Фільтрувальний патрон

Реферат: Винахід стосується пристрою для очищення рідини і може знайти застосування для очищення питної води й інших рідин побутового застосування, в медичній й інших галузях. Фільтрувальний патрон, що заповнюється фільтрувальним матеріалом, виконаний у формі відкритого стакана, який закритий зверху кришкою, що має бічні стінки і дно з щонайменше одним вихідним отвором, закритим щонайменше одним водопроникним матеріалом, де дно патрона виконане з можливістю використання водопроникного матеріалу, що доходить до зовнішнього краю бічних стінок і виготовлений з волокон з досить малим діаметром, що дозволяє застосовувати фільтрувальний матеріал, який містить порошкоподібні частинки, при цьому вся зона між зовнішнім і внутрішнім краями стінок по периметру дна являє собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу. Винахід забезпечує підвищення швидкості фільтрації рідини за рахунок збільшення поверхні протікання при одночасному підвищенні ефективності очищення рідини. UA 99653 C2 (12) UA 99653 C2 UA 99653 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Група винаходів стосується фільтрувальних пристроїв для очищення рідини, переважно питної води, призначених для використання у фільтрах для очищення рідини в побутових умовах, переважно у фільтрах глечикового типу і може знайти застосування для очищення питної води й інших рідин побутового застосування, в медичній й інших галузях. З рівня техніки відомий пристрій для фільтрації води [атент СПІА 5,002,665, опубл. 26.03.1991 p., МПК B01D24/00] який містить фільтрувальну вставку (1), що заповнюється фільтрувальним матеріалом, яка має форму стакана, що закривається зверху кришкою (3), в основі якого є вихідні отвори (5), які закриваються зверху сіткою (9) з легкоплавких пластикових волокон, яка може бути приварена до основи (сторінки 1, 2 опису винаходу; фіг. 1, 2). Даний пристрій досить складний у виготовленні і має маленьку поверхню протікання, що призводить до зниження швидкості фільтрації. Відомий фільтраційний модуль для очищення рідини, що складається з корпусу (2), виконаного у вигляді стакана з бічними стінками і основою (6) з вихідними отворами (9) і кришки з отворами для входження рідини. У корпусі розташований гранульований фільтрувальний матеріал. Для виключення потрапляння в очищену рідину фільтрувального матеріалу, між згаданим матеріалом і основою корпусу розташована сітка (8), виконана у вигляді плоского диска, привареного до основи. Сітка виконана з нетканого матеріалу, наприклад поліпропілену (сторінка 1 опису винаходу; фіг. 2), [атент США №5,049,272, опубл. 17.09.1991, МПК B01D24/14] При виготовленні зазначеного модуля необхідно додатково закріпляти сітку на основі модуля. Відомий фільтраційний модуль за патентом США 6,012,232, опубл. 11. 06. 2000 p., МПК F26B19/00, що заповнюється фільтрувальним матеріалом, який має бічні стінки, кришку і дно з вихідними отворами, закритими сіткою. Матеріал, з якого виготовлена сітка, містить два типи волокон, з'єднаних разом, гідрофільні і гідрофобні волокна (сторінка 3 опису винаходу). Через невелику поверхню протікання неможливо досягнути високої швидкості фільтрації, що погіршує експлуатаційні характеристики виробу. Найбільш близьким аналогом є фільтрувальний патрон (1) за патентом США 6,099,728, опубл. 08. 08. 