ФИЛЬТР ДЛЯ ДООЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
FILTER FOR DRINKING WATER TERTIARY TREATMENT

Изобретение относится к устройствам бытового назначения, в частности к фильтрам очистки питьевой воды.
Известен фильтр для доочистки питьевой воды, содержащий корпус с входным и выходным штуцером, с минимум одним фильтрующим модулем (cм. a.c. RU 2080150, МКИ B01D 24/16, см. 27.05.97, RU 2348583, МКИ C02F 1/48, оп. 10.03.09). Данный фильтр может включать редуцирующий клапан, который связан с входным штуцером, и запорный клапан, который связан с выходным штуцером.
Недостатком данной конструкции является то, что при истечении фильтрата, расход которого необходимо задавать минимальным, чуть ли не капельным, для обеспечения высококачественной очистки воды, т.к. для протекания процессов сорбции, ионного обмена в материалах фильтроэлементов необходимо значительное время, наполнение емкостей должно проходить под постоянным контролем, что не всегда возможно и удобно. В результате часто происходит их переполнение, перелив и нерациональный расход фильтрата, количество которого для фильтроэлемента ограничено по его ресурсу (относится ко всем бытовым фильтрам). Это приводит к его преждевременному выходу из строя фильтра и необходимости замены фильтроэлементов. Кроме того, зачастую необходимо получить быстро определенное количество фильтрата, но скорость фильтрации увеличивать нельзя по изложенным выше причинам, т.к. это приводит к снижению качества фильтрата (возможен также вымыв загрязняющих примесей из фильтроэлементов) остается ждать, что не удобно или делать запас фильтрата впрок. Можно значительно увеличить габариты фильтра, чтобы снизить линейную скорость воды внутри фильтроэлементов при повышенном массовом расходе на выходе и обеспечить режим обменных процессов в фильтроматериале, но это экономически невыгодно и неудобно при использовании.
Задачами изобретения является повышение экономичности использования фильтра и исключение нерациональной потери фильтрата, удобства пользования и повышение долговечности фильтра.
Поставленная задача достигается тем, что в фильтре для доочистки питьевой воды, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, редуцирующий клапан, который связан с входным штуцером и запорный клапан, который связан с выходным штуцером, емкость для сбора фильтрата, выходной штуцер корпуса фильтра связан с ресивером и гибким шлангом с дополнительным запорным клапаном, состоящим из корпуса, седла, запорного элемента, который прикреплен к одному или нескольким опорным элементам, которые связаны с емкостью для сбора фильтрата, при этом запорный элемент дополнительного запорного клапана связан с поплавком, размещенным изнутри емкости для сбора фильтрата, а материал, форма и размеры поплавка выбраны из условия:
А
где F - Архимедова сила, действующая на поплавок, Н,
К
F - вес дополнительного запорного клапана без запорного элемента, Н,
О
F - вес опорных элементов, Н,
П
F - вес поплавка, Н,
З
F - вес запорного элемента, Н.
1
n
2
F=0,785·D ·P - гидростатическое усилие на запорный элемент, Н,
2
n
n
n
F=πDB·M·P - усилие на запорный элемент для обеспечения герметичности, Н,
n
D - средний диаметр уплотнительной поверхности седла,
n
B - ширина уплотнительной поверхности седла,
n
M - коэффициент обеспечения герметичности,
P - давление среды на входе фильтра,
при этом корпус дополнительного запорного клапана выполнен в виде трубки, на конце которой со стороны поплавка выполнено седло, поплавок выполнен с центральным отверстием, которое связано с корпусом дополнительного запорного клапана с возможностью свободного осевого перемещения, и на дне которого установлен запорный элемент дополнительного запорного клапана, и отверстиями для протока фильтрата, при этом корпус и/или поплавок снабжены ограничителями свободного хода поплавка.
