Универсальный многослойный материал, формирующий систему гибких распределительных каналов для отбора, фильтрации, распределения и отвода текучих сред
GENERAL PURPOSE MULTI-LAYER MATERIAL, FORMING FLEXIBLE DISTRIBUTION CHANNELS SYSTEM FOR SELECTION, FILTRATION, DISTRIBUTION AND DRAINAGE OF FLUID MEDIA

Область техники
Изобретение «универсальный многослойный материал, формирующий систему гибких распределительных каналов для отбора, фильтрации, распределения и отвода текучих сред» относится к технике слоистых изделий, изготовленных из слоев с различными физическими свойствами, и отличающихся взаимосвязанными слоями. Изобретение выполнено с возможностью использования в разнообразных областях человеческой деятельности, преимущественно в легкой промышленности и сельском хозяйстве, и предназначено для обеспечения отбора, фильтрации, распределения и отвода текучих сред.
Уровень техники
Существующий уровень техники не располагает сведениями о технических решениях того же назначения, что и заявляемое изобретение, однако следует указать, что основой для создания описываемого изобретения послужили конструкции двухслойной воздушно-пузырчатой пленки, комбинированной различными материалами, и трехслойной воздушно-пузырчатой пленки.
Воздушно-пузырчатая пленка производится из разогретого пищевого полиэтилена, сформированного в виде наполненных сухим воздухом пузырьков. Слой пузырьков приклеивается к основанию из полиэтилена низкой плотности и образует целостную структуру. Каждый пузырек изолирован от соседей - между ними находится эластичный промежуток гладкой пленки, что придает покрытию гибкость и прочность. В то же время при повреждении отдельного пузырька соседние остаются невредимы и распределяют возможные нагрузки равномерно по всей поверхности. (http://plenka-v-p.ru/vozdushno-puzyrchataya-plenka)
Трехслойная воздушно-пузырчатая пленка состоит соответственно из трех слоев: двух слоев гладкого полиэтилена и слоя пузырьков находящегося между ними. Трехслойная воздушно-пузырьковая пленка - более плотный и прочный, по сравнению с двухслойной пленкой, материал. (http://www.ds23.ru/news/1522989/)
Воздушно-пузырчатые пленки как двухслойные, так и трехслойные могут быть выполнены с металлизированным покрытием, комбинированными вспененным полиэтиленом, картоном, фольгой и т.п.Недостатками конструкций таких технических решений по сравнению с заявленным изобретением является наличие дополнительного слоя, изготовленного из материалов, обеспечивающих абсолютную (полимерная пленка, металлизированное покрытие, вспененный полиэтилен, фольга) либо частичную (картон) непроницаемость текучих сред. Конструкция указанных типов воздушно-пузырчатой пленки изначально имеет абсолютно другое назначение. При этом в сравнении с заявленным изобретением она не позволяет текучим средам проходить через внешний слой материала, что влияет на невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявленным изобретением, и не позволяет обеспечить отбор, фильтрацию, распределение и отвод текучих сред.
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности «новизна».
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является создание дешевого материала, который за счет универсальности своей конструкции можно будет применять в разнообразнейших областях человеческой деятельности. Решаемой задачей описываемых далее вариантов предлагаемого изобретения является обеспечение отбора, фильтрации, распределения и отвода текучих сред в заданных условиях.
Технический результат достигается за счет того, что в описываемом изобретении скрепление двух слоев полимерной пленки, между которыми находится множество газонаполненных элементов заданной формы, с третьим слоем вершинами всего множества газонаполненных элементов формирует гибкую и устойчивую к внешним деформациям систему гибких распределительных каналов, распределяющую текучие среды не только вдоль среднего слоя материала, но и сквозь сам материал в частных вариантах изобретения, а также обеспечивающую отвод текучих сред из материала. Описываемые далее варианты изобретения обеспечивают одинаковый технический результат.
В легкой промышленности особенности конструкции материала позволят использовать его для изготовления разнообразных по конструкции фильтров и фильтрующих систем: тонких, гибких, скрученных в рулон, наклеивающихся на поверхности произвольной кривизны, любого объема и произвольных форм.
В сельском хозяйстве применение изобретения позволит увеличить продолжительность вегетативного периода растений, ускорить сроки их созревания и повысить урожайность за счет того, что особенность материала обеспечит оптимальный уровень влажности в корневой системе растений, интенсивную аэрацию корневой зоны растений, а также предотвратит процессы образования конденсата.