2000 p., МПК B01D27/02, що заповнюється гранульованим фільтрувальним матеріалом, виконаний у формі відкритого стакана, який може бути закритий кришкою, що має бічні стінки (3) і дно (1) з вихідними отворами (2), закритими тканинною вставкою (12) з пластмасовим каркасом (11) (сторінка 2 опису винаходу, фіг. 1, 2), причому розмір комірок в тканині знаходиться в межах від 50 до 300 мікрон, переважно 80-200 мікрон (сторінка 1 опису винаходу). Вихідні отвори, розташовані в дні зазначеного патрона мають обмежену площу протікання, що веде до зниження швидкості фільтрації, тобто до погіршення експлуатаційних характеристик виробу. При виготовленні зазначеного патрона потрібна окремо виділена стадія виробництва, в процесі якої формується вставка з пластмасовим каркасом. Вже готова вставка використовується при виготовленні самого патрона методом інжекційного лиття. Багатостадійність процесу виробництва ускладнює технологію виготовлення фільтрувального патрона. Відомі в рівні техніки способи виготовлення фільтрувальних засобів або їх елементів з пластика в основному базуються на методі інжекційного лиття під тиском. Однак основна проблема при виробництві фільтрувальних засобів виникає при використанні волокнистих матеріалів, наприклад, нетканих матеріалів з малим діаметром волокон, наприклад, 2-20 мікрон. Можливість використання вказаних матеріалів в складі фільтрувальних пристроїв дозволяє застосовувати в засобах для очищення рідин більш дрібний сорбент, наприклад, порошкоподібний фільтрувальний матеріал з розміром частинок менше 50 мікрон, що в свою чергу призводить до підвищення міри очищення фільтрованої рідини. Однак при автоматизованому вирубуванні деталей з таких матеріалів необхідно забезпечити зазори у вирубному штампі суттєво менші діаметра волокна, що при існуючому рівні техніки не вдається. Іншими способами одержання таких виробів є використання просічних штампів, ультразвукового, лазерного розкроювання і розкроювання гарячим інструментом. Всі ці способи не забезпечують стійкої автоматичної роботи. Найбільш близьким аналогом для способу виготовлення фільтрувального патрона є метод виробництва обшивки або частини обробки з безпосередньо відлитим кріпильним елементом за патентом США 6,887,413, опубл. 03.05.2005 p., МПК В29С45/14, що включає розміщення заготовки, яка являє собою декоративну частину з шаром дерев'яного шпону або частину листового металу або неткане покриття на основі і т. п. в принаймні роз'ємній прес-формі для лиття під тиском, закриття прес-форми і таким чином забезпечення вирізування (вирубування) деталі із заготовки до точної форми, заповнення формувальної порожнини розплавленим складом заливки методом впорскування під тиском і після застигання складу витягання виробу з прес-форми. У зазначеному способі при використанні як заготовки волокнистих матеріалів з маленьким діаметром волокна виникає проблема вирубування заготовки. 1 UA 99653 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Загальною задачею пропонованої групи винаходів є створення надійної конструкції з високими експлуатаційними характеристиками при спрощенні технології виготовлення виробу. Технічний результат від використання пропонованої групи винаходів полягає в підвищенні швидкості фільтрації рідини за рахунок збільшення поверхні протікання при одночасному підвищенні ефективності очищення рідини. Поставлена задача і необхідний технічний результат досягається тим що, у фільтрувальному патроні, який заповнюється фільтрувальним матеріалом, виконаному у формі відкритого стакана, який може бути закритий зверху кришкою, що має бічні стінки і дно з щонайменше одним вихідним отвором, закритим щонайменше одним водопроникним матеріалом, згідно з винаходом, дно виконане з можливістю використання водопроникного матеріалу, який доходить до зовнішнього краю бічних стінок і виготовленого з волокон з досить малим діаметром, що дозволяє застосовувати фільтрувальний матеріал, який містить порошкоподібні частинки, при цьому вся зона між зовнішнім і внутрішнім краями стінок по периметру дна являє собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу, і тим, що використовують водопроникний матеріал, який містить волокна діаметром від 0,5 мікрон, переважно 2-20 мікрон, і тим, що використовують водопроникний матеріал товщиною від 0,02 мм до 3 мм, переважно від 0,04 мм до 2 мм, і ще більш переважно від 0,05 мм до 0,3 