ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области кондиционирования и тонкой очистки питьевой воды от твердых частиц и ионов металлов, и может быть использовано в системах бытовой водоочистки, а так же в пищевой и фармацевтической промышленности
Известен фильтрующий элемент, содержащий цилиндрический корпус с продольными ребрами (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 не достаточно для пищевого кондиционирования воды, поскольку исходная вода может содержать соли щелочноземельных металлов (кальций, магний, стронций, барий), обуславливающие жесткость воды, а так же 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 полезной модели 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 изобретение №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-и 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.
Полезная модель имеет своей целью улучшение эксплуатационных свойств пористых объемно-капиллярных фильтров для воды.
При использовании полезной модели достигаются следующие важные технические результаты:
1. Осуществляется умягчение воды и удаление ионов тяжелых металлов, вредных для здоровья.
2. Обеспечивается возможность очистки воды от механических примесей и от вредных ионов на одном фильтрующем элементе стандартного типоразмера при сохранении поглотительной способности (грязеемкости) и значит срока службы фильтрующего элемента.
3. Уменьшается гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента
Сущность полезной модели 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, внутренние слои фильтровальной шторы выполнены синтетической текстурированной мультифиламентной нитью с преимущественно петлевым ворсом, а внешние слои фильтровальной шторы выполнены нитью штапельного прядения изготовленной из катионообменного волокна, кроме того, на внешней поверхности перфорированной центральной гильзы выполнены продольные ребра, расположенные равномерно между рядами перфорации.
Обозначенная сущность полезной модели связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:
1. Умягчение воды и удаление ионов тяжелых металлов, вредных для здоровья, обеспечивается прохождением воды через внешние слои фильтровальной шторы, выполненные нитью штапельного прядения, изготовленной из катионообменного волокна. В результате ионообменного процесса происходит замещение катионов жесткости (ионов щелочноземельных металлов) и катионов тяжелых металлов на безвредные катионы натрия.
2. Функцию улавливания взвешенных механических частиц (фильтрование) обеспечивают как внешние, так и внутренние слои фильтровальной шторы, причем поглотительная способность фильтрующего элемента (грязеемкость) остается на уровне аналога - прототипа, т.к. общий объем капиллярной структуры фильтровальной шторы не уменьшается. В процессе фильтрования воды через штору, внешние слои обеспечивают ионообменный процесс и улавливание механических частиц, а внутренние слои обеспечивают только улавливание механических частиц, в том числе и задержку коротких концевых филаментов ворса, которые могут отделяться от штапельной нити внешних слоев. Таким образом в одном фильтрующем элементе стандартного типоразмера эффективно сочетается возможность очистки воды как от механических примесей, так и от вредных ионов, при сохранении его поглотительной способности (грязеемкости) и, следовательно, срока службы фильтрующего элемента.
3. Продольные ребра, расположенные равномерно между рядами перфорации центральной гильзы уменьшают гидравлическое сопротивление фильтровального элемента, 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
На Фиг.1 схематически изображен фильтрующий элемент.
На Фит.2 схематически изображена перфорированная центральная гильза с продольными ребрами фильтрующего элемента.
+
Фильтрующий элемент (Фиг.1) выполнен в виде катушки, содержит перфорированную центральную гильзу (1) с выполненными на ее внешней поверхности продольными ребрами (2) (Фиг.1, Фиг.2) и фильтровальную штору, внутренние слои которой (3), прилежащие к центральной гильзе (1) выполнены как крестовая многослойная намотка ворсистой синтетической текстурированной мультифиламентной нитью с преимущественно петлевым ворсом с линейной плотностью находящейся в пределах 2500-3000 dtex (http://www.technoton.biz/production/cloth.html). Внешние слои (4) фильтровальной шторы выполнены как крестовая многослойная намотка нитью из ионообменного волокна, например может быть использована нить штапельного прядения с линейной плотностью 3000 dtex, изготовленная из ионообменного волокна ФИБАН X1 (Na катионит) (http://ifoch.bas-net.by/Х1_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. Фильтрующий элемент может быть выполнен как под стандартный типоразмер Slim Line (65×250 мм), так и под другие типоразмеры.
Фильтрующий элемент размещается в герметичном проточном корпусе (не показан), обеспечивающим 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 фильтрующего элемента. Заявленные технические результаты достигаются прохождением воды через фильтровальную штору. Умягчение воды и удаление ионов тяжелых металлов, вредных для здоровья, обеспечивается прохождением воды через внешние слои (4) фильтровальной шторы, выполненные нитью штапельного прядения, изготовленной из катионообменного волокна. В результате ионообменного процесса происходит замещение катионов щелочноземельных и тяжелых металлов металлов на безвредные катионы натрия. Функцию улавливания взвешенных механических частиц (фильтрование) обеспечивают как внешние (4), так и внутренние (3) слои фильтровальной шторы, причем поглотительная способность фильтрующего элемента (грязеемкость) остается на уровне аналога - прототипа, т.к. в тех же габаритах общий объем капиллярной структуры фильтровальной шторы не уменьшается. В процессе фильтрования воды через штору, внешние слои (4) обеспечивают ионообменный процесс и улавливание механических частиц, а внутренние слои (3) обеспечивают только улавливание механических частиц, в том числе и задержку коротких концевых филаментов ворса, которые могут отделяться от штапельной нити внешних слоев. Таким образом, в одном фильтрующем элементе стандартного типоразмера эффективно сочетается возможность очистки воды, как от механических примесей, так и от вредных ионов, при сохранении его поглотительной способности (грязеемкости) и, следовательно, срока службы фильтрующего элемента. Продольные ребра (2), расположенные равномерно между рядами перфорации центральной гильзы (1) уменьшают гидравлическое сопротивление фильтровального элемента, 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.