СЕТЬ ФИЛЬТРОВ
SYSTEM OF FILTERS

Настоящее изобретение относится к фильтру для очистки текучих сред согласно пункту 1, к фильтровальным системам, состоящим из некоторого количества фильтров этого типа, согласно пунктам 18 и 19 и к использованию фильтра или фильтровальных систем для фильтрации воды от ила и плавающих водорослей или для очистки газов согласно пунктам 23 и 25 формулы изобретения.
Красивый пруд с чистой водой является целью всех владельцев прудов. Уход за прудами, особенно когда они зарыблены, обычно включает типичные проблемы. Изменяющаяся подача кислорода, вызываемая высокой плотностью рыбы, и/или большие количества гниющих мертвых водорослей приводят к большим проблемам для живых организмов в воде. Живые водоросли необходимы для функционирования садового пруда, поскольку они вырабатывают кислород и являются низшим звеном в цепи питания, но неконтролируемый рост водорослей приводит к снижению того, что известно как карбонатная жесткость, и к изменениям рН воды, так что снижается биологическое разнообразие и могут появляться большие количества отдельных видов водорослей. Пищевые враги водорослей - мелкие ракообразные - также испытывают отрицательное влияние от колебаний pH. Все это является наиболее важной причиной неправильного функционирования садовых прудов. Помимо этого, садовые пруды быстро заиливаются.
В данной области для борьбы с водорослями помимо химических средств также используются физические средства, такие как фильтры. Многие владельцы прудов склонны использовать фильтр по экологическим причинам. Преимуществами фильтров являются экологическая безопасность и низкие эксплуатационные расходы. С другой стороны, недостатки заключаются в том, что не все водоросли можно отфильтровать, и что фильтры быстро забиваются, чему также способствует наличие ила в пруду. В результате скорость фильтрации падает, и необходимо часто очищать фильтр.
Некоторые из этих проблем решаются, например, прудовой системой фильтрации, описанной в документе WO 03/024565. Используемый там блок-фильтр выполнен в форме пирамиды и имеет некоторое количество слоев фильтрующего материала. Каждый слой фильтрующего материала в свою очередь состоит из некоторого множества вспененных фильтрующих элементов, склеенных или сваренных друг с другом и имеющих восьмиугольное сечение и соответствующие входы и выходы. Экономически проблематичными здесь являются отходы от стандартных матов, изготовленных из фильтрующей пены, что вызвано пирамидальной геометрией блок-фильтра и слоев восьмигранных вспененных элементов, образующих его, причем количество таких отходов может составлять 50% и больше, а также соединение восьмиугольных вспененных элементов для формирования слоя блок-фильтра, которое нелегко осуществить механическими средствами.
Цель изобретения заключается в том, чтобы избежать вышеуказанных проблем. Согласно изобретению, эта цель достигается фильтром для очистки жидкостей согласно пункту 1 и/или фильтровальными системами, состоящими из некоторого количества фильтров этого типа, согласно пунктов 18 и 19. Изобретение также относится к использованию предложенного фильтра или предложенных фильтровальных систем для фильтрации воды от ила и плавающих водорослей или для очистки газов согласно пунктам 23 и 25 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы.
Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно, без ограничений и только для иллюстрации.
Понятно, что изобретение применимо не только к прудам, но к воде в общем. Вода в смысле настоящего изобретения поэтому понимается как означающая пресную и морскую воду, природные водные резервуары, станции разведения рыбы, включая резервуары для метания икры, аквариумы, рыболовные системы циркуляции и т.д.
