РЕШЕТЧАТАЯ СТРУКТУРА, ПРИМЕНЕНИЕ РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРЫ И ЕМКОСТЬ С РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ
LATTICE STRUCTURE, ITS APPLICATION AND CONTAINER WITH LATTICE STRUCTURE

Изобретение относится к решетчатой структуре с поперечными и продольными перемычками, которые друг с другом образуют угол β между 80 и 100°, причем между поперечными и продольными перемычками расположены отверстия решетки с шириной в свету ≤300 µм. Изобретение относится также к емкости, в частности фильтровальному патрону, с такими решетчатыми структурами согласно ограничительной части пункта 21 формулы изобретения.
Под шириной в свету отверстия решетки понимается, например, при имеющем форму круга отверстии диаметр и при прямоугольном отверстии расстояние между короткими боковыми сторонами.
Из ЕР 1230166 В1 известно фильтровальное устройство, которое имеет фильтровальный патрон. Для предотвращения выхода фильтровального материала, который в фильтровальном патроне находится в форме гранулированного продукта, в области крышки фильтровального патрона предусмотрено жесткое по форме или эластичное устройство, которое имеет величину пор или ширину отверстий максимум 300 µм, чтобы предотвратить высыпание небольших частиц гранулированного продукта.
В начале процесса фильтрации вода должна иметь возможность проникнуть в фильтровальный патрон, а воздух, находящийся в фильтровальном патроне, выйти из него. С этим связывается проблема, что при применении решетчатых плоских устройств уже достаточно небольшого противодавления, чтобы закрыть поры решетки. В текстильной технологии закрытие пор пленкой из жидкости называется образованием паруса.
Выпуклое плоское решетчатое устройство, например, в виде купола может состоять из синтетической ткани, причем образование паруса в верхней части поверхностного устройства, где имеет место выход воздуха, должно предотвращаться с помощью гидрофобных компонентов. Нижняя часть поверхностного устройства в области впускного отверстия для подлежащей фильтрации воды имеет для пропуска жидкости гидрофильные части. Этих мероприятий, однако, не достаточно, чтобы обеспечить беспрепятственное наполнение водой.
Из ЕР 0823276 В1 известен фильтровальный патрон с тканевым вкладышем, который имеет, по меньшей мере, частичную выпуклость. Тканевая часть закреплена на ребрах.
WO 98/05401 описывает фильтровальный патрон с отверстиями для подачи воды и выпуска воды, а также выпуска воздуха или окнами, которые закрыты решеткой, которая может состоять из синтетической ткани. Эта ткань может изготавливаться интегрально с крышкой.
Согласно WO 96/21621 фильтровальный патрон также имеет отверстия для подачи воды и отверстия для выхода воздуха, которые снабжены микропористой бумагой.
Из US 5423893 известна отлитая под давлением решетчатая структура, которая состоит из перекрещивающихся перемычек. Решетчатая структура из соображений технологии литья под давлением образована ребрами, имеющими в поперечном сечении форму круга, чей диаметр во много раз больше диаметра перемычки. С помощью ребер вся решетчатая структура разбивается на поля.
DE 19744361 описывает фильтр из синтетического материала с фильтровальной решеткой, которая имеет большое количество небольших пропускных отверстий. Чтобы создать фильтр из синтетического материала, изготовляемого литьем под давлением, фильтровальная решетка из первого слоя параллельных друг другу ребер и второго слоя параллельных друг другу ребер, которые пересекают ребра первого слоя, причем оба слоя расположены в двух смежных друг другу поверхностях, и пересекающиеся ребра обеих поверхностей в точках пересечения соединены друг с другом. Таким образом, ребра или перемычки расположены в двух различных плоскостях.
Эти решетчатые структуры имеют также недостаток, заключающийся в том, что в начале заполнения может наступить задержка или даже блокада.
Задачей изобретения является создание решетчатой структуры, которая имеет улучшенные свойства пропуска среды, в частности, в начале течения жидкости при сопротивлении газа или газа при сопротивлении жидкости. Задачей изобретения также является создание емкости с такой решетчатой структурой, через которую пропускаются различные среды, например жидкость и газ, причем свойства пропуска через решетчатые структуры должны быть более высокими.
