ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН

Область техники
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к фильтрующим патронам с наружными сплошными фланцами в верхней части корпуса для очистки воды от листьев и мусора.
Уровень техники
Известны устройства для очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, предназначенные для установки в канализационные колодцы (например, патент на полезную модель №131019 (E03F 5/04, опубликовано 10.08.2013), похожее изделие также описано в патенте на полезную модель №105320 (E03F 5/04, опубликовано 10.06.2011)), представляющие собой контейнер или корзину с возможностью протекания через нее воды. Недостатком является сложность установки устройства в колодец и извлечения из колодца ввиду отсутствия у устройства сплошного фланца по периметру корпуса и проушин для его строповки и перемещения, как в заявляемом фильтрующем патроне. Так как данное техническое решение не предназначено для его установки на опорное кольцо, а также лишено многих существенных признаков, включенных в ограничительную часть формулы заявляемой полезной модели, то данное устройство может рассматриваться как близкое, но не может рассматриваться как прототип заявляемой полезной модели.
Известны устройства для очистки сточных вод от взвешенных веществ, предназначенные для установки в канализационные колодцы (например, патент US 6537447 В2), представляющие собой корзину с возможностью протекания через нее воды. Недостатком является не герметичность установки такого устройства ввиду отсутствия у устройства сплошного фланца по периметру корпуса, как в заявляемом фильтрующем патроне. Так как данное техническое решение лишено по меньшей мере одного существенного признака, включенного в ограничительную часть формулы заявляемой полезной модели, то данное устройство может рассматриваться как аналог, но не может рассматриваться как прототип к заявляемой полезной модели.
Известны фильтрующие патроны, содержащие корпус, имеющие боковую цилиндрическую стенку, верхний и нижний водопроницаемые концы с различными очищающими загрузками внутри (патенты на полезные модели №59996 (B01D 27/00, опубликовано 10.01.2007); 138579 (B01D 27/02, C02F 1/00, E03F 5/14, опубликовано 20.03.2014); 139065 (B01D 27/00, опубликовано 10.04.2014); 149624 (B01D 27/02, C02F 1/00, E03F 5/14, опубликовано 10.01.2015); 149627 (B01D 27/02, C02F 1/28, опубликовано 10.01.2015); 150763 (В01D 27/02, опубликовано 27.02.2015); 151523 (B01D 27/02, C02F 1/28, опубликовано 10.04.2015); 156036 (B01D 27/02, B01J 39/08, C02F 1/28, опубликовано 27.10.2015); 156676 (B01D 27/02, C02F 1/28, C02F 101/20, C02F 101/32, опубликовано 10.11.2015); 157322 (B01D 27/02, опубликовано 27.11.2015); 160669 (B01D 27/00, E03F 5/14, опубликовано 27.03.2016); 160712 (E03F 5/04, B01D 27/02, опубликовано 27.03.2016); 162748 (B01D 27/02, C02F 1/66, опубликовано 27.06.2016); 162796 (B01D 27/02, C02F 1/28, опубликовано 27.06.2016); 163703 (B01D 27/02, C02F 1/28, C02F 101/20, C02F 101/32, опубликовано 10.08.2016)).
Недостатком данных фильтрующих патронов является низкая их емкость по листьям и антропогенному мусору (бутылки, пластиковые пакеты, бумага и другое) ввиду отсутствия отсека достаточно большого размера для их накопления.
Известен фильтрующий патрон, содержащий корпус, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний водопроницаемый конец, сплошной фланец по периметру корпуса, проушины для его строповки и перемещения и очищающий конус внутри (патент на полезную модель №160714, (E03F 5/14, опубликовано 27.03.2016)). Этот фильтрующий патрон достаточно сильно отличается от заявляемого ввиду того, что в отличие от заявляемого у него водонепроницаемый нижний конец и водопроницаемая боковая стенка. Недостатком данного фильтрующего патрона является его низкая емкость по листьям и мусору ввиду того, что поступающие на фильтрующий патрон листья и мусор быстро забьют кольцевой канал, ведущий в отсек для накопления взвешенных веществ, а затем и водопропускные отверстия на цилиндрической стенке. Это происходит ввиду того, что устройство по своей сути предназначено для эффективного задержания песка и мелких частиц, но никак не предназначено для задержания листьев и крупного мусора.
