ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ "АКВАРИУС-ТРОЙНОЙ" Российский патент 2011 года по МПК B01D27/00 B01D39/00 

Изобретение относится к области кондиционирования и тонкой очистки питьевой воды от твердых частиц и ионов металлов и может быть использовано в системах бытовой водоочистки, а также в пищевой и фармацевтической промышленности.

Известен фильтрующий элемент, содержащий цилиндрический корпус (центральную гильзу) и охватывающую корпус многослойную фильтрующую штору, которая образована крестообразной намоткой ворсистой нити из синтетических или хлопчатобумажных волокон, причем плотность намотки возрастает от периферии к поверхности цилиндрического корпуса (Свидетельство на полезную модель №24949 от 10.09.2002). Данное техническое решение относится к пористым объемно-капиллярным фильтрам и обеспечивает задержку и улавливание взвешенных в жидкости частиц, размер которых зависит от типа используемой нити, плотности намотки и количества ее слоев. Однако такой фильтрующий элемент не обладает ни адсорбционной, ни ионообменной активностью, поэтому позволяет осуществлять очистку жидкости только от механических примесей, что недостаточно для пищевого кондиционирования воды, поскольку исходная вода может содержать соли щелочноземельных металлов (кальций, магний, стронций, барий), обуславливающие жесткость воды, а также вредные для организма соли тяжелых металлов (медь, железо, кадмий, кобальт, марганец, свинец, ртуть, хром и др.), другие неорганические и органические растворенные и коллоидные примеси, удаление которых обязательно для питьевой и фармакологической воды. Кроме того, если в качестве материала фильтрующей шторы используется нить штапельного прядения (наиболее распространенный тип ворсистой нити), то короткие концевые филаменты ворса могут отделяться от нити и поступать в фильтруемую жидкость, засоряя ее и снижая качество фильтрования. Указанные особенности аналога являются его недостатками.

Известны системы многоступенчатой очистки воды, в которых первая ступень очистки обеспечивает удаление песка, ржавчины, других механических и коллоидных частиц, вторая ступень очистки позволяет снизить содержание хлора, хлорорганических соединений ниже ПДК, третья ступень очистки удаляет бактериальное загрязнение, четвертая ступень очистки снижает содержание тяжелых металлов, пятая ступень очистки обеспечивает финишное удаление веществ, придающих запах и посторонний привкус (к таким системам относятся, например, бытовые фильтры марки «Мифил» (http://ifoch.bas-net.by/mifil/filter_rus.htm) или «Коралл» (http://www.ag-kovrov.ru/dclear-corall.html). Указанные системы очистки воды являются достаточно крупногабаритными, сложными и дорогостоящими агрегатами, включающими ряд фильтровальных камер, соединенных последовательно и содержащих сменные фильтровальные элементы, каждый из которых выполняет определенную специализированную функцию очистки, из числа перечисленных выше.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения по совокупности существенных признаков является сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде катушки с перфорированной центральной гильзой, на которой размещена фильтровальная штора, представляющая собой многослойную намотку ворсистой нити, причем многослойная намотка выполнена текстурированной мультифиламентной синтетической нитью с преимущественно петлевым ворсом (заявка на изобретние №2007129609/15, опубликована 10.02.2009). В соответствии с этим техническим решением отечественной промышленностью выпускаются сменные фильтрующие элементы СФЭ-П и СФЭ-Пс, предназначенные для использования в стандартных 10-дюймовых (254 мм) бытовых фильтрах очистки воды типа Slim Line (http://www.ag-kovrov.ru/dclear-filters20.html). Аналог-прототип обеспечивает высококачественную тонкую (до 1 мкм) очистку жидкости от механических взвешенных частиц, причем без отделения от нити элементов ворса и засорения ими фильтруемой жидкости. Модификация СФЭ-Пс, кроме того, обеззараживает воду, насыщая ее ионами серебра, которые импрегнированы в синтетическую нить фильтровальной шторы. Но умягчение воды и очистка ее от солей тяжелых металлов и других вредных примесей этими фильтровальными элементами не достигается, т.е. ему частично присущи недостатки первого аналога.

