ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей, в частности, к фильтрам для очистки питьевой воды, и может быть использована в пищевой и медицинской промышленности.
Одним из основных узлов различных систем очистки воды являются сменные фильтровальные элементы, называемые или картриджами или патронными фильтрами.
Такие фильтровальные элементы часто выполняются из нетканых материалов, обеспечивающих различные виды фильтрации.
Известен патронный фильтр [WO 93/09862, МПК 7 В 01 D 27/06, 1993], содержащий гофрированную фильтрующую мембрану из ПТФЭ с поддерживающими сетками с обеих сторон для избежания деформации при фильтровании. Поддерживающая сетка выполнена в виде нетканых листов из термически связанных ПТФЭ-волокон. Фильтрующая мембрана закреплена вокруг пористого сердечника. Концы фильтрующей мембраны, сердечника и поддерживающей оболочки, окружающей мембрану прикреплены к торцевым заглушкам и термопластичного полимера или концевому адаптеру с помощью расплавления.
Известен [RU 2183493 С2, 2002] патронный фильтрующий элемент включает гофрированную фильтрующую пленку и внутреннюю перфорированную трубку, соединенные с торцевыми деталями. Фильтрующая пленка выполнена из политетрафторэтилена и имеет средний размер пор от 1 до 100 мкм при эффективной пористости не менее 40%, толщину 100-900 мкм, предпочтительно 300-600 мкм, при этом внутренняя поверхность пленки выполнена профилированной в виде выступов; точечных, протяженных, высотой, равной до 20% от толщины пленки. Внутренняя перфорированная трубка и торцевые детали фильтрующего элемента также выполнены из политетрафторэтилена. Внутренняя перфорированная трубка и сформированная вокруг нее гофрированная фильтрующая пленка с обеих сторон соединены посредством сварки с торцевыми деталями таким образом, чтобы поток жидкости в зонах сварки был исключен. Фильтрующий элемент может иметь также внешние поддерживающие элементы в форме перфорированного каркаса или поясков из политетрафторэтилена. Одна или обе торцевые детали фильтрующего элемента могут иметь посадочное место для соединения с фильтродержателем или друг с другом.
Недостатком обеих аналогов является материал, из которого выполнен основной фильтрующий элемент, который не обеспечивает микробиологической очистки воды.
В качестве наиболее близкого аналога выбран фильтровальный элемент для точной фильтрации, имеющий равномерный диаметр пор и недеформируемый при фильтрации. Фильтровальный элемент используется для эффективного удаления микробов и тонких частиц. Для этого формируют слоистый материал из множества слоев нетканого полотна волокнистого полипропилена, путем проката через нагревательные валки. Далее такой многослойный материал гофрируют. Фильтровальный элемент состоит из пористого поддерживающего цилиндра на котором установлен слоистый материал, концы которого закреплены к торцевым заглушкам и выполнены из полипропиленовой смолы. Внешний пористый сетчатый цилиндр охватывает гофрированный многослойный фильтрующий материал.
Недостатком также является материал, из которого формируют фильтрующую среду - полипропилен, не обладающий способностью эффективно сорбировать микроорганизмы.
Задачей полезной модели является разработка сменного фильтровального элемента для эффективного удаления из воды отрицательно заряженных частиц, в том числе микробиологических загрязнений, преимущественно бактерий и вирусов.
Технический результат - высокая степень очистки.
Поставленная задача и технический результат достигается тем, что как и известный патронный фильтровальный элемент, содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями.
Новым является то, что фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов, при этом внутренний слой выполнен в виде гладкой ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала.
Кроме того, общая толщина множества слоев сорбционного материала составляет не менее 2 мм.
Кроме того, в качестве синтетического нетканого материала используют листовой полимерный материал с размером пор 10-100 мкм.
Кроме того, на фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированный трубки, надет поддерживающий элемент, например, полимерная сетка.
Кроме того, торцевые детали имеют средства для крепления их к фильтродержателю.
Поставленная задача и технический результат достигается также тем, что как и известный патронный фильтровальный элемент, содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями.
Новым является то, что фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов, при этом внутренний слой выполнен в виде гофрированной ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала.
Кроме того, общая толщина гофрированного слоя сорбционного материала составляет не менее 2 мм.
Кроме того, в качестве синтетического нетканого материала используют листовой полимерный материал с размером пор 10-100 мкм.
Кроме того, на фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированный трубки, надет поддерживающий элемент, например, полимерная сетка.
Кроме того, торцевые детали имеют средства для крепления их к фильтродержателю.
В предлагаемых вариантах сменного патронного фильтровального элемента используется фильтрующий материал, содержащий слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, способными создавать электрический потенциал 100-150 мВ даже при контакте с дистиллированной водой. Такой электроположительный волокнистый материал удаляет из воды микробиологические загрязнения вследствие электрокинетического удержания отрицательно заряженных частиц. При этом наблюдаются высокие скорости адсорбции, что
дает возможность создания компактной и высокопроизводительной аппаратуры для очистки воды.
