ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ КАРТРИДЖ
FILTRATION CARTRIDGE

Область, к которой относится изобретение
Раскрытое здесь изобретение касается способов и устройств для использования в системах фильтрации воды. Более конкретно, изобретение касается способов и устройств, предназначенных для использования в аквариумных системах фильтрования.
Предпосылки создания изобретения
Чтобы поддерживать экологический баланс внутри аквариума, необходимо очищать аквариумную воду. Очистка часто достигается накачиванием воды из аквариума в корпус фильтра, фильтрованием воды через фильтрационный картридж и возвращением отфильтрованной воды в аквариум.
Некоторые фильтрационные картриджи представляют собой одноразовые, заменяемые изделия, используемые для удобства в поддержании аквариумной среды. Во время нормального использования картриджа различные улавливаемые макрочастицы могут постепенно замедлить или блокировать проход воды через картридж. Срок службы картриджа в конечном счете истекает.
Поддержание аквариума требует от пользователя периодического удаления и замены фильтрационного картриджа.
При использовании фильтрационный картридж погружен в аквариумную воду и поэтому изначально, когда первоначально удаляется из корпуса фильтра, насыщен водой. Пользователь обычно держит фильтрационный картридж над аквариумом, пока вода вытекает из него, и затем пытается расположить фильтрационный картридж таким образом, чтобы избежать попадания капающей воды на электрические компоненты или другие предметы, которые могут быть повреждены или запятнаны водой. Нередки случаи, когда даже после осушения фильтрационного картриджа в течение длительного времени, он все еще сохраняет некоторое количество воды, которая может капать на пол или другие предметы, когда картридж переносят для использования.
В целом, изобретение направлено на совмещение в конструкции такого фильтрационного картриджа легкости его использования и удобства для пользователя.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение касается фильтрационного картриджа для использования в аквариумном фильтре. Фильтрационный картридж имеет закругленную донную грань, которая обеспечивает более быстрое и полное осушение фильтрационного картриджа так, чтобы более эффективно уменьшить количество оставшейся в нем воды во время обслуживания фильтра. Эта особенность обеспечивает легкость использования картриджа и удобство для пользователя путем сокращения времени, необходимого для поддержания аквариума и/или сокращения загрязнений, связанных с таким обслуживанием.
Разнообразие примеров желательных особенностей изделия или способов изложено далее в последующем описании, и будет понятно частично из описания, или может быть изучено при использовании на практике различных аспектов изобретения.
Аспекты изобретения могут относиться к индивидуальным особенностям, а также комбинациям особенностей. Должно быть понятно, что и предшествующее общее и последующее детальное описания только объясняют, но не ограничивают заявленное изобретение.
Краткое описание чертежей
ФИГ.1 - перспективный вид спереди одного варианта фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения;
ФИГ.2 - вертикальный вид сбоку фильтрационного картриджа ФИГ.1;
ФИГ.3 - поперечное сечение перспективного изображения фильтрационного картриджа ФИГ.1, по линия 3-3, показанное без дополнительной опорной конструкции;
ФИГ.4 - перспективный вид фильтрационного картриджа ФИГ.1 в разрезе;
ФИГ.5 - вертикальный вид спереди фильтрационного картриджа ФИГ.1;
ФИГ.6 - вертикальный вид спереди другого варианта фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения;
ФИГ.7 - вертикальный вид спереди еще одного варианта фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения;
ФИГ.8 - вертикальный вид спереди другого варианта фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения;
ФИГ.9-17 - вертикальный вид спереди других вариантов фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения;
ФИГ.18 - вертикальный вид спереди другого варианта фильтрационного картриджа, в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Детальное описание
Теперь в деталях будут раскрыты аспекты настоящего изобретения, которые проиллюстрированы на сопровождающих чертежах. Везде, где возможно, те же самые ссылочные номера будут использоваться на чертежах для обращения к тем же самым или подобным частям конструкции.
ФИГ.1 иллюстрирует один вариант фильтрационного картриджа 10 в соответствии с раскрытыми принципами. Фильтрационный картридж 10 предназначен для использования в аквариумном фильтре 12 (представлен схематично). Фильтрационный картридж 10, однако, может использоваться и для других целей, например, в фильтрах для водоемов в соответствии с раскрытыми принципами.