Изобретение также относится к фильтру для очистки текучих сред, т.е., газов или жидкостей, таких как воздух или вода, который отличается наличием некоторого количества продольных и поперечных элементов 1, 5, изготовленных по меньшей мере из одного фильтрующего материала, который проницаем для текучих сред, и соединенных друг с другом так, чтобы образовать сеть с некоторым количеством ячеек 20, посредством которых текучие среды поступают в фильтр и могут вступать в контакт с фильтровальным материалом, образующим сеть, и а также с некоторым количеством отверстий или полых каналов 10, проходящих от точек стыков, образованных продольными и поперечными элементами 1, 5 сети, например, отверстий или штампованных отверстий любой формы, например, треугольной, квадратной, шестиугольной или восьмиугольной, через которые очищенная текучая среда может выходить из фильтра. Отверстия 10 могут проходить по всем трем пространственным осям через точки стыков сети, чтобы получить внутреннюю трехмерную сеть каналов, сообщающихся между собой, в сети фильтрующего материала. Предпочтительно, отверстия проходят только по направлению потока текучей среды через точки стыков сети.
Размер отверстий, например, их диаметр, не зависит от каких-то ограничений. Должно просто оставаться достаточно окружающего фильтр материала, чтобы не была ухудшена стабильность сети, и чтобы в отверстия не могла проникнуть неочищенная текучая среда, например, грязная вода. Подходящие размеры можно определить путем нескольких простых проверок. В случае пены как фильтровального материала толщина материала вокруг отверстия должна составлять, например, приблизительно 3-4 см или даже больше.
В зависимости от применения, фильтровальный материал может быть, например, проницаемым для воздуха, для воды или и для воздуха, и для воды. К фильтровальному материалу не применяются никакие ограничения, если он продолжает соответствовать своему назначению. Фильтровальные материалы с подходящей структурой и/или подходящим размером пор могут быть куплены. Понятно, что используемый фильтровальный материал должен иметь подходящую стабильность к текучей среде, другими словами, он должен быть устойчив с гидролитической точки зрения к чистой воде. Очевидно, что несколько материалов могут быть объединены друг с другом.
Сеть из фильтровального материала образована продольными и поперечными элементами 1, 5. Длина, ширина и глубина элементов не имеют конкретных ограничений и должны подходить для конкретного применения или для имеющегося корпуса фильтра. Поперечное сечение также может быть таким, как необходимо, например, круглым, овальным, квадратным, прямоугольным, шестиугольным или восьмиугольным. Особенно подходят квадратные или прямоугольные поперечные сечения.
Продольные и поперечные элементы 1, 5 из фильтровального материала могут быть гибкими или жесткими, в зависимости от выбранного материала. Если продольные и поперечные элементы 1, 5 гибкие, они должны быть предпочтительно переплетены между собой. Если, с другой стороны, они жесткие, то их предпочтительно просто укладывают поверх друг друга. Однако, понятно, что гибкие продольные и поперечные элементы 1, 5 также могут быть уложены друг на друга. Расстояние между отдельными продольными и поперечными элементами 1, 5 не имеет конкретных ограничений не имеет конкретных ограничений. Расстояния могут быть одинаковыми или разными.
Путем выбора подходящего расстояния можно регулировать скорость и качество фильтрации.
Понятно, что вместо укладывания продольных и поперечных элементов 1, 5 поверх друг друга и соединения их друг с другом, такую же функцию может выполнять сплошной блок из фильтровального материала с подходящими размерами, через который проходят несколько вертикальных и горизонтальных отверстий, чтобы получить трехмерную сеть или решетку. Отверстия, через которые очищенная текучая среда может покидать фильтр, тогда должны также проходить в направлении потока очищаемой текучей среды через точки стыков такой решетки.
Подходящими гибкими фильтровальными материалами являются, например, полотна из природных и синтетических материалов, такие как маты, полосы или спирали, например, волокон копры, пробки, сизаля, конопли, соломы, ткани, такой как шелк, хлопок, бумаги, полимеров, пластиков, пен, металлических нитей, железной ваты, графита, стекловаты, которые могут быть по выбору гидрофилизированы или гидрофобизированы. Гидрофилизация может иметь место как функция применения, например, путем обработки раствором крахмала, целлюлозы или солей. Гидрофобизация может иметь место как функция применения, например, путем обработки силаном, воском или углеводородами. Гидрофобизированная стекловата имеет еще одно преимущество, заключающееся в исключительно хорошей способности связывать нефть.
