Фильтр на основе усвр "архимед"

Полезная модель относится к устройствам для фильтрации воды с помощью углеродной смеси высокой реакционной способности (УСВР). Целью полезной модели является стабилизация гидравлического сопротивления УСВР в фильтре и увеличение срока службы постфильтра. Фильтр, в котором поток воды через УСВР в картридже направлен преимущественно сверху вниз, снабжен дополнительной емкостью 1 для сбора и отвода очищенной воды, объем которой сравним с объемом УСВР в картридже или больше него. Емкость 1 подсоединена снизу последовательно через отверстия 7 и постфильтр 8 к картриджу и расположена рядом или внутри картриджа. Причем высота дополнительной емкости такова, что уровень воды в ней поддерживается выше, чем вся УСВР в картридже (выше поверхности А-А соприкосновения предфильтра с УСВР). Поэтому, за счет принципа сообщающихся сосудов, поддерживается стабильное статическое давление воды во всем объеме УСВР, вытесняются вверх пузырьки воздуха. Обладая очень маленьким удельным весом (в 100 и более раз легче воды), частички УСВР также стремятся всплыть под действием архимедовой силы навстречу потоку воды. В результате становится более стабильным гидравлическое сопротивление УСВР в фильтре, снижается закупориваемость постфильтра 8, увеличивается срок службы.

Полезная модель относится к устройствам для фильтрации воды с помощью углеродной смеси высокой реакционной способности (УСВР).

С открытия российским академиком В.И.Петриком фильтрующей смеси, названной им УСВР, (патенты №2128624 от 10.04.1999; №2163840 от 10.03.2001; №2163883 от 10.03.2001; №2184086 от 27.07.2002), на порядок превосходящей по ресурсу и качеству очистки воды лучшие виды активированного угля, началось создание новых эффективных устройств, позволяющих применять УСВР как при очистке промышленных стоков, так и питьевой воды.

По лицензии №0618 от 22.04.2003, выданной патентообладателем В.И.Петриком на использование УСВР, изготовляются различные образцы таких фильтров под общим названием «Геракл» (Приложения 1-3). Изготовитель: ООО «ВИП», Российская Федерация, Санкт-Петербург, Красное село, ул.Свободы, д.50, тел.8-901-300-27-86. Главный конструктор фильтров «Геракл» - доцент А.Ф.Кудряшов. Полная информация - на сайте www.qerakl.org или также в рекламном буклете ООО «ВИП» под названием «Фильтры для воды на основе УНС-УСВР «Геракл». СПб. 2006 г. Рекламно-издательская коалиция "Red Eye Studio", restudio@gerakl.org. (Прилагается к заявке).

Например, наливной бактерицидный фильтр «Геракл-воронка» (Приложение 2), картридж которого состоит из конической воронки, предфильтра и постфильтра, являющихся дисками из пористых материалов разной плотности, приклеенных по окружности к стенкам внутри воронки на разной высоте, между которыми находится слой УСВР. Очищаемая вода наливается сверху и под силой тяжести проходит через предфильтр, слой УСВР, постфильтр, стекая, наконец, в какую-либо емкость для очищенной воды.

Однако опытное производство и эксплуатация этой модели выявили следующие недостатки.

1. Неустойчивость работы фильтра.

При фильтрации воды образуются два встречных потока сквозь УСВР: поток воды сверху вниз и навстречу поднимаются пузырьки воздуха.

Вода стремится проделать в УСВР канал с наименьшим сопротивлением потоку, в котором ухудшается ее контакт с УСВР, а значит и качество очистки воды.

Пузырьки воздуха застревают в УСВР, образуя воздушную пробку. Снижается проницаемость фильтра в целом, вплоть до полной остановки его работы. Фильтр перестает пропускать через себя воду, пока не будет удален воздух. Попыткой компенсировать этот фактор является установка клапана для выхода воздуха в центре предфильтра.

Эти два встречных потока затрудняют получение устойчивых параметров работы фильтра, особенно - его производительности.

2. Неразборность и повышенная трудоемкость изготовления

Технология склеивания предфильтра со стенками корпуса делает фильтр неразборным, а процесс изготовления трудоемким.

3. Сниженный срок службы постфильтра

Частички УСВР проникают в пористый материал постфильтра и постепенно закупоривают его, снижая срок службы всего фильтра в целом, хотя сама УСВР сохраняет еще значительный невыработанный потенциал очистки воды.

