Фильтр-картридж с фильтрующим наполнителем для увлажнителя воздуха

Полезная модель относится к устройству для фильтрации воды в увлажнителе воздуха, а именно к конструкции фильтра в виде картриджа съемного типа, размещенного в бытовом увлажнителе, содержащего фильтрующий наполнитель - ионообменный материал, помещенный в сформированные внутри корпуса направляющие пути для потока фильтрующейся воды, расположенные по спирали.
Обычно фильтры предназначены для удаления из водопроводной воды (далее – неочищенная или входящая вода), загружаемой пользователями в увлажнитель, минеральных компонентов (главным образом, ионов магния и кальция), которые со временем засоряют внутреннее пространство увлажнителя твердыми отложениями, а также, в случае с ультразвуковыми увлажнителями, образуют белый налет на предметах интерьера после увлажнения воздуха. Для эффективного решения указанных проблем известны такие фильтрующие наполнители, как ионообменные материалы, в частности, ионообменная смола, которой загружают внутреннее пространство корпуса фильтра. Для увеличения площади фильтрации известен прием создания длинных путей, заполненных фильтрующим наполнителем, размещенных внутри корпуса фильтра-картриджа по спирали для прохождения по ним неочищенной воды. Стенки, формирующие и разграничивающие указанные пути, выполнены предпочтительно из пластика, как и корпус фильтра. При этом эти спиральные пути могут внешне напоминать пружину, расположенную вокруг оси фильтра или смотанный вокруг неё рулон.
Кроме того, известны фильтры-картриджи, в которых предусмотрены специальные воздушные каналы в центре корпуса, служащие для замещения воздухом того объема входящей воды, который вышел из резервуара в фильтр, а также для исключения попадания воздуха в место непосредственной фильтрации воды. Воздух в воздушном канале образуется из расположенной под фильтром камеры смешения водной пыли и сухого воздуха или отдельной камеры для отфильтрованной воды, предназначенной далее для смешения с сухим воздухом с образованием аэрозоли. Воздух движется вверх, проникая в фильтр через соответствующее отверстие, проходит по воздушному каналу, выходит из фильтра через минимум одно специальное отверстие выхода воздуха в верхней части фильтра, проходит через толщу водопроводной воды в резервуаре для неё в виде минимум одного пузыря, который лопается на поверхности водопроводной воды. Благодаря воздушному каналу фильтра в резервуаре для входящей воды поддерживается атмосферное давление, позволяющее равномерно подавать воду для дальнейшей работы увлажнителя. Однако при работе воздушного канала фильтра существует проблема дополнительного «булькающего» шума, вызываемого лопающимися пузырьками воздуха на поверхности водопроводной воды в резервуаре для неё.
Например, известен патронный фильтр для увлажнителя воздуха (заявка Китая CN201259288, опубл.2008г.), включающий корпус фильтра и канал для потока воздуха, при этом между наружной стенкой корпуса фильтра и каналом для потока воздуха расположена кольцевая стенка, на внешней стороне которой сформированы выемки, образующие внешний спиральный путь, а на её внутренней стороне – выемки, образующие внутренний спиральный путь. Внутренний и внешний спиральные пути заполняет фильтрующий материал – ионообменная смола. Таким образом, пространство между каналом для потока воздуха и внешней стенкой корпуса заполнено спиральными путями из ионообменной смолы. Неочищенная вода проникает во внешний спиральный путь через впускное отверстие, расположенное в нижней части фильтра, затем перетекает между верхней частью кольцевой стенки и внутренней поверхностью крышки фильтра во внутренний спиральный путь, и, наконец, вытекает из выпускного отверстия, расположенного на нижней стороне канала для потока воздуха.
Недостатком известного патронного фильтра является значительный объем канала для потока воздуха, вследствие чего сокращается внутренний объем фильтра, в том числе рабочий объем, заполненный фильтрующим материалом. Это, в свою очередь, приводит к тому, что объем фильтрующего материала не может быть большим, т.е. эффективность очистки невысокая. Кроме того, выполнение спиральных путей в виде двойной «пружинной» спирали подразумевает их незначительный линейный размер. Более того, в известном фильтре задается сложная траектория движения потока воды, которая сначала поступает через одно входное отверстие, расположенное в нижней части корпуса, затем совершает спиральное движение вверх по внешнему пути спирали, а потом вниз по внутреннему пути спирали, что снижает производительность очистки воды. Дополнительным недостатком является шумная работа известного фильтра в результате выхода вытесняемого воздуха, пузырьки которого при выходе из фильтр-картриджа лопаются на поверхности с характерным булькающим звуком.
