Картридж для очистки жидкости с фильтрующей загрузкой пониженной влажности

[01] Область техники
[02] Полезная модель относится к области очистки жидкостей, а именно к фильтрационным устройствам, предназначенным для использования в фильтрах для очистки жидкостей, преимущественно в фильтрах кувшинного типа для получения питьевой воды.
[03] Уровень техники
[04] Из уровня техники известны фильтрационные устройства (картриджи, фильтровальные патроны, сменные фильтры, кассеты), состоящие из корпуса, заполненного фильтрующей загрузкой (материалом, сорбентом), и крышки. В крышке расположены входные отверстия для очищаемой жидкости и отверстия для оттока воздуха. Фильтрующая загрузка таких устройств, в большинстве случаев, выполнена на основе ионообменных смол с влажностью 48-58% (см. таблицу 2 ГОСТ 20298-74 «Смолы ионообменные. Катеониты», 01.01.1976). Между крышкой и корпусом обычно установлено средство фиксации фильтрующей загрузки в виде сетки, мембраны или прокладки. В нижней части корпуса таких устройств расположены одно или несколько отверстий для выхода очищенной жидкости. Фильтрационное устройство вставляют в емкость для приема исходной жидкости. Исходная жидкость проходит сквозь отверстия, расположенные в крышке, и ниже через фильтрующую загрузку, далее очищенная жидкость через отверстие (или отверстия) в нижней части корпуса поступает в приемную емкость (емкость для очищенной жидкости).
[05] Использование в описанных фильтрационных устройствах средства фиксации, выполненного в виде сетки, мембраны или прокладки, приводит достаточно часто к замедлению или прерыванию процесса фильтрации из-за воздушного пузыря, который появляется под средством фиксации, перекрывая его эффективное сечение из-за возникновения на поверхности средства фиксации поверхностного натяжения. Образование воздушного пузыря объясняется тем, что при протекании жидкости через фильтрующий материал воздух, находящийся между гранулами или волокнами сорбента, а также внутри пористой структуры сорбента, вытесняется жидкостью вверх и скапливается под средством фиксации фильтрующей загрузки.
[06] Большинство известных технических решений, разработанных с учетом описанной технической проблемы, направлены на усовершенствование конструкции средства фиксации, расположенного между корпусом, в котором располагается фильтрующая загрузка и крышки устройства. В частности, из патента РФ RU2241522, 20.04.2004 известно устройство фильтрационное, состоящее из корпуса, заполненного фильтрующим материалом, и имеющее не менее одного выходного отверстия в основании, крышки с отверстиями для входа жидкости и оттока воздуха и средства фиксации в виде сетчатой вставки, расположенного между корпусом и крышкой. При этом у сетчатой вставки из текстильного полотна имеется по меньшей мере одна часть, выступающая во внутренний объем крышки таким образом, что по обе стороны наиболее удаленной от стаканообразного корпуса сетчатой вставки в течение преобладающей части от всей длительности процесса фильтрации находится воздух.
[07] Недостатком данного фильтрационного устройства является ограниченный объем выступающей части сетчатой вставки, предназначенной для накопления воздуха, а также сложность изготовления средства фиксации, отвечающего всем предъявляемым требованиям (форма, расположение, размер, материал), позволяющим обеспечить высокую скорость фильтрации жидкости.
[08] Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство фильтрационное, описанное в патенте РФ RU2262976, 27.10.2005. Данное устройство содержит полый корпус, в нижней части которого выполнены отверстия для выхода очищенной жидкости, крышку с отверстиями для входа очищаемой жидкости и оттока воздуха, размещенную сверху корпуса, средство фиксации фильтрующей загрузки, размещенное между корпусом и крышкой, и фильтрующую загрузку, размещенную в полости корпуса.
[09] Недостатком данного устройства является то, что выход скопившегося воздуха, препятствующего прохождению жидкости в корпус устройства, обеспечивается за счет средства фиксации клапанного типа. Вследствие того, что процесс пропускания жидкости внутрь фильтрующего материала происходит одновременно с выходом воздуха из зоны фильтрации через клапан, скорость фильтрации жидкости при этом низкая.
[010] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, являются низкие эксплуатационные характеристики устройства.
[011] Раскрытие сущности полезной модели
[012] Технический результат полезной модели заключается в увеличении скорости фильтрации жидкости и повышении пропускной способности картриджа для очистки жидкости за счет полного удаления воздуха из картриджа.
[013] Указанный технический результат достигается за счет того, что картридж для очистки жидкости с фильтрующей загрузкой пониженной влажности содержит полый корпус, в нижней части которого выполнено отверстие для выхода очищенной жидкости, крышку с отверстиями для входа очищаемой жидкости и оттока воздуха, размещенную сверху корпуса, верхнее средство фиксации фильтрующей загрузки, размещенное между корпусом и крышкой, нижнее средство фиксации фильтрующей загрузки, размещенное в нижней части корпуса, и фильтрующую загрузку в виде твердых сорбентов, размещенную в полости корпуса между верхним и нижним средствами фиксации, при этом фильтрующая загрузка содержит катионообменную смолу с влажностью от 5% до 30% и размещена в полости корпуса в объеме, обеспечивающем его заполнение до уровня соприкосновения с верхним средством фиксации при поступлении очищаемой жидкости в полость корпуса.
