ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН
FILTER CART

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к фильтрующим устройствам для очистки жидкости, преимущественно питьевой воды, предназначенным для использования в фильтрах для очистки жидкости в бытовых условиях, преимущественно в фильтрах кувшинного типа и может найти применение для очистки питьевой воды и других жидкостей бытового применения в медицинской и других отраслях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известно устройство для фильтрации воды (патент США 5002665, опубл. 26.03.1991 г., МПК B01D 24/00), включающее фильтрующую вставку (1), заполняемую фильтрующим материалом, имеющую форму стакана, закрываемого сверху крышкой (3), в основании которого имеются выходные отверстия (5), которые закрываются сверху сеткой (9) из легкоплавких пластиковых волокон, которая может быть приварена к основанию (страницы 1,2 описания изобретения; фиг.1, 2). Данное устройство достаточно сложно в изготовлении и имеет маленькую поверхность протекания, что приводит к снижению скорости фильтрации.
Известен фильтрационный модуль для очистки жидкости, состоящий из корпуса (2), выполненного в виде стакана с боковыми стенками и основанием (6) с выходными отверстиями (9) и крышки с отверстиями для входа жидкости. В корпусе расположен гранулированный фильтрующий материал. Для исключения попадания в очищенную жидкость фильтрующего материала между упомянутым материалом и основанием корпуса расположена сетка (8), выполненная в виде плоского диска, приваренного к основанию. Сетка выполнена из нетканого материала, например полипропилена (страница 1 описания изобретения; фиг.2), (патент США №5049272, опубл. 17.09.1991, МПК B01D 24/14). При изготовлении указанного модуля необходимо дополнительно закреплять сетку на основании модуля.
Известен фильтрационный модуль по патенту США 6012232, опубл. 11.06.2000 г., МПК F26B 19/00, заполняемый фильтрующим материалом, который имеет боковые стенки, крышку и дно с выходными отверстиями, закрытыми сеткой. Материал, из которого изготовлена сетка, содержит два типа волокон, соединенных вместе, гидрофильные и гидрофобные волокна (страница 3 описания изобретения). Из-за небольшой поверхности протекания невозможно достичь высокой скорости фильтрации, что ухудшает эксплуатационные характеристики изделия.
Наиболее близким аналогом является фильтрующий патрон (1) по патенту США 6099728, опубл. 08.08.2000 г., МПК B01D 27/02, заполняемый гранулированным фильтрующим материалом, выполненный в форме открытого стакана, который может быть закрыт крышкой, имеющим боковые стенки (3) и дно (1) с выходными отверстиями (2), закрытыми тканевой вставкой (12) с пластмассовым каркасом (11) (страница 2 описания изобретения, фиг.1, 2), причем размер ячеек в ткани лежит в пределах от 50 до 300 микрон, предпочтительно 80-200 микрон (страница 1 описания изобретения). Выходные отверстия, расположенные в дне указанного патрона, имеют ограниченную площадь протекания, что ведет к снижению скорости фильтрации, т.е. к ухудшению эксплуатационных характеристик изделия. При изготовлении указанного патрона требуется отдельно выделенная стадия производства, в процессе которой формируется вставка с пластмассовым каркасом. Уже готовая вставка используется при изготовлении самого патрона методом инжекционного литья. Многостадийность процесса производства усложняет технологию изготовления фильтрующего патрона.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общей задачей предлагаемого изобретения является создание надежной конструкции с высокими эксплуатационными характеристиками при упрощении технологии изготовления изделия.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении скорости фильтрации жидкости за счет увеличения поверхности протекания при одновременном повышении эффективности очистки жидкости.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигается тем, что в фильтрующем патроне, заполняемом фильтрующим материалом, выполненном в форме открытого стакана, который закрыт сверху крышкой, имеющем боковые стенки и дно с по меньшей мере одним выходным отверстием, закрытым по меньшей мере одним водопроницаемым материалом, согласно изобретению дно выполнено из водопроницаемого материала, доходящего до внешнего края боковых стенок и изготовленного из волокон малого диаметра, обеспечивающих возможность использования порошкообразного фильтрующего материала, при этом вся область между внешним и внутренним краями стенок по периметру дна представляет собой композит из полимерного и водопроницаемого материала, и тем, что используют водопроницаемый материал, содержащий волокна диаметром от 0,5 микрон, предпочтительно 2-20 микрон, и тем, что используют водопроницаемый материал толщиной от 0,02 мм до 3 мм, предпочтительно от 0,04 мм до 2 мм и еще более предпочтительно от 0,05 мм до 0,3 мм, и тем, что используют водопроницаемый материал, изготовленный из полиэфирных волокон, или полиолефиновых волокон или полиамидных волокон, или микроволокон, и тем, что водопроницаемый материал может быть выполнен в виде гофрированного материала, и тем, что водопроницаемый материал может быть выполнен по меньшей мере из двух слоев, при этом по меньшей мере один из слоев выполнен из материала с определенными свойствами, например из бактерицидного материала, или сорбционного материала, или ионообменного материала, и тем, что дно может быть выполнено с ребрами жесткости, и тем, что ребра жесткости представляют собой композит из полимерного и водопроницаемого материала, и тем, что ребра жесткости могут быть радиально направленными, и тем, что ребра жесткости могут быть выполнены выпуклой формы, и тем, что водопроницаемый материал, расположенный между ребрами жесткости, может быть выполнен выпуклой формы, при этом водопроницаемый материал, расположенный между ребрами жесткости, может иметь площадь поверхности большую, чем площадь поперечного сечения между ребрами жесткости, и тем, что фильтрующий материал может содержать порошкообразные и волокнистые частицы, причем фильтрующий материал может содержать частицы размером менее 50 микрон.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг.1 изображены общий вид и вид снизу фильтрующего патрона, в котором боковые стенки выполнены в форме цилиндрической поверхности.