Часть перечисленных недостатков устранены в других моделях фильтров «Геракл». Например, в проточном бактерицидном фильтре «Геракл-Исток» (Приложение 3) поток воды под давлением направлен снизу вверх через слой УСВР. Поэтому нет проблем с воздушной пробкой - воздух выдавливается сквозь слой УСВР вместе с водой. А сменный картридж с УСВР обеспечивает его разборность. По такому же принципу успешно работают напорный и промышленный фильтры «Геракл». Однако закупоривание пористого материала постфильтра остается серьезной проблемой. Например, для продления срока службы промышленного фильтра «Геракл» предусматривается, так называемая, обратная промывка, основное предназначение которой - раскупорить засорившийся постфильтр. Сверхтонкая (нано) структура УСВР делают весьма проблематичным создание стабильно

работающих и одновременно - мощных фильтров путем лишь грубого увеличения напора воды на входе в фильтр. Необходим более глубокий учет феноменальных физических свойств УСВР. У фильтра «Геракл-воронка» больше недостатков чем у других моделей фильтров «Геракл», но в этих «недостатках» проявляются некоторые важные физические свойства УСВР. Поэтому фильтр «Геракл-воронка» взят в качестве прототипа. Немаловажно, что поток очищаемой воды через УСВР в этом фильтре направлен сверху вниз.

Целью полезной модели является стабилизация гидравлического сопротивления УСВР в фильтре и увеличение срока службы постфильтра.

Это достигается путем снабжения фильтра дополнительной емкостью для сбора и отвода очищенной воды, подсоединенной последовательно к картриджу снизу через постфильтр, расположенной рядом или внутри картриджа на такой высоте, при которой уровень воды в дополнительной емкости поддерживается выше, чем расположена вся УСВР в картридже.

На Фиг 1-5 представлены фильтры, использующие данную модель.

Фиг 1 и 2. Дополнительная емкость 1 - это чаша с водой, в которую погружен картридж 2 с УСВР на такую глубину, при которой поверхность воды в чаше 1 (края чаши) расположена выше, чем расположена вся УСВР в картридже 2. Картридж 2 выполнен в виде контейнера прямоугольной или цилиндрической формы, закрытого сверху крышкой 3 с патрубком 4 для подачи очищаемой воды. Под крышкой 3 горизонтально прикреплен предфильтр 5 из пористого материала. Могут быть предусмотрены жесткие решетки 6 для рассеивания потока входящей воды и для укрепления горизонтального положения предфильтра 5. В нижней части картриджа 2 имеются отверстия 7 для выхода очищенной воды в чашу 1, закрытые изнутри картриджа 2 пористым материалом - постфильтром 8.

Несложно изготовить, для наглядности, чашу 1 и картридж 2 из прозрачного материала и обеспечить хорошую подсветку (Фиг 1). Тогда можно увидеть следующее. Можно заполнить водой картридж 2 и оставить его в чаше 1 с водой в статическом

состоянии, при котором нет расхода воды через фильтр. «Насыпная плотность УСВР - 0,01 - 0,001 г/куб.см» (www.gerakl.org/usvr1.htm Раздел «Основные физико-химические свойства УСВР») - в 100 и более раз легче воды. Поэтому слой увлажненной УСВР, который образуется в картридже 2, всплывает к поверхности воды (поджимается вверх к поверхности А-А соприкосновения предфильтра 5 с УСВР) за счет архимедовой силы. Уровень воды в дополнительной емкости 1 при этом, естественно, поддерживается выше, чем расположена вся УСВР в картридже 2. Наличие такого статического состояния в сочетании с направлением потока воды через УСВР сверху вниз при работе фильтра является принципиальным отличием данной модели.

Если вынуть из чаши 1 картридж 2, то он представляет по сути модель «Геракл-воронку» или «Геракл-Сделай сам». Но у этих моделей нет указанного выше статического состояния, поскольку УСВР всегда поджата к постфильтру 8 вниз вытекающим потоком воды.

Можно, например, взять такое количество УСВР, при котором ее увлажненный слой, поджатый вверх к предфильтру 5 архимедовой силой в статическом состоянии фильтра, будет составлять 1/2 или 1/3 объема картриджа. При этом увеличивается по сути дополнительная емкость 1 на величину объема воды, находящейся между постфильтром 8 и слоем всплывшей вверх УСВР. Тогда можно увидеть следующее.

1. В слое УСВР есть небольшой процент тяжелых частиц, которые сразу оседают на дно.

2. Гидравлическое сопротивление всплывшего к поверхности А-А слоя УСВР настолько велико, что под этим слоем задерживаются и остаются в неподвижном состоянии довольно крупные пузыри воздуха.

