ФИЛЬТР ДЛЯ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ
FILTRATION ELEMENT FOR FLUID FINE CLEANING

Изобретение относится к устройствам, используемым потребителями для тонкой фильтрации жидкостей: питьевая вода, спирты, углеводороды, эфиры, бензин, керосин, органические соединения, кислоты, перекись водорода и т.д., которые эффективно очищают фильтруемую жидкость от взвесей, бактерий, растворенных химических и органических соединений, тяжелых металлов, алюминия, железа и других загрязнений и может найти применение в бытовых и промышленных условиях, в химической промышленности, в медицине, в фармацевтике и в научных работах, а при отсутствии питьевой водопроводной воды, у индивидуальных потребителей.
Известен аппарат для фильтрации, содержащий корпус, в котором соосно установлены центральная распределительная труба с рядами отверстий и набор трубчатых мембранных элементов, укрепленный в трубной решетке, крышку с патрубком, днище, кольцевую чашку для заглушки концов мембранных элементов и герметизирующие уплотнения между крышкой и трубной решеткой (патент РФ 2063785, А01К 29/00, В01D 29/00, 1995 г). Известный аппарат достаточно сложен в изготовлении, так как крышка, днище, трубная решетка и корпус имеют ряд специальных приспособлений для уплотнения составных частей аппарата, причем центральная распределительная труба, так же как и трубчатые мембранные элементы, герметично закреплена своей верхней частью в трубной решетке с помощью специальных уплотнений и проточек, а нижней частью соединена с днищем. При таком выполнении известного аппарата корпус, крышка, днище и трубная решетка имеют усложненную форму и трудоемки в изготовлении. Сборка и разборка такого аппарата сложны и требуют постоянного контроля соблюдения герметичности при соединении отдельных его частей.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является устройство для мембранной фильтрации, содержащее герметичный пустотелый цилиндрический корпус с крышкой, двумя штуцерами и дросселем, обеспечивающим поток жидкости только в одну сторону - внутрь корпуса, фильтр-элемент с мембраной, имеющий меньшую длину, чем длина корпуса, внутри которого он расположен, и средство для отвода отфильтрованной воды (см., патент РФ №2179061, кл. В01D 63/00 от 2000 г.).
Недостатками этого технического решения являются невозможность обеспечения эффективной регенерации (не менее 90% восстановления его производительности) мембранных фильтров-элементов потребителем при их загрязнении; большой расход воды в процессе фильтрации (от 1/3 до 4/5 не фильтрованной воды проходит через корпус фильтра и спускается в канализацию) и необходимость обеспечения достаточно большого давления на входе фильтра (от 3 до 8 атм) для обеспечения его работоспособности.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования бытового фильтра для тонкой очистки жидкости, в котором, благодаря конструктивному исполнению, достигается возможность повышения технологичности изготовления фильтра-элемента для стандартного корпуса бытового фильтра, упрощения его сборки и разборки, обеспечения возможности эффективной регенерации фильтров-элементов и их замены, фильтрации всего потока жидкости, поступающего на фильтр при минимальном входном давлении (от 0,5 атм), что особенно важно в большинстве вариантов его использования.
Задача изобретения решается тем, что фильтр для тонкой очистки, содержащий герметичный пустотелый цилиндрический корпус с крышкой, двумя штуцерами и дросселем, обеспечивающим оптимальный (определяемый пропускной способностью фильтра-элемента) поток фильтруемой жидкости, герметичный фильтр-элемент с мембраной, имеющий меньшую длину, чем длина корпуса, внутри которого он расположен, и средство (штуцер) для отвода отфильтрованной воды, снабжен фланцем и пробкой, между которыми установлен, по крайней мере, один фильтр-элемент и жестко в них закреплен.
Поставленная задача достигается также тем, что пробка выполнена, по крайней мере, с одним каналом, в котором установлен соединительный патрубок фильтра-элемента.
Поставленная задача достигается также тем, что фильтр-элемент снабжен соединительным патрубком, которым он сообщен через канал, выполненный в пробке со средством отвода отфильтрованной воды.
Поставленная задача достигается также тем, что фланец выполнен, по крайней мере, с одним рядом посадочных мест под фильтр-элемент с одной его стороны и кольцевой проточкой, выполненной с другой его стороны.
Поставленная задача достигается также тем, что площадь отверстия дросселя меньше или равна площади суммарного эквивалентного отверстия мембраны фильтра-элемента.
Поставленная задача достигается также тем, что фильтр снабжен упругим элементом, например пружиной, которая установлена между фланцем и дном корпуса. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен продольный разрез фильтра для тонкой очистки жидкостей;
на фиг.2 - вид на фильтрующий элемент, установленный в круглую резиновую пробку;
на фиг.3 - вид сбоку на фильтрующий элемент.
Фильтр для тонкой очистки жидкостей состоит из корпуса 1 (фиг.1 - 3) в виде цилиндрического стакана, двух фильтров-элементов 2 и 3, упругого элемента 4, например, пружины или объемной упруго-эластичной вкладки, круглого фланца 5 из полиэтилена с рядом посадочных мест под фильтр-элемент, например, с прорезями 6 и 7 для установки фильтров-элементов 2 и 3, а с другой стороны с кольцевой направляющей проточкой (на чертеже условно не показанной) для фиксированной установки пружины 4 между фланцем и дном стакана. Корпус 1 фильтра закрыт крышкой 8, в которой выполнены штуцеры, один из которых 9 сообщен с подводящей магистралью 10 через дроссель 11 и сетчатый фильтр 12 с краном, а другой штуцер 13 расположен с другой стороны крышки и сообщен со средством 14 для отвода отфильтрованной воды с краном 15. Крышка 8 с гнездом с внутренней полостью 16 под резиновую пробку 17 жестко соединена с корпусом быстроразъемным соединением, например, резьбой. Резиновая пробка 17 выполнена с двумя каналами 18 и 19 под соединительные патрубки 20 и 21 фильтров-элементов, посредством которых внутренняя полость крышки 16 сообщена со штуцером 13.
