Устройство и способ фильтрации текучей среды - RU2281143C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к устройству и способу фильтрации текучей среды. В частности, данное изобретение относится к устройству для фильтрации текучей среды, в котором множество волокон проходит продольно в направлении потока текучей среды во время фильтрации указанной текучей среды.

Уровень техники

В патенте США №4219420 раскрыта система для фильтрации загрязненной жидкости или текучей среды. Согласно этому патенту, множество пучков волокон расположено на основе и проходит внутри корпуса фильтра в направлении между входом и выходом корпуса. Подлежащую фильтрации текучую среду вводят через вход в направлении выхода. Частицы загрязнения задерживаются между волокнами при прохождении сквозь множество пучков волокон. Для улучшения «эффекта глубины» пучков волокон волокна могут иметь разную длину. В этом случае качество фильтрованной текучей среды зависит от плотности пучков волокна. Однако для повышения качества процесса фильтрации плотность волокон необходимо увеличить, что требует размещения в корпусе фильтра большего количества пучков волокон.

Улучшение для фильтра, согласно патенту США №4219420, предложено в ЕР 0280052. В данном случае корпус фильтра содержит опорное средство с множеством пучков волокон, прикрепленных к опорному средству и проходящих внутри корпуса фильтра в направлении между входом и выходом. Гибкая водонепроницаемая мембрана предусмотрена внутри корпуса фильтра для образования напорной камеры. При приложении давления во время процесса фильтрации мембрана сжимает материал пучков волокон для образования имеющей форму телесного угла фильтрационной камеры, и текучая среда фильтруется при прохождении через имеющую форму телесного угла камеру. В данном случае плотностью волокон и тем самым качеством фильтрации можно управлять посредством регулирования давления в напорной камере, за счет чего регулируется сжатие волокон.

Другой фильтр, имеющий волокна, проходящие продольно в направлении потока жидкости, и в котором плотность волокон регулируют посредством сжатия волокон, раскрыт в WO 94/11088. В данном случае волокна расположены внутри отверстия, образованного удерживающим средством, и в центре пучка волокон расположен вытеснительный элемент, имеющий коническую часть. Посредством перемещения вытеснительного элемента в направлении вдоль волокон регулируется прижатие волокон к удерживающему средству, за счет чего осуществляется управление плотностью волокон и характеристиками фильтрации.

Таким образом, известны способы фильтрации текучей среды, при которых множество волокон проходит продольно в направлении потока жидкости, и при которых характеристиками фильтрации управляют посредством регулирования сжатия и тем самым плотности волокон.

В фильтровальном устройстве, согласно патенту США №4219420, используется напорная камера для сжатия волокон, в то время как фильтровальное устройство, согласно WO 94/11088, имеет конический вытесняющий элемент, расположенный в центре пучка волокон, для прижатия волокон к удерживающему элементу. Оба этих устройства фильтрации относительно дороги в изготовлении.

Однако в настоящее время придается большое значение качеству воды для использования в быту, а также для промышленных целей, частично из-за увеличивающегося загрязнения окружающей среды и частично из-за повышенного внимания общественности к качеству пищи и напитков. Кроме того, повышение загрязнения окружающей среды приводит к более высокой потребности в простом, недорогом и эффективном устройстве для фильтрации жидкости, такой как вода.

Таким образом, имеется повышенная потребность в простом, недорогом и эффективном устройстве для фильтрации жидкости. Поэтому задачей данного изобретения является создание устройства для фильтрации жидкости, которое является эффективным, недорогим в изготовлении и простым в работе.

Сущность изобретения

Для создания такого улучшенного фильтровального устройства, согласно первому аспекту данного изобретения, создано устройство для фильтрации жидкости, при этом указанное устройство содержит:

корпус для волокон, имеющий входной конец с по меньшей мере одним входом и выходной конец с по меньшей мере одним выходом, при этом указанный корпус для волокон окружает и задает наружную границу для множества или одного пучка волокон, проходящих продольно в корпусе для волокон между входным концом и выходным концом, при этом между волокнами предусмотрены проходящие продольно промежутки, причем указанные промежутки создают множество каналов для потока жидкости. В данном случае, по меньшей мере часть указанного корпуса для волокон выполнена в виде гибкой мембраны, окружающей волокна, и предусмотрено сжимающее средство для оказания давления на наружную поверхность гибкой мембраны и тем самым для сжатия волокон в радиальном направлении по меньшей мере в одном месте вдоль длины волокон. Множество волокон предпочтительно проходит по существу по всей длине корпуса для волокон от входного конца к выходному концу.

Корпус для волокон может иметь форму трубообразного элемента, однако следует понимать, что корпус для волокон может иметь любую подходящую форму. Таким образом, по меньшей мере часть корпуса для волокон может иметь форму поперечного сечения, которая по существу совпадает с формой, выбранной из группы, содержащей круг, овал, эллипс, каплевидную форму и многоугольник. В данном случае указанная многоугольная форма может быть выбрана из группы, содержащей треугольник, прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, семиугольник и восьмиугольник.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, сжимающее средство может быть выполнено с возможностью создания давления на часть или секцию наружной поверхности гибкой мембраны, при этом указанная часть или секция имеет размер или размеры в продольном направлении волокон, которые меньше полной длины волокон внутри указанного корпуса для волокон. В данном случае размер или размеры указанной сжимаемой части или секции в продольном направлении волокон могут быть предпочтительно меньше 0,8 полной длины волокон внутри указанного корпуса для волокон, меньше 0,6, меньше 0,4, меньше 0,2 или меньше 0,1 полной длины.