На ФИГ.1 и 2 показан фильтрационный картридж 10, включающий фильтрующий элемент 14, имеющий первую и вторую противоположные стороны 16, 18. В использовании одна из первой и второй противоположных сторон 16, 18 является стороной входящего потока воды, в то время как другая из сторон - стороной выходящего потока воды (в зависимости от того, как пользователь ориентирует фильтрационный картридж 10 в аквариумном фильтре 12). На ФИГ.1 фильтрационный картридж 10 ориентирован вертикально в аквариумном фильтре 12, однако, в альтернативных использованиях фильтрационный картридж может иметь невертикальные ориентации.
На ФИГ.2 и 3 первая и вторая стороны 16, 18 фильтрующего элемента 14 представленного фильтрационного картриджа 10 определены первой и второй стенками 20, 22 пористого фильтра. Первая и вторая стенки 20, 22 пористого фильтра могут быть выполнены из того же самого материала и могут иметь одинаковую плотность, или они могут быть выполнены из разных материалов и/или иметь разные плотности. Детали стенок фильтра, имеющих различные материалы/плотности, которые могут быть введены в настоящий фильтрационный картридж, описаны в US 6692637; патент US 6692637 включен здесь в качестве ссылки.
Первая и вторая стенки 20, 22 пористого фильтра фильтрационного картриджа 10 изолированы друг от друга, чтобы определить фильтрующий элемент 14. В частности фланцевые области 48 стенок 20, 22 обработаны таким образом, чтобы сформировать уплотненный фланец 50, который выступает по периметру фильтрующего элемента 14 (см. ФИГ.1). В одном из способов фланцевые области 48 стенок связаны одна с другой ультразвуковой сваркой. В другом способе, фланцевые области стенок могут соединяться друг с другом посредством метода температурного прессования.
В варианте, показанном на ФИГ.3, фильтрующий элемент 14 состоит только из первой и второй стенок 20, 22 пористого фильтра. В другом варианте, как показано на ФИГ.1, 2 и 4, дополнительная опорная конструкция 24 может быть помещена между первой и второй стенками 20, 22 пористого фильтра. Опорная конструкция 24 может быть обеспечена для дополнительного конструкционного усиления; и/или для того, чтобы разделить пористые стенки 20, 22 фильтра одна от другой в применениях, при которых желательно раздельное расположение. В других применениях, опорная конструкция может обеспечиваться и формироваться для распределения и уменьшения перемещения активированного угля, содержавшегося внутри фильтрующего элемента.
В варианте, показанном на ФИГ.4, дополнительная опорная конструкция 24 имеет внешнюю часть рамы 34, которая определяет внешний периметр рамы. Крестовые опоры 36 могут обеспечиваться для дополнительной конструкционной стабильности. Как можно понять, разнообразие конфигураций рам может использоваться для обеспечения дополнительного конструкционного усиления и/или для пространственного отделения стенок фильтрующего элемента.
В одном варианте, внешняя часть рамы 34 конструкции 24 имеет отверстия 38; или, напротив, может быть выполнена из ситоподобного материала. Отверстия 38 предусмотрены в соответствующих фланцевых областях 48 первой и второй пористых стенок 20, 22. В частности, отверстия 38 размещены таким образом, чтобы позволить контакт первой и второй пористых стенок 20, 22 одна с другой так, чтобы когда фланцевые области 48 стенок 20, 22 свариваются или соединяются посредством метода температурного прессования, стенки могут связываться друг с другом через отверстия 38.
В альтернативном варианте, фланцевые области 48 стенок 20, 22 могут присоединяться непосредственно к внешней части рамы 34 опорной конструкции 24 как противоположной стенке. Другой альтернативный вариант может включать опорную конструкцию, которая также сжимается и формируется процессом температурного прессования. В других вариантах, опорная конструкция может просто вставляться внутрь фильтрующего элемента 14, а фильтрующий элемент присоединяться к опорной конструкции, например, удерживающими зажимами или застежками.
На ФИГ.5 фильтрационный картридж 10 по настоящему изобретению определяет первичную верхнюю область 30 и вторичную более низкую область 32. Первичная верхняя область 30 имеет вообще квадратную или прямоугольную форму. Первичная верхняя область 30 обычно имеет большую площадь поверхности, чем более низкая область 32 фильтрационного картриджа. В показанном варианте, более низкая область 32 имеет форму полукруга. Более низкая область 32 может быть изготовлена имеющей другие формы, как описано более детально в дальнейшем и в соответствии с раскрытыми принципами.