1
2
1
2
1
2
Эта задача решается с помощью решетчатой структуры, у которой на, по меньшей мере, одной стороне решетчатой структуры поперечные и/или продольные перемычки имеют систему ребер из образованных перпендикулярно к плоскости решетки ребер, причем предусмотрены, по меньшей мере, одна первая группа и одна вторая группа ребер, которые, по меньшей мере, отличаются их высотами ребер H, Н при H>Н. При этом высота H первой группы и высота Н второй группы приведены в соответствие.
Под поперечными и продольными перемычками понимаются плоские элементы решетки одинаковой толщины D, которые образуют основной каркас решетчатой структуры. Эти перемычки могут лежать в общей плоскости или продольные перемычки могут лежать в первой плоскости и поперечные перемычки лежать во второй плоскости, которая смещена на размер высоты продольных перемычек.
Под ребрами понимаются возвышения на этих перемычках.
Поразительным образом было обнаружено, что в начале пропуска через решетчатую структуру, а именно, если решетчатая структура находится в первой среде и через нее должна быть пропущена вторая среда при сопротивлении первой среды, не наступает какой-либо задержки или даже блокады, как это имеет место в случае решетчатых структур, которые имеют только поперечные и продольные перемычки или без ребер, или с ребрами единственной высоты.
При этом является преимуществом, если ребра первой группы чередуются в регулярной последовательности с ребрами второй группы для образования системы ребер. В частности, при прохождении через решетчатую структуру воздуха при сопротивлении воды, или воды при сопротивлении воздуха, достигаются лучшие результаты, если соответственно два ребра второй группы чередуются с соответственно одним ребром первой группы.
Система ребер преимущественно расположена либо на поперечных перемычках, либо на продольных перемычках. Также возможно предусмотреть систему ребер как на продольных перемычках, так и на поперечных перемычках.
Система ребер может быть идентичной на обеих сторонах решетчатой структуры, причем высота ребер на обеих сторонах может быть выбрана одинаковой или различной.
Также решетчатая структура на одной стороне может быть повернута на угол β по отношению к системе ребер на другой стороне. Какая комбинация систем лучше всего пригодна, зависит от соответствующего применения, т.е. от соответственно применяющейся среды.
1
2
2
1
1
2
2
1
2
1
Высоты H, Н ребер преимущественно заметно отличаются друг от друга, причем предпочтительно Н<H. Другие предпочтительные области величин для высот H и Н: Н<H и Н<1/3 H.
3
2
2
1
При наличии трех и более групп ребер действительны преимущественно аналогичные градации, например Н<Н и Н<Н.
1
2
Ширина всех перемычек может быть одинаковой. Однако из соображений устойчивости предпочтительно выбирать ширину B перемычек с ребрами первой группы больше ширины В перемычек с ребрами второй группы.
α
α
α
α
Дальнейшее улучшение пропуска может достигаться, когда боковые поверхности ребер имеют угол наклона  в диапазоне 0≤≤12°. Угол  измеряется между боковой стенкой данного ребра и перпендикуляром к плоскости решетки. Решетчатые структуры без наклона боковых поверхностей, т.е. при =0 дают лучшие результаты.
Если решетчатая структура получена, например, литьем под давлением, в этом случае углы α=0 могут достигаться с высокими затратами, так что угол наклона для обеспечения способности извлечения из формы должен быть величиной >0. При этом углы не должны превышать >12°, предпочтительно >4°, в частности >3°, так как больший угол оказывает непосредственное влияние на пропускные свойства решетчатой структуры.
Если решетчатая структура применяется для пропуска жидкости при сопротивлении газа, в частности воды, которой противодействует воздух, то предпочтительно когда ребра расположены, по меньшей мере, на стороне, обращенной к газовой стороне.
При применении в случае, когда пропускается вода, которой противодействует воздух, особенно предпочтительна форма осуществления, при которой ребра первой группы в регулярной последовательности чередуются с ребрами второй группы для образования решетчатой системы.