Фильтры-элементы 2 и 3 для тонкой очистки жидкости состоят из жестких пластин прямоугольной формы и выполнены из полипропилена с внутренней структурой в виде капиллярных канавок и соединительных патрубков 20 и 21 для отвода отфильтрованной жидкости через фильтр-элемент из внутренней полости 22 корпуса. Сверху и снизу основы фильтров-элементов 2 и 3 установлены фильтрационные подложки из нетканого материала (например, смеси полипропилена и полиэтилена), а поверх них ламинируются защитные внешние мембраны с калиброванными отверстиями, суммарная площадь которых указывается в сопроводительной документации завода-изготовителя.
Герметизация фильтров-элементов 2 и 3 производится термической сваркой по периметру его прямоугольного корпуса сверху и снизу. При этом внешние трековые мембраны и фильтрационную подложку надежно и герметично приваривают к корпусу. Площадь суммарного эквивалентного отверстия мембраны фильтра-элемента выбрана равной площади отверстия дросселя или на 0,01 больше нее.
Мембраны могут быть изготовлены из поликарбоната, лавсана, полиимида, полипропилена, фторсодержащей пленки.
Фильтрационные подложки могут быть выполнены, по крайней мере, из одного слоя и представляют собой мембранный фильтр, изготовленный из производных полимеров. Материал мембранного фильтра образует связную структуру, так что свободные частицы или волокна отсутствуют. При этом можно считать, что процесс фильтрации аналогичен действию многослойного сита или решета с весьма малыми по размерам ячейками, размеры проходов, или пор, в пределах отдельного фильтра выдерживаются с очень жесткими допусками (порядка 0,05 мкм), что дает возможность изготавливать фильтры с порами различной величины.
Данная конструкция фильтра-элемента позволяет использовать его в «напорных» вариантах фильтров.
Конструкция фильтров-элементов (это абсолютно плоская и жесткая основа с капиллярными канавками, внешними мембранами, фильтрационными подложками и соединительными патрубками) обеспечивает его работу при внешнем давлении фильтруемой жидкости до 10 атм.
Фильтр может быть укомплектован кронштейном, предназначенным для закрепления на вертикальной поверхности, например, стене, или подставкой для закрепления на горизонтальной поверхности, например, раковине, либо на столешнице раковины.
Работает фильтр следующим образом.
Вставив соединительные патрубки 20 и 21 двух фильтров-элементов 2 и 3 в резиновую пробку 17 и надев на фильтры-элементы сверху фланец 5, получаем моноблок для установки в корпус фильтра. При сборке корпуса фильтра пружина 4 осуществляет прижатие пробки 17 к гнезду с внутренней полостью 16 в крышке 8 и надежную его герметизацию. Неотфильтрованная вода поступает в полость 22 фильтра из подводящей магистрали 10, отфильтровывается через герметичные фильтры-элементы 2 и 3 и через соединительные патрубки 20 и 21, каналы 18 и 19 и внутреннюю полость 16 поступает на выход из фильтра через штуцер 13 в расходный кран 15. Необходимо отметить, что фильтр обеспечивает фильтрацию всего потока жидкости, поступающего на его вход.
Применяемые при изготовлении фильтров-элементов материалы и технологии изготовления обеспечивают:
- его химическую нейтральность;
- возможность его стерилизации, например, кипячением (эта возможность обеспечивается вследствие того, что в структуре фильтра-элемента отсутствуют внутренние емкости, в противном случае его бы просто разорвало);
- подбор параметров фильтра-элемента позволяет изготавливать наиболее оптимальные (с точки зрения ресурса и производительности) конструкции для фильтрации различных жидкостей как по степени вязкости и загрязненности, так и по качеству требуемой очистки.
Заявляемое техническое решение может быть эффективно использовано при тонкой фильтрации следующих жидкостей: питьевая вода, спирты, углеводороды, эфиры, бензин, керосин, органические соединения, кислоты, перекись водорода и т.д., при этом оно позволяет эффективно фильтровать:
- различные мелкодисперсные механические частицы и взвеси;
- все виды бактерий - 100%;
- тяжелые металлы - 85-95%;
- свинец - более 90%;
- кадмий - 80%;
- железо 3-валентное - 100%;
- нефтепродукты - более 95%;
- пестициды - более 90%;
- алюминий - 100%.
Фильтр-элемент обладает всеми свойствами фильтрации, присущими трековой мембране и мембранного объемного фильтра.
Скорость потока пропорциональна площади фильтрации и разности давлений и обратно пропорциональна вязкости фильтруемой жидкости. Предлагаемый фильтр-элемент при фильтрации питьевой воды при давлении 1 атм способен обеспечить начальную производительность 30 литров/в час.
Срок службы фильтра-элемента - это объем жидкости, который может быть пропущен через него до того, как скорость потока упадет ниже требуемого уровня или до полного прекращения процесса фильтрации потока, т.е. до засорения фильтра. Использование внешней трековой мембраны позволяет проводить регенерацию фильтра-элемента по мере его загрязнения кислотным раствором (эффективность регенерации 92-94%), что значительно увеличивает его срок службы.
Реализация заявленного технического решения позволяет повысить эффективность и надежность работы фильтра и расширить диапазон его использования в промышленных условиях.