МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим тонкую очистку воды от взвесей, бактерий и растворенных в воде химических соединений.
Известен промышленно выпускаемый фильтр бытовой «Родник-3М» ТУ 6-16-22-91-87 проточного типа, принятый за аналог. Очистка воды осуществляется за счет наличия фильтроэлемента, наполненного активированным углем, пропитанным серебром. Необходимым условием его эксплуатации и обеспечения заданной производительности является создание определенного перепада давлений на фильтроэлементе, достаточного при наличии водопроводной сети с давлением 0,6 МПа. В цивилизованных условиях при наличии водопроводной сети эта проблема решается просто, но в условиях, где отсутствует возможность подключения фильтра «Родник-3М» к водопроводу - в условиях аварий, где работает МЧС - данный фильтр бесполезен.
В качестве прототипа выбран «Бытовой фильтр для тонкой очистки воды» (Патент РФ №214593, МПК 7: F C02 9/00), включающий корпус, закрытый крышками и имеющий шланг для отвода отфильтрованной воды, расположенные между корпусом и крышками предфильтры и фильтроэлементы, при этом крышки имеют заборные отверстия, поверхность корпуса выполнена рифленой, а собственно коллектор для сбора фильтрата образован этой поверхностью и поверхностью фильтроэлемента (ядерной мембраны) - полимерной, например, полиэтилентерефталатной, пленки, толщиной 9-11 микрон, в которой выполнены сквозные отверстия диаметром 0,2-0,4 микрона.
Пленочные мембраны - нежный материал, в рабочем состоянии фильтров мембраны испытывают поверхностное давление и прижимаются к элементам корпуса. В подобных коллекторах для устранения этого явления применяют как вариант выполнение поверхности корпуса с линейчатыми элементами (полоски, дуги, лучи, сетка и т.д.). У прототипа корпус выполнен с опорной для мембраны рифленой поверхностью. Однако это также имеет недостатки - под воздействием поверхностного давления в месте контакта мембраны с рифленым линейчатым элементом поверхности корпуса происходит перекрытие большого количества отверстий мембраны, а это препятствует прохождению через перекрытые отверстия отфильтрованной жидкости или газа, тем самым уменьшается рабочая поверхность мембраны и, соответственно, пропускная способность фильтра.
В прототипе в качестве предфильтров в подкрышечном пространстве фильтра применяются поролоновые (пенополиуретановые) пластины для грубой фильтрации взвесей из грязной воды, что категорически противопоказано - поролон в воде разлагается и выделяет токсичные компоненты, вредные для здоровья.
В основу изобретения поставлена задача создания такого мембранного фильтра для очистки питьевой воды, который конструктивно обеспечивал бы максимальную пропускную способность фильтра, имел надежные прочностные характеристики, давал высокую степень очистки воды от максимального количества загрязнителей, отрицательно влияющих на здоровье человека.
Поставленная задача решается таким образом, что мембранный фильтр для очистки питьевой воды включает корпус, выполненный в виде плоского элемента прямоугольной или квадратной формы с игольчатым полем, расположенным с двух плоских сторон корпуса, и узкой полоской по периметру корпуса для закрепления путем термосварки на корпусе ламинированной трековой мембраны толщиной от 9 до 23 микрон с диаметром пор от 0,18 до 0, 45 мкм; коллектор для сбора фильтрата, который представляет собой пространство, образованное поверхностью ламинированной трековой мембраны и игольчатым полем корпуса; крышки с заборными отверстиями; штуцер, который соединяет коллектор со сливным шлангом для отвода отфильтрованной воды; ручную помпу для переведения фильтра в рабочее состояние и для соблюдения гигиенических требований. Элементы игольчатого поля имеют форму усеченной пирамиды или конуса со слегка сглаженными вершинами. Конструкция нового фильтра предусматривает применение так называемых замков - элементов фиксации перегиба без заломов эластичного сливного шланга и создания надежного водяного затвора, который предупреждает попадание загрязненного воздуха в сливной шланг в момент опустошения емкости с грязной водой и при сливании остатков воды со сливного шланга. В материал корпуса, или в ламинат, или в специальный картридж, который вставлен в разрыв сливного шланга, импрегнированы магнитные микрочастицы, биоэнергетически заряженные микрочастицы, которые оказывают благотворное влияние на физиологические процессы в организме человека, а также микрочастицы серебра, которые улучшают бактерицидные свойства фильтра, или селективные сорбенты, способные улучшать эффективность работы фильтра по разным показателям (например, железо, мышьяк, хром и т.п.). Конструкция фильтра предусматривает наличие рамок со специальными замками, охватывающими корпус-коллектор, либо при отсутствии рамок - специальные соединительные вилки, дающие возможность жесткого соединения между собой 2-3-4-10 и более фильтров в блок, что увеличивает производительность очистительного процесса кратно увеличению количества фильтров.