Возможно это может быть объяснено тем, что между ребрами образуются проточные каналы, причем сначала действенными оказываются узкие каналы между ребрами второй группы или ребрами второй и первой группы и затем при дальнейшем пропуске потока широкие каналы между ребрами первой группы, в которых объединяются узкие частичные потоки из узких каналов, прежде чем они покинут решетчатую структуру.
Преимущественно для этой цели применения решетчатая структура изготавливается из гидрофильного материала, в частности гидрофильного синтетического материала, как, например, полиамид.
Под гидрофильными материалами понимаются такие материалы, которые в контакте с водой имеют краевой угол θ<80°.
α
При горизонтальном расположении решетчатой структуры и при нагрузке, создаваемой водой, перпендикулярно сверху при противодействии воздуха, находящегося под решетчатой структурой, сила тяжести воды и капиллярные силы в каналах действуют в одинаковом направлении, причем капиллярная сила тем больше, чем меньше наклон стенки боковых поверхностей ребер, т.е. чем меньше .
Если решетчатая структура применяется для пропуска газа, которому противодействует жидкость, в частности воздух, которому противодействует вода, предпочтительно, когда ребра расположены, по меньшей мере, на стороне, обращенной к жидкости.
При этом применении решетчатая структура состоит из гидрофобного материала, в частности гидрофобного материала, как, например, полипропилен.
Под гидрофобными материалами понимаются такие материалы, которые в контакте с водой имеют краевой угол θ>100°.
При горизонтальном расположении решетчатой структуры и при нагрузке воздухом, которой противодействует колонна жидкости, стоящая над решетчатой структурой, также имеет значение то, что капиллярная сила, которая в этом случае противодействует силе тяжести колонны воды, по возможности является большой, чтобы воздух мог выйти через решетчатую структуру вверх.
Предложенная в соответствии с изобретением решетчатая структура применяется предпочтительно в качестве конструктивного элемента в емкостях для очистки воды.
Такая емкость, которая может быть, в частности, фильтровальным патроном, снабжена, по меньшей мере, одним окном для подачи воды, окном для выпуска воды и окном для выхода воздуха, причем, по меньшей мере, окно для подачи воды и окно для выпуска воды снабжены предложенными в соответствии с изобретением решетчатыми структурами.
Когда в случае такой емкости речь идет о фильтровальном патроне, то он заполнен фильтровальным материалом. Исходная вода, проходящая через окно для подачи воды, направляется внутрь фильтровального патрона, проходит через фильтровальный материал и уходит в виде отфильтрованной воды из фильтровального патрона через окно для выпуска воды. При этом важно, что в начале фильтрования воды вода беспрепятственно и без задержки может проникать через окно для подачи воды в фильтровальный патрон. С другой стороны воздух, который находится над фильтровальным средством внутри фильтровального патрона, точно также быстро должен уходить через окно для выхода воздуха.
Это обеспечивается предложенными в соответствии с изобретением решетчатыми структурами, отверстия решетки с размерами ≤300 µм эффективно удерживают частицы фильтровального материала.
Преимущественно решетчатая структура окна для подачи воды состоит из гидрофильного материала, а решетчатая структура окна для выпуска воды - из гидрофобного материала. Сама емкость преимущественно изготовлена из одного из обоих синтетических материалов.
Емкость преимущественно изготовлена двухкомпонентным способом литья под давлением.
Показательные примеры осуществления изобретения ниже более подробно поясняются с помощью чертежей, где показывают:
фиг. 1 - вид сверху на фрагмент решетчатой структуры согласно уровню техники,
фиг. 2 - разрез по линии II-II решетчатой структуры, показанной на фиг. 1,
фиг. 3 - разрез другой решетчатой структуры согласно уровню техники,
фиг. 4 - вид в перспективе решетчатой структуры, предложенной в соответствии с изобретением,
фиг. 5 - вид в перспективе решетчатой структуры согласно другой форме осуществления,
фиг. 6 - перспективное изображение решетчатой структуры согласно другой форме осуществления,
фиг. 7 - перспективное изображение решетчатой структуры согласно другой форме осуществления,
фиг. 8 - увеличенный фрагмент решетчатой структуры, через которую проходит жидкость,
фиг. 9 - вертикальный разрез фильтровального патрона, и
фиг. 10 - вид сверху фильтровального патрона, показанного на фиг.9.