В предпочтительном варианте выполнения также предусмотрено, что сжимающее средство выполнено с возможностью создания давления на части или секции указанной наружной поверхности гибкой мембраны, при этом указанная часть или секция по меньшей мере частично перекрывает наружный периметр указанной мембраны. В данном случае, напорная часть или секция может только частично перекрывать наружный периметр указанной мембраны. Таким образом, напорная часть или секция может перекрывать менее 90% наружного периметра указанной мембраны, например менее 80, менее 70, менее 60, менее 50, менее 40, менее 30 или менее 20%.

Следует отметить, что только за счет создания давления на части наружной поверхности гибкой мембраны промежутки не сдавленных частей волокон будут больше, чем промежутки сдавленной части волокон. В этом случае отфильтрованные частицы будут оставаться в промежутках не сдавленной части волокон на входном конце, а эффективностью фильтрации можно в широких пределах управлять за счет размеров части гибкой мембраны, на которую оказывается давление.

Место, в котором волокна сжимаются, предпочтительно является заданным местом. Следует отметить, что расстояние от входного конца корпуса для волокон до указанного места сжатия, а также расстояние от выходного конца корпуса для волокон до указанного места сжатия также оказывает влияние на параметры фильтрации. Можно использовать различные расположения указанного места сжатия, однако расстояние от входного конца корпуса для волокон до указанного места может составлять по меньшей мере 25% полной длины корпуса для волокон, например по меньшей мере 33, по меньшей мере 40, по меньшей мере 50, по меньшей мере 55, по меньшей мере 60%. В предпочтительном варианте выполнения центр места сжатия расположен на расстоянии от входного конца на около 2/3 полной длины корпуса для волокон, при этом остается расстояние около 1/3 полной длины до выходного конца корпуса для волокон.

Следует отметить, что можно использовать различные длины расстояния от входного конца до выходного конца корпуса для волокон. Однако наиболее удобно использовать длину, заданную длиной коммерчески доступных волокон или пучков волокон. Таким образом, расстояние между по меньшей мере одним входом и по меньшей мере одним выходом может быть между 10 и 220 см, между 30 и 150 см, между 40 и 80 см. Если используется пучок волокон, имеющих длину около 60 см, то предпочтительное расстояние между по меньшей мере одним входом и по меньшей мере одним выходом может быть между 50 и 70 см или около 60 см.

В соответствии с этим можно выбирать расстояние между по меньшей мере одним входом и местом сжатия. Таким образом, расстояние между по меньшей мере одним входом и указанным местом может быть между 5 и 100 см, между 10 и 90 см, между 20 и 80 см, между 30 и 50 см или около 40 см.

Согласно другому варианту выполнения, расстояние между по меньшей мере одним входом и по меньшей мере одни выходом может быть между 10 и 60 см, между 20 и 40 см, между 25 и 35 см. В данном случае можно использовать пучок волокон, имеющих длину около 30 см.

В этом случае расстояние между по меньшей мере одним входом и указанным местом сжатия можно выбирать, соответственно, между 5 и 80 см, между 10 и 60 см, между 15 и 30 см или около 20 см.

Сжимающее средство может создавать давление на наружной поверхности гибкой мембраны различными путями. В предпочтительном варианте выполнения изобретения сжимающее средство является напорной камерой, причем внутренняя стенка указанной напорной камеры образована по меньшей мере частично гибкой мембраной корпуса для волокон. Напорная камера может иметь одно или более входов/выходов, образующих отверстие для подачи и отверстие для снятия давления. В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения давление создается с помощью одного или более по существу твердых сжимающих элементов, находящихся в соприкосновении с указанной наружной поверхностью. Сжимающий элемент (элементы) могут иметь негибкую и/или гибкую часть (части), однако элементы сжатия предпочтительно по меньшей мере частично являются гибкими или податливыми. Однако следует отметить, что при использовании таких по существу твердых сжимающих элементов можно обеспечить намного более простую конструкцию, чем при создании давления на мембрану с использованием газа, жидкости или среды. Сжимающее средство может быть предпочтительно выполнено с возможностью изменения или управления создаваемого им давления для изменения или управления тем самым общей площадью поперечного сечения проточного канала в указанном месте и для изменения минимального размера частиц, подлежащих фильтрации с помощью волокон.

Сжимающее средство может содержать зажим. Дополнительно к этому или же в качестве альтернативного решения сжимающее средство может содержать по меньшей мере два блока, расположенных на противоположных сторонах гибкой мембраны, так чтобы сжимать волокна с двух сторон.

Сжимающее средство предпочтительно содержит гидравлическое средство для создания давления и/или управления давлением. Сжимающее средство предпочтительно выполнено с возможностью сжатия множества волокон в радиальном направлении с давлением между 1-20 бар, между 3-15 бар или между 5-10 бар.

Корпус для волокон может быть выполнен из различных материалов с разной гибкостью. Однако предпочтительно выполнять корпус для волокон из одного и того же материала по всей его длине, за счет чего корпус для волокон образован в виде гибкой мембраны по существу по всей его длине. Корпус для волокон может быть изготовлен из любого подходящего материала, однако предпочтительно, чтобы материал был водонепроницаемым, и кроме того, предпочтительно выбирать материал из группы, содержащей полиэтилен, размягченный поливинилхлорид, нейлон, тефлон и резину. В данном случае резиновый материал может быть резиной EPDM.