мм, і тим, що використовують водопроникний матеріал, виготовлений з поліефірних волокон або поліолефінових волокон або поліамідних волокон або мікроволокон, і тим, що водопроникний матеріал може бути виконаний у вигляді гофрованого матеріалу, і тим, що водопроникний матеріал може бути виконаний щонайменше з двох шарів, при цьому, щонайменше один із шарів виконаний з матеріалу з певними властивостями, наприклад, з бактерицидного матеріалу або сорбційного матеріалу або іонообмінного матеріалу, і тим, що дно може бути виконане з ребрами жорсткості, і тим, що ребра жорсткості являють собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу, і тим, що ребра жорсткості можуть бути радіально спрямованими, і тим, що ребра жорсткості можуть бути виконані опуклої форми, і тим, що водопроникний матеріал, розташований між ребрами жорсткості може бути виконаний опуклої форми, при цьому водопроникний матеріал, розташований між ребрами жорсткості, може мати площу поверхні більшу, ніж площа поперечного перерізу між ребрами жорсткості, і тим, що фільтрувальний матеріал може містити порошкоподібні і волокнисті частинки, причому фільтрувальний матеріал може містити частинки розміром менше 50 мікрон, і тим, що в способі виготовлення фільтрувального патрона, що включає розміщення заготовки в щонайменше роз'ємній прес-формі, вирубування заготовки до заданої форми деталі, заповнення формувальної порожнини в прес-формі розплавленим полімером і витягання виробу з пресформи, згідно з винаходом, заповнення розплавленим полімером формувальної порожнини в прес-формі, виконують після розміщення заготовки, а вирубування здійснюють по зоні вирубування, яку формують в спеціально виконаній в прес-формі зоні, причому вирубування і витягання виробу проводять одночасно, і тим, що краї заготовки виступають за межі зрізу вирубування, а зона вирубування являє собою композит із заготовки і розплавленого і потім остиглого полімерного матеріалу, до того ж зона вирубування може бути відформована з однієї сторони заготовки або може бути відформована з двох сторін заготовки, таким чином, що заготовка опиняється вплавленою між шарами полімеру й тим, що заготовка являє собою безперервну стрічку з водопроникного матеріалу з досить малим діаметром волокон, що дозволяє застосовувати фільтрувальний матеріал, що містить порошкоподібні частинки і тим, що використовують водопроникний матеріал, який містить волокна діаметром від 0,5 мікрон, переважно 2-20 мікрон, і тим, що використовують водопроникний матеріал товщиною від 0,02 мм до 3 мм, переважно від 0,04 мм до 2 мм, і ще більш переважно від 0,05 мм до 0,3 мм, і тим, що використовують водопроникний матеріал, виготовлений з поліефірних волокон або поліолефінових волокон або поліамідних волокон або мікроволокон, і тим, що після кожного циклу заповнення формувальної порожнини в прес-формі розплавленим полімером і вирубування відбувається автоматичне переміщення стрічки з водопроникного матеріалу, і тим, що вказаний фільтрувальний патрон, виконаний вказаним способом застосовується в пристрої для очищення рідини, переважно питної води. Сутність групи винаходів пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 зображені загальний вигляд і вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому бічні стінки виконані у формі циліндричної поверхні На Фіг. 2 зображені загальний вигляд і вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому бічні стінки виконані у формі циліндричної поверхні з V-подібною канавкою На Фіг. З зображений вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому виконані радіально спрямовані ребра жорсткості, а бічні стінки у формі циліндричної поверхні 2 UA 99653 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На Фіг. 4 зображений вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому виконані радіально спрямовані ребра