Поставленная задача достигается тем, что в фильтре для доочистки питьевой воды, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, редуцирующий клапан, который связан с входным штуцером, и запорный клапан, который связан с выходным штуцером, емкость для сбора фильтрата, выходной штуцер корпуса фильтра связан с ресивером и гибким шлангом с дополнительным запорным клапаном, состоящим из корпуса, седла, запорного элемента, который прикреплен к одному или нескольким опорным элементам, которые связаны с емкостью для сбора фильтрата, при этом запорный элемент дополнительного запорного клапана связан с поплавком, размещенным изнутри емкости для сбора фильтрата, а материал, форма и размеры поплавка выбраны из условия:
A
где F - Архимедова сила, действующая на поплавок, Н,
К
F - вес дополнительного запорного клапана без запорного элемента, Н,
О
F - вес опорных элементов, Н,
П
F - вес поплавка, Н,
З
F - вес запорного элемента, Н,
при этом корпус дополнительного запорного клапана выполнен в виде трубки, на конце которой со стороны поплавка выполнено седло, поплавок выполнен с центральным отверстием, которое связано с корпусом дополнительного запорного клапана с возможностью свободного осевого перемещения и на дне которого установлен запорный элемент дополнительного запорного клапана, и отверстиями для протока фильтрата, при этом корпус и/или поплавок снабжены ограничителями свободного хода поплавка, а на поплавке со стороны опорных элементов прикреплен элемент из магнита или ферромагнетика, а на опорных элементах со стороны поплавка прикреплен элемент из ферромагнетика или магнита, причем усилие притяжения вышеуказанных элементов удовлетворяет условию:
М
где F - усилие притяжения элементов из магнита и ферромагнетика или магнита, Н,
1
n
2
F=0,785·D ·P - гидростатическое усилие на запорный элемент, Н,
2
n
n
n
F=πDB·M·P - усилие на запорный элемент для обеспечения герметичности, Н,
n
D - средний диаметр уплотнительной поверхности седла,
n
B - ширина уплотнительной поверхности седла,
n
М - коэффициент обеспечения герметичности,
P - давление среды на входе фильтра.
Сущность изобретения заключается в том, что фильтр снабжен ресивером и необычным запорным клапаном с поплавком.
На фиг.1 показана общая схема фильтра, на фиг.2, 3, 4, 6, 7, 8 - схема фильтра с открытым положением дополнительного запорного клапана, на фиг.5, 9 - схема фильтра с закрытым положением дополнительного запорного клапана.
Вариант 1.
Фильтр для доочистки питьевой воды содержит корпус К 1 с входным Ш 2 и выходным Ш 3 штуцерами, редуцирующий клапан РК 4, который связан с Ш 2 и запорный клапан ЗК 5, который связан с Ш 3, емкость для сбора фильтрата ЕДСФ 6.
Ш 3 К 1 фильтра связан с ресивером Р 7 и гибким шлангом ГШ 8 с дополнительным запорным клапаном ДЗК 9, состоящим из корпуса К 10, седла С 11, запорного элемента ЗЭ 12, который прикреплен к одному или нескольким опорным элементам ОЭ 13, которые связаны с ЕДСФ 6.
ЗЭ 12 ДЗК 9 связан с поплавком П 14, размещенным изнутри ЕДСФ 6, а материал, форма и размеры П 14 выбраны из условия:
А
где F - Архимедова сила, действующая на П14, Н,
К
F - вес ДЗК 9 без ЗЭ 12, Н,
О
F - вес ОЭ 13, Н,
П
F - вес П 14, Н,
З
F - вес ЗЭ 12, Н.
1
n
2
F=0,785·D ·P - гидростатическое усилие на ЗЭ 12, Н,
2
n
n
n
F=πDB·М·P - усилие на ЗЭ 12 для обеспечения герметичности, Н,
n
D - средний диаметр уплотнительной поверхности С11,
n
B - ширина уплотнительной поверхности С 11,
n
M - коэффициент обеспечения герметичности,
Р - давление среды на входе фильтра.
К 10 ДЗК 9 выполнен в виде трубки, на конце которой со стороны поплавка выполнено C 11.
П 14 выполнен с центральным отверстием ЦО 15, которое связано с корпусом ДЗК 9 с возможностью свободного осевого перемещения и на дне Д 16 которого установлен ЗЭ 12 ДЗК 9, и отверстиями О 17 для протока фильтрата, при этом К 10 и/или П 14 снабжены ограничителями свободного хода ОХ 18, OX 19 П 14.
Вариант 2
Фильтр для доочистки питьевой воды содержит корпус К 1 с входным Ш 2 и выходным Ш 3 штуцерами, редуцирующий клапан РК 4, который связан с Ш 2, и запорный клапан ЗК 5, который связан с Ш 3, емкость для сбора фильтрата ЕДСФ 6.
