами на входе патрубков 11, 18, 19 и 20 может осуществляться как вручную, так и автоматически с помощью внешнего блока управления (на чертеже не показан) по описанному выше алгоритму. При этом запорные вентили должны быть электроуправляемыми.

Предлагаемый фильтр является надежным и долговечным в эксплуатации и обеспечивает высокую степень очистки воды. Достоинством фильтра является то, что он не требует специального привода для обеспечения движения поршня.

Основные детали фильтра (корпус 1, крышка 5, днище 8, патрубки 11, 18, 19 и 20, неподвижные трубные решетки 3 и 4, стержни 12 и пластины 14, 15 изготавливаются из нержавеющей стали. Пластина 16 изготавливается из поливинилхлорида.

В качестве трубчатых мембранных элементов 2 используются керамические трубки с диаметром внутреннего канала 6 мм.

Фильтр находится в серийном изготовлении на предприятии-заявителе.

Источники информации

1. Патент РФ №2023490, М. Кл. В01D 63/06,1990 г.

2. Патент РФ №2142330, М. Кл. B01D 63/06, 1990 г.

3. Патент РФ №2188699, М. Кл. B01D 63/06, 2001 г.

Изобретение относится к мембранным устройствам для очистки воды и может быть использовано в пищевой, медицинской, микробиологической промышленности, в быту и других отраслях. Фильтр содержит корпус, в котором установлены трубчатые мембранные элементы, крышку с полостью, днище, уплотнители и патрубок для подачи очищаемой воды. Новым является оснащение фильтра направляющими элементами и поршнем, который выполнен в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов и образованный двумя металлическими пластинами, между которыми расположена промежуточная пластина, направляющие элементы выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в неподвижных трубных решетках, при этом в пластинах выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов, а также введены патрубки для сброса концентрата и дополнительный патрубок для подачи очищаемой воды. Направляющие элементы выполнены в виде полированных металлических штырей. Отверстия в промежуточной пластине выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем, причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов с зазором δ=0,2-0,3 мкм. Изобретение позволяет повысить степень очистки поверхностей мембранных элементов при длительной эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фильтр для очистки воды, содержащий корпус, в котором установлены трубчатые мембранные элементы, концы которых закреплены в неподвижных трубных решетках, расположенных в корпусе, крышку с полостью, связанной с патрубком для отвода фильтрата, днище, уплотнители и патрубок для подачи очищаемой воды, отличающийся тем, что он содержит направляющие элементы и поршень, выполненный в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов и образованный двумя металлическими пластинами, между которыми расположена промежуточная пластина, выполненная из полимерного материала, направляющие элементы выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в неподвижных трубных решетках, при этом в пластинах подвижной трубной решетки выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов, а также введены патрубки для сброса концентрата, расположенные в противоположных концах корпуса, и дополнительный патрубок для подачи очищаемой воды, причем патрубки подачи очищаемой воды установлены на противоположных концах корпуса.2. Фильтр для очистки воды по п.1, отличающийся тем, что направляющие элементы выполнены в виде полированных металлических штырей.3. Фильтр для очистки воды по п.1, отличающийся тем, что отверстия в промежуточной пластине подвижной трубной решетки выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем, причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов с зазором δ=0,2-0,3 мкм.