УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ С КАРТРИДЖЕМ ШАРОВОЙ ИЛИ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки жидкости методом фильтрования, в частности, для получения питьевой воды (соответствующей требуемым стандартам) и может быть использована в системах подготовки воды для бытовых нужд, фармацевтических целей, а также в полевых условиях.
Одним из основных узлов различных систем очистки жидкости являются сменные фильтровальные элементы, называемые или картриджами, или патронными фильтрами. Такие фильтровальные элементы часто выполняются из нетканых материалов, обеспечивающих различные виды фильтрации. Согласно описанию предлагаемые варианты устройства относятся к ионообменным и сорбционным картриджным фильтрам, а точнее, к сменным фильтровальным элементам-картриджам этих фильтров, применяемым в проточных системах очистки жидкости тупиковым методом фильтрации.
Известен [RU 2013104 C1, 1994] фильтр для очистки жидкости, фильтрующий патрон которого выполнен в виде двух коаксиальных стаканов, вставленных один в другой. В промежутке между стаканами размещена трубчатая вставка, оребренная с внутренней стороны и с отверстиями в нижней части. В кольцевом пространстве между наружным стаканом и трубчатой вставкой размещена ионообменная смола, а во внутреннем стакане - активированный уголь. Ионообменная смола постоянно находится под заливом жидкостью, что обеспечивает сохранность работоспособности смолы и повышает надежность работы фильтра.
Известен бытовой фильтр для доочистки питьевой воды «Цеолитовый-С» [RU 2252061 C1, 2005], содержащий корпус с входными и выходными патрубками, вертикальные перегородки, установленные внутри корпуса с образованием блоков для сорбентов, при этом перегородки выполнены в виде двух цилиндров, установленных соосно по вертикальной оси корпуса с образованием одного цилиндрического блока и двух кольцевых, кроме того, внутренний цилиндр установлен с зазором между нижним его торцом и дном корпуса, а наружный цилиндр с зазором между верхним его торцом и крышкой корпуса.
Известен фильтр для очистки воды [JP 2005288438, 2005], обеспечивающий удаление из воды нитрат- и сульфат-ионов. Вода в картридже проходит сначала через слой ионообменной смолы, имеющей ионы кальция как обменный катион, а затем вода проходит через слой анионообменной смолы.
Известен патронный фильтровальный элемент [RU 60874 U1, 2007]. Предлагается два варианта патронного фильтровального элемента: первый вариант патронного фильтровального элемента содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями. Фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов. При этом внутренний слой выполнен в виде гладкой ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала; второй вариант патронного фильтровального элемента содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями, фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов. При этом внутренний слой выполнен в виде гофрированной ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала.
Из уровня техники известен КАРТРИДЖ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ) (патент RU 83941 U, B01D 27/00, C02F 1/00, Опубликовано: 27.06.2009). Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкости методом фильтрования с использованием процессов сорбции и ионообмена, в частности, для получения питьевой воды и может быть использована в системах подготовки технологической воды для различных производств, для бытовых нужд, фармацевтических целей, а также в полевых условиях. Задачей заявляемого технического решения является разработка сменного картриджа с высокой степенью очистки жидкости от вредных примесей. Технический результат: расширение области применения предлагаемого картриджа за счет того, что в нем совмещаются стадии механической, микробиологической очистки и очистки от неорганических и органических загрязнений. По первому и второму вариантам выполнения задача и технический результат достигаются тем, что картридж для очистки жидкости содержит перфорированный каркас и сформированный вокруг него сорбционно-фильтрующий материал, включающий, по меньшей мере, два слоя защитного материала и размещенный между ними многослойный сорбционный материал, множественность слоев которого обеспечена намоткой в виде рулона, по меньшей мере, одного слоя полотна или ленты вокруг перфорированного каркаса, соединенные торцевыми деталями. По третьему и четвертому вариантам выполнения задача и технический результат достигаются также тем, что картридж для очистки жидкости содержит перфорированный каркас и сформированный вокруг него сорбционно-фильтрующий материал, включающий, по меньшей мере, два слоя защитного материала и размещенный между ними многослойный сорбционный материал, множественность слоев которого обеспечена намоткой в виде рулона, по меньшей мере, одного слоя гофрированного полотна или ленты вокруг перфорированного каркаса, соединенные торцевыми деталями. Отличительной особенностью предлагаемого картриджа по первому и третьему вариантам выполнения является то, что он дополнительно содержит стакан, установленный внутри и на одной оси с перфорированным каркасом, а также загрузку из ионообменной смолы, размещенную внутри стакана. Отличительной особенностью предлагаемого картриджа по второму и четвертому вариантам выполнения является то, что он дополнительно содержит стакан, установленный внутри и на одной оси с перфорированным каркасом, загрузку из ионообменной смолы, размещенную в пространстве между перфорированным каркасом и стаканом, а также загрузку из активированного угля, размещенную внутри стакана.