Фильтрующий материал - это «сэндвич», содержащий внутренний слой электроположительного волокнистого материала, представляющего собой гладкую или гофрированную ленту, выполненную из множества таких слоев. Экспериментально установлено, что для эффективной сорбции общая толщина должна быть не менее 2 мм, при длине патронного фильтровального элемента равной 125 мм и диаметре равном 65 мм. Нижний и верхний слои «сэндвича» выполняют из синтетического нетканого материала, свободно пропускающего воду.
В случае если фильтровальный материал имеет форму гофры, намотка на перфорированную втулку производится таким образом, чтобы гофры сохраняли свою геометрию. С этой целью внутренний слой имеет дополнительный поддерживающий слой, выполняемый также из синтетического нетканого материала
На фиг.1 изображен патронный фильтровальный элемент (в разрезе), в котором фильтрующий материал имеет внутренний слой в виде гладкой ленты.
На фиг.2 изображен внешний вид патронного фильтровального элемента.
На фиг.3 изображен патронный фильтровальный элемент (поперечный разрез), в котором фильтрующий материал имеет внутренний слой в виде гладкой ленты.
На фиг.4 изображен патронный фильтровальный элемент (поперечный разрез), в котором фильтрующий материал имеет внутренний слой в виде гофрированной ленты.
Патронный фильтровальный элемент (фиг.1) содержит перфорированную трубку 1, на которой сформирован виде цилиндрического рулона фильтрующий материал с внутренним слоем 2, торцевые детали 3, 3′ - два адаптера, расположенные на концах фильтровального элемента, механически связанные с перфорированной трубкой 1, фильтрующим материалом с внутренним слоем 2 и полимерной сеткой 4, надетой на фильтровальный материал, внутренний слой 2 размещен между двумя внешними слоями (верхним и нижним) 5 и 5′.
Адаптеры 3, 3′ не позволяют смещаться вдоль перфорированной трубки 1 фильтрующему материалу и служат для присоединения элемента к фильтродержателю (не показан).
На перфорированной трубке 1, выполненной из полиэтилена низкого давления, формируют цилиндрический рулон фильтрующего материала, предварительно изготовленного в виде «сэндвича», внутренний слой 2 которого получают сложением 14 слоев (общая толщина ~2 мм) фильтрующего материала на основе фильтра Петрянова марки
2
3
ФПА-15-2,0, модифицированный наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, имеющими размер ~0,1 мкм, удельную поверхность ~ 250 м/г и пористость ~0,2 г/см.
При использовании гофрированной ленты складывают 4 слоя вышеуказанного фильтрующего материала.
Нижний и верхний слои 5 и 5′ (фиг.3) выполнены из полиэтилена низкого давления с размерами элементарных пор от 10 до 100 мкм, из этого же материала выполнен дополнительный поддерживающий слой 6 (фиг.4).
Адаптеры 3, 3′ и полимерная сетка 4 также выполнены из полиэтилена низкого давления.
На фиг.2 приведена конструкция в случае, если фильтрующий материал 2 имеет гофры. В этом случае намотка на перфорированную трубку 1 производится таким образом, чтобы гофры сохраняли свою геометрию.
Патронный фильтровальный элемент с фильтрующим материалом, внутренний слой которого сформирован в виде гофр, работает следующим образом.
Фильтровальный элемент монтируется в посадочном гнезде фильтродержателя (не показан). Фильтруемая жидкость, подаваемая в корпус фильтродержателя, проходит через поры слоя 5′ синтетического нетканого материала, попадает во внутренний слой 2, в котором происходит электрокинетическое удержание отрицательно заряженных частиц - бактерий и вирусов, проходит слои синтетического нетканого материала 5 и 6, проходит в зазоре между складками, далее через перфорированную внутреннюю трубку 1 во внутреннюю полость фильтрующего элемента и через выход фильтродержателя (не показан) попадает к потребителю.
2
3
9
2
3
9
При размерах фильтровального элемента - длине равной 125 мм и диаметре равном 65 мм, в случае использования гофрированной ленты общая площадь поверхности S=0,05 мс максимальным объемом пропускаемой воды 2,5 м/час и максимальным ресурсом работы 50·10 БОЕ, в случае использования гладкой ленты общая площадь поверхности S=0,25 м с максимальным объемом пропускаемой воды 1,25 м/час и максимальным ресурсом работы 25·10БOE.
Частицы загрязнений размером, превышающим диаметр пор синтетического нетканого материала, задерживаются на его поверхности.
Полезная модель может быть использована, в основном, в питьевом водоснабжении, в бытовых фильтрах для финишной очистки воды.