Подходящими жесткими фильтровальными материалами являются, например, формованные полоски из природных или синтетических материалов, таких как пористая керамика, спеченные стекломатериалы или спеченные пластики.
Понятно, что продольные и поперечные элементы 1, 5, образующие сеть, не должны состоять из фильтровального материала. Подходят, например, удлиненные пакеты или шланги подходящих размеров, которые проницаемы для текучей среды, например, для воды, и содержат фильтровальный материал в измельченной форме. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что помимо фильтровального материала также можно использовать вспомогательные материалы, например, связующие вещества, такие как ионообменники (катионов и анионов), активированный уголь, фосфатные связующие (например, пероксид кальция, оксиды и гидроксиды железа(II) и (III) (также смешанные), гидроксиды и карбонаты элементов подгрупп, в частности соли лантана), химические катализаторы для улучшения очищающих свойств или источники питательных веществ (источники углерода, фосфора, азота) или их сочетания.
Также можно пропитать продольные и поперечные элементы, изготовленные из фильтровального материала, подходящими вспомогательными материалами.
Вышеописанные гибкие и жесткие продольные и поперечные элементы 1, 5 могут, конечно, также быть объединены друг с другом и с удлиненными пакетами или шлангами, описанными в предыдущем абзаце, которые содержат измельченный фильтровальный материал и, по выбору, вспомогательные материалы.
Особенно подходящим фильтровальным материалом является пена, которая, например, при очистке воды, является гидролитически стабильной, имеет открытые поры и имеет пористость в диапазоне от 10 до 100 пор на дюйм. Подходящие фильтровальные пены могут быть куплены, включая, например, пены на основе полиуретана, полиэтилена, полипропилена, полиэфира или полиэстера. В этом варианте осуществления продольные и поперечные элементы 1, 5 предпочтительно выполнены волнистыми и переплетены между собой, чтобы создать сеть, в которой впадины волн продольных элементов 1 контактируют с пиками волн поперечных элементов 5 и наоборот. Волны предпочтительно имеют форму равнобочной трапеции.
Очевидно, что два или больше фильтров согласно изобретению могут быть объединены, чтобы образовать фильтровальную систему с несколькими слоями фильтров, конкретно так, чтобы отверстия 10, проходящие через точки стыков, образованных продольными и поперечными элементами 1, 5 сети, сообщались друг с другом. Этим улучшается путь фильтрации и качество фильтрации. Понятно, что отдельные слои фильтров по выбору могут быть подходящим способом герметизированы в отношении друг друга, чтобы текучая среда не могла просачиваться между ними, и чтобы загрязненная текучая среда не могла смешиваться с уже очищенной текучей средой.
В еще одной конфигурации фильтровальной системы согласно изобретению по меньшей мере два фильтра согласно изобретению могут быть объединены таким образом, чтобы отверстия 10, проходящие через точки стыков сети из фильтровального материала первого фильтра, сообщались с ячейками 20 сети из фильтровального материала по меньшей мере второго фильтра, так чтобы очищенная текучая среда, выходящая из отверстий в стыках первого фильтра, вступала в контакт с фильтровальным материалом по меньшей мере второго фильтра и могла выходить из этого второго фильтра далее очищенной отверстиями 10 стыков его сети фильтровального материала. Это может происходить, когда, например, два или больше фильтров согласно изобретению объединены друг с другом при таком смещении друг от друга, когда отверстия 10 стыков и ячейки 20 попеременно расположены друг над другом. Тогда получаемая фильтровальная система имеет пространственную форму параллелепипеда. Альтернативно, можно получить форму куба или кубоида фильтровальной системы согласно изобретению, когда два разных типа фильтров с соответственно смещенными отверстиями 10 и ячейками 20 объединены попеременно друг с другом. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что можно использовать корпуса обычных фильтров, имеющихся в продаже, когда приемное пространство фильтра имеет форму, например, куба или кубоида. Понятно, что отдельные слои фильтров могут быть, по выбору, герметизированы в отношении друг друга, чтобы текучая среда не могла просачиваться между ними, и чтобы загрязненная текучая среда не могла смешиваться с уже очищенной текучей средой. Пористость фильтровальных материалов по меньшей мере двух фильтров предпочтительно может увеличиваться в направлении потока текучей среды, т.е., фильтровальный материал становится менее пропускающим в направлении потока и может задерживать более мелкие частицы. Это дает дальнейшее улучшение качества фильтрации.