Ш 3 К 1 фильтра связан с ресивером Р 7 и гибким шлангом ГШ 8 с дополнительным запорным клапаном ДЗК 9, состоящим из корпуса К 10, седла С11, запорного элемента ЗЭ 12, который прикреплен к одному или нескольким опорным элементам ОЭ 13, которые связаны с ЕДСФ 6. ЗЭ 12 ДЗК 9 связан с поплавком П 14, размещенным изнутри ЕДСФ 6, а материал, форма и размеры П 14 выбраны из условия:
А
где F - Архимедова сила, действующая на П 14, Н,
К
F - вес ДЗК 9 без ЗЭ 12, Н,
О
F - вес ОЭ 13, Н,
П
F - вес П 14, Н,
З
F - вес ЗЭ 12, Н.
К 10 ДЗК 9 выполнен в виде трубки, на конце которой со стороны поплавка выполнено С 11.
П 14 выполнен с центральным отверстием ЦО 15, которое связано с корпусом ДЗК 9 с возможностью свободного осевого перемещения и на дне Д 16 которого установлен ЗЭ 12 ДЗК 9, и отверстиями О 17 для протока фильтрата, при этом К 10 и/или П 14 снабжены ограничителями свободного хода ОХ 18, ОХ 19 П 14.
На П 14 со стороны ОЭ 13 прикреплен элемент Э 20 из магнита или ферромагнетика, а на ОЭ 13 со стороны П 14 прикреплен элемент из ферромагнетика или магнита Э 21, причем усилие притяжения вышеуказанных элементов удовлетворяет условию:
М
где F - усилие притяжения Э 20, Э 21, Н,
1
n
2
F=0,785·D ·P - гидростатическое усилие на ЗЭ 12, Н,
2
n
n
n
F=πDВ·М·Р - усилие на ЗЭ 12 для обеспечения герметичности, Н,
n
D - средний диаметр уплотнительной поверхности С 11,
n
B - ширина уплотнительной поверхности С 11,
n
M - коэффициент обеспечения герметичности,
Р - давление среды на входе фильтра.
Работа устройства.
Вариант 1.
РК 4 задают давление воды Р на входе фильтра (примерно 0,1 МПа). Открывают ЗК 5. При этом ДЗК 9 открыт, П 14 находится в нижнем положении и удерживается ОХ 18, OX 19. Фильтрат проходит через ЗК 5, ДЗК 9 и изливается в ЕДСФ 6 через ЦО 15, О 17 в П 14 (фиг.2-4).
А
1
2
К
О
А
П
З
Когда ЕДСФ 6 наполняется и уровень фильтрата касается П 14, последний начинает подниматься вверх. В крайнем положении ЗЭ 12, расположенный в ЦО 15 на Д 16, касается С 11 К 10 ДЗК 9. После этого давление на выходе фильтра Ш 3 начинает нарастать до уровня Р, при этом начинается заполнение Р 10. Из условия (1) F≥F+F, при полном прижатии ЗЭ 12 к С 11 обеспечивается полная герметичность ДЗК 9 (фиг.5). При этом давление на выходе ЗК 5 равно давлению на входе в фильтр - Р. Условие F+ F≥ F-F-F необходимо для того, чтобы система ДЗК 9+О 17 не могла быть поднята П 14. В дальнейшем закрывают ЗК 5 и систему ДЗК 9+О 17 снимают с ЕДСФ 6. В результате перелив фильтрата из ЕДСФ 6 исключается. Снабжение фильтра ДЗК 9 с ЗЭ 12 на П 14 обеспечивает повышение экономичности использования фильтра и исключения нерациональной потери фильтрата, что повышает его долговечность использования. Наличие ГШ 8 и ОЭ 13 обеспечивает удобную установку системы ДЗК 9+О 17 на любую ЕДСФ 6 (что удобно в быту). На фиг.2-4 показаны исполнения ОЭ 13: в виде крышки - диска (фиг.4), в виде крышки с вставными штырями (фиг.2, 5), которые опираются на ЕДСФ 6, в виде подковообразной конструкции (фиг.3) для установки на боковую стенку ЕДСФ 6. Конструктивно ДЗК 9 может быть выполнен по-разному. Вначале скорость истока фильтрата значительна (идет разрядка Р 7), при этом возможно быстро наполнить ЕДСФ 6 равную или меньшую по объему, чем рабочий объем Р 7, далее исток перейдет в малорасходный режим, необходимый для соблюдения нормального режима обменных процессов в фильтрующих материалах фильтра. При этом давление на выходе фильтра в начальный момент истока будет равняться входному и поддерживаться Р 7, в дальнейшем значительно снижается при разрядке Р 7. Это повышает удобство использования фильтра, т.к. позволяет быстро получить большой объем фильтрата без снижения его качества.