[014] В частных случаях реализации полезной модели:
[015] в качестве твердых сорбентов использованы гранулированные и/или волокнистые сорбенты;
[016] - верхнее и нижнее средства фиксации фильтрующей загрузки выполнены в виде сетчатой или пористой вставки, диаметр ячейки или пор которых не превышает размера частиц фильтрующей загрузки.
[017] Использование катионообменной смолы с влажностью от 5% до 30% обусловлено тем, что такой параметр влажности обеспечивает высокую набухаемость сорбента, коэффициент набухаемости которого при этом составляет от 2,0 до 1,4, соответственно, в то время как обычно используемые для очистки жидкости ионообменные смолы, как отмечено выше, имеют влажность не менее 48% и, следовательно, более низкий коэффициент набухаемости. Указанные значения коэффициента набухаемости ионообменной смолы в заявленной полезной модели позволяют использовать малое количество фильтрующей загрузки в картридже, при этом после контакта фильтрующей загрузки с жидкостью обеспечивается заполнение не менее чем 100% объема корпуса картриджа со скоростью, обеспечивающей быстрое удаление (выталкивание) воздуха, образующегося между гранулами сорбента. При этом фильтрующая загрузка в набухшем виде соприкасается с верхним средством фиксации в виде сетчатой вставки, расположенной между корпусом и крышкой картриджа, за счет чего устраняется поверхностное натяжение, возникающее на верхнем средстве фиксации и осуществляется беспрепятственные протекание жидкости через верхнее средство фиксации и выход воздуха из корпуса картриджа, что обеспечивает высокую скорость фильтрации жидкости.
[018] Допущение, что в известных аналогах полезной модели с влажностью ионообменной смолы не менее 48%, использующейся в фильтрующей загрузке, за счет заполнения корпуса картриджа большим количеством сухой фильтрующей загрузки обеспечивается соприкосновение фильтрующей загрузки с верхним средством фиксации, не может свидетельствовать о достижении такого же технического результата. Это связано с тем, что пониженная влажность ионообменной смолы от 5 до 30% заявленной технического решения обеспечивает высокую скорость набухания фильтрующей загрузки и, соответственно, лучшее удаление воздуха из картриджа, что приводит к высокой скорости фильтрации жидкости.
[019] Таким образом, фильтрующая загрузка, размещенная в корпусе картриджа для очистки жидкости между ее верхним и нижним средствами фиксации, помимо удаления загрязняющих веществ из очищаемой жидкости, выполняет функцию выталкивания (удаления) воздуха из корпуса картриджа, препятствующего протеканию очищаемой жидкости, засчет пониженной влажности ионообменной смолы от 5% до 30%, являясь элементом заявленного устройства, обладающего функциональным и конструктивным единством.
[020] Краткое описание чертежей
[021] Полезная модель поясняется фигурой, где приведена конструкция картриджа для очистки жидкости с фильтрующей загрузкой пониженной влажности в разрезе.
[022] Элементы обозначены на фигуре следующими позициями:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - отверстия в крышке (2) для входа очищаемой жидкости и оттока воздуха из корпуса (1);
4 - верхнее средство фиксации между корпусом (1) и крышкой (2);
5 - нижнее средство фиксации в нижней части корпуса (1);
6 - отверстие для выхода очищенной жидкости из корпуса (1);
7 - фильтрующая загрузка;
8 - выступ, соединяющий корпус (1), крышку (2), верхнее средство фиксации (4).
[023] Осуществление полезной модели
[024] Картридж для очистки жидкости (фиг. 1) состоит из корпуса (1), заполненного фильтрующей загрузкой (материалом) (7) и крышки (2). В крышке (2), расположенной сверху корпуса (1), спроектированы отверстия (3) для входа очищаемой жидкости внутрь корпуса (1) и оттока воздуха из корпуса (1). В нижней части (основании) корпуса (1) спроектировано отверстие (6) для выхода очищенной жидкости из корпуса (1). Внутри корпуса (1) установлены верхнее и нижнее средства фиксации (4,5) фильтрующей загрузки (7), выполненные в виде сетчатой или пористой вставки, или в виде любой другой проницаемой для жидкости структуры, позволяющей удерживать фильтрующую загрузку. Верхнее средство фиксации (4) расположено между корпусом (1) и крышкой (2), нижнее средство фиксации (5) - между фильтрующей загрузкой (7) и основанием корпуса (1) перед отверстием (6) для выхода очищенной жидкости. Верхнее средство фиксации (4) фильтрующей загрузки (7) выполнено гибким для удерживания фильтрующей загрузки (7) в набухшем виде при заполнении объема корпуса (1) от 100% до 130%. Корпус (1) может иметь стаканообразную форму. В верхней части корпуса (1) предусмотрен кольцеобразный выступ (8), служащий для соединения крышки (2) с внутренней поверхностью корпуса (1) и верхним средством фиксации (4) фильтрующей загрузки (7), например, методом ультразвуковой сварки. Нижнее средство фиксации (5), расположенное между фильтрующей загрузкой (7) и основанием корпуса (1), может быть соединено со стенками корпуса (1) также методом ультразвуковой сварки.