Первичная верхняя область 30 фильтрационного картриджа 10 определяется верхней гранью 40 и противоположными боковыми гранями 42, 44. Верхняя грань 40 простирается между гранями 42, 44 противоположных сторон. Грани 40, 42, 44 - грани или швы, на которых соединяется несжатая пористая фильтрующая среда фильтрующего элемента. Фланец 50 фильтрующего элемента 14 (например, радиальная длина швов), обычно не рассматривается как фильтрующая среда в этом частном определении, поскольку обычно фланец не является пористым так, чтобы быть водопроницаемым или фильтрующим воду.
Верхняя грань 40 фильтрующего элемента 14 выполнена линейной. Когда фильтрационный картридж 10 размещен внутри аквариумного фильтра 12, верхняя линейная грань 40 вообще представляет собой горизонтальную верхнюю грань, в то время как противоположные боковые грани 42, 44 вообще вертикальны.
Вторичная более низкая область фильтрационного картриджа 10 определяется гранью 46 основания. Грань основания 46 простирается между противоположными вертикальными боковыми гранями 42, 44.
На ФИГ.1, как описано, верхняя грань 40 фильтрующего элемента вообще расположена горизонтально, когда фильтрационный картридж 10 помещен внутрь аквариумного фильтра 12. Большая часть грани основания 46, выступающая между противоположными боковыми гранями 42, 44, не горизонтальна, когда фильтрационный картридж 10 помещен внутрь аквариумного фильтра 12. Как будет обсуждаться более подробно в дальнейшем, по существу негоризонтальная грань 46 основания фильтрационного картриджа 10 обеспечивает более быстрое и полное осушение фильтрационного картриджа во время обслуживания, чтобы более эффективно уменьшить количество оставшейся воды во время замены фильтрационного картриджа. В варианте на ФИГ.1-5 по существу негоризонтальная грань 46 основания представляет собой закругленную грань.
Обращаясь снова к ФИГ.5, фильтрующий элемент 14 фильтрационного картриджа 10 имеет центральный продольный размер L1 и центральный поперечный размер Т1. Центральный продольный размер L1 расположен центрально между противоположными боковыми гранями 42, 44 и простирается от верхней грани 40 к грани 46 основания фильтрующего элемента 14.
Центральный поперечный размер Т1 фильтрующего элемента 14 расположен центрально между верхней гранью 40 и гранью 46 основания и простирается от одной боковой грани 42 до другой боковой грани 44. Фильтрующий элемент 14 далее имеет боковые продольные размеры L2, L3, расположенные на противоположных сторонах центрального продольного размера L1.
В показанном варианте, каждый центральный продольный размер L1 и боковые продольные размеры L2 и L3 больше, чем центральный поперечный размер Т1. В одном варианте, центральный поперечный размер Т1 составляет между приблизительно 2 и 7 дюймами (приблизительно 5 и 18 сантиметров). Центральный продольный размер L1 составляет приблизительно между 4 и 10 дюймами (приблизительно 10 и 25 сантиметров). В варианте ФИГ.1-5, центральный продольный размер L1 - наибольший из всех продольных размеров фильтрующего элемента 14.
Повторно обращаясь к ФИГ.5, закругленная грань 46 основания фильтрационного картриджа формирует выпуклое искривление, которое простирается между противоположными боковыми гранями 42, 44 фильтрующего элемента 14. Закругленная грань 46 основания определена радиусом R1. В одном варианте, радиус R1 приблизительно равен половине расстояния между противоположными боковыми гранями 42, 44 (то есть половине поперечного размера Т1). В показанном варианте на ФИГ.1-5 радиус составляет приблизительно 2,2 дюйма (приблизительно 5,6 сантиметров). Закругленная грань 46 основания фильтрационного картриджа 10 позволяет фильтрационному картриджу более быстро и полностью осушаться так, чтобы более эффективно уменьшать количество оставшейся воды во время замены фильтрационного картриджа. Другие негоризонтальные грани основания, однако, могут также использоваться для эффективного уменьшения количества оставшейся воды во время замены фильтрационного картриджа.
Например, обратимся теперь к ФИГ.6, где показан альтернативный вариант фильтрационного картриджа 100. Фильтрационный картридж 100 включает фильтрующий элемент 114, имеющий верхнюю грань 140 основания и противоположные боковые грани 142, 144.