Вариант 2.
РК 4 задают давление воды Р на входе фильтра (примерно 0,1 МПа). Открывают ЗК 5. П 14 отрывают от ОЭ 13, который удерживается за счет магнитных сил притяжения Э 20, Э 21, при этом ДЗК 9 открыт.Фильтрат проходит через ЗК 5, ДЗК 9 и изливается в ЕДСФ 6 через ЦО 15, О 17 в П 14 (фиг.6-8).
М
1
2
К
О
А
П
З
Когда ЕДСФ 6 наполняется и уровень фильтрата касается П 14, последний начинает подниматься вверх. В крайнем положении ЗЭ 12, расположенный в ЦО 15 на Д 16, касается С 11 К 10 ДЗК 9, при этом Э 20, Э 21 соприкасаются и удерживаются за счет сил магнитного притяжения, ДЗК 9 автоматически закрыт. Данная конструкция может работать без ЗК 5, т.к. запорную функцию выполняет ДЗК 9. После этого давление на выходе фильтра Ш 3 начинает нарастать до уровня Р, при этом начинается заполнение Р 10. Из условия (1) F≥F+F, при прижатии ЗЭ 12 к С 11 с помощью Э 20, Э 21 обеспечивается полная герметичность ДЗК 9 (фиг.9). При этом давление на выходе ЗК 5 равно давлению на входе в фильтр - Р. Условие F+F≥ F-F-F необходимо для того, чтобы система ДЗК 9+О 17 не могла быть поднята П 14. В дальнейшем закрывают ЗК 5 (выполняет функцию дублирующего клапана) и систему ДЗК 9+О 17 снимают с ЕДСФ 6. В результате перелив фильтрата из ЕДСФ 6 исключается. Снабжение фильтра ДЗК 9 с ЗЭ 12 на П 14 обеспечивает повышение экономичности использования фильтра и исключения нерациональной потери фильтрата, что повышает его долговечность использования. Наличие ГШ 8 и ОЭ 13 обеспечивает удобную установку системы ДЗК 9+О 17 на любую ЕДСФ 6 (что удобно в быту). На фиг.6-8 показаны исполнения ОЭ 13: в виде крышки - диска (фиг.8), в виде крышки с вставными штырями (фиг.6, 9), которые опираются на ЕДСФ 6, в виде подковообразной конструкции (фиг.7) для установки на боковую стенку ЕДСФ 6. Конструктивно ДЗК 9 может быть выполнен по-разному. Вначале скорость истока фильтрата значительна (идет разрядка Р 7), при этом возможно быстро наполнить ЕДСФ 6, равную или меньшую по объему, чем рабочий объем Р 7, далее исток перейдет в малорасходный режим, необходимый для соблюдения нормального режима обменных процессов в фильтрующих материалах фильтра. При этом давление на выходе фильтра в начальный момент истока будет равняться входному и поддерживаться Р 7, в дальнейшем значительно снижается при разрядке Р 7. Это повышает удобство использования фильтра, т.к. позволяет быстро получить большой объем фильтрата без снижения его качества. Преимущество данной конструкции - в магнитной фиксации ЗЭ 12 при прижиме к С 11. Это позволяет конструктивно ДЗК 9, П 14 выполнить компактными. Архимедову силу при прижиме ЗЭ 12 к С 11 дополняет и заменяет магнитная сила прижима Э 20, Э 21. Особенно это удобно при удаленном расположении ДЗК 9 и П 14 от ЗК 5 и фильтра и отсутствии ЗК 5.
Данный фильтр может быть использован в бытовых и промышленных установках очистки различных сред (преимущественно воды) от загрязняющих примесей.