Согласно варианту выполнения данного изобретения, корпус для волокон расположен внутри удерживающего элемента. В данном случае удерживающий элемент может быть выполнен из по существу твердого материала, такого как, например, нержавеющая сталь. Удерживающий элемент может иметь одно или более отверстий для создания сжимающим средством давления на наружной поверхности корпуса для волокон. Таким образом, удерживающее средство может иметь два отверстия для создания давления на наружной поверхности указанной гибкой мембраны. Удерживающий элемент может быть предпочтительно выполнен в виде трубчатого элемента.

Удерживающий элемент может быть выполнен с входом для жидкости, герметично соединенным с входным концом корпуса для волокон, и выходом для жидкости, герметично соединенным с выходным концом корпуса для волокон.

Для поддержания желаемой фильтрующей способности устройства, согласно данному изобретению, к волокнам может быть приложено продольное натяжение при установке волокон в корпус для волокон. Таким образом, фильтровальное устройство может содержать средство для поддержания продольного натяжения волокон. Такое средство может быть обеспечено посредством закрепления волокон внутри корпуса для волокон и расположения корпуса для волокон внутри удерживающего элемента.

Можно выбирать любой подходящий внутренний диаметр корпуса для волокон. Однако наиболее удобно выбирать диаметр, который совпадает с диаметром коммерчески доступного пучка волокон. Внутренний диаметр корпуса для волокон предпочтительно может быть между 1 и 20 см, также как и между 2 и 15 см, также как и между 3 и 10 см, также как и между 4 и 8 см, также как и около 5 см.

В фильтровальном устройстве можно использовать различные типы волокон, при этом тип волокон можно выбирать в соответствии с требованиями данного процесса фильтрации. Таким образом, волокна могут быть пористыми или не пористыми, волокна могут быть сплошными или полыми, и волокна могут содержать прозрачные волокна. В предпочтительном варианте выполнения волокна содержат полиэфирные волокна или нейлоновые волокна. Волокна предпочтительно имеют по существу круглое поперечное сечение. В данном случае размер поперечного сечения может изменяться в соответствии с частицами, подлежащими фильтрации из жидкости, однако предпочтительным является диаметр максимально 5 мм, также как максимально 2 мм, также как в диапазоне 0,001-1 мм, также как в диапазоне 0,01-0,5 мм.

При использовании полых волокон волокна предпочтительно закрыты на концах волокон. В данном случае, по меньшей мере часть концов волокон может быть расположена в том конце корпуса для волокон, в котором находится вход корпуса для волокон.

При расположении волокон в корпусе для волокон предпочтительно закреплять волокна на входном конце корпуса для волокон на концевой части корпуса для волокон. В этом случае волокна на входном конце корпуса для волокон можно приклеивать к концевой части или приклеивать к удерживающему элементу, который расположен в концевой части. Волокна можно приклеивать с помощью эпоксидного клея. В предпочтительном варианте выполнения волокна могут иметь свободные концы на стороне, противоположной входному концу корпуса для волокон. Однако данному изобретению соответствует также вариант выполнения, в котором волокна на своих соответствующих концах закреплены в концевой части корпуса для волокон. В этом случае волокна можно также приклеивать к концевым частям или к удерживающим элементам, расположенным в концевых частях, с помощью эпоксидного клея.

Согласно варианту выполнения данного изобретения, множество волокон внутри корпуса для волокон может содержать пучок согнутых волокон, так что полученная длина пучка согнутых волокон составляет приблизительно между 1/3 и 2/3 длины пучка не согнутых волокон, примерно около половины длины пучка не согнутых волокон. В этом случае согнутая концевая часть пучка согнутых волокон может быть расположена в выходном конце корпуса для волокон. Однако изобретение включает также варианты выполнения, в которых согнутая концевая часть пучка согнутых волокон расположена во входном конце корпуса для волокон.

Когда согнутая концевая часть пучка согнутых волокон расположена в выходном конце корпуса для волокон, то волокна могут быть расположены и согнуты вокруг крестообразного элемента, расположенного в выходном конце корпуса для волокон. Однако в предпочтительном варианте выполнения два элемента крестовины расположены на расстоянии друг от друга, при этом около половины согнутых волокон расположено на первом расстоянии до выходного конца, а оставшиеся волокна расположены на втором расстоянии до выходного конца.

Хотя может быть предпочтительным иметь единственное место сжатия волокон, возможно также, согласно данному изобретению, иметь сжимающее средство, выполненное с возможностью сжатия волокон в нескольких местах вдоль длины волокон. За счет этого можно изменять или управлять способностью аккумулирования отфильтрованных частиц вдоль длины корпуса для волокон.

Фильтровальное устройство, согласно первому аспекту данного изобретения, можно использовать для фильтрации при расположении в фильтровальной системе.

Согласно второму аспекту данного изобретения, предлагается система для фильтрации жидкости, при этом указанная система содержит фильтровальное устройство, согласно любому из вариантов выполнения в соответствии с первым аспектом изобретения, средство для прохождения жидкости, подлежащей фильтрации, через проточные каналы из сжатых волокон и средство для удерживания волокон в сжатом состоянии при прохождении жидкости через проточные каналы.

Эта система может дополнительно содержать средство для снятия давления с наружной поверхности гибкой мембраны с переходом при этом волокон в несжатое состояние и средство для прохождения жидкости и/или газа через несжатые волокна в направлении от входа в сторону выхода или в противоположном направлении для прямого или обратного промывания устройства.

В этом случае жидкость, подлежащая пропусканию через несжатые волокна для промывания волокон, может быть не фильтрованной текучей средой, однако может быть также другой жидкостью, такой как водопроводная вода. Если для промывки используется газ, то это может быть сжатый воздух.