Предложенное изобретение во всех вариантах его исполнения представляет собой многослойный материал, имеющий, по крайней мере, три последовательно расположенных слоя. Состав первого и второго слоев материала для всех возможных вариантов изобретения неизменны.
Первый слой, в данном описании он будет называться «подложка», выполнен из полимерной пленки, соединенной со вторым слоем материала путем термоскрепления, при этом слои расположены параллельно друг другу. Подложка в большинстве случаев использования материала по назначению является внешним слоем материала.
Второй слой материала, в данном описании он будет называться «средний слой», изготавливается из полимерной пленки, формируемой в виде множества выпуклых пустотелых элементов, находящихся на заданном друг от друга расстоянии, и наполняемых перед скреплением с подложкой газом, поэтому элементы среднего слоя в данном описании будут называться «газонаполненные элементы».
Газонаполненные элементы имеют вершину и основание, четко ограничены и изолированы друг от друга, т.к. между ними находится эластичный промежуток полимерных пленок, образованный скреплением подложки и среднего слоя. Расстояние между газонаполненными элементами должно быть таким, чтобы обеспечить желаемую функцию по распределению текучих сред внутри материала. В частных случаях выполнения материала размер газонаполненных элементов, форма их выполнения и расстояние между ними зависят от сферы применения материала.
Средний слой путем термоскрепления соединяется с подложкой по всей ее площади основаниями всего множества газонаполненных элементов, причем скрепление осуществляется таким образом, чтобы газонаполненные элементы среднего слоя сохраняли заданную им форму. С третьим слоем средний слой скрепляется вершинами всего множества газонаполненных элементов.
Средний слой с одной стороны является самостоятельной частью описываемого изобретения, однако за счет скрепления данного слоя с третьим слоем формируется главный элемент материала - система гибких распределительных каналов, поэтому средний слой материала одновременно является частью данной системы.
В частных случаях выполнения изобретения скрепленные между собой подложка и средний слой имеют, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, которое в данном описании будет называться «технологическое отверстие». Технологическое отверстие может быть расположено в произвольном месте скрепленных подложки и среднего слоя. Диаметр технологического отверстия, количество отверстий и частота их расположения определяются сферой применения изобретения.
Наличие технологических отверстий в материале обеспечивает попадание текучих сред в систему гибких распределительных каналов не только через третий слой материала, но и через сами технологические отверстия. Благодаря этому распределение текучих сред в материале может осуществляться не только по гибким распределительным каналам внутренней структуры материала, но и перпендикулярно поверхности материала через совокупность технологических отверстий. Данное свойство существенно расширяет диапазон применения материала.
Наличие технологического отверстия в материале также обеспечивает ему выполнение функции отвода текучих сред, в частности излишней жидкости, конденсата и газа, скопившихся внутри системы гибких распределительных каналов, тем самым, обеспечивая дренаж и создавая условия для вентиляции системы гибких распределительных каналов, поддерживая требуемый уровень влажности внутри материала.
Третий слой материала в данном описании будет называться «рабочий фильтрующий слой». Во всех вариантах изобретения рабочий фильтрующий слой обеспечивает изобретению функцию отбора и фильтрации текучих сред, препятствуя засорению системы гибких распределительных каналов механическими частицами, пылью, примесями.
В первом варианте изобретения в качестве третьего слоя выступает нетканый материал, который скреплен с вершинами всего множества газонаполненных элементов среднего слоя. Скрепление нетканого материала с газонаполненными элементами производится либо клеевым способом, либо термическим способом, либо термоклеевым способом, либо любыми другими существующими способами скрепления материалов заданного типа. В частных случаях исполнения данного варианта изобретения нетканый материал должен быть материалом такого типа, чтобы обеспечить функцию по фильтрации заданной текучей среды, а также, чтобы обеспечивать толщину и плотность, требуемые для придания ему соответствующей проницаемости, обратного вытекания и т.д.
Во втором варианте изобретения в качестве рабочего фильтрующего слоя выступает фильтровальное полотно на целлюлозной основе, скрепленное с вершинами всего множества газонаполненных элементов среднего слоя либо клеевым способом, либо термическим способом, либо термоклеевым способом, либо любыми другими существующими способами скрепления материалов заданного типа.
В третьем варианте исполнения изобретения в качестве третьего слоя выступает перфорированная полимерная пленка, которая скреплена с вершинами всего множества газонаполненных элементов среднего слоя путем термоскрепления. В частных случаях исполнения данного варианта изобретения количество перфораций в рабочем фильтрующем слое, частота их расположения, а также их диаметр зависят от сферы применения изобретения. Чем больше количество и диаметр перфораций, тем быстрее происходят обменные процессы. Чем меньше отверстие, тем меньше загрязнение системы гибких распределительных каналов пылью, выше механическая прочность рабочего фильтрующего слоя.