Известны фильтрующие патроны, содержащие корпус, имеющие боковую цилиндрическую стенку, верхний и нижний водопроницаемые концы, фланец по периметру корпуса и проушины для его строповки и перемещения с различными очищающими загрузками внутри и отсеком для взвешенных веществ (Патенты на полезные модели №148363 (B01D 27/00, опубликовано 10.12.2014); 150862 (B01D 27/02, опубликовано 27.02.2015); 157102 (B01D 27/02, опубликовано 20.11.2015)). Недостатком данных фильтрующих патронов является их высокая высота и объем за счет наличия в них, кроме отсека для накопления листьев и мусора, отсеков для глубокой очистки воды от мелкого песка, нефтепродуктов и других загрязнителей. Завышенная их высота и объем зачастую делают невозможной их установку в дождеприемные колодцы малой глубины.
Известен фильтрующий патрон для очистки воды, содержащий корпус, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний и нижний водопроницаемые концы, а также в верхней части корпуса имеющий наружный сплошной фланец по периметру корпуса и проушины для строповки и перемещения фильтрующего патрона, отличающийся тем, что внутренний объем фильтрующего патрона, ограниченный боковой цилиндрической стенкой и водопроницаемыми концами, пуст, а на его нижнем водопроницаемом конце размещена решетка (Патент на полезную модель №176544 (B01D 27/00, E03F 5/14, опубликовано 23.01.2018). Недостатком данного фильтрующего патрона является его низкая емкость по накопленным листьям и мусора при неизменном сопротивлении.
Решение, описанное в патенте №176544, является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и принято за прототип.
Раскрытие полезной модели
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является отсутствие у организаций России, ведущих деятельность в области экологии и очистки сточных вод, возможности использовать фильтрующий патрон с наружным сплошным фланцем по периметру корпуса, обеспечивающий продолжительную очистку сточной воды от листьев и мусора и возможность установки на обычное железное опорное кольцо внутри канализационного колодца. Эти организации вынуждены использовать для данных целей не предназначенные для данной задачи фильтрующие патроны, например, перечисленные в разделе "Уровень техники" настоящей заявки или покупать импортные дорогостоящие изделия, что противоречит государственной политике импортозамещения в России.

В России широко распространена практика использования фильтрующих патронов для очистки сточных вод от различных загрязнителей. Опубликовано множество патентов (например, патенты из раздела "Уровень техники" настоящей заявки), а также ряд статей (например, Бобков А.В., Бобкова О.А. Очистка загрязненных ливнестоков на мостах автомобильных дорог // Дороги и мосты. - 2010. - №24. - С. 231-247; Ватин Н.И., Чечевичкин В.Н. Особенности состава и очистки поверхностного стока крупных городов // Инженерно-строительный журнал. - 2014. - №6. - С. 67-74; Ватин Н.И., Чечевичкин В.Н. Экономичная очистка поверхностного стока в крупных городах. Фильтрационно-сорбционные технологии // ЕвроСтройПрофи. - 2015. - №78. - С. 48-52; Ватин Н.И., Греков Μ.Α., Леонов Л.В., Пробирский Μ.Д., Рублевская О.Н., Чечевичкин А.В., Якунин Л.А. Результаты тестовой эксплуатации фильтра ФОПС для очистки ливневого стока с селитебной территории Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. - 2017. - №1. - С. 58-65, Норман Л.В., Выскубова Е.Н. Очистка поверхностных сточных вод. // Научные труды КубГТУ. - №2. - 2016. - С. 1-11). В подавляющем большинстве упоминаний о фильтрующих патронах для очистки сточных вод от различных загрязнителей отмечается, что, во-первых, у фильтрующего патрона имеется сплошной фланец, а во-вторых, фильтрующий патрон располагается на опорном кольце внутри канализационного колодца между его стеновыми кольцами, другими словами, такая конструкция присуща большинству применяющихся фильтрующих патронов и может быть принята за стандартную на территории России. Согласно закону "О стандартизации в Российской Федерации" (Федеральный закон от 29 июня 2015 г. №162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации", действующий) целью стандартизации в России является "оптимизация и унификация номенклатуры продукции, обеспечение ее совместимости и взаимозаменяемости, сокращение сроков ее создания, освоения в производстве, а также затрат на эксплуатацию и утилизацию". Следовательно, разрабатывая и внедряя новые типы фильтрующих патронов для очистки сточных вод от различных загрязнителей, нужно руководствоваться принципами стандартизации и обеспечивать возможность совместимости и взаимозаменяемости ранее выпущенных фильтрующих патронов и вновь разработанных. Для этого необходимо обеспечить наличие у вновь разрабатываемых фильтрующих патронов таких существенных признаков, как корпус, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний и нижний водопроницаемые концы, а также наличие в верхней части корпуса наружного сплошного фланца по периметру корпуса.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка простой, дешевой и надежной конструкции фильтрующего патрона с наружным сплошным фланцем по периметру корпуса, обеспечивающей лучшую из известных очистку сточной воды от листьев и мусора, а также возможность установки на опорное кольцо внутри канализационного колодца.