В предпочтительном варианте выполнения фильтровальной системы средство для сжатия волокон, средство для сбрасывания давления, средство для пропускания жидкости через сжатые волокна и средство для пропускания жидкости или газа через несжатые волокна для промывки устройства управляются компьютером.

Задачей данного изобретения является также создание способа фильтрации текучей среды. Таким образом, согласно третьему аспекту данного изобретения, создан способ фильтрации текучих сред через устройство или систему, согласно любому варианту выполнения в соответствии с первым и вторым аспектами данного изобретения, при этом указанный способ содержит пропускание жидкости через указанное устройство, сжатие волокон в радиальном направлении в месте вдоль гибкой мембраны для уменьшения общей площади поперечного сечения волокон и тем самым площади поперечного сечения проточных каналов, за счет чего площади поперечного сечения проточных каналов постепенно уменьшаются в сторону указанного места, и поддержание давления на волокна во время пропускания жидкости через проточные каналы.

Указанный выше способ может также дополнительно содержать стадию пропускания ультрафиолетового света через волокна для уничтожения бактерий и/или вирусов в указанных отфильтрованных частицах с использованием ультрафиолетового света.

В объем данного изобретения входит также создание способа промывки фильтровального устройства. Таким образом, согласно четвертому аспекту изобретения, создан способ промывки устройства или системы по любому из вариантов выполнения первого или второго аспектов данного изобретения, при этом указанный способ содержит стадии: снятия давления с волокон и пропускания жидкости или газа через несжатые волокна. В этом случае жидкость или газ могут проходить через несжатые волокна в направлении от входа в сторону выхода или в противоположном направлении для выполнения прямой или обратной промывки устройства.

Краткое описание чертежей

Другие задачи, признаки и преимущества данного изобретения следуют из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - продольный разрез первого варианта выполнения фильтровального устройства, согласно данному изобретению;

фиг.2 - блок-схема фильтровальной системы с использованием фильтровального устройства, согласно данному изобретению;

фиг.3 - продольный разрез второго варианта выполнения фильтровального устройства, согласно данному изобретению;

фиг.4 - блок-схема второго варианта выполнения фильтровальной системы с использованием фильтровального устройства, согласно данному изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На фиг.1 показан продольный разрез варианта выполнения фильтровального устройства, согласно данному изобретению. Фильтровальное устройство, согласно фиг.1, содержит корпус 1 для волокон, имеющий форму трубы. В данном случае корпус 1 для волокон выполнен из гибкого водонепроницаемого материала по всей длине корпуса, за счет чего корпус для волокон образован в виде гибкой мембраны, окружающей пучок волокон 2. Пучок волокон 2 содержит множество волокон, проходящих продольно в корпусе 1 для волокон.

В показанном варианте выполнения волокна согнуты с образованием пучка согнутых или сложенных волокон 2, имеющих длину, равную около половины длины не согнутых волокон. Согнутые концы волокон расположены в выходном конце 3 корпуса 1 для волокон. В этом случае волокна могут быть согнуты вокруг крестовины 4, прикрепленной к корпусу 1 для волокон с помощью эпоксидного клея. Свободные концы волокон расположены во входном конце 5 корпуса 1 для волокон. В этом случае волокна предпочтительно приклеены к входному концу 5 с помощью эпоксидного клея с образованием водонепроницаемой концевой поверхности у входного конца 5. Пучок волокон 2 должен быть по существу равномерно распределен при расположении в эпоксидном клее входного конца 5 для получения нескольких по существу одинаковых промежутков, образующих проточные каналы. В боковой стенке корпуса 1 для волокон вблизи входного конца 5 расположены несколько входов 6, через которые жидкость направляется в корпус 1 для волокон. Корпус 1 для волокон открыт на выходном конце 3, за счет чего жидкость может выходить из корпуса 1 для волокон.

В показанном на фиг.1 варианте выполнения корпус 1 для волокон выполнен из гибкого материала, такого как размягченный поливинилхлорид или гибкий поливинилхлорид, и боковые стенки корпуса для волокон имеют толщину около 5 мм, а внутренний диаметр корпуса для волокон составляет около 50 мм, что приводит к наружному диаметру около 60 мм. Крестовина 4 выполнена из нержавеющей стали и имеет диаметр 2 мм. Волокна могут быть, например, полыми волокнами из нейлона Tynex ((фирмы Дюпон Компани) с не согнутой длиной 600 мм и диаметром около 0,15 мм. Однако можно использовать также сплошные волокна. Таким образом, согнутая или сложенная длина волокон в пучке 2 составляет около 300 мм или немного меньше. Длина корпуса для волокон составляет в этом случае около 300 мм или немного меньше. Следует отметить, что корпус 1 для волокон может быть также выполнен из резинового материала, такого как резина EPDM (этиленпропилендиеновый мономер).

Когда волокна находятся в несжатом состоянии, то промежутки между волокнами задаются за счет расположения волокон на входном конце 5 и расположения волокон вокруг крестовины 4 на выходном конце 3. За счет расположения вокруг крестовины 4 размер промежутков и тем самым проходных каналов может слегка изменяться от входного конца 5 к выходному концу 3. В объем данного изобретения входит также расположение двух элементов крестовины 4 на расстоянии друг от друга около 20 мм.