В еще одном варианте осуществления фильтровальной системы согласно изобретению дефлектор 50 расположен между двумя смежными фильтрами и имеет нижний и верхний элементы поверхности 25, 40, выполненные из материала, который непроницаем для текучих сред, например, в форме пленки или пластины, изготовленной из пластика или металла, с пространством между ними, причем нижний и верхний элементы поверхности 25, 40 имеют, наподобие сита, некоторое множество отверстий 30, 45, которые расположены таким образом, чтобы отверстия 30 нижнего элемента поверхности сообщались с отверстиями 10 стыков фильтровального материала сети первого фильтра, и отверстия 45 верхнего элемента поверхности сообщались с ячейками 20 фильтровального материала сети по меньшей мере второго фильтровального материала, чтобы очищенная текучая среда выходила из отверстий 10 стыков первого фильтра, входила по меньшей мере в второй фильтр через промежуточное пространство дефлектора 50 и вступала в контакт с фильтровальным материалом второго фильтра и могла выходить из второго фильтра далее очищенной отверстиями 10 его сети фильтровального материала. Промежуточное пространство между нижним и верхним элементами поверхности может определяться прокладками, которые проходят, наподобие коробки, по краям элементов поверхности. Если нижний и верхний элементы поверхности 25, 40 являются, например, пленкой, другие опорные элементы могут быть предусмотрена на поверхности, чтобы повысить механическую стабильность. Они могут иметь любую форму, например, кубоидную или цилиндрическую, или быть плоскими и быть расположенными любым образом по отношению друг к другу. То, что известно как прокладочная ткань (специальный термин из текстильной технологии) с вытяжными нитями (нитями прокладки), проходящими в направлении потока текучей среды, или ткань грубого плетения, такая как, например, которая известна какw "японский коврик" (специальный термин из области сохранения рыбы), которая действует как фильтр грубой очистки, предпочтительно может быть расположена в еще одном варианте осуществления изобретения в промежуточном пространстве между нижним и верхним элементами 25, 40 дефлектора 50. В прокладочную ткань могут быть введены серебряные нити или адсорбенты, например, активированный уголь, цеолиты, ионообменники, глинистые материалы, которые дополнительно создают дезинфицирующий, или противомикробный, или очищающий эффект. Предпочтительно пористость фильтровальных материалов по меньшей мере двух фильтров может возрастать в направлении потока текучей среды. Это дает дальнейшее улучшение качества фильтрации.
Фильтры согласно изобретению или фильтровальные системы согласно изобретению, состоящие из нескольких фильтров этого типа, могут использоваться в любых корпусах. Форма и размеры не имеют конкретных ограничений. Фильтры согласно изобретению вводят в корпус с такой точностью, чтобы между боковыми стенками корпуса и фильтрами не могла или почти не могла просачиваться загрязненная текучая среда. Подходящие корпуса фильтров имеются в продаже.
Корпуса фильтров имеют вход, например, для грязной воды, например, из пруда, а также выход для очищенной воды. Обычно грязная пода подается подходящим насосом. По выбору, грязную воду можно облучать ультрафиолетовым светом с подходящей длиной волны перед входом в фильтр корпуса для того, чтобы убить бактерии и водоросли, например, ниточные водоросли. Фильтры или фильтровальные системы согласно изобретению подходят для работы в восходящем и нисходящем режимах. В восходящем режиме грязную воду прокачивают через фильтр вертикально снизу против силы тяжести. В нисходящем режиме вода проходит через фильтр вертикально сверху под силой тяжести. Однако очевидно, что направление потока также может быть горизонтальным.