Известно устройство для очистки воды (европейская заявка EP0054082B1, опубл. в 1985), которое может быть использовано в увлажнителе воздуха, содержащее цилиндрический корпус, плоскую крышку, плоское дно, а также изогнутую перегородку внутри, расположенную по спирали, создающую с фильтрующим наполнителем удлиненный фильтрующий путь. В плоскости дна и в плоскости крышки установлены сита, впускное отверстие расположено в середине крышки, а выпускное отверстие расположено на периферии дна. В качестве фильтрующего наполнителя предпочтительно используется активированный уголь, или ионообменный материал, или их смесь. Впускное отверстие выполнено в виде быстродействующей муфты (быстроразъемный соединитель) с буртиком и с редукционным соплом для снижения давления. Выпускное отверстие предпочтительно расположено на внешнем конце спирали. Благодаря большой длине фильтрующего пути достигается лучшее качество фильтрованной и деминерализованной воды, а размещение его по спирали позволяет сделать устройство компактным.
В известном фильтре фильтрующий материал сформирован в  рулон, что обеспечивает спиралевидное движение воды через фильтрующий материал и исключает повышенное сопротивление за счет отсутствия вертикального  движения потока фильтрующейся воды сначала вверх, а потом вниз, а фильтрующий материал заполняет почти всё внутреннее рабочее пространство фильтра. Вместе с тем, наличие впускного отверстия для воды в донной части фильтра существенно снижает производительность фильтра. Кроме того, в известном фильтре отсутствует канал для потока воздуха, следовательно, воздух, вытесняемый из нижней части увлажнителя, проходит весь спиральный путь и выходит из впускного отверстия в толщу неочищенной воды в резервуаре увлажнителя. Пузырьки воздуха в фильтрующем материале создают препятствия для обеспечения равномерного процесса фильтрования, а также выпуск пузырьков воздуха создает характерный «булькающий шума» при лопании пузырьков воздуха на поверхности неочищенной воды.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является фильтр для воды, который может использоваться в увлажнителе воздуха (заявка Германии DE102006013261, опубл. в 2007 г), включающий цилиндрический корпус, дно и плоскую крышку. В крышке предусмотрено множество впускных отверстий, а на дне предусмотрено по меньшей мере одно выпускное отверстие. В корпусе предусмотрен спиральный канал, через который впускные отверстия соединены с выпускным отверстием. Указанный фильтр может иметь несколько спиральных каналов, при этом у каждого из них имеется свое входное отверстие, каждое из которых соединено с выпускным отверстием через зернистый фильтрующий наполнитель, в качестве которого предпочтительно используют смесь ионообменных материалов и активированного угля. Каждое из впускных отверстий и выходное отверстие имеет сито, для удерживания фильтрующего материала. Впускные отверстия распределены равноудаленно по краю крышки. Дно может иметь градиент, что увеличивает скорость потока.
В известном фильтре-картридже, например, в варианте с одним спиральным каналом и одним входным отверстием, фильтрующаяся вода, входя через отверстие с ситом в крышке и пройдя через спиральный путь, образованный спиральными каналами, сформированными в рулон, выходит через выпускное отверстие, расположенное в центральной части днища фильтра. Известное устройство является неэффективным при уменьшении уровня воды в резервуаре,  т.к. при снижении уровня ниже уровня крышки фильтра, вода перестает поступать в фильтр для очистки. Недостатком известного фильтра является также отсутствие сформированного канала для выхода  потока воздуха, что обусловливает наличие пузырей воздуха в спиральных каналах с фильтрующим наполнителем и выход пузырей воздуха через входное отверстие на крышке фильтра. Это нарушает нормальную работу фильтра, т.к. в верхней части создается воздушный клапан, который препятствует поступлению воды в фильтр для ее очистки.