Следует также отметить, что минимальный размер частиц, подлежащих фильтрации, зависит от диаметра волокон и упаковки или поперечной плотности волокон. Таким образом, размер фильтруемых частиц уменьшается с уменьшением диаметра волокон. Для относительно большой предпочтительной плотности волокон важно, чтобы площадь поперечного сечения пропускных каналов была больше на расстоянии от места сжатых волокон, чем в указанном месте, для исключения закупоривания.

При использовании фильтровального устройства, показанного на фиг.1, для фильтрации жидкости гибкую мембрану, окружающую пучок 2 волокон, можно сжимать в радиальном направлении в заданном месте вдоль корпуса 1. За счет этого в этом месте уменьшается общая площадь поперечного сечения промежутков и тем самым площадь поперечного сечения проточных каналов, при этом площадь поперечного сечения проточных каналов постепенно уменьшается в сторону этого места. Таким образом, площадь поперечного сечения проточных каналов и тем самым фильтрующее действие можно изменять путем изменения внешнего давления на гибкую мембрану.

Для сжатия волокон пучка 2 фильтровальное устройство, согласно фиг.1, содержит сжимающее средство в виде зажима, имеющего две изогнутые губки 7а, 7b. В данном случае губки 7а, 7b выполнены из нержавеющей стали, имеющие покрытие из размягченного ПВХ на поверхностях для соприкосновения с гибкой мембраной корпуса 1 для волокон. Когда губки 7а, 7b прижаты к корпусу 1 для волокон, то волокна сжимаются, и фильтровальное устройство можно использовать для фильтрации жидкости. Когда жидкость пропускают через корпус для волокон, то отфильтрованные частицы осаждаются на входной стороне корпуса 1 для волокон между входами 6 и местом 8 сжатия волокон.

Для получения достаточного пространства для осаждения частиц и для предотвращения раннего закупоривания фильтровального устройства губки 7а, 7b и тем самым место 8 сжатия расположены так, что 2/3 длины корпуса для волокон находится на входной стороне губок 7а, 7b, а около 1/3 длины корпуса для волокон находится на выходной стороне губок 7а, 7b. Для фильтровального устройства, согласно фиг.1, ширина губок 7а, 7b составляет около 25 мм. Контактные поверхности губок 7а, 7b выполнены так, что каждая поверхность перекрывает около 1/3 наружного диаметра или периметра несжатого корпуса 1 для волокон.

Губками или блоками 7а, 7b можно управлять вручную или с помощью гидравлического средства. При использовании гидравлических средств сжимающим средством можно управлять электронно с использованием, например, компьютера. В фильтровальном устройстве, согласно фиг.1, процессы фильтрации выполняются с давлением около 2 тонн на сжимающие средства-губки 7а, 7b, за счет чего сжимается пучок 2 волокон.

Для опоры или поддержки корпуса 1 для волокон, согласно фиг.1, предусмотрен удерживающий элемент 9. Удерживающий элемент имеет форму трубы с концом для входа жидкости и концом для выхода жидкости и с двумя противоположными отверстиями 10а, 10b, обеспечивающими сжатие губками 7а, 7b гибкой мембраны корпуса 1 для волокон. Удерживающий элемент или труба 9 имеет первый внутренний буртик 11 на входном конце и второй внутренний буртик 12 на выходном конце, при этом первое уплотнительное кольцо 13 круглого сечения расположено вокруг корпуса 1 для волокон на входном конце 5 в герметичном контакте с первым внутренним буртиком 11, а второе уплотнительное кольцо 14 круглого сечения расположено вокруг корпуса 1 для волокон на выходном конце 3 в герметичном контакте со вторым внутренним буртиком 12. В показанном на фиг.1 варианте выполнения также предусмотрен наружный буртик 15 на входном конце 5 корпуса 1 для волокон, при этом первое уплотнительное кольцо 13 круглого сечения расположено между наружным буртиком 15 и первым внутренним буртиком 11. Удерживающий элемент или труба 9 дополнительно имеет входной фланец 16, расположенный на конце входа жидкости, и выходной фланец 17, расположенный на конце выхода жидкости. Фланцы 16, 17 закреплены на удерживающем элементе 9 болтами 18 и соответствующими гайками 19.

Входной фланец 16 имеет размеры, соответствующие трубе для впуска жидкости, а выходной фланец 17 имеет размеры, соответствующие трубе для выпуска жидкости.

Для фильтровального устройства, показанного на фиг.1, впускная и выпускная трубы являются трубами в³/₄ дюйма, а удерживающий элемент или труба 9 выполнена из нержавеющей стали с наружным диаметром 100 мм и длиной около 360 мм.

При использовании размягченного ПВХ для корпуса 1 для волокон жесткость корпуса 1 является достаточно большой для обеспечения герметичного контакта между внутренним буртиком 12 и кольцом 14 круглого сечения. Этот герметизирующий контакт дополнительно усиливается давлением жидкости внутри корпуса 1 для волокон. Однако, если для корпуса 1 для волокон используется резиновая мембрана, то может быть необходимо усилить выходной конец 3 корпуса 1 для волокон.

Следует отметить, что главным преимуществом фильтровального устройства, согласно данному изобретению, является возможность промывки волокон, когда снимается давление с волокон. Процесс промывки может быть процессом прямой промывки или обратной промывки. Это показано на фиг.2, где представлена блок-схема фильтровальной системы с использованием фильтровального устройства, согласно данному изобретению. Фильтровальное устройство может быть предпочтительно фильтровальным устройством, показанным на фиг 1, однако можно использовать также любое другое фильтровальное устройство, согласно данному изобретению.

