НАМОТОЧНЫЙ КАРТРИДЖ ФИЛЬТРА ДЛЯ ВОДЫ

Полезная модель относится к фильтрующим устройствам, в частности, к так называемым сменным намоточным картриджам для фильтров.
Технология изготовления картриджа путем установки фильтрующего материала на жесткое основание в виде перфорированной трубки достаточно проста. В качестве фильтрующего материала используются тонкие волокна полимера, например, полипропилена, в виде ткани, нетканого материала или отдельных нитей и жгутов. При этом варьируется плотность укладки в зависимости от потребности.
Рассмотрим известные конструкции фильтрующих устройств.
Известен фильтровальный элемент [1] к фильтрам-сепараторам предназначен для очистки газообразных и жидких сред от механических примесей и свободной влаги в виде аэрозолей и может найти применение в нефтеперерабатывающей, авиационной и других отраслях промышленности. Фильтровальный элемент для жидких и газовых сред содержит размещенные по потоку фильтруемой среды фильтрующий и коагулирующие слои, выполнен из волокон термопластичного полимера, преимущественно полипропилена, причем коагулирующие слои изготовлены из тонких волокон и разделены между собой слоем из грубых волокон, при этом плотность коагулирующих слоев со стороны входа фильтруемой среды больше, чем со стороны выхода. Изобретение позволяет упростить и удешевить конструкцию
Недостаток устройства в том, что плотность коагулирующих слоев со стороны входа фильтруемой среды больше, чем со стороны выхода. Это приводит более раннему забиванию фильтра и снижению его фильтрующей способности.
Известно фильтрующее устройство [2] для очистки воды, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и сорбирующую загрузку из нетканого ионообменного материала, отличающееся тем, что сорбирующая загрузка выполнена многослойной, причем первый слой выполнен из полиамфолита на основе полиакрилонитрильных волокон с обменной емкостью 4,5-5,5 ммоль/г, второй слой - из углеродсодержащего сорбционно-фильтрующего. материала "бусофита", а между ними расположена армирующая подложка из полипропиленового или ПВС-волокна. Толщина слоев выбрана из соотношения полиамфолит: подложка: "бусофит", равном (2,5°С 3,0):(0,9°С 1,0):(5,5°С 6,0). Первый слой загрузки выполнен из модифицированного полиакрилонитрильного волокна в виде слабоосновного анионита. Загрузка снабжена дополнительным слоем сильноосновного гранулированного анионита, размещенным на армирующей подложке, причем, толщина слоя выбрана из соотношения: полиамфолит: гранулированный анионит: подложка: "бусофит", равном (2,5°С 3,0):(3,0°С 3,7):0,7:(2,0°С 2,6).
Недостаток конструкции в ее сложности
Известна конструкция [3] фильтра, который содержит область, включающую по меньшей мере два разнесенных слоя тонких волокон; каждый из по меньшей мере двух слоев тонких волокон содержит волокна, имеющие диаметры не более 8 мкм; каждый из указанных по меньшей мере двух разнесенных слоев тонких волокон имеет диаметр волокна не более 5 мкм, и первый слой из по меньшей мере двух слоев тонких волокон, имеющий первую собственную эффективность по улавливанию монодисперсных полистироловых латексных сфер размером 0.78 мкм, и второй слой из по меньшей мере двух слоев, имеющий собственную эффективность по улавливанию монодисперсных полистироловых латексных сфер размером 0,78 мкм; первая эффективность отличается от второй эффективности; и прокладочный слой из грубоволокнистого материала, размещенный между двумя слоями тонких волокон, при этом прокладочный слой грубоволокнистого материала имеет диаметр волокна по меньшей мере 10 мкм; и толщину, которая разделяет первый и второй слои тонких волокон на расстояние не более 254 мкм.
Несмотря на свою эффективность, фильтр имеет малый ресурс.