На внешней стороне крышки расположен специальный органайзер, позволяющий компактно укладывать сливной шланг.
Для приведения фильтра в рабочее состояние применяется специальная ручная помпа, которая создает принудительное отрицательное давление (разрежение) под фильтрующими элементами, что позволяет значительно сократить процесс переведения фильтра в рабочее состояние и при этом обеспечить чистоту и гигиеничность данного процесса.
В разрыв сливного шланга может устанавливаться обратный клапан, который служит для защиты мембраны от продувки фильтра в обратном направлении. Потребитель, не ознакомившись с инструкцией по эксплуатации, иногда старается "чистить" мембрану продувкой через сливной шланг, тем самым отторгает мембрану от корпуса и приводит в непригодность весь фильтр.
Сливной шланг, который применяется для отвода очищенной воды, за счет падающего столба чистой воды в шланге создает отрицательное давление (разрежение) под фильтрующими элементами (ламинированой мембраной), что позволяет значительно увеличить производительность фильтра.
Применение ламината в виде пористого нетканого волокна разрешает обрабатывать нетканый материал разными способами, "вживляя" (импрегнируя) в пористую структуру магнитные микрочастицы, энергетически заряженные микрочастицы, разного рода сорбенты, способные селективно улучшать фильтрующие свойства фильтра по таким показателям, как различные виды железа, мышьяк, хром и т.д. А применение технологии вживления элементов серебра позволит улучшить бактерицидные свойства фильтра. Импрегнировать разного рода сорбенты, магнитные микрочастицы, энергетически заряженные микрочастицы или серебро можно также в пластический материал, из которого изготовлен корпус, или в картридж, который вставлен в разрыв сливного шланга.
5
8
Причинно-следственная связь между существенными признаками технического решения, которое заявляется, и ожидаемым результатом заключается в следующем. В прототипе применяется ядерная мембрана (ТУ 1664-88) толщиной 9-11 микрон с диаметром пор 0,2-0,4 микрона и плотностью до 10 пор на 1 кв.см. Технология изготовления ядерной мембраны имела важный недостаток - поры, которые образуются, располагались перпендикулярно поверхности мембраны и имела место ситуация, когда большое количество пор перекрываются ("дуплеты" и "триплеты"), что приводило к нестабильности диаметров отверстий в ядерной мембране. Это не гарантировало эффективную фильтрацию - диаметры пор не были стабильными. В заявляемом фильтре применена трековая мембрана (ТУ 9428-03-8626319-95), технология изготовления которой значительно отличается от технологии изготовления ядерной мембраны. В трековой мембране поры расположены не перпендикулярно поверхности мембраны, а под разными углами. Именно такая технология позволяет избежать вероятность образования некалиброванных отверстий и гарантировать защиту отфильтрованной воды от любых видов бактерий. Кроме того, в конструкции нового фильтра использована трековая мембрана толщиной от 9 до 23 микрон, с диаметром пор от 0,18 до 0,45 мкм и плотностью до 10 пор на 1 квадратный сантиметр, что значительно повышает прочностные, а, соответственно, и эксплуатационные характеристики фильтра.
Ламинат мембраны выполнен из нетканного синтетического материала определенной толщины и плотности и приподнимает саму мембрану над игольчатой поверхностью корпуса-коллектора, что создает дополнительное пространство для свободного прохождения капель фильтруемой жидкости или газа, увеличивая пропускную способность устройства.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками изобретения, является наличие:
• корпуса, закрытого крышками,
• фильтрующих элементов, расположенных между корпусом и крышками,
• коллекторного пространства, образованного между поверхностью мембраны и корпусом,
• штуцера, к которому присоединен шланг для отвода отфильтрованной воды.
Фильтр представлен графически.