жорсткості, а бічні стінки у формі циліндричної поверхні з V-подібною канавкою На Фіг. 5 зображений загальний вигляд і вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому ребра жорсткості виконані по конічній поверхні На Фіг. 6 зображений загальний вигляд і вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому водопроникний матеріал виконаний у формі гофри На Фіг. 7 зображений загальний вигляд і вигляд знизу фільтрувального патрона, в якому водопроникний матеріал, розташований між ребрами жорсткості має площу поверхні більшу, ніж площа поперечного перерізу між ребрами жорсткості На Фіг. 8 зображений загальний вигляд фільтра типу глечик з фільтрувальним патроном всередині На Фіг. 9а зображена прес-форма в процесі лиття (в динаміці). На Фіг. 96 зображена прес-форми після вирубування деталі. Зйснення винаходу Суттєвою особливістю фільтрувального патрона, який заявляється, є виконання дна з водопроникного матеріалу, що доходить до зовнішнього краю бічних стінок і виготовленого з волокон з досить малим діаметром способом, який заявляється. Використання водопроникного матеріалу, виготовленого з тонких волокон дозволяє забезпечити високу газопроникність і водопроникність вихідному фільтру, яким є дно фільтрувального патрона за рахунок збільшення сумарного прохідного перерізу, тобто підвищити швидкість фільтрації рідини і крім того застосовувати в фільтрувальному патроні більш дрібний сорбент, наприклад, активоване порошкоподібне вугілля з розміром частинок менше 50 мікрон (переважно 20 мікрон і менше), що в свою чергу призводить до підвищення міри очищення фільтрованої рідини. Фільтрувальний патрон 1 (фіг. 1), виконаний у формі стакана і, заповнений фільтрувальним матеріалом 4, складається з бічних стінок 2, які можуть бути виконані, наприклад, у формі циліндричної поверхні (фіг. 1) або у формі циліндричної поверхні з V-подібною канавкою 7 (фіг. 2), яка служить для фіксації фільтрувального патрона в приймальній ємності для очищуваної води і дна 3. Для підвищення швидкості фільтрації рідини, за рахунок збільшення поверхні протікання, дно 3 фільтрувального патрона 1 виконане повністю з водопроникного матеріалу 5, виготовленого з волокон з досить малим діаметром, що доходить до зовнішнього краю бічних стінок 2 так, що зона 6 між зовнішнім і внутрішнім краями зазначених стінок 2 являє собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу 5 (вигляд І, фіг. 1). Як водопроникний матеріал 5, що пропускає воду і затримує частинки фільтрувального матеріалу, використовується, наприклад, нетканий матеріал - поліпропілен або до нього подібний з діаметром волокон 10 мікрон або тканий матеріал, наприклад, сітка з поліефірних волокон з діаметром волокон 20 мікрон, товщиною 0,3 мм. Дно 3 фільтрувального патрона 1 може бути виконане або з плоского водопроникного матеріалу 5 (фіг. 1,2), або з гофрованого водопроникного матеріалу 5 (використовується більш тонкий або матеріал, що піддається стисненню) (фіг. 6). Водопроникний матеріал 5 може бути виконаний, наприклад, з декількох шарів, що дозволяє зменшити гідравлічний опір і як наслідок збільшити швидкість протікання рідини і, крім того, щонайменше один з шарів може бути виконаний з матеріалу з певними властивостями, наприклад, бактерицидного матеріалу або сорбційного матеріалу або іонообмінного матеріалу. Дно 3 фільтрувального патрона 1 може бути виконане з ребрами жорсткості 8, які дозволяють захистити водопроникний матеріал від випадкового механічного впливу і при великих розмірах фільтрувального патрона 1 придати надійності конструкції. При цьому площа протікання між ребрами жорсткості набагато більша, ніж в найближчому аналозі, в тому числі за рахунок виконання ребер жорсткості 8 меншого розміру. Ребра жорсткості 8 являють собою (так як і зона 6, між зовнішнім і внутрішнім краями стінок 2 по периметру дна 3) композит з полімерного