3. При последовательном усилении потока воды частички УСВР приходят в движение. В очень медленном потоке тонут сначала самые мелкие частицы УСВР. Они постепенно вымываются и поджимаются к постфильтру 8. Частицы чуть крупнее размером находятся во взвешенном состоянии или перемещаются, то опускаясь, то поднимаясь в потоке воды, в зависимости от скорости потока в том месте, где они находятся. Пузыри воздуха, которые оставались в статике под слоем УСВР, дробятся и поднимаются вверх.

Таким образом, получен другой - динамический режим фильтрации, обладающий другим - меньшим гидравлическим сопротивлением. Часть работы постфильтра 8 по удержанию в картридже 2 частиц УСВР принимает на себя архимедова сила. Значит возможно использовать менее плотный постфильтр 8 и более широкие отверстия 7, увеличив при этом производительность фильтра.

4. При увеличении скорости потока воды, естественно, тонут все более крупные частицы УСВР, оставаясь потом поджатыми потоком к постфильтру 8, и все меньше частиц остается во взвешенном или в динамическом состоянии. Дальнейшее увеличение скорости потока (мощности фильтра) с сохранением одновременно режима динамической фильтрации возможно, если удастся изготовить каким-либо способом УСВР, состоящую лишь из укрупненных фрагментов. Можно, например, замедленным потоком воды, как в предыдущем пункте, предварительно вымыть из УСВР наиболее мелкие частицы, которые как раз в основном и закупоривают постфильтр, и заменить затем постфильтр. Можно агрегировать УСВР в отдельные фрагменты с помощью какого-либо другого сетчатого материала (в форме водопроницаемых капсул, мешков и т.п.). И можно, наконец, увеличивать объем фильтруемой воды в единицу времени за счет увеличения площади горизонтального сечения картриджа 2, сохраняя при этом заданную скорость потока (или вертикальную составляющую скорости потока воды, если применить наклонное положение картриджа), обеспечивающую режим динамической фильтрации.

5. При остановке потока воды практически вся УСВР (кроме частиц, застрявших в постфильтре) снова всплывает вверх и поджимается архимедовой силой к предфильтру 5, возвращаясь к статическому состоянию.

Фильтры по схеме Фиг 1 могут применяться как для очистки воды в домашнем аквариуме (На крышке 3 картриджа 2 укрепляется микронасос, заставляющий циркулировать воду из аквариума через УСВР), так и для очистки воды в бассейне или в пруду (Совсем другие габариты, но действует также. Воду в картридж 2 можно подавать любым доступным способом.). Причем, роль дополнительной емкости 1 (чаши с водой) исполняет сам аквариум (или бассейн, или пруд), в который погружается картридж 2 с УСВР. На Фиг 2 представлена схема использования такого фильтра для очистки

небольшого (например, - дачного) стока воды. Фильтр предназначен для работы на заключительном этапе очистки стока и выполнен так, чтобы легко можно было заменять его картридж 2. Фильтр успешно работает независимо от уровня воды в водоеме В.

Фиг 3. Дополнительной емкостью является труба 1, составленная из нескольких последовательно соединенных частей. Картридж 2 выполнен в виде герметичного корпуса цилиндрической формы, установленного на подставке и закрытого сверху крышкой 3 с патрубком 4 для подачи очищаемой воды. Под крышкой 3 горизонтально прикреплен предфильтр 5 из пористого материала. Могут быть предусмотрены также жесткие решетки 6 для рассеивания потока воды и для укрепления горизонтального положения предфильтра 5. Один конец трубы 1 расположен в нижней части картриджа 2 и имеет отверстия 7 для приема очищенной воды из УСВР, закрытые пористым материалом, являющимся постфильтром 8. Труба 1 проходит изнутри картриджа 2 наружу через отверстие 9 для нее в днище картриджа 2 и изогнута так, что имеет сечения, находящиеся выше, чем расположена вся УСВР в картридже 2.

Очищаемая вода нагнетается через патрубок 4 и проходит через предфильтр 5 в полость с УСВР. Стабильное статическое давление воды, под слоем УСВР, поддерживается за счет емкости трубы 1, а также, в данном случае, за счет давления, поддерживаемого в магистральной трубе. В области предфильтра 5 может, иногда, скапливаться воздух. Поэтому целесообразно установить в крышке 3 поплавок 10 и воздухоотводную трубку 11 с краном 12. Поплавок 10 соединяется с краном 12 поводком 13, и установливается так, что имеет ход в вериткальном направлении. Кран 12 настраивается таким образом, что открывается в нижнем положении поплавка 10, стравливая скопившийся воздух. Для удобства обслуживания фильтра в его днище устанавливается люк 14 с патрубком 15 и краном 16, которые позволяют слить содержимое картриджа в канализацию и заменить постфильтр 8.