Система, согласно фиг.2, содержит фильтровальное устройство, согласно данному изобретению. Фильтровальное устройство 41 имеет корпус 42 для волокон внутри удерживающего элемента 43, имеющего отверстия 44а, 44b для сжимающих средств 45а, 45b, при этом сжимающие средства могут создавать давление на гибкую мембрану корпуса 42 для волокон. Фильтровальное устройство 41 дополнительно имеет конец 46 для входа жидкости и конец 47 для выхода жидкости для соединения с трубами 48, 49 ввода и вывода жидкости, соответственно.

Система, согласно фиг.2, дополнительно содержит резервуар для не фильтрованной жидкости 50 с трубой 51, соединенной через клапан 69 с насосом 52 для создания заданного давления жидкости. Труба 53 направляет жидкость через клапан 55 в трубу 48 для ввода жидкости, имеющей манометр 54. Перед клапаном 55 труба 56 соединена с трубой 53 через клапан 57, при этом другой конец трубы 56 соединен с трубой 49 для выпуска жидкости. Труба 48 для впуска жидкости соединена с трубой 58, которая через клапан 59 ведет в резервуар 60 для хранения отфильтрованных частиц, удаляемых из корпуса для волокон во время процесса промывки. Труба 49 для выпуска жидкости дополнительно соединена с трубой 61, которая через клапан 62 ведет в резервуар 60 осаждения. Труба 49 для вывода жидкости также имеет манометр 63, и после соединения с трубами 56 и 61 соединена с трубой 64, которая через клапан 65 проводит отфильтрованную жидкость в резервуар 70 для отфильтрованной жидкости.

На фиг.2 показан также вход 66, который через клапан 67 соединен с трубой 56. Кроме того, в трубе 56 имеется клапан 68 перед соединением с трубой 49 для выхода жидкости. Вход 66 можно использовать для нагнетания или подвода жидкости, воздуха или газа в систему для использования в процессе промывки. Жидкость, воздух или газ должны иметь достаточно высокое давление для промывки системы.

Когда показанная на фиг.2 система работает в режиме фильтрации, то сжимающие средства 45а, 45b обеспечивают заданное давление на волокна внутри корпуса для волокон, клапаны 69, 55 и 65 открыты, клапаны 57, 59, 62, 67 и 68 закрыты, и насос 52 обеспечивает заданное давление жидкости на входе. Это давление может составлять, например, до 20 бар, также как до 10 бар, также как в диапазоне 5 -10 бар. После выполнения процесса в течение определенного промежутка времени может потребоваться промывка волокон внутри корпуса 42 для волокон.

Если желательно выполнить прямую промывку с использованием жидкости, то насос 52 выключают, клапаны 69, 55 и 65 закрывают, в то время как клапаны 57, 59, 62, 67 и 68 остаются в закрытом положении, сжимающие средства 45а, 45b отпускают, затем открывают клапаны 62, 69 и 55 и включают снова насос 52. За счет этого не фильтрованная жидкость направляется через несжатые волокна в корпусе 42 для волокон и через трубу 61 в резервуар 60 для осаждения.

Если желательно выполнить обратную промывку с использованием жидкости, то насос 52 отключают, клапаны 69, 55 и 65 закрывают, в то время как клапаны 57, 59, 62, 67 и 68 остаются в закрытом положении, сжимающие средства 45а, 45b отпускают, затем открывают клапаны 69, 57, 68 и 59 и включают снова насос 52. За счет этого не фильтрованная жидкость направляется через трубу 56 в обратном направлении через несжатые волокна в корпусе 42 для волокон и через трубу 58 в резервуар 60 для осаждения.

Если желательно выполнить прямую промывку с использованием входа 66, то насос 52 отключают, клапаны 69, 55 и 65 закрывают, в то время как клапаны 57, 59, 62, 67 и 68 остаются в закрытом положении, сжимающие средства 45а, 45b отпускают, затем открывают клапаны 62, 67, 57 и 55. За счет этого жидкость, воздух или газ направляется от входа 66 через несжатые волокна в корпусе 42 для волокон и через трубу 61 в резервуар 60 для осаждения.

Если желательно выполнить обратную промывку с использованием входа 66, то насос 52 отключают, клапаны 69, 55 и 65 закрывают, в то время как клапаны 57, 59, 62, 67 и 68 остаются в закрытом положении, сжимающие средства 45а, 45b отпускают, затем открывают клапаны 67, 68 и 59. За счет этого жидкость, воздух или газ направляется от входа 66 через трубу 56 в обратном направлении через несжатые волокна в корпусе 42 для волокон и через трубу 58 в резервуар 60 для осаждения.

Обычно, процесс обратной промывки выполняют для предотвращения дальнейшего загрязнения системы отфильтрованными частицами.

Следует отметить, что в объем данного изобретения входит создание фильтровальной системы, которая работает автоматически под управлением компьютера, такого как контроллер PLC с программируемой логикой. В этом случае компьютер можно программировать для управления сжатием и отпусканием сжимающих средств с использованием, например, гидравлических средств. Для управления этим процессом в программу компьютера можно вносить заданные давления и интервалы времени. Кроме того, компьютер можно программировать для управления жидкостным насосом 52 и клапанами 55, 57, 59, 62, 65, 67 и 68 для их включения и выключения в заданные интервалы времени.

В таблице I приведены результаты процесса фильтрации, выполненного с использованием фильтровального устройства, согласно фиг.1. Жидкость, подлежащая фильтрации, имела входное давление около 2,5 -3 бар, а сжимающие средства сжимались вокруг корпуса для волокон, содержащего полые полиэфирные волокна, с давлением около 2 тонн. Пучок волокон в корпусе для волокон содержал полые полиэфирные волокна с диаметром около 0,05 мм.