Корпуса фильтров для восходящей режима предпочтительно имеют пластину крышки, изготовленную, например, из пластика или металла, которая снабжена, наподобие сита, некоторым количеством отверстий, расположенных таким образом, что они сообщаются с отверстиями 10 стыков фильтровального материала сети самого верхнего фильтра. Выходящая очищенная текучая среда, например, вода, затем выходит переливом или откачивается. Загрязненная текучая среда, например, грязная вода, подается через пластину основания, изготовленную, например, из пластика или металла, на которой установлен фильтр согласно изобретению или фильтровальная система согласно изобретению и которая имеет, наподобие сита, некоторое количество отверстий, расположенных таким образом, чтобы они сообщались с ячейками 20 фильтровального материала сети самого нижнего фильтра. Для перехода из восходящего режима работы в нисходящий необходимо просто поменять местами пластину крышки и пластину основания.
Фильтры согласно изобретению и фильтровальные системы согласно изобретению подходят, например, для фильтрации воды от ила и плавающих водорослей, например, воды из пруда или аквариума, или для очистки газов, таких как воздух или отходящие газы, в пылесосах или промышленных биофильтрах.
Ниже изобретение будет описано на примере со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг.1 показан вариант осуществления фильтра согласно изобретению, вид сбоку, в котором продольные элементы 1 и поперечные элементы 5 сети выполнены волнами и переплетены так, что впадины волн продольных элементов 1 контактируют с пиками волн поперечных элементов 5 и наоборот. В этом варианте осуществления волны имеют форму равнобочной трапеции. Отверстия 10, которые показаны пунктирными линиями, проходят через точки стыков, образованных продольными и поперечными элементами 1, 5 сети. Направление потока очищаемой текучей среды, например, воды, показано стрелками. В этом варианте осуществления фильтрующий элемент заполняется текучей средой в восходящем режиме. Текучая среда подается снизу и сначала проникает в полости 15, которые имеют клиновидное поперечное сечение. Форма клина здесь вызвана трапециевидными волнами продольных и поперечных элементов 1, 5, которые переплетены между собой. В зависимости от формы и типа соединения продольных и поперечных элементов 1, 5 возможны и другие формы поперечного сечения. На работу это влияния не оказывает.
На Фиг.2 показан перспективный вид вышеописанного фильтрующего элемента, показанного на Фиг.1. Можно видеть, что клиновидные полости или отверстия 15 проходят в сущности параллельно друг другу через весь фильтрующий элемент, как в Х-, так и в Y-направлении, поэтому они пересекаются и сообщаются друг с другом. Полости или отверстия, здесь называемые ячейками 20, которые сообщаются с клиновидными полостями или отверстиями 15, таким образом сформированы в направлении Z в точках пересечения. Таким образом образованы ячейки 20 фильтровальной сети, через которые очищаемая текучая среда может поступать в фильтр и контактировать с фильтровальным материалом.
На Фиг.3-6 показано, как некоторое количество фильтров, показанных на Фиг.2, соединены для образования фильтровальной системы согласно изобретению.
На Фиг.3 показан нижний элемент поверхности 25 дефлектора 50 (полностью показан на Фиг.6), изготовленный из материала, который непроницаем для текучих сред, и имеющий, наподобие сита, некоторое количество отверстий 30, расположенных так, что они сообщаются с отверстиями 10 стыков фильтровального материала сети (первого) фильтра, расположенного непосредственно ниже.
На Фиг.4 показана плоская прокладка 35, которая лежит на нижней элементе поверхности 25.
На Фиг.5 показан верхний элемент поверхности 40, изготовленный из материала, который непроницаем для текучих сред, и имеющий, наподобие сита, некоторое количество отверстий 45, расположенных так, что они сообщаются с ячейками 20 фильтровального материала сети (второго) фильтра, расположенного непосредственно выше.
На Фиг.6 показана фильтровальная система с двумя фильтрами, между которыми расположен дефлектор 50.
На Фиг.7 подробно показан поток текучей среды через фильтр или фильтровальную систему, показанные на предыдущих чертежах.