Бескаркасный канальный фильтр

Бескаркасный канальный фильтр
[001] Область применения
[002] Полезная модель относится к области вентиляции, преимущественно вентиляции жилых помещений. Предназначено для фильтрации воздуха, поступающего с улицы в помещение.
[003] Уровень техники
[004] Известен воздушный фильтр (CN 201157731). Фильтрующий элемент закреплен на внешней стороне основного корпуса, корпус основания представляет собой поверхностный цилиндр, который является цилиндрическим, а трубка Вентури помещена  внутрь корпуса основания, а расположению фильтра соответствует положение трубки Вентури. между каналом картриджа фильтра и основанием расположено резиновое уплотнительное кольцо.
[005] Недостатком данного фильтра является сложное конструктивное исполнение, обусловленное наличием большого количества элементов, таких как трубка Вентури, многоплоскостной ствол и т.д.
[006] Кроме того, известен аэрозольный фильтрующий элемент (RU 2283686), содержащий фильтр тонкой очистки с патрубком отвода очищенного воздуха, гидрофильный фильтр, выполненный в виде перфорированной обечайки с верхней и нижней крышками, на внешней поверхности которой установлена коалесцирующая оболочка, заключенная в сетчатый кожух. Фильтр тонкой очистки размещен с зазором в перфорированной обечайке с образованием кольцевой полости, в которой установлены упругие элементы. Фильтрующий элемент содержит упругую шайбу, установленную между торцом фильтра тонкой очистки и верхней крышкой, и выполненное в виде каналов перепускное устройство, размещенное в одной из крышек. Упругие элементы выполнены в виде лент зигзагообразной формы, причем наружные выступы ленты закреплены на внутренней поверхности перфорированной обечайки, а внутренние выступы взаимодействуют с боковой поверхностью фильтра тонкой очистки. Каналы перепускного устройства выполнены под углом к продольной оси элемента. Каналы перепускного устройства могут быть снабжены подпружиненными подпорными клапанами.
[007] К недостаткам такого фильтрующего элемента можно отнести то, что использование его возможно только в транспортных средствах, таких как кабины автомобилей, герметичные автомобильные кузова, салоны самолетов и т.д., а так же сложную конструкцию, обусловленную наличием большого количества деталей.
[008] Так же известен фильтр для очистки газа от жидких аэрозольных частиц (RU 8629 опубл.16.12.1998). Фильтр содержит корпус с входным и выходным патрубками, конусообразный фильтрующий элемент из пористого материала и конусообразный сборник со сливным патрубком, установленный под вершиной элемента, отличающийся тем, что конусный сборник выполнен с полыми стенками, внутренняя часть которых соединена между собой с образованием конической полости, в которой размещена вершина фильтрующего элемента, причем полость стенок конического сборника и их верхней части сообщена с полыми радиальными патрубками, с эжекционными отверстиями, а фильтрующий элемент снабжен перфорированными трубками, размещенными в толще его стенки параллельно образующим конуса, нижние концы которых размещены в нижней части полости конусообразного сборника.
[009] Недостатком такого фильтра является узкая область применения фильтра, а именно использование его в области нефтеочистки и массаобменном оборудование и как следствие невозможность его использования в качестве фильтра в системах вентиляции, а так же недостаточное очищение от аэрозолей, обусловленное использованием фильтр-материала с большими порами и подверженного разрушению.
[0010] Наиболее близким решением является конусный канальный фильтр для систем вентиляции (RU185112 опубл. 21.11.2018 Бюл. № 33 - прототип). Данное устройство состоит из каркаса и фильтрующего материала, а так же содержит входной/выходной в зависимости от направления воздушного потока несущий каркас, уплотнительное кольцо, вспомогательный формообразующий элемент каркаса, закрепленный в каркасе гофрированный фильтрующий материал с переменным радиусом распределения по длине фильтра, при этом фильтрующий материал неразъемно соединен с элементами своего каркаса, причем формообразующий элемент каркаса фильтра представляет собой крышкообразный элемент, который ограничивает гофрированный фильтрующий материал и препятствует проходу воздуха не через фильтрующий материал.
[0011] Недостатками такого фильтра является наличие каркаса, а так же параметры гофрирования фильтр-материала, которые не обеспечивают оптимального соотношения полезной площади фильтрации и качества фильтрации при сохранении необходимых размеров самого фильтра, кроме того к недостаткам такого фильтра так же следует отнести то, что основание фильтра выполнено не функциональным с точки зрения управления потоком воздуха в канале, а так же с точки зрения удобства его установки в канале и последующей переустановки; все выше перечисленное влияет на эффективность фильтрации воздуха в системах вентиляции, подаваемого по каналу с улицы в помещение.