На фиг. 1 изображен вид сверху верхней стороны 2 фрагмента решетчатой структуры 11 согласно уровню техники, которая состоит из перекрещивающихся продольных перемычек 10 и поперечных перемычек 20. Поперечные и продольные перемычки 10, 20 пересекаются под углом β=90°. Отверстия 4, предусмотренные между перемычками 10, 20, выполнены прямоугольными и имеют короткие стороны 5а и длинные стороны 5b. Расстояние между короткими сторонами лежит ниже 300 µм.
На фиг. 2 изображен разрез по линии II-II решетчатой структуры 11, показанной на фиг. 1. Можно видеть, что перемычки 10 и 20 имеют одинаковую толщину D и расположены в той же самой плоскости.
На фиг.3 изображено другое исполнение известной решетчатой структуры 11, у которой продольные перемычки 10 расположены в одной плоскости, а поперечные перемычки 20 расположены в смещенной плоскости, причем обе плоскости смещены на размер толщины перемычек 10, 20. Можно видеть, что эти перемычки 10, 20 выполнены в виде плоских перемычек.
1
1
2
1
Согласно изобретению на подобного рода известной решетчатой структуре 1 расположены ребра 31, 41, как это представлено на фиг. 4, которая показывает вид в перспективе нижней стороны 3 решетчатой структуры 1, предложенной в соответствии с изобретением. Поперечные перемычки 20 соответствуют поперечным перемычкам на фиг. 3, причем на продольных перемычках 10 из фиг. 3 расположены первые ребра 31 и вторые ребра 41, которые простираются вниз перпендикулярно плоскости 6 решетки. Первые ребра 31 принадлежат к первой группе 30 и имеют высоту Н. Вторые ребра 41 образуют вторую группу 40 с высотой ребра Н. В системе ребер 8, показанной на фиг.4, первые ребра 31 расположены, чередуясь с ребрами 41. Ширина перемычки 10 приспособлена к ширине ребер 31 или 41. В связи с большей высотой H ребер 31 данные перемычки 10 выполнены шире, чем перемычки 10, на которых расположены меньшие ребра 41.
На фиг. 5 изображена другая форма осуществления, у которой решетчатая структура 1 имеет систему ребер 8b как на верхней стороне 2, так и систему ребер 8а на нижней стороне 3. В отличие от фиг. 4 ребра 31 чередуются с соответственно двумя ребрами 41 или ребра 32 с соответственно двумя ребрами 42. Все ребра как на верхней стороне 2, так и на нижней стороне 3 расположены на продольных перемычках. Благодаря этому создается симметричная решетчатая структура 1. Поперечные перемычки, как и прежде, выполнены в виде плоских перемычек и не имеют какой-либо системы ребер. В то время как согласно фиг. 4 перемычки 10 и 20 расположены в смещенных плоскостях, согласно фиг. 5 все перемычки 10, 20 расположены в одной и той же плоскости, в чем структура перемычек соответствует той, которая изображена на фиг. 1 или фиг. 2.
На фиг. 6 изображена другая форма осуществления, причем система ребер 8а на нижней стороне решетчатой структуры 1 соответствует изображению на фиг. 4. Подобная структура ребер находится на верхней стороне 3 решетчатой структуры 1 и образует структуру ребер 8b, причем структура ребер 8b относительно структуры ребер 8а расположена с поворотом на β=90°. Это означает, что ребра структуры ребер 8а расположены на продольных перемычках 10, и структура 8b расположена на поперечных перемычках 20. Благодаря этому создается особенно устойчивая конструкция решетчатой структуры 1.
На фиг. 7 фрагментарно показана другая форма осуществления, причем как продольные перемычки 10, так и поперечные перемычки 20 имеют ребра 31 первой группы 30 и ребра 41 второй группы 40. Так как соответственно два ребра 41 второй группы 40 чередуются в обоих направлениях с соответственно одним ребром 31 первой группы 30, то достигается квадратное членение решетчатой структуры 1.