На чертеже (Фиг.1) показана конструкция мембранного фильтра для очистки питьевой воды, который имеет в качестве фильтрующего элемента ламинированную трековую мембрану 1, корпус 2 с опорной для мембраны 1 игольчатой поверхностью 3 и узкой полоской 4 по периметру корпуса 2 для герметичного закрепления на нем методом термосварки трековой мембраны; коллектор для сбора фильтрата образован пространством между поверхностью ламинированной трековой мембраны и игольчатым полем корпуса; штуцер 5, соединяющий коллектор со сливным шлангом 6 для приема отфильтрованной жидкости; крышки 7 со щелевыми отверстиями 8.
Мембранный фильтр работает следующим образом (см. Фиг.2).
Фильтр опускают в заборную емкость 9 (стационарная посуда, полиэтиленовый пакет, бурдюк и т.п.) с неочищенной водой, на сливном шланге 6 закрепляют замки-фиксаторы 10, исключающие возможность залома сливного шланга, процесс работы фильтра запускают с помощью ручной помпы 11. В разрыв сливного шланга вставлен селективный картридж 12, что позволяет усилить эффективность работы фильтра. В разрыв сливного шланга может устанавливаться обратный клапан для защиты мембраны от продувки фильтра в обратном направлении (на рисунке не показан).
На Фиг.3 показана возможность соединения фильтров в блоки. На внешней стороне крышек расположены рамки со специальными замками (на рисунке не показаны), которые охватывают корпус-коллектор, или установлены специальные соединительные вилки 13, которые дают возможность жесткого соединения между собой 2-3-4-10 и более фильтров, что увеличивает производительность очистительного процесса кратно увеличению количества фильтров. В заявленной конструкции фильтра щелевые отверстия 8 в крышках 7 дополнительно несут функцию крепления специальных соединительных вилок, с помощью которых фильтры объединяются в блоки. Вилка 13 фиксируется в отверстиях-щелях 8 крышки одного из фильтров и также в отверстиях-щелях крышки соседнего фильтра, осуществляя сцепление между фильтрами. На крышке расположено специальное приспособление - органайзер 14, который позволяет компактно, спирально укладывать сливной шланг.
В прототипе запуск фильтра производиться методом притопления всей конструкции и продолжительным ожиданием заполнения всех пустот фильтра и сливного шланга отфильтрованной водой. Ввиду того, что данный способ не использует никакого давления - этот процесс длится десятки минут. Кроме того, после изъятия сливного шланга из сосуда с грязной водой, в которую он предварительно был погружен, и опускания его в ниже расположенную емкость с отфильтрованной водой, есть вероятность отекания по внешней поверхности шланга грязной, неочищенной воды в емкость с очищенной водой, что в условиях эпидемиологической опасности чревато занесением в чистую воду болезнетворных бактерий.
В комплекте новой конструкции фильтра применяется ручная помпа, которая позволяет сделать приведение фильтра в рабочее состояние на протяжении нескольких секунд, при этом соблюдаются все гигиенические требования и полностью отсутствует опасность загрязнения очищенной воды и емкости для приема чистой воды.
Кроме того, сливной шланг используется не только для отвода очищенной воды, но и является составной частью насоса, создающего давление под трековой мембраной, т.к. именно падающий столб воды в шланге и играет роль насоса, который обеспечивает необходимую производительность фильтра.
К преимуществам новой конструкции следует также отнести следующие факторы.
Ламинат представляет собой пористое нетканое полотно. Такая структура полотна разрешает за счет своих капиллярных свойств, хотя и не значительно, но увеличить производительность фильтра. Данная структура ламината разрешает также предотвратить прилипание пленочной мембраны к поверхности корпуса, что предотвращает перекрытие пор мембраны, также увеличивая производительность фильтра.
Конструкция нового фильтра разрешает объединять фильтры в блоки, что значительно увеличивает производительность такого устройства и расширяет возможности его применения. Если в прототипе отверстия на крышке выполняли функцию окна для поступления внутрь фильтра грязной воды, то в новой конструкции фильтра отверстия в крышках еще несут функцию крепления специальных соединительных вилок, с помощью которых фильтры объединяются в блоки. Вилка фиксируется в отверстиях-щелях одной крышки, а также фиксируется в отверстиях-щелях соседней крышки - это и есть элемент сцепления между фильтрами.
Также данная конструкция крышек нового фильтра позволяет закреплять на крышке специальное приспособление - органайзер, что позволяет компактно, спирально укладывать сливной шланг, что придает эстетичный вид фильтру и позволяет аккуратно транспортировать фильтр вместе со сливным шлангом.