Техническая задача заявляемой полезной модели – обеспечение бесперебойной работы погружного фильтра в увлажнителе при снижении уровня воды в резервуаре.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый фильтр-картридж включает корпус, содержащий впускное отверстие для входящей воды, выпускное отверстие для выходящей воды, внутреннюю перегородку, изогнутую в виде рулона и образующую каналы для прохода воды по спиральной траектории, каналы заполнены фильтрующим наполнителем, днище корпуса выполнено с возможностью вертикального крепления к резервуару для воды, отличается тем, что внутри корпуса по его вертикальной оси  размещена втулка, сообщенная с фильтрующим наполнителем, размещенным в последнем канале для прохода воды по спиральной траектории, втулка образует канал для выхода воздуха в верхнюю часть корпуса и выпускное отверстие для истечения выходящей воды, впускное отверстие для входящей воды размещено в нижней части на боковой стороне корпуса и сообщено с фильтрующим наполнителем, размещенном в первом канале для прохода воды, примыкающем к внутренней стенке корпуса.
Для увеличения производительности фильтра, в нижней части корпуса на его боковой стороне впускное отверстие предпочтительно имеет форму, вытянутую по вертикали с поперечными перемычками, являющимися частью корпуса.
В качестве фильтрующего наполнителя может  быть использован любой известный для этих целей материал, например нетканые материалы или сыпучий материал в виде гранул ионообменной смолы. Для удерживания сыпучего фильтрующего наполнителя в корпусе и предотвращения его высыпания из канала, примыкающего к внутренней стенке корпуса,  отверстие для входящей воды снабжено сеткой. Сетка может быть вклеена со стороны внутренней стенки корпуса.
Размещение впускного отверстия для входящей воды в нижней части на боковой стороне корпуса обеспечивает непрерывность процесса фильтрации при снижении уровня воды в резервуаре ниже уровня крышки корпуса.
Корпус фильтра-картриджа предпочтительно выполнен в форме вертикально ориентированного цилиндра. Материалом изготовления предпочтительно является пластик.
Внутренняя перегородка, изогнутая в виде рулона и образующая каналы для прохода воды по спиральной траектории предпочтительно выполнена из пластика.
Корпус фильтра-картриджа в донной части снабжен элементами крепления к резервуару для воды. Предпочтительно элемент крепления представляет собой клапан.
Втулка, размещенная внутри корпуса по его вертикальной оси, представляет собой трубку, выполненную предпочтительно из пластика. Верхний конец втулки предназначен для выхода воздуха, сообщен с отверстием в крышке корпуса для удаления воздуха из фильтра. Нижний конец втулки представляет собой отверстие для истечения воды, прошедшей фильтрацию. Втулка гидравлически сообщена с фильтрующим наполнителем, размещенным в канале для прохода воды по спиральной траектории. Для обеспечения возможности выхода воздуха и фильтрованной воды, на боковых поверхностях втулки выполнены отверстия, которые могут быть снабжены сеткой. Сетка не допускает высыпания сыпучего фильтрующего наполнителя из канала с фильтрующим наполнителем во внутреннюю полость втулки.
Размер ячеек сетки должен быть меньше размера зерен фильтрующего наполнителя.
Организация направленных потоков входящей и выходящей воды, а также выходящего потока воздуха позволяет исключить образование воздушных пробок и обеспечить бесперебойную работу увлажнителя, а также обеспечивает возможность уменьшения уровня шума. Например, отверстие в крышке корпуса для удаления воздуха из фильтра может быть дополнительно снабжено колпачком, обеспечивающим разделение потоков на несколько мелких разнонаправленных потоков для уменьшения характерного «булькающего» шума при работе увлажнителя.
Заявляемая полезная модель позволяет получить следующий технический результат – обеспечение эффективной и бесперебойной работы погружного фильтра при снижении исходного уровня воды в резервуаре для воды в увлажнителе.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими рисунками и примером конкретного выполнения.
На Фиг.1 изображен общий вид заявляемого фильтра-картриджа.
На Фиг.2 изображено внутреннее устройство заявляемого фильтра-картриджа.
На Фиг.3 изображена верхняя часть корпуса для выхода воздуха.