Рабочий фильтрующий слой, покрывая вершины всего множества газонаполненных элементов среднего слоя, так же, как и средний слой, с одной стороны является самостоятельной частью материала. При этом за счет скрепления этих слоев формируется система гибких распределительных каналов, поэтому с другой стороны рабочий фильтрующий слой, как и средний слой материала, является частью данной системы.
Система гибких распределительных каналов, в данном описании она будет называться «система каналов», являясь важнейшим существенным признаком изобретения, выполняет функцию распределения текучих сред внутри материала и отвода текучих сред из него, и представляет собой заявленный технический результат.
Система каналов во всех вариантах исполнения изобретения образована путем скрепления вершин всего множества газонаполненных элементов среднего слоя с рабочим фильтрующим слоем, в результате чего между скрепленными слоями образуется множество непрерывных полостей, основанием которых является средний слой, между которыми находятся газонаполненные элементы среднего слоя. В данном описании непрерывные полости будут называться «распределительные каналы». Форма и размер распределительных каналов напрямую зависят от формы и размера газонаполненных элементов среднего слоя, частоты их расположения.
За счет наличия в своем конструктиве множества газонаполненных элементов, при нарушении целостности части которых остальные газонаполненные элементы сохраняют свою форму, средний слой обеспечивает системе каналов такие качества как гибкость и устойчивость. В условиях деформации материала, например при изгибе, давлении, замятии, скручивании средний слой в соединении с рабочим фильтрующим слоем способствует непрерывному распределению текучих сред по распределительным каналам, положительно влияя на интенсивность распределения текучих сред в различных режимах эксплуатации материала. Также газонаполненные элементы среднего слоя, будучи скрепленными с рабочим фильтрующим слоем своими вершинами, распределяют нагрузку при механическом воздействии на материал извне, поэтому система каналов берет на себя часть деформаций.
Рабочий фильтрующий слой, выступая как составной компонент системы каналов, защищает ее от засорения механическими частицами, пылью, примесями, которые могут содержаться в текучих средах, проникающих внутрь материала из окружающей среды.
В частных случаях исполнения всех описанных вариантов изобретения и в зависимости от сферы их применения все слои материала скреплены по всему периметру материала заданного размера во избежание засорения системы каналов механическими частицами и пылью, которые содержатся в окружающей среде. Скрепление краев материала может быть осуществлено либо клеевым способом, либо термоклеевым либо другими способами. Через края материала также происходят естественный либо принудительный отвод текучих сред из системы каналов, и газообмен.
Хотя описаны определенные варианты данного изобретения, они не ограничивают область данного изобретения. Могут быть использованы различные полимеры, используемые в слоях материала, способы скрепления слоев материала, способы перфорирования слоев, которые также входят в область данного изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами и фотографиями, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний описываемого технического решения, в том числе для всех вариантов его исполнения.
На фигуре 1 представлена общая схема изобретения, где 1 - первый слой материала (подложка), 2 - второй слой материала (средний слой), 3 - третий слой материала (рабочий фильтрующий слой), 4 - газонаполненные элементы в форме пузырьков, 5 - распределительные каналы.
На фигуре 2 представлена схема изобретения, имеющего технологические отверстия 6.
На фигуре 3 представлена схема материала, помещенного в условия заданной текучей среды 7.
На фигуре 4 представлена схема материала, имеющего технологические отверстия 6 и помещенного в условия заданной текучей среды 7.
На фигуре 5 представлена схема работы материала по отбору, фильтрации и распределению текучей среды в условиях многослойной структуры.
На фигуре 6 изображена схема работы материала с двухкратным прохождением фильтрующего слоя.
На фигуре 7 изображена схема работы материала с четырехкратным прохождением фильтрующего слоя.
На фигуре 8 изображен пример использования материала в сельском хозяйстве.
На фигурах 9, 10 представлен вариант изобретения с рабочим фильтрующим слоем, выполненным из нетканого материала.
На фигурах 11, 12 представлен вариант изобретения с рабочим фильтрующим слоем из нетканого полотна, имеющий технологическое отверстие.
На фигурах 13, 14 представлен общий вид материала с рабочим фильтрующим слоем из нетканого полотна со скрепленным краем (сверху и в разрезе).
