Фильтр для очистки воды
Владельцы патента RU 2672439:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (RU)
Изобретение относится к бытовому оборудованию и может быть использовано для очистки воды, поступающей из централизованного источника водоснабжения, а также для создания мобильных миниводоканалов и получения питьевой воды из открытых источников (озеро, река, скважина) в населенных пунктах, где нет возможности протянуть водопровод, например на военных сборах, молодежных форумах и в случаях катастроф. Фильтр для очистки воды содержит корпус с входным и выходным патрубками, расположенный в корпусе фильтрующий материал, дистрибьютор, фланец, закрепленый в верхней части корпуса, на котором закреплена обечайка с кольцами для удаления пристенного эффекта. С внутренней стороны фланца закреплена перфорированная сетка с пористым материалом. Фильтрующий материал расположен в корпусе неравномерно, чем ближе к поверхности выходного патрубка, тем плотность его засыпки выше. В качестве пористого материала использован, например, пористый полипропилен. Перфорированная сетка выполнена, например, из нержавеющей стали. В качестве фильтрующего материала использован графеновый сорбент. Технический результат: очистка воды с повышенной производительностью оборудования. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемое изобретение относится к бытовому оборудованию и может быть использовано для очистки воды, поступающей из централизованного источника водоснабжения, а также для создания мобильных мини водоканалов и получения питьевой воды из открытых источников (озеро, река, скважина) в населенных пунктах, где нет возможности протянуть водопровод, например, на военных сборах, молодежных форумах и в случаях катастроф.
Значительная часть известных устройств для фильтрации жидкостей, в том числе и воды, основана на принципе пропускания очищаемой воды через фильтрующую поверхность с образованием на ней осадка загрязнений. Забивка пор грязью создает основное сопротивление фильтрации, которое приводит к снижению производительности фильтров и качеству получаемой воды.
В настоящее время во всем мире для очистки воды от примесей применяются фильтры коаксиальной конструкции. При этой конструкции грязная вода через внешнюю обечайку картриджа проходит через утрамбованный слой сорбента и выходит через внутреннюю пористую трубку. Примерами таких конструкций служат:
«Фильтр для очистки воды в транспортных средствах» (Патент РФ № 2434664, МПК B01D29/11, опубл.27.11.2011, Бюл. №18);
«Фильтр для очистки питьевой воды от химических и механических загрязнений» (Патент РФ №2486136, МПК C02F1/00, опубл. 27.06.2013, Бюл. №18);
«Устройство для очистки воды» (Патент РФ № 2183983, МПК C02F1/15, опубл 20.09.2002, Бюл. № 26), в которых фильтр содержит корпус с крышкой и днищем, входной и выходной патрубки и закрепленный внутри корпуса коаксиально с ним элемент (фильтрующий материал) для очистки воды.
Недостатком известных конструкций является снижение производительности вследствие забивки пор на поверхности фильтрующего материала (сорбента).
Известен также «Бытовой фильтр для доочистки питьевой воды «ЦИОЛИТОВЫЙ-С» (Патент РФ № 2252061, МПК B01D15/04$ C02F1/18, опубл.), в котором внутри корпуса с входными и выходными патрубками установлены вертикальные перегородки с образованием блоков для фильтрующего материала (сорбента), при этом перегородки выполнены в виде двух цилиндров, установленных соосно по вертикальной оси корпуса с образованием одного цилиндрического блока и двух кольцевых.
Недостатками бытового фильтра для очистки воды является образование сквозных пор или забивки пор в сорбенте, что снижает ресурс работы фильтров и их частую замену.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является «Способ очистки воды и устройство для его осуществления» (Патент РФ № 2502680, МПК C02F 1/28, B01D 61/02, опубл. 20.05.2013, Бюл. №36), в котором устройство для очистки воды состоит из корпуса, входного и выходного патрубков. Устройство также содержит полимерную мембрану, содержащую сквозные поры цилиндрической или конусной формы, а фильтрующий материал содержит графены и/или углеродные нанотрубки.
Очистка воды на этом устройстве включает две стадии, на которых:
(А) - фильтруют воду через фильтрующий материал;
(Б) - фильтруют воду через мембрану со сквозными порами цилиндрической или конусной формы диаметром 0,005-0,3 микрона.
Недостатком прототипа является коаксиальная конструкция устройства, каналы фильтрующего материала забиваются примесями из грязной воды и частицами мелкого сорбента, а также невозможность равномерного наполнения и уплотнения корпуса сорбентом. Вода находит участок, где сорбент менее уплотнен и в дальнейшем протекает по этому каналу. Весь остальной сорбент в фильтре перестает работать. Ресурс работы такого фильтра определяется временем, необходимым, чтобы пробить этот канал в объеме сорбента. В дальнейшем сорбционные свойства ГС не используются.