Фильтруемая вода была загрязненная золой вода, для чего обычную питьевую воду смешивали с древесной золой. Эта смесь по результатам измерений состояла из воды и 95 мг/л растворимого твердого вещества (сухого материала). После прохождения через фильтр отфильтрованная вода не имела поддающегося измерению количества растворимого твердого вещества. Нижний предел прибора для измерения растворимого твердого вещества составлял 3 мг/л, так что по результатам измерения можно сделать вывод, что более 96% растворимого твердого вещества было отфильтровано из воды.

Причиной испытания фильтровального устройства этим видом жидкости является то, что этот вид загрязнения имеет широкий и естественный диапазон размеров частиц.

Подлежащая фильтрации жидкость имела следующую смесь размеров частиц:

Анализы проводились институтом VKI, сертифицированным в Дании под №DANAK-Reg. No 26, с помощью инструмента Mastersizer S long bed Ver. 2.18 фирмы Malvem Instruments Ltd.

Второй вариант выполнения фильтровального устройства, согласно данному изобретению, показан на фиг.3. Устройство, согласно фиг.3, содержит корпус 301 для волокон, имеющий форму трубы. В данном случае, наружная часть корпуса 301 для волокон выполнена из водонепроницаемого материала, который является сплошным по всей длине корпуса и окружает пучок волокон 302. Пучок волокон 302 содержит множество волокон, проходящих продольно в корпусе 301 для волокон. В этом варианте выполнения изобретения внутренняя часть корпуса 301 для волокон содержит сжимающее средство 303 в виде напорной мембраны, вкладыша или сильфона, которое расположено внутри корпуса 301 для волокон и окружает волокна 302. Сжимающее средство 303 выполнено из гибкого материала и герметично соединено с внутренней стенкой корпуса 301 с помощью установочных и уплотнительных колец 304 и установочных болтов 305. Гидравлическое входное/выходное отверстие 306 расположено в корпусе 301 для обеспечения и/или управления гидравлическим давлением, с помощью которого можно прижимать сжимающее средство 303 к пучку 302 волокон.

В показанном варианте выполнения корпус 301 для волокон имеет входной конец 307 и выходной конец 308, и волокна 302 имеют свободные концы волокон на выходном конце 308. На входном конце 307 волокна прикреплены к головке 309 для волокон, и предпочтительно волокна 302 приклеены к головке 309 с помощью эпоксидного клея. Пучок волокон 302 должен быть по существу равномерно распределен в эпоксидном клее головки 309 для получения определенного числа имеющих по существу одинаковые размеры промежутков, образующих проточные каналы. Один или несколько входов для жидкости или среды могут быть расположены в или вокруг выходного конца 307 корпуса 301 для волокон, с помощью которых жидкость или текучую среду можно направлять в корпус 301 для волокон. Корпус 301 имеет один или несколько выходов для жидкости или среды в выходном конце 308, с помощью которых жидкость или текучую среду можно выводить из корпуса 301 для волокон. Головка 309 для волокон закреплена на опоре 310 для головки, которая закреплена на корпусе 301 для волокон, и жидкость или среда может проходить от входа (входов) через опору 310, вдоль головки 309 для волокон и затем входить в пучок волокон 302 по наружной стороне пучка 302. Когда жидкость вводится в пучок волокон 302, волокна можно прижимать к корпусу 301 для волокон и сжимающему средству 303, за счет чего жидкость проходит через промежутки, предусмотренные между волокнами, перед выходом из корпуса 301 для волокон через выход (выходы).

Головка 309 для волокон может быть прикреплена к опоре 310 болтом 311 с потайной гайкой 312, опирающейся на потайное кольцо 313. В пределах опоры 310 вокруг болта 311 предусмотрено свободное пространство, а между опорой 310 и головкой 309 для волокон предусмотрено промывочное пространство. Кольцо 314 для создания турбулентного потока жидкости, например, во время процесса промывки предпочтительно расположено на внутренней стенке корпуса 301.

Потайное кольцо 313 предпочтительно имеет изменяемую толщину или высоту, а потайная гайка имеет размеры, соответствующие изменяемой высоте потайного кольца. Таким образом, если головка 309 для волокон поворачивается или перекручивается во время, например, процесса промывки, то головку 309 для волокон можно перемещать туда и обратно в направлении опоры 310. Головка 309 для волокон может перекручиваться под воздействием турбулентного потока жидкости, который создается кольцом 314.

В показанном на фиг.3 варианте выполнения корпус 301 для волокон и опора 310 могут быть выполнены из нержавеющей стали, в то время как сжимающее средство 303 может быть выполнено из гибкого материала, такого как размягченный ПВХ или гибкий ПВХ или резина. Внутренний диаметр корпуса для волокон в предпочтительном варианте выполнения может составлять около 100 мм, а диаметр головки 309 для волокон и пучок волокон 302 может быть около 76 мм. В одном варианте выполнения волокна являются полыми волокнами из нейлона с длиной около 400 мм и диаметром волокон около 6 мм. Общая длина корпуса 301 для волокон может составлять 500 мм. Можно использовать также сплошные волокна, и в одном варианте выполнения используются сплошные волокна с диаметром 2,5 мм.

Следует отметить, что главным преимуществом фильтровального устройства, согласно данному изобретению, является возможность промывки волокон, когда с волокон снято давление. Процесс промывки может быть процессом прямой промывки или обратной промывки. Система, в которой можно выполнять прямую промывку, показана на фиг.4, где представлена блок-схема системы с использованием фильтровального устройства, согласно фиг.3.