Осуществление изобретения
Объект описываемого изобретения во всех вариантах его исполнения представляет собой многослойный материал, состоящий, по крайней мере, из трех последовательно скрепленных слоев.
В первом варианте изобретения материал состоит из подложки 1, выполненной из полимерной пленки; среднего слоя 2, выполненного из полимерной пленки, сформированной в виде множества выпуклых пустотелых элементов 4, находящихся на заданном друг от друга расстоянии, и наполненных газом, и скрепленного с первым слоем основаниями всего множества газонаполненных элементов 4 по всей площади подложки 1 путем термоскрепления; рабочего фильтрующего слоя 3, выполненного из нетканого материала, скрепленного с вершинами всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2 либо клеевым способом, либо термическим способом, либо термоклеевым способом, либо любыми другими существующими способами скрепления материалов заданного типа.
Во втором варианте изобретения материал состоит из подложки 1, выполненной из полимерной пленки; среднего слоя 2, выполненного из полимерной пленки, сформированной в виде множества выпуклых пустотелых элементов 4, находящихся на заданном друг от друга расстоянии, и наполненных газом, и скрепленного с первым слоем основаниями всего множества газонаполненных элементов 4 по всей площади подложки 1 путем термоскрепления; и рабочего фильтрующего слоя 3, выполненного из фильтровального полотна на целлюлозной основе, скрепленного с вершинами всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2 либо клеевым способом, либо термическим способом, либо термоклеевым способом, либо любыми другими существующими способами скрепления материалов заданного типа.
В третьем варианте изобретения материал состоит из подложки 1, выполненной из полимерной пленки; среднего слоя 2, выполненного из полимерной пленки, сформированной в виде множества выпуклых пустотелых элементов 4, находящихся на заданном друг от друга расстоянии, и наполненных газом, и скрепленного с первым слоем основаниями всего множества газонаполненных элементов 4 по всей площади подложки 1 путем термоскрепления; и рабочего фильтрующего слоя 3, выполненного из перфорированной полимерной пленки, скрепленного с вершинами всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2 путем термоскрепления.
Конструкция изобретения во всех возможных вариантах его исполнения формирует систему каналов, образованных путем скрепления вершин всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2 с третьим слоем - рабочим фильтрующим слоем 3 (фиг. 1).
В частных вариантах изобретения все слои материала 1, 2, 3 скреплены по своим краям по всему периметру материала (фиг. 13, 14), а в скрепленных слоях материала 1 и 2 имеются технологические отверстия 6 (фиг. 2, фиг. 11, фиг. 12).
Материал планируется производить на специальных автоматизированных линиях, которые могут включать в себя: экструдер, устройство для формирования газонаполненных элементов, устройство для скрепления слоев, устройство для перфорации слоев, устройства для нарезания и наматывания готового материала в рулоны.
Технология производства материала заключается в формировании разогретого полимера в виде выпуклых пустотелых элементов, наполняемых газом. Затем слой газонаполненных элементов 4 под термическим воздействием приклеивается к основанию материала из полимерной пленки - подложке 1. В случае необходимости наличия в материале технологического отверстия 6 уже скрепленные слои 1 и 2 перфорируются. Поверх вершин всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2 помещается рабочий фильтрующий слой 3: либо нетканый материал, либо фильтровальное полотно на целлюлозной основе, либо перфорированная полимерная пленка.
Описываемое изобретение работает следующим образом: отбор текучих сред 7, равно как и их фильтрация, происходят через рабочий фильтрующий слой 3, который одновременно формирует и защищает распределительные каналы 5, с другой стороны решает задачу проницаемости текучих сред 7 в систему каналов.
В зависимости от сферы применения изобретения через рабочий фильтрующий слой 3 происходит как преднамеренное прохождение текучих сред 7, сопровождающееся отделением взвешенных частиц, так и естественное просачивание текучих сред 7 сквозь пористую среду, которой выступает рабочий фильтрующий слой 3. Поскольку рабочий фильтрующий слой 3 сопряжен с вершинами всего множества газонаполненных элементов 4 среднего слоя 2, отбор и фильтрация текучих сред 7 происходят по всей поверхности рабочего фильтрующего слоя 3. Проходя через рабочий фильтрующий слой 3, текучая среда 7 попадает в систему каналов, распределяется по распределительным каналам 5, а в отдельных вариантах использования изобретения выводится через них же наружу.