Кроме того, применяются дорогостоящие мембраны, чтобы не только грязь, но и сорбент не проскочил в фильтрованную воду. При использовании полимерных мембран нельзя повысить производительность оборудования за счет увеличения давления воды на входном патрубке из-за возможности механического разрушения тонкой полимерной пленки, из которой она сделана.
Основной задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции фильтра с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом является очистка воды с повышенной производительностью оборудования.
Технический результат достигается тем, что в фильтр для очистки воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и расположенный в корпусе фильтрующий материал в корпусе дополнительно установлены дистрибьютор, фланец, закрепленый в верхней части корпуса, на котором закреплена обечайка с кольцами для удаления пристенного эффекта, с внутренней стороны фланца закреплена перфорированная сетка с пористым материалом, а фильтрующий материал расположен в корпусе неравномерно, чем ближе к поверхности выходного патрубка, тем плотность его засыпки выше причем в качестве пористого материала использован, например, пористый полипропилен, перфорированная сетка выполнена, например, из нержавеющей стали, а качестве фильтрующего материала использован графеновый сорбент.
Предлагаемая конструкция фильтра с дополнительно введенными элементами конструкции позволяет достичь технического результата за счет устранения пристеночного протекания воды через фильтрующий материал и ликвидации сквозных каналов за счет самозалечивания слоя фильтрующего материала.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
Фиг. 1 - представлена конструкция предлагаемого фильтра;
Фиг. 2 - схема работы фильтра с разной степенью уплотнения фильтрующего материала;
Фиг. 3 - №1 - Падение производительности для коаксиальной модели
фильтров (прототип)
№2 - Падение производительности засыпной предлагаемой конструкции фильтра.
Фильтр (Фиг. 1) для очистки воды состоит из корпуса 1, внутри которого расположены входной патрубок 2, продолжением которого является дистрибьютор 3, представляющий собой трубку с отверстиями и служащий для равномерного распределения воды внутри корпуса, слой фильтрующего материала 4, фланец 5 закреплен в верхней части корпуса 1, на котором закреплена обечайка 6 с кольцами для удаления пристенного эффекта 7, с внутренней стороны фланца 5 закреплена перфорированная сетка 8 с пористым материалом 9 для удержания фильтрующего материала, в качестве которого использован, например, пористый полипропилен, а перфорированная сетка 8 может быть выполнена, например, из нержавеющей стали. На фланце 5 закреплен выходной патрубок 10.
При этом, фильтрующий материал 4 распределен в корпусе 1 неравномерно, чем ближе к поверхности выходного патрубка 10, тем плотность засыпки выше.
Устройство работает следующим образом. Вода из сети или от насоса поступает в корпус фильтра 1 через входной патрубок 2, распределяется через дистрибьютор 3, проходит через слой фильтрующего материала 4, отражается от верхнего фланца 5 и по наружной стороне обечайки 6 попадает во внутреннюю ее полость, где поток дважды оптекает кольца для удаления пристенного эффекта 7. Затем очищенная вода проходит через перфорированную сетку 8 и пористый материал 9 и выливается через выходной патрубок 10.
Крупные примеси в воде удерживаются слабо уплотненным фильтрующим материалом, а мелкие - сильно уплотненным. Примеси крупнее 100 нм, которые представляют собой коллоидные примеси и бактерии не смогут проскочить через плотно упакованный фильтрующий материал. В случае образования в нем канала в него устремляется вода, идя по линии наименьшего сопротивления. Она захватывает свободные плавающие частицы фильтрующего материала, которые устремляются в эти отверстия и заполняют каналы, т.е. происходит эффект самовосстановления слоя.
На основании вышеизложенного видно (Фиг. 3), что новая конструкция фильтра для очистки воды значительно превосходит по ресурсам коаксиальные конструкции фильтров.
Достижение технического результата обеспечивается за счет устранения пристеночного протекания воды через фильтрующий материал и ликвидации сквозных каналов.
1. Фильтр для очистки воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и расположенный в корпусе фильтрующий материал, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно установлены дистрибьютор, являющийся продолжением входного патрубка, и фланец, закрепленый в верхней части корпуса, на котором закреплена обечайка с кольцами для удаления пристенного эффекта, с внутренней стороны фланца закреплена перфорированная сетка с пористым материалом, а фильтрующий материал расположен в корпусе неравномерно, чем ближе к поверхности выходного патрубка, тем плотность его засыпки выше.
2. Фильтр для очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пористого материала использован, например, пористый полипропилен.
3. Фильтр для очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что перфорированная сетка выполнена, например, из нержавеющей стали.
4. Фильтр для очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фильтрующего материала использован графеновый сорбент.