Изобретение имеет своей целью улучшение эксплуатационных свойств пористых объемно-капиллярных фильтров для воды.

При использовании изобретения достигаются следующие важные технические результаты.

1. Обеспечивается очистка воды от механических примесей.

2. Обеспечивается очистка воды от ионов тяжелых металлов.

3. Уменьшается гидравлическое сопротивление перехода фильтровальная штора - внутренняя полость центральной гильзы.

4. Обеспечивается очистка воды от растворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения.

5. Все ступени очистки реализуются на одном фильтрующем элементе стандартного типоразмера, причем с увеличением его поглотительной способности (грязеемкости) и, следовательно, с увеличением срока службы фильтрующего элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что в фильтрующем элементе, выполненном в виде катушки с перфорированной центральной гильзой, на которой размещена фильтровальная штора, представляющая собой многослойную крестообразную намотку ворсистой нити, имеются следующие особенности, характеризующие новизну технического решения:

- центральная гильза выполнена с расширением, образующим неперфорированный герметичный контейнер цилиндрической формы, вход в который сообщается с внутренним пространством перфорированного участка центральной гильзы, а выход через проницаемую для воды перегородку-постфильтр сообщается с отводящим патрубком арматуры фильтра,

- намотка ворсистой нити, образующей фильтровальную штору, выполнена только на перфорированном участке центральной гильзы, причем внутренние слои фильтровальной шторы выполнены синтетической текстурированной мультифиламентной нитью с преимущественно петлевым ворсом, а внешние слои фильтровальной шторы выполнены нитью, изготовленной из катионообменного волокна,

- на внешней поверхности перфорированнго участка центральной гильзы выполнены продольные ребра, расположенные равномерно между рядами перфорации,

- внутреннее пространство центральной гильзы, ограниченное со стороны расширения проницаемой для воды перегородкой-постфильтром, а с противоположной стороны ограниченное донцем центральной гильзы или монтажной пробкой арматуры фильтра, заполнено гранулированным адсорбентом.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом, соответственно.

1. Функцию улавливания взвешенных механических частиц (фильтрование) обеспечивают все слои фильтровальной шторы, гранулированный адсорбент, заполняющий внутреннее пространство центральной гильзы, а также проницаемая для воды перегородка-постфильтр.

2. Умягчение воды и удаление из воды ионов тяжелых металлов, вредных для здоровья, обеспечивается прохождением воды через внешние слои фильтровальной шторы, выполненные нитью, изготовленной из катионообменного волокна. В результате ионообменного процесса происходит замещение катионов жесткости (ионов щелочноземельных металлов) и катионов тяжелых металлов на безвредные катионы натрия.

3. Продольные ребра, расположенные равномерно между рядами перфорации центральной гильзы, уменьшают гидравлическое сопротивление перехода фильтровальная штора - внутренняя полость центральной гильзы, т.к. пространство, образованное смежными ребрами, образует коллектор, обеспечивающий ток воды через фильтровальную штору, в том числе и на участках, перекрываемых зонами, расположенными между перфорационными отверстиями.

4. Очистка воды от растворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения обеспечивается прохождением воды через адсорбент, заполняющий внутреннее пространство центральной гильзы.

5. Грязеемкость и, следовательно, срок службы фильтрующего элемента возрастают в связи с тем, что отношение объема капиллярной фильтрующей структуры к габаритному объему фильтрующего элемента (коэффициент его заполнения) возрастает за счет адсорбента, заполняющего внутреннее пространство центральной гильзы.

На чертеже схематически изображен фильтрующий элемент «АКВАРИУС - ТРОЙНОЙ».