Данная задача стала с 2013 года чрезвычайно важной ввиду выхода Постановления правительства №644 (Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации (с изменениями на 22 мая 2020 года, редакция, действующая с 01 июля 2020 года)), запрещающего сбрасывать в ливневую канализацию листья и мусор. Листья и антропогенный мусор в настоящее время являются одной из главных причин закупорки канализационных сетей и больших трат на их прочистку. Это особенно важно ввиду того, что листья и мусор образуются и загрязняют ливневый сток регулярно. Данный факт, несомненно, требует разработки простых, дешевых и надежных фильтрующих патронов, которые можно было бы установить в каждый канализационный колодец под дождеприемную решетку независимо от глубины имеющегося колодца.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении времени работы фильтрующего патрона с наружными сплошным фланцем в верхней части корпуса для очистки воды от листьев и мусора без обслуживания, при прочих равных условиях.
Здесь и далее под временем работы фильтрующего патрона с наружными сплошным фланцем в верхней части корпуса для очистки воды от листьев и мусора без обслуживания при прочих равных условиях, подразумевается время работы фильтрующего патрона стандартной высоты и диаметра при поступлении на него стока со стандартной производительностью, со стандартным количеством листьев и мусора в нем, которое фильтр сможет проработать без обслуживания его персоналом, то есть без извлечения из него накопившейся массы листьев и мусора.
Заявляемый технический результат достигается тем, что фильтрующий патрон для очистки воды, содержащий корпус, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний открытый конец, нижний водопроницаемый конец, наружный сплошной фланец в верхней части корпуса, внутренний объем которого, ограниченный боковой цилиндрической стенкой и концами, пуст, и выполнен так, что его боковая цилиндрическая стенка водопроницаема.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели рассматривается ее описание с привлечением сопровождающих чертежей.
Фигура 1. Общий вид в разрезе фильтрующего патрона, установленного на опорное кольцо в бетонный колодец ливневой канализации.
Предлагаемый чертеж иллюстрирует только один предпочтительный вариант выполнения полезной модели, и поэтому не может рассматриваться в качестве ограничения содержания полезной модели, которое не включает другие варианты ее исполнения.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 представлено схематичное изображение заявляемого фильтрующего патрона, установленного в железобетонный дождеприемный колодец для очистки стока в сети ливневой канализации, где обозначены: 1 - фильтрующий патрон, 2 - железобетонный колодец, 3 - сплошной фланец фильтрующего патрона, 4 - опорное кольцо, 5 - отверстия (вариант исполнения) на боковой стенке, 6 - решетка (вариант исполнения) на нижнем водопроницаемом конце, 7 - боковая стенка.
Фильтрующий патрон 1 установлен при помощи сплошного фланца 3 внутри железобетонного канализационного колодца 2 на опорном кольце 4. Неочищенная вода с листьями и мусором поступает сверху на фильтрующий патрон 1, ограниченный боковой стенкой 7 и открытым верхним концом и водопроницаемым нижним концом, очищается в нем на решетке 6 (вариант исполнения) и отверстиях 5 (вариант исполнения), а затем выходит уже очищенной из нижней части фильтрующего патрона 1 и водопроницаемой боковой стенки 7.