і водопроникного матеріалу 5, що є більш міцним матеріалом. У зв'язку з цим ребра жорсткості 8 займають меншу площу поверхні дна З фільтрувального патрона 1, ніж площа поверхні протікання, сформована водопроникним матеріалом. Ребра жорсткості 8 можуть бути виконані, наприклад, радіальними (фіг. З, 4) або по конічній поверхні (фіг. 5). Водопроникний матеріал 5, між ребрами жорсткості 8, може бути виконаний з площею поверхні більшою, ніж площа поперечного перерізу між ребрами, як показано на фіг. 7. Оскільки водопроникний матеріал легко формується, то між елементами прес-форми, що зімкнулися, неминуче утворюються складки матеріалу, які заливаються полімерним матеріалом: тобто формуються ділянки з полімерного матеріалу між опуклими ділянками водопроникного 3 UA 99653 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 матеріалу, що також дозволяє, за рахунок збільшення поверхні протікання, збільшити швидкість фільтрації рідини. Як фільтрувальний матеріал 4 використовують, наприклад, активовані вуглецеві гранульовані частинки (активоване гранульоване вугілля) і/або іонообмінні полімерні гранули (іонообмінна смола) і порошкоподібні частинки з розміром менше 50 мікрон (активоване порошкоподібне вугілля з розміром частинок 20 і менше мікрон) і/або волокнисті частинки з діаметром волокон менше 50 мікрон (іонообмінні полімерні волокна, наприклад, іонообмінні поліакрилонітрильні волокна з діаметром волокон 15-20 мікрон). Фільтрувальний патрон 1 може бути закритий зверху кришкою 9. Фільтрувальний патрон може бути використаний в пристрої для очищення рідини, переважно води, наприклад, в фільтрі типу глечик. Фільтрувальний патрон і пристрій для очищення рідини, наприклад, води, функціонує таким чином: фільтрувальний патрон 1, заповнений фільтрувальним матеріалом 4 і закритий кришкою 9, встановлюють в приймальну ємність для очищуваної води 10 (фіг. 8). Приймальну ємність 10, виконану у вигляді лійки з фільтрувальним патроном 1 встановлюють в ємність для очищеної води 11, виконану у формі глечика. На початку процесу фільтрування, заливають воду в приймальну ємність 10. Неочищена вода через отвори, які є в кришці 9, надходить всередину фільтрувального патрона 1 і проходить через фільтрувальний матеріал 4, після чого очищена вода проходить через дно 3 фільтрувального патрона і попадає в ємність 11, при цьому дрібні частинки фільтрувального матеріалу (сорбенту) не потраплють в очищену воду. Зливання очищеної води здійснюють, нахиляючи пристрій для очищення води. Суть способу виготовлення фільтрувального патрона методом інжекційного лиття під тиском полягає в тому, що в роз'ємну прес-форму 12 (фіг. 9), в якій сформована зона 13, подається заготовка 14, яка може являти собою, наприклад, водопроникний матеріал з діаметром волокон від 0,5 мікрон, наприклад, нетканий матеріал - поліпропілен або до нього подібний з діаметром волокон 10 мікрон або тканий матеріал, наприклад, сітка з поліефірних волокон з діаметром волокон 20 мікрон, товщиною 0,3 мм. Прес-форма 12 закривається і заповнюється розплавленим полімером (наприклад, поліпропіленом або поліетиленом) методом впорскування під тиском. Безпосередньо після операції заповнення прес-форми 12 і застигання полімеру проводять вирубування деталі до заданої форми, яку ведуть по зоні вирубування 15. Операцію вирубування деталі до заданої форми і операцію видалення готового виробу суміщають і здійснюють одночасно. Після кожного циклу заповнення формувальної порожнини в прес-формі 12 розплавленим полімером і вирубування, відбувається автоматичне переміщення заготовки 14 (стрічки з водопроникного матеріалу). Зона 13 в прес-формі 12 формується за рахунок уступів (товщиною, наприклад, 0,2-0,6 mm) формотворних елементів прес-форми, які контактують із заготовкою 14, що дозволяє реалізувати процес вирубування деталі по зоні 15 з використанням