В частных вариантах исполнения изобретения текучие среды 7 выводятся из материала также через технологические отверстия 6. Кроме этого через технологические отверстия 6 текучие среды 7 могут попадать в систему каналов, а затем проходить через рабочий фильтрующий слой 3 с одновременным отводом из материала в окружающую среду.
Благодаря своей гибкости материал можно скручивать, сворачивать, складывать в два, три, четыре и более слоев и использовать в таком виде для фильтрования текучих сред в легкой промышленности, что наглядно отражено на фигурах 5, 6 и 7.
На фигуре 6 изображена схема работы материала с двухкратным прохождением фильтрующего слоя. Материал подложкой 1 наклеивается на поверхность материала, примыкающего к перегородке, разделяющей зоны высокого и низкого давления. При возникновения разницы давлений между зонами, например, повышения давления текучей среды 7 в одной зоне, текучие среды 7 стремятся пройти через щелевой зазор по распределительным каналам 5 в зону более низкого давления. При этом процесс фильтрации осуществляется рабочим фильтрующим слоем 3 дважды. Первый раз текучие среды 7 очищаются от механических частиц и пыли, попадая в систему каналов. Через систему каналов очищенные текучие среды 7 собираются с рабочей поверхности рабочего фильтрующего слоя 3, расположенной в зоне низкого давления, таким образом они транспортируются за разделяющую зоны перегородку, проходя которую, распределяются по системе каналов, расположенных в зоне низкого давления. Далее повторно, преодолевая рабочий фильтрующий слой 3, попадают в зону низкого давления. В данном варианте использования материала текучая среда 7 фильтруется при своем прохождении через материал дважды.
На фигуре 7 изображена схема работы материала с четырехкратным прохождением фильтрующего слоя. Устройство состоит из двух слоев материала, сопряженного внахлест своими рабочими поверхностями 3, разделенных перегородкой на зоны высокого и низкого давления. При возникновении разницы давлений между зонами, например, повышении давления в зоне высокого давления, текучие среды 7 стремятся пройти через щелевой зазор по распределительным каналам 5 в зону более низкого давления. При этом процесс фильтрации осуществляется рабочим фильтрующим слоем 3 четырежды. Первый раз текучие среды 7 очищаются в зоне высокого давления, проходя через рабочий фильтрующий слой 3, и попадая в систему каналов. Через систему каналов очищенные текучие среды 7 собираются с поверхности рабочего фильтрующего слоя 3 и транспортируются в зону нахлеста материалов, в которой осуществляется переход через два слоя материала за разделяющую зоны перегородку, проходя которую, распределяются по системе каналов, расположенных в зоне низкого давления. Далее, в четвертый раз, преодолевая рабочий фильтрующий слой 3, попадают в зону низкого давления. В данном варианте использования материала текучая среда 7 фильтруется при прохождении через материал четыре раза.
Наиболее доступным для понимания примером осуществления описанного технического решения с реализацией указанного назначения является пример использования материала в сельском хозяйстве для изготовления емкостей для выращивания растений (фиг. 8). Из такого материала изготавливаются мешки, лотки, короба, ящики, кассеты или любые другие емкости, при этом рабочий фильтрующий слой 3 является внутренней поверхностью емкости. В емкость засыпается субстрат и высаживается растение. В нижней своей части емкость снабжается технологическим отверстием 6, выполняющего функцию отвода излишних текучих сред 7, в частности жидкости, остающейся после полива растения. В верхней своей части емкость снабжается технологическим отверстием 6 для активного газообмена корневой системы растения. Количество технологических отверстий 6 в емкости зависит от ее объема, плотности субстрата, необходимой интенсивности кислородного питания корневой системы и других факторов, и может меняться от одного-двух до нескольких десятков.
С одной стороны материал защищает корневую систему растения от перепадов температуры и механических повреждений, т.к. внешний слой материала изготовлен из полимерной пленки 1, соединенной со вторым слоем полимерной пленки 2, сформированной в виде газонаполненных элементов 4. С другой стороны, система каналов, расположенная между вторым 2 и третьим 3 слоями материала, повышает интенсивность газообмена корневой системы растения; создает требуемый микроклимат для корневой системы: препятствует накоплению углекислого газа, выделяемого почвенными микроорганизмами, т.к. он по распределительным каналам 5 вытесняется в окружающую среду, обеспечивает требуемый уровень влажности внутри емкости и предотвращает процессы образования конденсата на внутренней поверхности емкости за счет проникновения текучих сред 7 - воды и пара через рабочий фильтрующий слой 3 в систему каналов, и их выводом наружу через распределительные каналы 5 и технологические отверстия 6.