На Фиг.4 изображено впускное отверстие заявляемого фильтра-картриджа.
На Фиг.5 изображена боковая сторона канала для потока воздуха, имеющая отверстие с сеткой для гидравлического сообщения с потоками воды и воздуха, проходящими по фильтрующему наполнителю.
На фиг.6 показана принципиальная схема увлажнителя.
Заявляемый фильтр-картридж состоит из корпуса 1, на боковой стороне которого размещено впускное отверстие 2 для входящей воды. Впускное отверстие 2 снабжено ситом 3. Внутри корпуса 1 по вертикальной оси расположена втулка 7 для выхода потока воздуха через верхнее отверстие, сообщенное с отверстием 9 в крышке корпуса 1. Внизу втулки 7 имеется выпускное отверстие 4 для истечения фильтрованной воды. Впускное 2 и выпускное 4 отверстия сообщены с клапаном. В полости корпуса 1 имеется внутренняя перегородка 5, изогнутая в виде рулона и образующая каналы для прохода воды по спиральной траектории. Каналы спиральной траектории заполнены сыпучим фильтрующим наполнителем 6 – ионообменной смолой. Втулка 7 посредством отверстий 8, размещенных на боковых сторонах втулки 7, гидравлически сообщена с потоками воздуха и воды, протекающими через фильтрующий наполнитель 6. Отверстия 8 снабжены ситом 3. Нижняя часть корпуса 1 снабжена элементом крепления 10 для соединения с клапаном 16 на днище резервуара 15 для воды. Отверстие 9 для выхода воздуха в верхней части корпуса 1 образовано выступающей вверх трубки 11 и навинчивающейся на нее крышки 12. Выступающая трубка 11 жестко соединена с верхней частью корпуса 1, а её внутренняя поверхность образована отверстием 9 для выхода воздуха, которое, в свою очередь, сообщено с полостью втулки 7 для прохождения потока воздуха. На боковой поверхности трубки 11 выполнена внешняя резьба для резьбового соединения с навинчивающейся крышкой 12, снабженной внутренней резьбой, при этом на внешней резьбе трубки 11 и на внутренней резьбе навинчивающейся крышки 12 выполнены углубления 13 в виде вертикальных пазов, которые при соединении навинчивающейся крышки 12 и трубки 11 друг с другом образуют сквозные разнонаправленные каналы 14 для выхода воздуха из фильтра.
Заявляемый фильтр-картридж работает следующим образом.
Фильтр- картридж  устанавливается вертикально в полости увлажнителя воздуха путем погружения в резервуар для воды 15 и закрепления с его днищем путем соединения с клапаном 16. При заполнении резервуара 15 водой в фильтр-картридж через впускное отверстие 2 для входящей воды, выполненное на боковой стороне его корпуса 1, поступает вода. Входящая вода и вытесняемый воздух, проходя по спиральной траектории через фильтрующий наполнитель 6, достигают канала, прилегающего к центру и через отверстия 8 в боковых сторонах втулки 7, воздух поднимается вверх к отверстию 9, а очищенная вода стекает через выпускное отверстие 4 в емкость для очищенной воды 17, сообщенную с камерой смешения 18, куда посредством вентилятора 20  подается воздух. Вода в камере смешения 18 преобразуется в водяную пыль посредством, например, ультразвукового преобразователя 19. Образующаяся водяная пыль из камеры смешения 18 водяной пыли и сухого воздуха через выпускные отверстия 21 в корпусе увлажнителя поступает в помещение.  Воздух, выходящий из отверстия 9, распределяется в толще воды резервуара 15 по объему посредством множества мелких разнонаправленных потоков.
Заявляемое устройство фильтра-картриджа исключает попадание пузырей воздуха в канал с фильтрующим наполнителем в процессе  фильтрации воды, а также образование воздушной пробки, обеспечивая равномерность и бесперебойность работы фильтра. Выполнение впускного отверстия в нижней части на боковой стороне корпуса обеспечивает возможность бесперебойной работы при снижении уровня воды в резервуаре и минимальное сопротивление в процессе фильтрации.  Кроме
того, заявляемое устройство фильтра-картриджа обеспечивает низкий уровень шума за счет исключения возможности выхода из фильтра крупных пузырей воздуха.