Известен фильтровальный материал [4]. Изобретение относится к очистке жидкостей и газов от твердых частиц и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, автомобильной и других отраслях промышленности, использующих фильтры в основном и вспомогательном производстве, в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов, при разливе нефти из танкеров, нефтепроводов и нефтехранилищ, а так же для сбора нефтепродуктов с поверхности воды. Сущностью изобретения является то, что фильтровальный материал, выполненный из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа, с размещенной внутри резиновой крошкой размером 1.2-2,6 мм и каменной крошкой размером 3,2-4,5 мм, а трикотаж содержит уточные нити, диаметр которых больше размера резиновой крошки в 0,5-1,2 раза, причем объемное соотношение между резиновой и каменной крошкой составляет 3:1. Техническим результатом является улучшение качества фильтрования в процессе очистки жидкостей и газов, а так же улучшение степени очистки от нефтепродуктов ливневых и промышленных стоков.
Недостаток устройства в невозможности достижения параметров питьевой воды.
Известны глубинные намоточные фильтрующие элементы [5] серии ЭПВ (SWS) из текстурированных полипропиленовых (ЭПВ.П или SWS) или полиамидных (капроновых) (ЭПВ.К) нитей предназначены для предварительной очистки от механических примесей и коллоидных соединений жидких технологических сред. Находят широкое применение в пищевой, фармацевтической, полиграфической, химической, парфюмерной, электронной отраслях промышленности. Механизм работы на патронных 41ильтрующих элементах глубинного типа относится к тупиковой глубинной фильтрации, то есть механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки до определенного значения перепада давления, а именно способности фильтра пропускать определенный объем фильтрата до его загрязнения. Таким образом, при фильтрации постоянно увеличивается перепад давления на фильтре или снижается количество фильтрата после фильтра. Трубка, образующаяся в результате определенной плотности намотки нитей полипропилена или полиамида, служит фильтрующей перегородкой. При этом механические примеси, присутствующие в фильтруемой среде удерживаются не только на поверхности фильтра, но и в глубине фильтрующей перегородки. За счет этого достигается эффект удержания микрочастиц в широком диапазоне их размеров. Конструктивно намоточные фильтрующие элементы состоят из радиально уложенных слоев текстурированной жгутовой нити с переменной плотностью укладки (плотность увеличивается от наружных слоев к внутренним). Пористость фильтрующих элементов составляет порядка 80%. Волокнистая структура текстурированной нити (волокна с размерами около 20 мкм) и полимерный материал обеспечивают при движении жидкости через фильтрующий слой возникновение наведенного электрического потенциала, который в свою очередь способствует разрушению двойного электрического слоя коллоидных микрочастиц и закреплению их внутри фильтрующего слоя. Этот эффект обуславливает достаточно высокую степень очистки жидкостей от коллоидных микрочастиц в широком диапазоне размеров от 1 до 50 мкм. При этом эффективность удержания микрочастиц фильтрующего элемента с условным размером пор 5 мкм изменяется от 60% для 0,1 мкм до 90% для 5 мкм.
Известен фильтрующий элемент [6], содержащий перфорированный стержень и фильтрующий материал в виде послойно намотанной текстурированной нити, образующей ромбовидные ячейки, отличающийся тем, что элементарный слой фильтрующего материала выполнен из пряди, поперечное сечение которой представляет собой фигуру, образованную пересечением дуг окружностей.
Известен фильтрующий элемент [7]. Изобретение относится к области очистки воды. Фильтрующий элемент для очистки питьевой воды выполнен в виде бобины, намотанной под углом 12-15° на пористый цилиндр двумя параллельными жгутами толщиной 1-2 мм из полимерного ионообменного волокна в смеси с активированными углеродными частицами, при этом один жгут выполнен с правой круткой, а второй - с левой круткой. Изобретение позволяет обеспечить полное использование компонентов фильтрующего материала.
Обзор существующих конструкций позволяет выбрать наиболее оптимальный путь решения проблемы с минимальными затратами. Из всех просмотренных решений последнее [7] наиболее близко предлагаемому и поэтому оно выбрано в качестве прототипа.
Задачей предлагаемого решения является возможность получения наиболее дешевого в производстве изделия с сохранением высоких потребительских свойств.