Фильтрационный картридж 100 по ФИГ.6 подобен картриджу по предыдущему варианту, за исключением конфигурации грани 146 основания. В этом варианте, грань 146 основания включает скошенные или закругленные углы 152. В частности, углы являются закругленными углами 152, имеющими радиус R2 между приблизительно 0,7 и 0,5 дюймов (приблизительно 1,8 и 3,8 сантиметров). В показанном варианте, радиус составляет приблизительно 1,25 дюймов (приблизительно 3, 2 сантиметра). Как показано на ФИГ.6, только часть 154 грани 146 основания - горизонтальна. Существенная часть (по меньшей мере, одна треть) грани 146 основания, которая простирается между вертикальными противоположными сторонами 142, 144, - негоризонтальна (например, изогнута).
Обратимся теперь к ФИГ.7, где показан еще один альтернативный вариант фильтрационного картриджа 200. Фильтрационный картридж 200 включает фильтрующий элемент 214, имеющий верхнюю грань 240, грань 246 основания и противоположные боковые грани 242, 244. В этом варианте грань основания 246 включает большие скошенные или закругленные углы 252, чем углы фильтрационного картриджа 100 предыдущего варианта по ФИГ.6. В частности углы являются большими закругленными углами 252 и могут иметь радиус R3 между приблизительно 1,5 и 2,2 дюймами (приблизительно 3,8 и 5,6 сантиметрами). В показанном варианте, радиус составляет приблизительно 1,75 дюйма (приблизительно 4,4 сантиметра). Подобно предыдущему варианту, только часть 254 грани 246 основания - горизонтальна. В этом варианте, большая часть (по меньшей мере, 50%) грани 146 основания, которая простирается между вертикальными противоположными сторонами 242, 244, - негоризонтальна, когда фильтрационный картридж размещен внутри аквариумного фильтра.
Должно быть понятно, что частные диапазоны радиуса, определенные для вариантов по ФИГ.6 и 7, являются относительными для поперечной ширины фильтрующего элемента. Более широкие фильтрующие элементы могут иметь большие максимальные и минимальные радиусы, в то время как более узкие фильтры могут иметь меньшие максимальные и минимальные радиусы.
Обратимся теперь к ФИГ.8, где показан еще один альтернативный вариант фильтрационного картриджа 300. Фильтрационный картридж включает фильтрующий элемент 314, имеющий верхнюю грань 340, противоположные части 346 грани основания, и противоположные боковые грани 342, 344. Фильтрационный картридж 300 по ФИГ.8 подобен картриджу из предыдущих вариантов, за исключением конфигурации частей 346 грани основания. В этом варианте части 346 грани основания - линейные и расположены под углом (неперпендикулярно) относительно боковых граней 342, 344; в частности, показанные части 346 граней основания, повернуты внутрь приблизительно на 135 градусов относительно боковых граней.
Как будет понятно, фильтрационные картриджи, имеющие другие формы граней основания, также могут использоваться в соответствии с раскрытыми принципами. Такие другие формы могут включать эллиптическую, параболическую, или гиперболическую форму (см., например, ФИГ.9-12), другие негоризонтальные формы граней, сформированные серией прямых линейных сегментов (см., например, ФИГ.13-17), или формы, имеющие и выпуклые, и вогнутые части (см., например, ФИГ.18).
В каждом из вариантов фильтрационного картриджа, существенная часть (по меньшей мере, одна треть) каждой грани основания 46, 146, 246, 346 фильтрационного картриджа, негоризонтальна или непараллельна относительно верхней грани фильтрационного картриджа. В частности существенная часть грани основания каждого фильтрационного картриджа 10, 100, 200, 300 негоризонтальна, когда картридж размещен внутри аквариумного фильтра в вертикальной ориентации. Каждый из вариантов более быстро и эффективно осушает воду, чем в обычной конструкции фильтрационного картриджа. В следующей далее Таблице А, результаты тестов по исследованию показывают улучшение осушения воды различными фильтрационными картриджами, раскрытыми на настоящий момент.
В частности, Таблица А представляет результаты тестов по исследованию характеристик влагозадержания различных фильтрационных картриджей. Исследование включает тестирование обычных фильтрационных картриджей, имеющих прямоугольную, прежде всего горизонтальную грань основания, и тестирование различных раскрытых вариантов фильтрационного картриджа, имеющего грани основания с частями, которые негоризонтальны.
Для целей сравнения, неквадратные грани основания обычны, поскольку они максимизируют площадь поверхности или эффективную фильтрующую площадь картриджа. Однако обычные фильтрационные картриджи, поддерживаемые в нормальной вертикальной ориентации во время осушения, сохраняют некоторое количество, или пропорцию воды, несмотря на время, отведенное для осушения. Другими словами, даже если пользователь терпеливо ждет осушения обычного фильтрационного картриджа, полное осушение не может быть достигнуто из-за специфических характеристик влагозадержания фильтрационного картриджа.