Рассмотрим подробно загрязнитель ливневого стока "листья и мусор" и его отличия от другого загрязнителя, для очистки от которого предназначены известные ранее фильтрующие патроны, а именно - от взвешенных веществ.
Под "взвешенными веществами" обычно подразумеваются песок, глина и другие мелкие частицы, всегда присутствующие в ливневом стоке, текущем по дорогам. Как правило, очистка стока от них производится на фильтрующих средах (синтепон, дорнит, лавсан и другое) или в тонкополочных модулях (в которых происходит отстаивание взвешенных веществ).
Следует отметить, что взвешенные вещества при их оседании на фильтрующей среде создают барьер (сопротивление), который препятствует протеканию воды через эту среду.
Рассматриваемый загрязнитель "листья и мусор" похож на взвешенные вещества, но с существенными отличиями. Главное отличие заключается в том, что листья и мусор, скапливаясь на решетке, практически не создают преграды (сопротивления) для дальнейшего движения жидкости через них ввиду их больших размеров и неровной формы, а, следовательно, с высокой порозностью (водопроницаемостью) слоя.
Благодаря этому возможно делать фильтрующие патроны для листьев и мусора большой емкости (а, следовательно, и с большим временем работы между прочистками фильтрующего патрона), просто увеличивая свободное пространство перед водопроницаемой преградой в нем. Такой подход не справедлив для мелких взвешенных веществ, так как в данном случае увеличение объема над фильтрующей средой не приведет к увеличению ресурса, так как мелкие взвешенные вещества, образуя плотный слой небольшой толщины, будут препятствовать протеканию через них воды, вне зависимости от объема над ними.
Сужая сферу применения заявляемого фильтрующего патрона до очистки воды только от листьев и мусора и убирая очищающую загрузку (частным случаем которой является фильтрующая среда) из фильтрующего патрона, мы получаем конструкцию, позволяющую очищать сток от большого количества листьев и мусора и обеспечивающую возможность более редкой чистки этого фильтрующего патрона.
Признак полезной модели «Фильтрующий патрон для очистки воды», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона, так как:
а) Обеспечивает взаимосвязь заявляемого фильтрующего патрона и прототипа, которому также присущ данный признак.
б) Относит фильтрующий патрон к присущей ему области техники, а потому является существенным признаком и необходимым условием достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства.
Признак полезной модели «содержащий корпус, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний открытый конец и нижний водопроницаемый конец», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона, так как:
а) Обеспечивает взаимосвязь заявляемого фильтрующего патрона и прототипа, которому также присущ данный признак.
б) Обеспечивает способность заявляемого фильтрующего патрона к накоплению листьев и мусора во внутреннем объеме корпуса, заключенном между цилиндрической стенкой и его концами, то есть позволяет достигнуть технический результат.
в) Открытость верхнего конца позволяет листьям и мусору любого размера и формы поступать во внутренний объем корпуса для накопления в нем, то есть позволяет достигнуть технический результат.
г) Водопроницаемый нижний конец обеспечивает возможность стекать воде с листьев и мусора, то есть, высвобождая объем для новых листьев и мусора, что приводит к достижению технического результата.
Следует отметить, что по своему определению открытость верхнего конца обеспечивает его проходимость как для воды, так и для листьев и мусора. Водопроницаемость же нижнего конца, по своему определению, обеспечивает лишь его проходимость для воды.
Признак полезной модели «в верхней части корпуса имеющий наружный сплошной фланец», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона, так как:
а) Обеспечивает взаимосвязь заявляемого фильтрующего патрона и прототипа, которому также присущ данный признак.
б) Относит заявляемый фильтрующий патрон к присущей ему области техники, а потому является существенным признаком и необходимым условием достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона.
в) Обеспечивает следование принципам стандартизации и обеспечивает возможность совместимости и взаимозаменяемости ранее выпущенных фильтрующих патронов и вновь разработанных.