Чтобы пояснить детали ребер 31, 41 и проток воды, на фиг. 8 в увеличенном виде изображен фрагмент системы ребер 8, показанной на фиг. 4. В отличие от фиг. 4 перемычки 10, 20 расположены в одной и той же плоскости.
Ребра 31, 41 имеют в их основании ширины В1 или В2 и соответственно боковые поверхности 33 и 43, которые с перпендикулярами 7 к плоскости решетки 6 образуют угол α.
Вода из водяного пространства 60 подается с верхней стороны 2 через отверстия 4 при сопротивлении газового пространства 61, находящегося под решетчатой структурой 1. Сначала вода проходит через отверстия 4 вниз в узкие каналы 35, образованные между ребрами 41 и ребрами 31. Под ребром 41 частичные потоки, приходящие из узких каналов 35, объединяются в канал 45, который образуется между обоими ребрами 31. Образованный общий поток стекает вниз в направлении стрелки.
Благодаря гидрофобным материалам, которые применяются для ребер 31, 41, между жидкостью и боковой стенкой 33 образуется краевой угол θ, который равен около 70°.
Благодаря этому образованию канала через ребра 31 и 41 происходит беспрепятственный проход через решетчатую структуру 1.
1
2
Типичные значения высот H, Н ребер лежат в диапазоне от 0,5 до 2 мм, в частности, от 0,5 до 1,5 мм. Ширина ребер у основания, что соответствует ширине перемычки, составляет от 0,3 до 1,5 мм, предпочтительно от 0,3 до 1,1 мм.
На фиг. 9 изображена емкость 50 в форме фильтровального патрона в разрезе. Фильтровальный патрон состоит из стакана 51, в чьей донной стенке предусмотрено окно 52 для выпуска воды. Стакан 51 заполнен фильтровальным материалом 56. Сверху стакан закрывается крышкой 53. Крышка 53, которую на фиг. 10 можно видеть на виде сверху, имеет сбоку два окна 54 для подачи воды и между обоими окнами 54 для подачи воды окно 55 для выхода воздуха.
В режиме фильтрования вода в направлении стрелки 57 проходит через окно 54 внутрь емкости 50, где сначала зеркало 59 поднимается наверх. Воздух 58 выдавливается вверх и выходит вверх через окно 55 для выхода воздуха.
В случае, когда в пространстве над крышкой 53 уже находится вода, воздух должен выходить наверх при сопротивлении находящейся над ним воды. Окно 54 и окно 55 оснащены соответственно решетчатыми структурами, предложенными в соответствии с изобретением.
На виде сверху согласно фиг. 10 можно видеть, что ребра 31 чередуются с соответственно двумя ребрами 41. Благодаря предложенным в соответствии с изобретением решетчатым структурам вода проходит без проблем внутрь емкости 50, а воздух также быстро может выходить вверх через окно 55 для выхода воздуха. Задержка при поступлении или выходе или даже блокада окна эффективно предотвращается с помощью предложенной в соответствии с изобретением структуры.
Перечень позиций
1 Решетчатая структура
1
1 Решетчатая структура уровня техники
2 Верхняя сторона
3 Нижняя сторона
4 Отверстие
5а Короткая сторона
5b Длинная сторона
6 Плоскость решетки
7 Перпендикуляр к плоскости решетки
8 Система ребер
8а, b Система ребер
10 Продольная перемычка
20 Поперечная перемычка
30 Первая группа
31 Первое ребро
32 Первое ребро
33 Боковая поверхность
35 Канал
40 Вторая группа
41 Второе ребро
42 Второе ребро
43 Боковая поверхность
45 Канал
50 Емкость
51 Стакан
52 Окно для выпуска воды
53 Крышка
54 Окно для подачи воды
55 Окно для выхода воздуха
56 Фильтровальный материал
57 Направление тока воды
58 Направление тока воздуха
59 Зеркало воды
60 Водяное пространство
61 Газовое пространство
α Угол боковых поверхностей 33/34
β Угол продольных и поперечных перемычек 10, 20
θ Краевой угол
1
H Высота ребер 31, 32
2
Н Высота ребер 41, 42
1
В Ширина ребер 31
2
В Ширина ребер 41
D Толщина перемычки 10, 20.