Все известные из уровня техники решения имеют вытянутые как правило цилиндрические, конические или параллелепипедные формы картриджей с сорбирующим веществом.
Недостатком таких форм является то, что при одинаковом объеме шихты (картриджа) наибольшая поверхность сорбирующего слоя будет у фильтра шаровидной формы, а значит и ресурс такого фильтра будет больше, чем у других. Однако из уровня техники не известно такого рода форм картриджей.
Известны системы очистки воды в виде фильтров-кувшинов типа «Барьер» [1] и «Аквафор» [2]. Данные системы содержат емкость-кувшин для чистой воды, на которую устанавливается наборная емкость для неочищенной воды, в которую вставляется фильтр-картридж.
Их недостатком является то, что картриджи систем очистки постоянно находятся в воде, вода в емкости постоянно застаивается, в результате чего происходит цветение воды и ее загнивание. Процесс установки нового картриджа также не обеспечивает гигиеничности, поскольку пользователь его вкручивает руками, затем этот же картридж постоянно находится в емкости с водой. Емкость с водой всегда находится на кухне и занимает место, даже когда не нужна.
Наиболее близким решением является патент RU 11925411 (опубл. 20.08.2012) на устройство для очистки воды, содержащее картридж, внутри которого расположено сорбирующее вещество, входное отверстие для подачи воды с наружной стороны картриджа, отверстие для вывода из центра картриджа, отличающееся тем, что картридж выполнен шаровой или эллиптической, приближенной к шаровой формы.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение ресурса службы и улучшение сорбции по сравнению с другими устройствами, имеющими тот же объем фильтра, а также повышение гигиеничности системы фильтрации, отсутствие потребности постоянно держать фильтр-картридж в воде, а емкости с водой.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки воды, содержащее емкость для чистой воды, емкость для неочищенной воды, выполненную с возможностью фиксации на ней фильтра-картриджа, внутри которого расположено сорбирующее вещество, причем картридж имеет входное отверстие для подачи воды (с наружной стороны картриджа), отверстие для вывода (из центра картриджа), отличающееся тем, что картридж выполнен шаровой или эллиптической формы, а емкость для неочищенной воды соединена с фильтром-картриджем через штуцер, а фильтр-картридж содержит съемную опорную платформу на ножках или упирается на опорную часть емкости для очищенной воды.
В состав материала фильтра-картриджа входят ПЭТ и/или ПВХ, и/или полиэтилен. Отверстия фильтра-картриджа могут быть закрыты сетчатыми мембранами, функцией которых является недопущение выпадения сорбента из картриджа. Сетчатые мембраны могут быть выполнены съемными. Фильтр-картридж содержит сорбирующее вещество, обладающее функцией свободно засыпаться во входное отверстие для подачи воды и высыпаться из отверстия для вывода. Входное отверстие для подачи воды и отверстие для вывода фильтра-картриджа выполнены с возможностью герметичного соединения с патрубками подачи и вывода воды, соответственно.