Это определяется тем, что характеристики влагозадержания фильтрационного картриджа определяются частично материалом, который составляет фильтрационный картридж, и частично конструкцией фильтрационного картриджа. Это то, что природа нетканых материалов и характеристики соединенного картриджа (то есть картриджа, имеющего первую и вторую соединенные стенки или присоединенные стенки) имеют тенденцию сохранять воду из-за когезионной и адгезионной природы воды. Характеристики влагозадержания фильтрационных картриджей могут часто быть больше, чем сила гравитации, которая пытается осушить картридж.
При проведении настоящего исследования, ультразвуковое сваривание использовалось для формирования образцов фильтрационных картриджей А-Е, каждый из которых имеет грань основания, как показано в колонке 2 Таблицы А. Образец А представлял обычный фильтрационный картридж, имеющий линейную или неквадратную грань основания. Образец В представлял вариант фильтрационного картриджа по ФИГ.6, имеющий скругленные углы. Образец С представлял вариант фильтрационного картриджа по ФИГ.1-5, имеющий полностью скругленную грань основания. Образец D представлял вариант фильтрационного картриджа по ФИГ.7, имеющий большие скругленные углы. Образец Е представлял вариант фильтрационного картриджа по ФИГ.8, в котором грань основания повернута, но не перпендикулярна к боковым швам. (Ни один из фильтрующих элементов образцов фильтрационных картриджей не включал опорную конструкцию (например, 24).)
Каждый из образцов пропитан водой в течение заранее определенного периода времени. В частности, каждый из образцов помещался в аквариум, заполненный водой до тех пор, пока весь воздух не выходил из фильтрующего элемента 14 образца. Каждый образец затем поднимался вертикально из резервуара, выдерживался стационарно в вертикальном положении, и осушался в течение заранее определенного периода времени. Заранее определенный период времени был периодом времени, которое считалось разумным для ожидания потребителем осушения картриджа. В представленном исследовании заранее определенный период осушения составлял 15 секунд.
Вода, оставшаяся внутри образцов, была затем собрана путем вращения образцов фильтрующих элементов 14 в движении маятника так, что фронтальная и тыльная поверхности образца всегда оставались параллельными вертикальной оси. Собранная вода затем взвешивалась. Три теста проведены для каждого образца. Как показано в Таблице А, обычный фильтрационный картридж, имеющий квадратное или горизонтальное основание (Образец А) сохранил в среднем 16,7 граммов воды. Раскрытые варианты фильтрационного картриджа, имеющие по существу негоризонтальные грани основания (образцы В-Е), сохранили среднее количество воды, значительно меньшее, чем то, которое было у обычного фильтрационного картриджа.
Данные тестов показывают, что негоризонтальная грань основания или шов значительно увеличивает дренаж воды из фильтрационного картриджа по сравнению с обычными неквадратными швами. В частности, поскольку насыщенный влагой фильтрационный картридж удаляется из аквариумного фильтра 12, сила гравитации заставляет воду стекать вниз фильтровального материала к грани основания или шву, который определяет нижнюю область фильтрационного картриджа. Если шов основания является горизонтальным или квадратным, напор или дренажное давление от воды распределено одинаково; равное распределение воды в сущности уменьшает напорное давление так, что вода задерживается фильтрующим элементом. Напротив, если шов основания повернут или закруглен, поток воды следует за поворотным скругленным швом вниз, эффективно увеличивая напор или дренажное давление в самой нижней области фильтрующего элемента; все напорное давление от воды, которая обычно удерживалась пограничным горизонтальным основанием, вместо этого сконцентрировано в меньшем объеме, вызывая более быстрое и полное осушение фильтрационного картриджа.
В то время как немного воды все еще сохраняется существующими фильтрационными картриджами, количество или пропорция оставшейся воды значительно уменьшены. Как показано в результатах вышеупомянутых тестов, обычные фильтрационные картриджи, имеющие неквадратные грани основания, сохраняют в 4 раза большее количество воды по сравнению с представленным фильтрационным картриджем, имеющим полностью закругленную грань основания. Негоризонтальные грани основания раскрытых вариантов фильтрационного картриджа улучшают осуществление дренажа и уменьшают неудобства, связанные с обслуживанием фильтра.
Вышеприведенное описание обеспечивает полное раскрытие настоящего изобретения. Поскольку множество вариантов изобретения может быть выполнено без отхода от сущности и объема изобретения, определенные аспекты изобретения помещены в формулу изобретения.