Фильтрующий элемент (чертеж) выполнен в виде катушки, содержит перфорированную центральную гильзу (1), изготовленную из инженерного термопласта, с выполненными на ее внешней поверхности продольными ребрами (2) и с расширением (3), образующим неперфорированный герметичный контейнер цилиндрической формы, вход в который сообщается с внутренним пространством перфорированного участка центральной гильзы, а выход через проницаемую для воды перегородку-постфильтр (4) сообщается с отводящим патрубком арматуры фильтра (5). Фильтровальная штора представляет собой многослойную крестообразную намотку ворсистой нити, выполненную только на перфорированном участке гильзы, причем внутренние слои фильтровальной шторы (6), прилежащие к центральной гильзе, выполнены как крестовая многослойная намотка ворсистой синтетической текстурированной мультифиламентной нитью, например полипропиленовой, с преимущественно петлевым ворсом с линейной плотностью, находящейся в пределах 2500-3500 dtex (http://www.technoton.biz/production/cloth.html). Внешние слои (7) фильтровальной шторы выполнены как крестовая многослойная намотка нитью из ионообменного волокна, например, может быть использована нить штапельного прядения с линейной плотностью в интервале от 2500 до 3500 dtex, изготовленная из ионообменного волокна ФИБАН XI (Na⁺ катионит) (http://ifoch.bas-net.by/Xl_-rus1.htm). Опытным путем установлено, что оптимальное соотношение совокупной толщины внутренних слоев фильтровальной шторы к совокупной толщине внешних (катионообменных) слоев находится в пределах от 1:2,5 до 1:3. Все внутреннее пространство центральной гильзы (1), ограниченное со стороны расширения проницаемой для воды перегородкой-постфильтром (4), а с противоположной стороны ограниченное монтажной пробкой арматуры фильтра (8), заполнено гранулированным адсорбентом (9), в качестве которого может быть использован активированный уголь.

Фильтрующий элемент может быть выполнен как под стандартный типоразмер Slim Line (65×250 мм), так и под другие типоразмеры.

Фильтрующий элемент размещается в арматуре, представляющей собою герметичный проточный корпус (полностью не показан), который обеспечивает разделение внутреннего и внешнего пространств фильтрующего элемента, причем подлежащая фильтрованию вода под напором подается в пространство между корпусом и фильтрующим элементом, а очищенная вода отводится из внутреннего пространства центральной гильзы (1) через перегородку-постфильтр (4) и отводящий патрубок арматуры фильтра (5). Заявленные технические результаты достигаются последовательным прохождением воды через фильтровальную штору и гранулированный адсорбент. Умягчение воды и удаление ионов тяжелых металлов, вредных для здоровья, обеспечивается прохождением воды через внешние слои (7) фильтровальной шторы, выполненные нитью, изготовленной из катионообменного волокна. В результате ионообменного процесса происходит замещение катионов щелочноземельных и тяжелых металлов на безвредные катионы натрия. Функцию улавливания взвешенных механических частиц (фильтрование) обеспечивает вся пористо-капиллярная структура фильтрующего элемента: внешние (7), внутренние (6) слои фильтровальной шторы, гранулированный адсорбент (9). Интегральная поглотительная способность фильтрующего элемента (грязеемкость) возрастает по сравнению с этим параметром у аналога-прототипа, т.к. отношение объема капиллярной фильтрующей структуры к габаритному объему фильтрующего элемента (коэффициент его заполнения) возрастает за счет адсорбента (9), заполняющего все внутреннее пространство центральной гильзы. Продольные ребра (2), расположенные равномерно между рядами перфорации перфорированного участка центральной гильзы (1), уменьшают гидравлическое сопротивление перехода фильтровальная штора - внутренняя полость центральной гильзы, т.к. пространство, образованное смежными ребрами, образует коллектор, обеспечивающий ток воды через фильтровальную штору, в том числе и на участках, перекрываемых зонами, расположенными между перфорационными отверстиями. Очистка воды от растворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения обеспечивается прохождением воды через адсорбент (9), заполняющий все внутреннее пространство центральной гильзы (1). Проницаемая для воды перегородка-постфильтр (4) препятствует выносу частиц гранулированного адсорбента (9) в отводящий патрубок арматуры фильтра (5). Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективное сочетание, в одном фильтрующем элементе стандартного типоразмера, очистки воды от механических примесей, от вредных ионов, а также от растворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения. При этом поглотительная способность (грязеемкость) и, следовательно, срок службы фильтрующего элемента увеличивается, по сравнению с ближайшим аналогом-прототипом.