[0012] Краткое описание полезной модели
[0013] Задачей заявленного устройства настоящей полезной модели является эффективное очищение входящего с улицы воздуха от аэрозолей и мелкодисперсных частиц, с обеспечением удобства установки бескаркасного канального фильтра в воздушный канал.
[0014] Технический результат настоящей полезной модели заключается в удобстве установки бескаркасного канального фильтра в воздушный канал, за счет наличия внутреннего вспомогательного элемента и уплотнительного кольца.
[0015] Технический результат настоящей полезной модели достигается за счёт того, что бескаркасный канальный фильтр содержит меньшее основание с направляющим кольцом, гофрированный фильтр-материал, большее основание фильтра в форме кольца с бортиком и внутренним вспомогательным элементом, при этом по наружной поверхности бортика большего основания закреплено уплотнительное кольцо.
[0016] Возможно выполнение бескаркасного канального фильтра, в котором диаметр бортика меньше диаметра кольца.
[0017] Возможно выполнение бескаркасного канального фильтра, в котором уплотнительное кольцо выполнено из резины.
[0018] Возможно выполнение бескаркасного канального фильтра, в котором меньшее основание соединено с направляющим кольцом пластинами, выполненными с возможностью выполнения функции ручки при установке фильтра.
[0019] Возможно выполнение бескаркасного канального фильтра, в котором внутренний вспомогательный элемент выполнен в виде пластинчатой перемычки.
[0020] Возможно выполнение бескаркасного канального фильтра, в котором внутренний вспомогательный элемент выполнен в виде по крайне мере двух пластинчатых перемычек соединенных в центре и исходящих из внутренней поверхности внутреннего вспомогательного элемента.
[0021] Описание чертежей
[0022] На фигуре 1 изображен в разрезе бескаркасный канальный фильтр.
[0023] На фигуре 2 изображена трехмерная модель бескаркасного канального фильтра.
[0024] На фигуре 3 изображен сегмент гофрированного фильтр-материала.
[0025] На фигуре 4 изображена часть направляющего кольца с меньшим основанием.
[0026] На фигуре 5 изображено большее основание фильтра в форме кольца с бортиком и внутренним вспомогательным элементом.
[0027] На фигуре 6 изображена фотография бескаркасного канального фильтра, один из вариантов исполнения, где гофрированный фильтр-материал, выполненный постепенно расширяющимся от меньшего основания к большему основанию, имеет форму усеченного конуса.
[0028] На фигуре 7 изображена фотография бескаркасного канального фильтра, один из вариантов исполнения, где гофрированный фильтр-материал, выполненный постепенно расширяющимся от меньшего основания к большему основанию, имеет форму усеченного конуса.
[0029] На фигуре 8 изображена фотография бескаркасного канального фильтра, один из вариантов исполнения, где гофрированный фильтр-материал, выполненный постепенно расширяющимся от меньшего основания к большему основанию, имеет форму усеченной пирамиды со скругленными гранями.
[0030] На фигуре 9 изображена фотография бескаркасного канального фильтра, с одной пластинчатой перемычкой.
[0031] На фигуре 10 изображена фотография бескаркасного канального фильтра, с внутренним вспомогательным элементом в виде трех пластинчатых перемычек.
[0032] Позиция 1 - направляющее кольцо;
[0033] Позиция 2 - меньшее основание;
[0034] Позиция 3 - пластины;
[0035] Позиция 4 - гофрированный фильтр-материал;
[0036] Позиция 5 - угол раскрытия гофры;
[0037] Позиция 6 - кольцо с бортиком;
[0038] Позиция 7 - бортик;
[0039] Позиция 8 - внутренний вспомогательный элемент;
[0040] Позиция 9 - уплотнительное кольцо;
[0041] Позиция 10 - пластинчатая перемычка;
[0042] Позиция 11 - внутренний вспомогательный элемент в виде трех пластинчатых перемычек;
[0043] Позиция 12 - высота гофры;
[0044] Позиция 13 - гофрированный фильтр-материал с формой в виде усеченного конуса;
[0045] Позиция 14 - гофрированный фильтр-материал с формой в виде усеченной пирамиды со скругленными гранями.