Фильтр Фиг 3 целесообразно использовать для очистки водопроводной воды. Причем, удаление воздуха из магистральной трубы является, как известно, полезным дополнительным свойством фильтра.

Фиг 4. Дополнительная емкость 1 выполнена из двух прямых труб разного диаметра, расположенных внутри картриджа 2 вертикально одна в другой (наружная 1 и внутренняя 17) с зазором между стенками труб. Картридж 2 выполнен в виде сосуда, открытого сверху для налива очищаемой воды, в котором под предфильтром 5 из пористого материала размещена УСВР. В цилиндрической стенке наружной трубы 1 имеются радиальные отверстия 7, закрытые пористым материалом, являющимся постфильтром 8. Труба 1 герметично прикреплена к отверстию в дне картриджа 2 и закрыта с торца пробкой 18. Пробка 18 имеет осевое отверстие в центре, в которое, в свою очередь, вставлена внутренняя труба 17. Верхний конец наружной трубы 1 запаян и обе трубы расположены так, что имеется зазор между верхними торцами труб 17 и 1, находящийся выше, чем расположена вся УСВР в картридже 2.

Фильтр начинает работать лишь после того, как уровень воды в трубе 1 достигает зазора между верхними торцами труб 17 и 1, из-за чего сначала возникает статическое давление воды в фильтре.

По схеме фиг 4 изготовливаются бытовые фильтры (фото на Фиг 5). Труба 1 здесь обеспечивает разборность фильтра и облегчает процесс изготовления, позволяя использовать облегченный постфильтр 8 (фиг 4) и исключить технологию склеивания. Для этого пробка 18 имеет резьбовое соединение с трубой 1, а труба 1 имеет на цилиндрической стенке буртик снизу для упора пробки 18 и канавку сверху для стопорного кольца 19, удерживающего весь Фильтрующий пакет в собранном состоянии. Герметичность соединения трубы 1 с картриджем 2 обеспечивается уплотнительным кольцом 20. Труба 1 исключает попадание воздуха в фильтрующий слой снизу. Но, когда воздух накапливается все же в УСВР в таком количестве, что фильтр перестает работать, можно отжать его из фильтрующего пакета кратковременным нажатием сверху на предфильтр 5. Однако такая необходимость случается редко. Вода поступает из постфильтра 8 в трубу 1 через отверстия 7, поднимается вверх по зазору между трубами 1 и 17, после чего стекает по трубе 17 в какую-либо емкость для очищенной воды.

При смачивании УСВР образует массу, обладающую огромным гидравлическим сопротивлением..." (www.gerakl.org/usvr3.htm Раздел «УНС-УСВР как фильтр»). Следует добавить также, что сопротивление это очень нестабильно. «Огромное гидравлическое сопротивление» приводит к резкому падению давления в потоке воды на слое УСВР. Фильтр как бы разделяется на две полости - над УСВР и под ней, имеющие разные давления и емкость. Собственно этим и объясняется эффективность применения данной модели.

При отсутствии дополнительной емкости 1 из-за «огромного гидравлического сопротивления» почти весь напор очищаемой воды на входе в фильтр падает на тонком верхнем слое УСВР. Так получается характерная поверхность А-А соприкосновения предфильтра с УСВР. Ниже этого слоя из-за резкого падения давления вода может замещаться скапливающимися воздушными пузырями, охватывающими УСВР. Тогда архимедова сила на частицы УСВР действует также только в этом очень тонком верхнем слое. Когда суммарный объем воздушных пузырей становится сравнимым с объемом УСВР в фильтре, фильтр закупоривается вообще. Возможна и другая крайность, когда вода пробивает в слое УСВР канал с наименьшим сопротивлением потоку. Тогда гидравлическое сопротивение УСВР резко падает, как и качество очистки воды. Так проявляется нестабильность гидравлического сопротивления УСВР в фильтре.

При наличии дополнительной емкости 1, объем которой сравним (может быть меньше, но не на порядок) с объемом УСВР в фильтре или больше него, работа фильтра меняется. Поскольку уровень воды в емкости 1 поддерживается выше, чем расположена вся УСВР в картридже (уровень воды выше поверхности А-А соприкосновения предфильтра с УСВР), то, за счет принципа сообщающихся сосудов, поддерживается стабильное статическое давление во всем объеме УСВР, вытесняющее пузыри воздуха вверх. Этим предотвращается закупоривание фильтра скопившимся воздухом. Частички УСВР также стремятся всплыть вверх под действием архимедовой силы навстречу потоку воды во всем объеме УСВР, препятствуя тем самым возникновению в УСВР каналов с наименьшим сопротивлением. В последнем - отличие данной модели от всех моделей типа «Геракл». Таким образом стабилизируется гидравлическое сопротивление УСВР в фильтре.