Изобретение предназначено для кондиционирования и очистки питьевой воды. Фильтрующий элемент выполнен в виде катушки, содержит перфорированную центральную гильзу с выполненными на ее внешней поверхности продольными ребрами и с расширением, образующим неперфорированный герметичный контейнер цилиндрической формы, вход в который сообщается с внутренним пространством перфорированного участка центральной гильзы, а выход через проницаемую для воды перегородку-постфильтр сообщается с отводящим патрубком арматуры фильтра. Фильтровальная штора представляет собой многослойную крестообразную намотку ворсистой нити, выполненную только на перфорированном участке гильзы, причем внутренние слои фильтровальной шторы, прилежащие к центральной гильзе, выполнены как крестовая многослойная намотка ворсистой синтетической текстурированной мультифиламентной нитью с преимущественно петлевым ворсом. Внешние слои фильтровальной шторы выполнены как крестовая многослойная намотка нитью из ионообменного волокна. Все внутреннее пространство центральной гильзы, ограниченное со стороны расширения проницаемой для воды перегородкой-постфильтром, а с противоположной стороны ограниченное донцем центральной гильзы или монтажной пробкой арматуры фильтра, заполнено гранулированным адсорбентом. Технический результат: эффективная очистка воды от механических примесей, от вредных ионов, от растворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фильтрующий элемент, выполненный в виде катушки с перфорированной центральной гильзой, на которой размещена фильтровальная штора, представляющая собой многослойную крестообразную намотку ворсистой нити, отличающийся тем, что центральная гильза выполнена с расширением, образующим неперфорированный герметичный контейнер, вход в который сообщается с внутренним пространством перфорированного участка центральной гильзы, а выход через проницаемую для воды перегородку-постфильтр сообщается с отводящим патрубком арматуры фильтра, намотка ворсистой нити, образующей фильтровальную штору, выполнена только на перфорированном участке центральной гильзы, причем внутренние слои фильтровальной шторы выполнены синтетической текстурированной мультифиламентной нитью с преимущественно петлевым ворсом, а внешние слои фильтровальной шторы выполнены нитью, изготовленной из катионообменного волокна, кроме того, на внешней поверхности перфорированного участка центральной гильзы выполнены продольные ребра, расположенные равномерно между рядами перфорации, внутреннее же пространство центральной гильзы, ограниченное со стороны расширения перегородкой-постфильтром, а с противоположной стороны ограниченное донцем центральной гильзы или монтажной пробкой арматуры фильтра, заполнено гранулированным адсорбентом.

2. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что соотношение совокупной толщины внутренних слоев фильтровальной шторы к совокупной толщине внешних (катионообменных) слоев находится в пределах от 1:2,5 до 1:3.

3. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что внутренние слои фильтровальной шторы выполнены полипропиленовой нитью с преимущественно петлевым ворсом и с линейной плотностью, которая находится в пределах от 2500 до 3500 dtex.

4. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что внешние слои фильтровальной шторы выполнены нитью, изготовленной из катионообменного волокна штапельного прядения, с линейной плотностью, которая находится в пределах от 2500 до 3500 dtex.

5. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве гранулированного адсорбента применен активированный уголь.

6. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что центральная гильза выполнена из пищевого инженерного термопласта.