[0046] Подробное описание полезной модели
[0047] Бескаркасный канальный фильтр состоит из:
[0048] направляющего кольца 1 с меньшим основанием 2, при этом меньшее основание 2 соединено с направляющим кольцом 1 пластинами 3;
[0049] направляющее кольцо 1, пластины 3 и меньшее основание 2 изготавливаются из пластика, следует отметить, что внешний диаметр направляющего кольца 1 заведомо меньше диаметра канала системы вентиляции для более комфортной установки фильтра в канале системы вентиляции;
[0050] гофрированного фильтр-материала 4 с углом 5 раскрытия гофры равным 10-15 градусов, при этом в качестве гофрированного фильтр-материала может быть использовано жесткое волокно (пластиковое полиэстер полотно, стеклопластик, бумажные фильтрующие материалы, металлическая сетка или металлическая пена) или же материал состоящий из стеклопластиковых волокон с диаметром от 0,5 до 2 мкм, одним из вариантов фильр-материала может служить «HEPA» (High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance — высокоэффективное удержание частиц);
[0051] большее основания фильтра, выполненного в форме кольца 6 с бортиком, диаметр бортика 7 меньше диаметра канала системы вентиляции, для более комфортной установки фильтра в воздушном канале системы вентиляции, к кольцу 6 с бортиком крепиться внутренний вспомогательный элемент 8, основания фильтра изготавливается из пластика, при этом по наружной поверхности бортика 7 наклеено уплотнительное кольцо 9 изготавливается из EPDM-резины, уплотнительное кольцо 9 приклеивается на наружную поверхность ботика 7 и обеспечивает плотную и герметичную посадку бескаркасного канального фильтра в воздушном канале (канале теплоизоляционной трубы) системы вентиляции, что в свою очередь повышает удобство установки.
[0052] Выполнение гофрированного фильтр-материала 4 с углом 5 раскрытия равным диапазону от 10 до 15 градусов обеспечивает оптимальную площадь поверхности фильтрующего материала 4, так как если угол 5 раскрытия меньше 10 градусов, то происходит схлопывание гофрированного фильтр-материала 4 и уменьшается площадь фильтрующего материала, если угол 5 слишком большой (больше 15 градусов), то рабочая площадь фильтр-материала 4 уменьшается, что приводит к ухудшению фильтрации. Так же выполнение гофрированного фильтр-материала 4 с углом 5 раскрытия равным диапазону от 10 до 15 градусов обеспечивает оптимальные углы входа потока воздуха в фильтрующую поверхность.
[0053] Угол 5 раскрытия гофры определяется как угол между двумя прямыми проходящими через общую точку минимума и две соседние точки максимума (если гофру условно представить в виде периодической функции типа синусоиды). (см. фигуру 3).
[0054] Герметичное соединение гофрированного фильтр-материала 4 с меньшим основанием 2 и большим основанием позволяет устранить возможные утечки не очищенного воздуха.
[0055] Выполнение гофрированного фильтр-материала 4 постепенно расширяющимся от меньшего основания 2 к большему основанию позволяет обеспечить конусность фильтр-материала 4, используемую для снижения перепада давления на поверхности гофрированного фильтр-материала 4, что минимизирует затраты энергии на процесс фильтрации.
[0056] Выполнение большего основания фильтра в форме кольца 6 с бортиком позволяет герметично приклеить к кольцу 6 гофрированный фильтр-материал 4, что устраняет возможные протечки не очищенного воздуха, следовательно. Наличие у кольца 6 бортика 7 обеспечивает возможность быстрой и плотной установки бескаркасного канального фильтра в воздушном канале системы вентиляции. При этом плотность установки обеспечивает наклеенное на бортик 7 уплотнительное кольцо 9, что приводит к повышению удобства установки.
[0057] Наличие в большем основании внутреннего вспомогательного элемента 8 позволяет быстро, без перекосов и повреждения бескаркасного канального фильтра плотно установить фильтр в воздушный канал системы вентиляции, что так же повышает удобство установки.
[0058] Исполнение бескаркасного канального фильтра с меньшим основанием 2 соединенным с направляющим кольцом 1 посредством пластинами 3 позволяет упорядочить входящий (выходящий) поток воздуха так, как воздух проходит между направляющим кольцом 1 и меньшим основанием 2 а так же разбивается на более маленькие ламинарные без вихревые потоки пластинами 3, что влияет на процесс фильтрации воздуха гофрированным фильтр-материалом 4.
[0059] При этом для стандартных диаметров каналов системы вентиляции чаще всего хватает трех пластин 3. Форма пластин 3 может быть разной прямоугольной, дугообразной, криволинейной и т.д. Форма пластины 3 и количество пластин 3 выбирается с целью более удобного взятия (удержания) за них бескаркасного канального фильтра. В системах вентиляции с большой скоростью потока воздуха чаще всего используется более трех пластин 3, так как необходимо обеспечить структурирование потока воздуха и не допустить его застоя или завихрений; при потоке воздуха со скоростью 5,5-7,9 м/с чаще всего используется 3-4 пластины 3, при потоке воздуха со скоростью 8,0-10,7 м/с чаще всего используется 4-6 пластины 3, но возможно и другое количество используемых пластин 3 при заданных (и не указанных) скоростях потока воздуха в зависимости от конфигурации канала системы вентиляции и материалов конструкции бескаркасного канального фильтра.