Поставленная задача решается следующим образом. В картридже фильтра для воды, содержащем жесткий перфорированный цилиндр с намотанным на него полимерным жгутом, образующим после намотки фильтрующий объем, выполнен так, что намотка жгута уложена слоями с переменной плотностью, убывающей от первых внутренних слоев к последним наружным и под углом 5°…40° к вертикальной оси перфорированного цилиндра, а на наружной поверхности картриджа жгут намотан в одну сторону по винтовой линии с углом подъема 40°…60°, образуя с внутренними цилиндрическими стенками корпуса и последним слоем намотанного жгута спиральную канавку, направленную в направлении сброса осадочного загрязнения. Картридж предназначен преимущественно для фильтров с подачей загрязненной воды со стороны его наружной поверхности с вертикальным расположением картриджей. Спиральная канавка 4 может быть выполнена многозаходной и имеет направление намотки, совпадающее с направлением предварительной закрутки потока очищаемой воды. Очевидно, что края спиральной канавки 4 должны быть плотно прижаты к внутренним цилиндрическим стенкам корпуса фильтра, образуя канал для воды.
На фиг.1 представлен общий вид картриджа, а на фиг.2 представлено его поперечного сечения.
Устройство состоит из жесткого перфорированного цилиндра 1 с намотанным на него полимерным жгутом 2, образующим после намотки фильтрующий объем. Намотка жгута 2 выполнена слоями с переменной плотностью, убывающей от первых внутренних слоев к последним наружным и под углом под углом 5°…40°. На наружной поверхности картриджа жгут 2 намотан в одну сторону по винтовой линии с углом подъема 40°…60°, образуя с внутренними цилиндрическими стенками корпуса 3. Последний слой намотанного жгута 2 образует спиральную канавку 4, направленную в направлении сброса осадочного загрязнения. Картридж предназначен преимущественно для фильтров с подачей загрязненной воды со стороны его наружной поверхности с вертикальным расположением картриджей. Спиральная канавка 4 может быть выполнена многозаходной и имеет направление намотки, совпадающее с направлением предварительной закрутки потока очищаемой воды. Очевидно, что края спиральной канавки 4, образованные жгутом 2 должны быть плотно прижаты к внутренним цилиндрическим стенкам корпуса 3 фильтра, образуя канал для воды, т.е. картридж установлен с натягом в корпусе 3 фильтра.
Картридж работает следующим образом. Сначала его помещают в корпус 3 фильтра таким образом, что он плотно прижимается последним слоем намотки жгута 2 с натягом. Соседние витки жгута 2 образуют края винтовой спиральной канавки 4. Нижнее основание канавки 4 - это предыдущий плотно намотанный слой намотки шнура 2, а верх канавки 4 - цилиндрические стенки корпуса 3. Корпус 3 фильтра устанавливают вертикально. Очищаемую воду на картридж подают на его внешнюю поверхность, предварительно закручивая поток в направлении закрутки спирали канавки 4. Вода во время движения по канавке получает вращение относительно вертикальной оси фильтра и тяжелые частицы загрязнения под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса 3 фильтра и спускаются по канавке 4 вниз вдоль стенки корпуса 3 в отстой, из которого загрязнения периодически сливаются. Остальная вода, проходя через фильтрующий объем, очищается. Причем тем лучше, чем глубже проникает внутрь данного объема, т.к. плотность последнего увеличивается.
Спиральная канавка 4 может быть многозаходной, т.е. образованной не одним, а двумя и более одновременно наматываемыми шнурами.
Заявителем изготовлено опытное устройство, которое показало хорошие результаты по очистке и имеет простую технологию изготовления.
- Перечень использованных источников информации
1. Патент РФ №2326716, 2006, фильтровальный элемент для жидких и газовых сред.
2. Заявка: 97103413/25, 1997, фильтрующее устройство для очистки воды,
3. Патент РФ №2182509, 1997, конструкция фильтра (варианты) и способ фильтрации.
4. Патент РФ №2152243, 1999, фильтровальный материал,
5. Фильтры компании ЛИТ трейдинг, Aquapro APL-10, Полимерный картридж с канавкой, Интернет,
6. Патент РФ №2058065, 1994, Фильтрующий элемент,
7. Патент РФ №2375103, 2008, Фильтрующий элемент (прототип).