На Фиг.2 изображены общий вид и вид снизу фильтрующего патрона, в котором боковые стенки выполнены в форме цилиндрической поверхности с V-образной канавкой.
На Фиг.3 изображен вид снизу фильтрующего патрона, в котором выполнены радиально направленные ребра жесткости, а боковые стенки в форме цилиндрической поверхности.
На Фиг.4 изображен вид снизу фильтрующего патрона, в котором выполнены радиально направленные ребра жесткости, а боковые стенки в форме цилиндрической поверхности с V-образной канавкой.
На Фиг.5 изображен общий вид и вид снизу фильтрующего патрона, в котором ребра жесткости выполнены по конической поверхности.
На Фиг.6 изображен общий вид и вид снизу фильтрующего патрона, в котором водопроницаемый материал выполнен в форме гофры.
На Фиг.7 изображен общий вид и вид снизу фильтрующего патрона, в котором водопроницаемый материал, расположенный между ребрами жесткости, имеет площадь поверхности большую, чем площадь поперечного сечения между ребрами жесткости.
На Фиг.8 изображен общий вид фильтра типа кувшин с фильтрующим патроном внутри.
На Фиг.9 изображена схема пресс-формы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существенной особенностью заявляемого фильтрующего патрона является выполнение дна из водопроницаемого материала, доходящего до внешнего края боковых стенок и изготовленного из волокон малого диаметра. Использование водопроницаемого материала, изготовленного из тонких волокон, позволяет обеспечить высокую газопроницаемость и водопроницаемость выходному фильтру, которым является дно фильтрующего патрона, за счет увеличения суммарного проходного сечения, т.е. повысить скорость фильтрации жидкости и, кроме того, применять в фильтрующем патроне более мелкий сорбент, например активированный порошкообразный уголь с размером частиц менее 50 микрон (преимущественно 20 микрон и менее), что в свою очередь приводит к повышению степени очистки фильтруемой жидкости.
Фильтрующий патрон 1 (фиг.1), выполненный в форме стакана и заполненный фильтрующим материалом 4, состоит из боковых стенок 2, которые могут быть выполнены, например, в форме цилиндрической поверхности (фиг.1) или в форме цилиндрической поверхности с V-образной канавкой 7 (фиг.2), служащей для фиксации фильтрующего патрона в приемной емкости для очищаемой воды и дна 3.
Для повышения скорости фильтрации жидкости за счет увеличения поверхности протекания дно 3 фильтрующего патрона 1 выполнено полностью из водопроницаемого материала 5, изготовленного из волокон малого диаметра, доходящего до внешнего края боковых стенок 2 так, что область 6 между внешним и внутренним краями указанных стенок 2 представляет собой композит из полимерного и водопроницаемого материала 5 (вид I, фиг.1). В качестве водопроницаемого материала 5, пропускающего воду и задерживающего частицы фильтрующего материала, используется, например, нетканый материал - полипропилен или ему подобный с диаметром волокон 10 микрон или тканый материал, например сетка из полиэфирных волокон, с диаметром волокон 20 микрон, толщиной 0,3 мм. Дно 3 фильтрующего патрона 1 может быть выполнено либо из плоского водопроницаемого материала 5 (фиг.1, 2), либо из гофрированного водопроницаемого материала 5 (используется более тонкий или подвергающийся сжатию материал) (фиг.6). Водопроницаемый материал 5 может быть выполнен, например, из нескольких слоев, что позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление и, как следствие, увеличить скорость протекания жидкости, и, кроме того, по меньшей мере один из слоев может быть выполнен из материала с определенными свойствами, например бактерицидного материала, или сорбционного материала, или ионообменного материала.