Признак полезной модели «внутренний объем фильтрующего патрона, ограниченный боковой цилиндрической стенкой и концами, пуст», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона, так как:
а) Обеспечивает взаимосвязь заявляемого фильтрующего патрона и прототипа, которому также присущ данный признак.
б) Обеспечивает наличие пустого объема внутри фильтрующего патрона, необходимого для накопления листьев и мусора, тем самым приводя к достижению технического результата.
Признак полезной модели «боковая цилиндрическая стенка выполнена водопроницаемой», присущий отличительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого фильтрующего патрона, так как по мере накопления в фильтрующем патроне листьев и мусора (особенно разного размера) они будут уплотняться в нем, причем в направлении движения потока воды в фильтрующем патроне. Это связано с тем, что вместе с потоком воды движутся и твердые частицы (например, мелкие листья), которые будут заполнять все возможные пустоты по ходу своего движения.
Добавление водопроницаемости боковой стенки в дополнение к водопроницаемости нижнего конца позволяет направить потоки воды в фильтрующем патроне не только к нижнему концу, но и к боковой стенке. Это позволяет твердым частицам (например, мелким листья) уплотняться не только по одному направлению вниз (по направлению к нижнему концу), но и в бок (по направлению к боковой стенке), что приводит в итоге к более плотному накоплению листьев и мусора в фильтрующем патроне, что при постоянном объеме фильтрующего патрона приводит к увеличению количества накопленных листьев и мусора в нем. При стандартной производительности, со стандартным количеством листьев и мусора в очищаемой воде это, несомненно, приведет к увеличению ресурса работы фильтрующего патрона по листьям и мусору, что в конечном итоге приводит к достижению технического результата.
Особенности частных форм фильтрующего патрона в части материала, из которого изготовлен фильтрующий патрон, не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как:
Если фильтрующий патрон предназначен для очистки сточных вод, согласно области техники, то оно может использоваться для очистки сточных вод. В рамках материала, из которого изготовлен фильтрующий патрон, этот материал не может повлиять на способность фильтрующего патрона накапливать листья и мусор сам по себе.
Данный обобщенный признак может быть реализован в материальном носителе, например, в вариантности: пластик любого вида, сталь, композитный материал.
Особенности частных форм фильтрующего патрона в части вида водопроницаемости концов и цилиндрической стенки, не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как вариантность водопроницаемости может быть реализована в вариации формы и размера отверстий. В материальном носителе она может быть реализована, например, в виде решетки, сетки или мембраны. Отличие между ними заключается лишь в форме и размере отверстий, которые могут быть любыми. Следует отметить, что размеры и форма листьев и мусора также могут быть любыми (от мелких листьев березы до больших листьев борщевика, от окурков до пустых двух литровых бутылок). Следовательно, для любого размера листьев или мусора (от которых очищается сток) может быть подобран вид водопроницаемости концов и цилиндрической стенки заявляемого фильтрующего патрона. А ввиду того, что согласно области техники размер листьев и мусора (от которых очищается сток) не нормирован, то и вид водопроницаемости концов и цилиндрической стенки тоже нормирован быть не может.
Особенности частных форм фильтрующего патрона в части доли площади водопроницаемой части нижнего конца к общей площади нижнего конца и доли площади водопроницаемой части боковой стенки к общей площади боковой стенки не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как:
Даже минимальная водопроницаемость концов или боковой стенки обеспечит прохождение воды через фильтрующий патрон и накопление в нем листьев и мусора.
Увеличение доли площади водопроницаемой части нижнего конца к общей площади нижнего конца и доли площади водопроницаемой части боковой стенки к общей площади боковой стенки приведет лишь к более эффективной и долгой работе заявляемого фильтрующего патрона, но факт достижения технического результата от этого не изменится.
Заявляемый фильтрующий патрон найдет широкое применение в России, так как необходимость очистки ливневого стока от листьев и антропогенного мусора в настоящее время становится важной и экономически оправданной задачей не только для хозяйствующих субъектов, но и для организаций водопроводно-канализационного хозяйства городов, на балансе которых находятся городские дождеприемные канализационные сети.