Кроме того, емкость для неочищенной воды выполнена с возможностью соединения с фильтром-картриджем через штуцер, закрепленный к входному отверстию для подачи воды фильтра-картриджа. Емкость для неочищенной воды в месте стыковки с фильтром-картриджем содержит эластичную прокладку. Перед штуцером на фильтре-картридже может быть размещена опорная платформа, выполненная по форме дна емкости для неочищенной воды. Фильтр-картридж содержит съемную опорную платформу на ножках, выполненную с возможностью стыковаться с патрубком для вывода воды. Емкость для очищенной воды содержит упорную площадку в зоне боковых стенок, функцией которой является удержание ножек съемной опорной платформы фильтра-картриджа.
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показано конструктивное устройство фильтра-картриджа в работе, где 1 - корпус картриджа, 2 - входящий патрубок, 3 - выводной патрубок, 4 - сетчатая мембрана.
На Фиг. 2 показано конструктивное устройство для очистки воды со снятыми патрубками.
На Фиг. 3 показано конструктивное устройство фильтра-картриджа в процессе очистки от сорбента, где 5 - входное отверстие картриджа, 6 - использованный сорбент, 7 - выходное отверстие картриджа.
На Фиг. 4 показано конструктивное устройство фильтра-картриджа в процессе заполнения новым сорбентом, где 8 - новый сорбент.
На Фиг. 5 показан первый пример конструктивного исполнения очистного устройства по полезной модели (в упакованном не рабочем (походном) состоянии), где 9 - емкость для очищенной воды, 10 - съемная опорная платформа на ножках, 11 - эластичная прокладка, 12 - опорная платформа, 13 - штуцер, 14 - емкость для неочищенной воды.
На Фиг. 6 показан первый пример конструктивного исполнения очистного устройства по полезной модели (в рабочем состоянии), где 15 - упорная площадка.
На Фиг. 7 показан второй пример конструктивного исполнения очистного устройства по полезной модели (в упакованном не рабочем (походном) состоянии).
На Фиг. 8 показан второй пример конструктивного исполнения очистного устройства по полезной модели (в рабочем состоянии).
Полезная модель может быть выполнена следующим образом.
Покажем устройство фильтра-картриджа 1, внутри которого расположено сорбирующее вещество 6. Фильтр-картридж 1 содержит входное отверстие 5 для подачи воды, отверстие для вывода 7 очищенной воды.
Новизной устройства является выполнение фильтра-картриджа 1 шаровой или эллиптической формы. Если картридж выполняют методом спекания с композитным материалом, то делают это с целью использовать картридж в качестве одноразового устройства для очистки воды. Такой процесс изготовления упрощает и удешевляет стоимость картриджа. При этом в состав материала картриджа могут входить ПЭТ и/или ПВХ, и/или полиэтилен.
Входящие 5 и выходящие 7 отверстия фильтра-картриджа 1, либо только выходящее 7 отверстие картриджа могут быть закрыты сетчатыми мембранами 4, функцией которых является недопущение выпадения сорбента 6 из фильтра-картриджа.
Сетчатые мембраны 4 должны быть выполнены съемными, если фильтр-картридж 1 используется как многоразовое устройство. Для осуществления многоразовой функции фильтр-картридж 1 должен содержать сорбирующее вещество 6, 8, обладающее функцией свободно засыпаться во входное отверстие для подачи воды и высыпаться из отверстия для вывода.
Процесс высыпания использованного сорбента 6 показан на Фиг. 3. Для чего снимают как минимум нижнюю мембрану 4, либо также и верхнюю, через которую(ые) затем высыпают использованный сорбент 6. Для улучшения и убыстрения процесса очистки полости фильтра-картриджа 1 от использованного сорбента 6 через входное отверстие можно под давлением подавать воду (т.е. промывать полость картриджа от сорбента).
Затем очищенный от сорбента фильтр-картридж снова заполняют новым чистым сорбентом 8 (см. Фиг. 4) через входное отверстие 5, а выходное отверстие 7 закрывают при этом мембраной 4.
Входное отверстие 5 для подачи воды и отверстие 7 для вывода предпочтительно должны быть выполнены с возможностью герметичного соединения с патрубками подачи 2 и вывода 3 воды, соответственно, чтобы можно было быстро и эффективно производить замену фильтра-картриджа или его очистку.