Дно 3 фильтрующего патрона 1 может быть выполнено с ребрами жесткости 8, которые позволяют защитить водопроницаемый материал от случайного механического воздействия и при больших размерах фильтрующего патрона 1 придать надежность конструкции. При этом площадь протекания между ребрами жесткости намного больше, чем в ближайшем аналоге, в том числе за счет выполнения ребер жесткости 8 меньшего размера. Ребра жесткости 8 представляют собой (также как и область 6 между внешним и внутренним краями стенок 2 по периметру дна 3) композит из полимерного и водопроницаемого материала 5, являющийся более прочным материалом. В связи с этим ребра жесткости 8 занимают меньшую площадь поверхности дна 3 фильтрующего патрона 1, чем площадь поверхности протекания, сформированная водопроницаемым материалом. Ребра жесткости 8 могут быть выполнены, например, радиальными (фиг.3, 4) или по конической поверхности (фиг.5). Водопроницаемый материал 5 между ребрами жесткости 8 может быть выполнен с площадью поверхности большей, чем площадь поперечного сечения между ребрами, как показано на фиг.7. Так как водопроницаемый материал легко формуется, то между сомкнувшимися элементами пресс-формы неизбежно образуются складки материала, которые заливаются полимерным материалом: т.е. формируются участки из полимерного материала между выпуклыми участками водопроницаемого материала, что также позволяет за счет увеличения поверхности протекания увеличить скорость фильтрации жидкости.
В качестве фильтрующего материала 4 используют, например, активированные углеродные гранулированные частицы (активированный гранулированный уголь) и/или ионообменные полимерные гранулы (ионообменная смола) и порошкообразные частицы с размером менее 50 микрон (активированный порошкообразный уголь с размером частиц 20 и менее микрон) и/или волокнистые частицы с диаметром волокон менее 50 микрон (ионообменные полимерные волокна, например ионообменные полиакрилонитрильные волокна с диаметром волокон 15-20 микрон).
Фильтрующий патрон 1 может быть закрыт сверху крышкой 9.
Фильтрующий патрон может быть использован в устройстве для очистки жидкости, преимущественно воды, например в фильтре типа кувшин.
Фильтрующий патрон и устройство для очистки жидкости, например воды, функционирует следующим образом: фильтрующий патрон 1, заполненный фильтрующим материалом 4 и закрытый крышкой 9, устанавливают в приемную емкость для очищаемой воды 10 (фиг.8).
Приемную емкость 10, выполненную в виде воронки с фильтрующим патроном 1, устанавливают в емкость для очищенной воды 11, выполненную в форме кувшина. В начале процесса фильтровании заливают воду в приемную емкость 10. Неочищенная вода через имеющиеся в крышке 9 отверстия поступает внутрь фильтрующего патрона 1 и проходит через фильтрующий материал 4, после чего очищенная вода проходит через дно 3 фильтрующего патрона и попадает в емкость 11, при этом мелкие частицы фильтрующего материала (сорбента) не попадают в очищенную воду. Слив очищенной воды осуществляют, наклоняя устройство для очистки воды.
Фильтрующий патрон может быть изготовлен методом инжекционного литья под давлением, который заключается в том, что в разъемную пресс-форму 12 (фиг.9), в которой сформирована область 13, подается заготовка 14, которая может представлять собой, например, водопроницаемый материал с диаметром волокон от 0,5 микрон, например, нетканый материал - полипропилен или ему подобный с диаметром волокон 10 микрон или тканый материал, например сетка из полиэфирных волокон с диаметром волокон 20 микрон, толщиной 0,3 мм. Пресс-форма 12 закрывается и заполняется расплавленным полимером (например полипропиленом или полиэтиленом) методом впрыска под давлением. Непосредственно после операции заполнения пресс-формы 12 и застывания полимера производят вырубку детали до заданной формы, которую ведут по зоне вырубки 15. Операцию вырубки детали до заданной формы и операцию удаления готового изделия совмещают и осуществляют одновременно. После каждого цикла заполнения формующей полости в пресс-форме 12 расплавленным полимером и вырубки происходит автоматическое перемещение заготовки 14 (ленты из водопроницаемого материала).
Область 13 в пресс-форме 12 формируется за счет уступов (толщиной например 0,2-0,6 мм) формообразующих элементов пресс-формы, контактирующих с заготовкой 14, что позволяет реализовать процесс вырубки детали по зоне 15 с использованием заготовки, выполненной из водопроницаемого материала с достаточно малым диаметром волокон.
В процессе литья расплавленный полимер в отдельных элементах детали, например зона вырубки, ребра жесткости, зона между внешним и внутренним краем боковых стенок, может закрывать заготовку 14 с одной стороны или закрывать ее с двух сторон за счет выполнения упомянутых уступов формообразующих элементов пресс-формы с одной стороны заготовки 14 либо с двух сторон.
Последовательность выполнения операции вырубки детали после операции заполнения пресс-формы расплавленным полимером позволяет реализовать процесс вырубки детали. Сочетание изменения последовательности выполнения операций и формирование зоны вырубки в специально выполненной в пресс-форме области дает возможность перерабатывать водопроницаемый материал с достаточно малым диаметром волокон разной толщины в пределах предписанных размеров, а совмещение операций вырубки детали и извлечения готового изделия позволяют упростить технологию изготовления.