[0060] Форма гофрированного фильтр-материала 4 (в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды со скругленными гранями) выбирается из параметров воздушного потока, текущего в воздушном канале системы вентиляции.
[0061] В зависимости от условий работы бескаркасного канального фильтра (параметров воздушного потока и характеристик примесей) выбирается фильтр-материал 4 с классами фильтрации от G2 до H13. В одном из вариантов исполнения бескаркасного канального фильтра использовался HEPA-фильтр.
[0062] Высота гофры 12 зависит от диаметра воздушного канала для стандартных диаметров чаще всего используют гофру высотой 12,5 мм. Но допустимый диапазон высот 12 гофры равен от 11 мм до 14 мм так, как если высота 12 меньше 11 мм, то происходит схлопывание гофрированного фильтр-материала 4 и уменьшается площадь фильтрующего материала, если больше 14 мм, то рабочая площадь фильтр-материала 4 уменьшается, что приводит к ухудшению фильтрации.
[0063] Выполнение бескаркасного канального фильтра с бортиком 7, диаметр которого меньше диаметра кольца 6 позволяет не уменьшать диаметр кольца 6 (кольца 6 с бортиком), что обеспечивает максимально возможную площадь фильтрации гофрированного фильтр-материала 4 в условиях ограниченного диаметра воздушного канала системы вентиляции.
[0064] Исполнение бескаркасного канального фильтра, в котором внутренний вспомогательный элемент 11 выполнен в виде трех пластинчатых перемычек соединенных в центре и исходящих из внутренней поверхности внутреннего вспомогательного элемента, влияет на удобство установки бескаркасного канального фильтра в воздушный канал системы вентиляции.
[0065] В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.
[0066] Бескаркасный канальный фильтр работает следующим образом:
[0067] Бескаркасный канальный фильтр устанавливают в воздушный канал, держа его при этом за внутренний вспомогательный элемент 8. Бескаркасный канальный фильтр располагается в воздушном канале и при этом благодаря наличию уплотнительного кольца 9 закреплённого на бортике 7, фильтр плотно устанавливается в канале, обеспечивая герметичность и невозможность прохождения воздуха, по каналу минуя фильтр. Далее поток воздуха, затягиваясь с улицы в канал, наплывает на меньшее основание 2 с направляющим кольцом 1, при этом поток воздуха рассекается пластинами 3, соединяющими меньшее основание 2 с направляющим кольцом 1, на три равномерных потока, что наиболее оптимально для дальнейшего распределения воздушных потоков по гофрированному фильтр-материалу 4, т.к. позволяет устранить завихрения воздушных потоков, далее воздух разделённый на три структурированных потока постепенно проникает через гофрированный фильтр-материал 4, который имеет угол 5 раскрытия гофры 10-15 градусов, так как, если угол раскрытия меньше 10 градусов, то происходит схлопывание фильтр материала и уменьшится площадь фильтрующего материала, если угол слишком большой (больше 15 градусов), то рабочая площадь фильтр-материала уменьшается, что приводит к ухудшению фильтрации. Таким образом, воздух, проходя через гофрированный фильтр-материал 4 с углом 5 раскрытия гофры 10-15 градусов, очищается от мелкодисперсных частиц и аэрозолей, при этом угол 5 раскрытия гофры 10-15 градусов с точки зрения оптимального соотношения полезной площади фильтрации и качества фильтрации при сохранении необходимых размеров самого фильтра является оптимальным параметром. Благодаря тому, что фильр-материал 4 выполнен постепенно расширяющимся от меньшего основания к большему основанию, позволяет увеличить площадь фильтрующей поверхности, а так же снизить перепад давления на фильтре. Далее внутри фильтра формируется поток очищенного воздуха, который движется в сторону большего основания фильтра, выполненного виде кольца 6 с бортиком. Благодаря тому, что на бортике 7 кольца 6 закреплено уплотнительное кольцо 9 не очищенный воздух не может проникнуть дальше бескаркасного канального фильтра. Уплотнительное кольцо 9 отделяет и герметизирует области очищенного воздуха и загрязненного воздуха. Таким образом, поток очищенного воздуха, беспрепятственно (не образуя застоев) выходит из фильтра.
[0068] Таким образом, заявляемая полезная модель «бескаркасный канальный фильтр» повышает удобство установки бескаркасного канального фильтра в воздушный канал, за счет оптимального расположения поверхностей гофрированного фильтр-материала (в связи с особенностями конструкции бескаркасного канального фильтра) в замкнутом пространстве воздушного канала и наличия элементов (внутреннего вспомогательного элемента, уплотнительного кольца) повышающих удобство установки фильтра.