Снижается также закупориваемость постфильтра 8, увеличивается его срок службы, что и является целью данной модели. Естественно, что параметры очистки воды от разных примесей должны быть другими. Однако, фильтрующая мощь УСВР такова, что видимого ухудшения качества очистки воды не замечено. Но заметно повышаются стабильность работы фильтров, их производительность и срок службы.

Экономическая эффективность достигается повышением долговечности и стабильности работы фильтров. Стабильность, в свою очередь, позволяет добиваться оптимальных параметров очистки воды для заданных условий. А дополнительную емкость почти всегда можно изготовить, как составную часть фильтра, или таким его конструктивным элементом, который обеспечивает разборность фильтра и быструю замену в нем отработавших свой срок фрагментов.

1. Фильтр для очистки воды на основе углеродной смеси высокой реакционной способности (УСВР), в котором поток очищаемой воды через полость с УСВР в картридже при рабочем положении фильтра имеет составляющую скорости потока сверху вниз, картридж сверху имеет предфильтр из пористого материала на входе очищаемой воды в УСВР и снизу постфильтр также из пористого материала на выходе очищенной воды из УСВР, отличающийся тем, что фильтр снабжен дополнительной емкостью для сбора и отвода очищенной воды, подсоединенной последовательно снизу к картриджу через постфильтр, расположенной рядом с картриджем или внутри него на такой высоте, при которой уровень воды в дополнительной емкости поддерживается выше, чем расположена вся УСВР в картридже.

2. Фильтр для воды по п.1, отличающийся тем, что дополнительная емкость представляет из себя чашу (бассейн, аквариум) с водой, в которую (в воду) погружен картридж с УСВР на такую глубину, при которой поверхность воды в чаше расположена выше, чем расположена вся УСВР в картридже, причем картридж выполнен в виде контейнера прямоугольной или цилиндрической формы, закрытого сверху крышкой с патрубком для подачи очищаемой воды в картридж, под крышкой горизонтально прикреплен пористый материал, являющийся предфильтром, в нижней части картриджа имеются отверстия для выхода очищенной воды в чашу с водой, закрытые пористым материалом, являющимся постфильтром, а в замкнутой полости между постфильтром и предфильтром размещена УСВР.

3. Фильтр для воды по п.1, отличающийся тем, что картридж с УСВР выполнен в виде цилиндрического корпуса, имеющего снизу дно и закрытого сверху крышкой с патрубком для подачи очищаемой воды в картридж, под крышкой горизонтально прикреплен пористый материал, являющийся предфильтром, в замкнутой полости под предфильтром размещена УСВР, а в качестве дополнительной емкости используется труба для отвода очищенной воды, возможно составленная из отдельных частей, один конец которой расположен внутри картриджа возле дна и имеет отверстия для приема очищенной воды из УСВР, закрытые пористым материалом, являющимся постфильтром, труба проходит изнутри картриджа наружу сквозь отверстие для нее в днище или в боковой стенке, или в предфильтре и крышке картриджа, и расположена снаружи так за счет изгибов, что имеет сечения, находящиеся выше, чем расположена вся УСВР в картридже.

4. Фильтр для воды по п.1, отличающийся тем, что картридж с УСВР выполнен в виде открытого сверху для налива очищаемой воды сосуда, в котором под горизонтальным слоем пористого материала, являющегося предфильтром, размещена УСВР, причем дополнительная емкость выполнена в виде двух прямых труб разного диаметра, расположенных вертикально внутри сосуда одна в другой с зазором между стенками труб, нижний конец наружной трубы герметично прикреплен к отверстию в дне сосуда и закрыт с торца пробкой, имеющей осевое отверстие в центре, в которое, в свою очередь, вставлена внутренняя труба, в нижней части цилиндрической стенки наружной трубы имеются радиальные отверстия, закрытые пористым материалом, являющимся постфильтром, верхний конец наружной трубы запаян и между запаенным верхним концом наружной трубы изнутри и верхним торцом внутренней трубы имеется зазор, находящийся выше, чем расположена вся УСВР в картридже.

5. Фильтр для воды по п 1, отличающийся тем, что количество УСВР, которой наполнен картридж, взято таким образом, что в заполненном водой картридже в статическом состоянии, при котором нет расхода воды через фильтр, образуется всплывший в воде за счет архимедовой силы слой увлажненной УСВР.