[025] Далее приведены примеры фильтрующей загрузки (7) картриджа для очистки жидкости.
[026] Пример 1 - Фильтрующая загрузка, содержащая, об.%:
гранулированный кокосовый активированный уголь (например, марки КА- 67,5 УСОРБ 12x40),
+
+
катионообменная смола в Na/H форме с влажностью 5% (например, 27,5 марки ТОКЕМ 250),
гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный 5,0 серебром 0,1 мас.% (например, марки CarboTech DGK 12x40 01AG).
[027] Пример 2 - Фильтрующая загрузка, содержащая в об.%:
гранулированный древесный активированный уголь (например, марки БА- 48,75 УСОРБ 12x40),
+
+
+
катионообменная смола в Na+K/H форме с влажностью 15% (например, 48,75 марки ТОКЕМ 250),
гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный 2,5 серебром 0,3 мас.%. (например, марки CarboTech DGK 12x40 03AG)
[028] Пример 3 - Фильтрующая загрузка, содержащая, об.%:
гранулированный каменноугольный активированный уголь (например, 29,5 марки ДАУСОРБ 12x40),
+
+
катионообменная смола в К/Н форме с влажностью 30% (например, 70,0 марки ТОКЕМ 250),
гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный 0,5 серебром 0,4 мас. % (например, марки CarboTech DGK 12x40 04AG).
[029] В фильтрующей загрузке можно использовать ионообменные смолы и компоненты других производителей. При этом наличие в фильтрующей загрузке активированного угля не является строго обязательным для достижения технического результата, заключающегося в увеличении скорости фильтрации жидкости и повышении пропускной способности картриджа.
[030] В таблице 1 приведены результаты испытаний фильтрующей загрузки по примеру 1 настоящей полезной модели и фильтрующих загрузок с другими параметрами влажности для сравнения при следующем соотношении компонентов: катионообменная смола 27,5 об.%, гранулированный кокосовый активированный уголь 67,5 об.%, гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный серебром 5,0 об.%.
[031] В таблице 2 приведены результаты испытаний фильтрующей загрузки по примеру 2 настоящей полезной модели и фильтрующих загрузок с другими параметрами влажности для сравнения при следующем соотношении компонентов: катионообменная смола 48,75 об.%, гранулированный древесный активированный уголь 48,75 об.%, гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный серебром 2,5 об.%.
[032] В таблице 3 приведены результаты испытаний фильтрующей загрузки по примеру 3 настоящей полезной модели и фильтрующих загрузок с другими параметрами влажности для сравнения при следующем соотношении компонентов: катионообменная смола 70,0 об.%, гранулированный каменноугольный активированный уголь 29,5 об.%, гранулированный кокосовый активированный уголь, импрегнированный серебром 0,5 об.%.
[033] Данные по таблицам 1-3 приведены для стандартного картриджа, имеющего высоту 133 мм и диаметр 62,4 мм.
[037] Как следует из приведенных данных наилучшие результаты значения скорости фильтрации жидкости при прочих равных условиях достигаются при параметрах влажности ионообменной смолы от 5 до 30% и коэффициента набухания (который, по большей части, зависит от влажности) фильтрующей загрузки от 2,0 до 1,4 соответственно.
[038] Ниже приведен принцип работы устройства.
[039] Картридж для очистки жидкости с фильтрующей загрузкой пониженной влажности вставляют в отверстие емкости для очищаемой жидкости, предпочтительно кувшинного типа. Неочищенная жидкость через имеющиеся в крышке (2) отверстия (3) поступает внутрь корпуса (1) картриджа и проходит через верхнее средство фиксации (4) фильтрующей загрузки (7) и затем через фильтрующую загрузку (7). При контакте с жидкостью ионообменная смола, на основе которой изготовлена фильтрующая загрузка (7), стремительно набухает, заполняя объем корпуса (1) картриджа не менее чем на 100% так, что фильтрующая загрузка (7) соприкасается с поверхностью верхнего средства фиксации (4) фильтрующей загрузки (7). Жидкость выходит очищенной от различных загрязнений через нижнее средство фиксации (5) фильтрующей загрузки (7) и далее через отверстия (6), расположенные в основании корпуса (1). При этом воздух, скопившийся между частицами фильтрующей загрузки (7), а также в порах фильтрующей загрузки (7), вытесняется жидкостью и проходит через верхнее средство фиксации (4) и затем через отверстия (3) в крышке (2) картриджа наружу, за счет чего процесс очистки жидкости протекает без прерывания фильтрации с высокой скоростью.
[040] Таким образом, рассматриваемое техническое решение обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, такими как повышенная пропускная способность картриджа для очистки жидкости, увеличенная скорость фильтрации жидкости.