В системе, согласно фиг.4, фильтровальное устройство 401 имеет корпус 402 для волокон, имеющий входное/выходное отверстие 403, ведущее к сжимающему средству внутри корпуса для сжатия пучка волокон внутри корпуса 402 для волокон. Жидкость или газ можно вводить с определенным давлением через отверстие 403 для сжатия волокон. Устройство 401 дополнительно содержит входной конец 404 для жидкости или текучей среды и выходной конец 405 для жидкости или текучей среды для соединения с трубами 406, 407 для ввода и вывода жидкости или текучей среды, соответственно.

Показанная на фиг.4 система дополнительно содержит резервуар 408 для не фильтрованной жидкости или текучей среды с трубой 409, которая через жидкостной клапан 410 соединена с входной стороной насоса 411 для создания заданного давления жидкости или текучей среды. Кроме того, с входной стороной насоса 411 соединен рециркуляционный клапан 413. Когда жидкостный клапан 410 открыт, то рециркуляционный клапан 413 закрыт, и насос 412 включен, то жидкость или текучая среда подаются с определенным давлением на выходную сторону насоса 411.

С выходной стороны насоса 411 труба 414 проводит жидкость или текучую среду через клапан 415 во входной трубе 406. Перед клапаном 415 труба 416 соединена с трубой 414 через клапан 417 сжатия, при этом выход клапана 417 соединен с отверстием 403. С отверстием 403 соединена также труба 418 внешнего управления, имеющая клапан 419 внешнего управления, и труба 420, имеющая разгрузочный клапан 421. Труба 420 соединена также с инжектором 422.

Выход инжектора 422 сообщен с резервуаром 423 для хранения отфильтрованных частиц или отложения, удаленного из корпуса 402 для волокон во время процесса промывки. Выходная труба 407 для жидкости или текучей среды также соединена с инжектором 422 посредством трубы 424 и клапана 425 прямой промывки. Выходная труба 407 для жидкости или текучей среды соединена, кроме того, с трубой 426, которая через клапан 427 отводит отфильтрованную жидкость или текучую среду в резервуар 428 для отфильтрованной жидкости или текучей среды.

Сжатием волокон можно управлять снаружи посредством регулирования гидравлического давления по трубе внешнего управления с клапаном 419. При работе в этом режиме клапаны 417 и 421 закрыты. Снятие давления со сжимающего средства можно осуществлять с помощью клапана 419 или посредством открывания разгрузочного клапана 421. Однако, предпочтительно, чтобы клапан 419 был закрыт, а управление давлением сжатия осуществлялось посредством клапана 417 сжатия. В этом случае клапаны 415, 413, 419 и 421 закрыты, в то время как клапаны 410 и 417 открыты, и необработанная жидкость или вода накачивается насосом 411 по трубе 416 в сжимающее средство через отверстие 403. Когда получено желаемое давление, то клапан 417 закрывают и систему можно использовать для нормальной работы.

При нормальной работе клапаны 413, 417, 419, 421 и 424 закрыты, в то время как клапаны 410, 415 и 427 открыты. Насос 411 создает заданное входное давление жидкости или текучей среды. Давление может составлять, например, до 20 бар, также как до 10 бар, также как в диапазоне 5-10 бар или в диапазоне 4-6 бар. После выполнения процесса в течение определенного времени может появиться необходимость в промывке волокон внутри корпуса 402 для волокон.

Если желательно выполнить прямую промывку с использованием жидкости, то насос 411 выключают, клапаны 410, 415 и 427 открывают, а клапаны 413, 417 и 419 остаются закрытыми, разгрузочный клапан 421 и клапан 425 прямой промывки открывают, затем открывают клапаны 410, 415 и снова включают насос 411. Это обеспечивает направление не фильтрованной воды через волокна при одновременной разгрузке волокон посредством удаления с помощью инжектора 422 напорной жидкости или среды через разгрузочный клапан 421. Промывочная и напорная жидкость или текучая среда направляются через инжектор 422 в резервуар 423 для отходов или отложения.

Следует отметить, что в объем данного изобретения входит создание системы для фильтрации жидкости или среды, согласно фиг.4, которая работает автоматически под управлением компьютера, такого как контроллер PLC с программируемой логикой. В этом случае компьютер можно программировать для управления насосом 411 и клапанами для их включения и выключения в заданные моменты времени.

Хотя изобретение было показано и описано применительно к частным вариантам выполнения, для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны изменения в форме и деталях без отхода от идеи и объема изобретения, и предполагается, что эти изменения входят в объем последующей формулы изобретения.

Реферат

Изобретение предназначено для фильтрации. Устройство содержит корпус для волокон, имеющий входной конец с, по меньшей мере, одним входом и выходной конец с, по меньшей мере, одним выходом. Корпус для волокон окружает и задает наружную границу для множества волокон, проходящих продольно в корпусе для волокон между входным и выходным концами. Между волокнами предусмотрены проходящие продольно промежутки, создающие множество каналов для потока жидкости. По меньшей мере, часть корпуса для волокон выполнена в виде гибкой мембраны, окружающей волокна, и предусмотрено сжимающее средство для оказания давления на наружную поверхность гибкой мембраны и тем самым для сжатия волокон в радиальном направлении по меньшей мере в одном месте вдоль длины волокон. Технический результат: высокая эффективность фильтрации. 6 н. и 61 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Формула