заготовки, виконаної з водопроникного матеріалу з досить малим діаметром волокон. У процесі лиття розплавлений полімер в окремих елементах деталі, наприклад зона вирубування, ребра жорсткості, зона між зовнішнім і внутрішнім краєм бічних стінок, може закривати заготовку 14 з одного боку або закривати її з двох боків за рахунок виконання згаданих уступів формотворних елементів прес-форми з однієї сторони заготовки 14 або з двох сторін. Послідовність виконання операції вирубування деталі після операції заповнення пресформи розплавленим полімером дозволяє реалізувати процес вирубування деталі. Поєднання зміни послідовності виконання операцій і формування зони вирубування в спеціально виконаній в прес-формі зоні дає можливість переробляти водопроникний матеріал з досить малим діаметром волокон різної товщини в межах зазначених розмірів, а поєднання операцій вирубування деталі і витягання готового виробу дозволяють спростити технологію виготовлення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 1. Фільтрувальний патрон, що заповнюється фільтрувальним матеріалом, виконаний у формі відкритого стакана, який закритий зверху кришкою, що має бічні стінки і дно з щонайменше одним вихідним отвором, закритим щонайменше одним водопроникним матеріалом, який відрізняється тим, що дно патрона виконане з можливістю використання водопроникного матеріалу, що доходить до зовнішнього краю бічних стінок і виготовлений з волокон з досить малим діаметром, що дозволяє застосовувати фільтрувальний матеріал, який містить 4 UA 99653 C2 5 10 15 20 25 30 порошкоподібні частинки, при цьому вся зона між зовнішнім і внутрішнім краями стінок по периметру дна являє собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу. 2. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що використовують водопроникний матеріал, який містить волокна діаметром від 0,5 мікрона, переважно 2-20 мікронів. 3. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що використовують водопроникний матеріал товщиною від 0,02 до 3 мм, переважно від 0,04 до 2 мм, і ще більш переважно від 0,05 до 0,3 мм. 4. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що використовують водопроникний матеріал, виготовлений з поліефірних волокон або поліолефінових волокон, або поліамідних волокон, або мікроволокон. 5. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що водопроникний матеріал виконаний у вигляді гофрованого матеріалу. 6. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що водопроникний матеріал виконаний щонайменше з двох шарів. 7. Фільтрувальний патрон за п. 6, який відрізняється тим, що щонайменше один з шарів виконаний з матеріалу з певними властивостями, наприклад з бактерицидного матеріалу або сорбційного матеріалу, або іонообмінного матеріалу. 8. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що дно виконане з ребрами жорсткості. 9. Фільтрувальний патрон за п. 8, який відрізняється тим, що ребра жорсткості являють собою композит з полімерного і водопроникного матеріалу. 10. Фільтрувальний патрон за п. 8, який відрізняється тим, що ребра жорсткості виконані радіально спрямованими. 11. Фільтрувальний патрон за п. 8, який відрізняється тим, що ребра жорсткості виконані опуклої форми. 12. Фільтрувальний патрон за п. 8, який відрізняється тим, що водопроникний матеріал, розташований між ребрами жорсткості, виконаний опуклої форми, при цьому згаданий матеріал має площу поверхні, більшу, ніж площа поперечного перерізу між ребрами жорсткості. 13. Фільтрувальний патрон за п. 1, який відрізняється тим, що фільтрувальний матеріал містить порошкоподібні і волокнисті частинки. 14. Фільтрувальний патрон за п. 13, який відрізняється тим, що фільтрувальний матеріал містить частинки розміром менше 50 мікронів. 5 UA 99653 C2 6 UA 99653 C2 7 UA 99653 C2 8 UA 99653 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9