Принцип устройства для очистки по полезной модели в целом состоит в следующем: емкости для неочищенной 14 и очищенной 9 воды размещаются по отношению друг к другу в рабочем положении таким образом, что фильтр-картридж 1 располагается целиком над уровнем воды в емкости 9 для очищенной воды. Штуцер 13 в емкости для неочищенной воды 14 соединен с фильтром-картриджем 1 в зоне входного отверстия для подачи воды в фильтр-картридж. Штуцер 13 выполняет роль стыковочного узла. Емкость для неочищенной воды 14 в месте стыковки с фильтром-картриджем 1 может содержать эластичную прокладку 11, назначение которой более плотное соединение в зоне штуцера 13 емкости 14 и фильтра-картриджа 1. Перед штуцером 13 на фильтре-картридже 1 может быть размещена опорная платформа 12, выполненная по форме дна емкости 14 для неочищенной воды. Назначение платформы 12 - увеличение опорной площади емкости 14, с целью исключения ее шатания.
Фильтр-картридж 1 может содержать съемную опорную платформу 10 на ножках, выполненную с возможностью стыковаться с патрубком 3 для вывода воды. При этом емкость для очищенной воды 9 может содержать упорную площадку в зоне боковых стенок, функцией которой является удержание ножек съемной опорной платформы 10 фильтра-картриджа 1.
Принцип работы устройства для очистки состоит в следующем: в походном (не рабочем) состоянии (см. Фиг. 5, Фиг. 7) емкость 14 для неочищенной воды служит герметичной крышкой, расположенной поверх емкости 9 для очищенной воды. Внутри между ними в рабочем положении зафиксирован фильтр-картридж 1. В походном (не рабочем) состоянии (см. Фиг. 5, Фиг. 7) полезная модель обеспечивает отсутствие потребности постоянно держать фильтр-картридж в воде, а емкости с водой. В рабочем положении емкость 14 для неочищенной воды переворачивают и фиксируют на фильтре-картридже 1 чашей вниз. Если к фильтру-картриджу 1 закреплена съемная опорная платформа 10 на ножках, то ее также отворачивают или открепляют и затем снова фиксируют на патрубке 3 для вывода воды уже ножками вниз.
Если емкость для очищенной воды 9 содержит упорную площадку 15 в зоне боковых стенок, то ножками съемной опорной платформы 10 фильтра-картриджа 1 упирают в нее (Фиг. 6). При отсутствии такой съемной опорной платформы 10, фильтр-картридж 1 просто упирают на опорную часть емкости 9 для очищенной воды, которую для этого выполняют с конусообразным усеченным концом (Фиг. 8).
Отсутствие потребности постоянно держать фильтр-картридж в воде исключает контакт фильтра-картриджа 1 с водой и обеспечивает повышение гигиеничности системы фильтрации,
Благодаря особой форме картриджа обеспечивается повышение ресурса службы и улучшение сорбции по сравнению с другими устройствами, имеющими тот же объем фильтра, поскольку при одинаковом объеме шихты (картриджа) наибольшая поверхность сорбирующего слоя будет у фильтра шаровидной формы, а значит и ресурс такого фильтра будет больше, чем у других.
Но размещение шарового фильтра в традиционном фильтре-кувшине [1, 2] не рационально, поскольку застой воды не будет способствовать улучшению сорбции по сравнению с другими устройствами, имеющими тот же объем фильтра.
Размещение емкостей для неочищенной и очищенной воды по отношению друг к другу в рабочем положении таким образом, что фильтр-картридж располагается целиком над уровнем воды в емкости для очищенной воды, обеспечивает возможность трансформации устройства в компактное походное состояние без воды и повышает ресурс службы фильтра-картриджа, способствует улучшению его сорбции уже за счет его шаровой или эллипсоидной формы.
Источники информации:
1. http://www.barrier.ru/product/filtry_kuvshiny/
2. http://www.aquaphor.ru/filters/pitchers.html