фильтр тонкой очистки жидкости и/или газа

Формула изобретения

1. Фильтр тонкой очистки жидкости, содержащий корпус, отвод фильтрата, фильтроэлемент, выполненный в виде мембран из микрокапиллярной пленки, образующих замкнутый объем, в котором образован коллектор, отличающийся тем, что в фильтре тонкой очистки жидкости и/или газа корпус выполнен с ровной волнистой поверхностью из полимеров, фильтроэлемент выполнен из полимерной трековой мембраны толщиной =10-50 мкм, с открытыми сквозными цилиндрическими порами размером в свету от 0,01 до 0,40 мкм, или из полимерной трековой мембраны толщиной 20-30 мкм со сквозными коническими порами диаметром 0,2-0,3 мкм с числом пор порядка 5×10⁸ на 1 см ², мембрана закреплена посредством термопайки, коллектор образован поверхностью корпуса и мембранами и заполнен пористым материалом с открытыми порами размером 0,5-0,6 мкм, пористостью П_к>П_м, и жесткостью материала заполнителя коллектора Ж_к>P_y, где П_к - открытая пористость материала коллектора, П_м - пористость мембран фильтроэлемента, Ж_к - удельная жесткость материала коллектора, Р_у - удельное давление на мембрану фильтра элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр выполнен многоблочным с последовательным включением блоков.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр выполнен многоблочным с параллельным включением блоков.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим тонкую очистку жидкости и/или газов от взвесей, бактерий, вирусов и растворенных в воде химических соединений, как для индивидуальных потребителей, так и для промышленных целей.

Уровень техники

Известен фильтр для разделения неоднородных систем для очистки смесей от взвешенных частиц и растворенных веществ с фильтрующими элементами из полупроницаемых пленок (Пат. РФ №1771103, МПК (6) В 01 D 33/00, опубл. 10.03.1995).

Известны мембранные фильтры на основе ядерных трековых мембран, применяемых для очистки жидкостей, а также для фильтрации особо чистых помещений (Пат. РФ №2107279, МПК (6) В 01 D 65/10, опубл. 20.03.1998 "Способ определения пористости ядерных мембран").

К недостаткам устройств относится зависимость гидравлического сопротивления фильтра от факторов принудительного воздействия.

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус, фильтрующий элемент, патрубок для отвода фильтрата, фильтрующий элемент, выполненный из трековой мембраны (Свид. РФ на П.М. №13162, МПК B 01 D 29/25, Бюл. №9 27.03.2000).

Известен также принятый заявителем за прототип фильтр тонкой очистки, содержащий корпус, отвод фильтрата, фильтроэлемент, выполненный в виде мембран из микрокапиллярной пленки, образующих замкнутый объем, в котором образован коллектор (Пат. РФ №2145943, МПК (6) В 01 D 29/56, Бюл. №6, 27.02.2000).

Недостаток устройства - невысокая надежность и долговечность, вызванные разрушением мембранного фильтрующего элемента при регламентной очистке фильтра, невозможность эксплуатации при повышенных давлениях жидкости и невозможность очистки газа.

Сущность изобретения

Техническая задача

Технический результат состоит в повышении надежности и долговечности устройства при работе под избыточным давлением жидкости и/или газа.

Отличительные признаки

В отличие от известного решения в фильтре тонкой очистки жидкости и/или газа корпус выполнен с ровной волнистой поверхностью, из полимеров, фильтроэлемент выполнен из полимерной трековой мембраны толщиной =10-50 мкм, с открытыми сквозными цилиндрическими порами размером в свету от 0,01 мкм до 0,40 мкм или из полимерной трековой мембраны толщиной 20-30 мкм со сквозными коническими порами диаметром 0,2-0,3 мкм с числом пор порядка 5×10⁸ на 1 см ². Мембрана закреплена посредством термопайки. Коллектор образован поверхностью корпуса и мембранами и заполнен пористым материалом с открытыми порами размером 0,5-0,6 мкм, пористостью П_к>П_м и жесткостью материала заполнителя коллектора Ж_к>Р_у, где П_к - открытая пористость материала коллектора, 10ⁿ/см ², П_м - пористость мембран фильтроэлемента, 10ⁿ/см², Ж_к - удельная жесткость материала коллектора, МПа, Р_у - удельное давление на мембрану фильтра элемента, МПа.

В частном случае фильтр может быть выполнен многоблочным с последовательным или параллельным включением блоков.

Описание устройства

Перечень чертежей

На фиг.1 представлен разрез фильтра, на фиг.2 - вид по стрелке А сечения 1-1 на фиг.1, на фиг.3 - последовательная схема соединения фильтров, на фиг.4 - параллельная схема соединения фильтров, где 1 - корпус фильтра, 2 - отвод фильтрата, 3 - мембраны фильтроэлементов, 4 - коллектор, 5 - заполнитель коллектора (из пористого материала), 6 - лентообразная кольцевая плоскость корпуса для прикрепления мембраны, 7 - система уплотнений, 8 - отводной штуцер, 9 - емкость, 10 - вводной штуцер, 11 - разделительные перегородки многоступенчатых фильтров.

Фильтр тонкой очистки жидкости и/или газа выполнен в виде корпуса (1) с ровной (гладкой) поверхностью для снятия локальных напряжений изгиба и растяжения материала фильтроэлемента (3) в зоне контакта его с поверхностью корпуса, возникающих в результате избыточных давлений и перепадов давлений на смежных поверхностях мембран. Гладкая (ровная) поверхность может быть плоской или волнистой. Фильтроэлемент (3), выполнен в виде мембран из микрокапиллярной пленки, образующих замкнутый объем. В этом объеме (поверхностью корпуса и мембранами) образован коллектор (4) для сбора фильтрата, заполненный пористым материалом (5) с открытыми порами, пористостью порядка 5×10⁹ /см², при этом П_к>П_м для исключения гидравлического сопротивления коллектора из процесса фильтрации, а также создания перепада давления (П_к - открытая пористость материала коллектора, 10ⁿ/см ²; П_м -пористость мембран фильтроэлемента, 10ⁿ/см²). Жесткость материала заполнителя коллектора принимается из условия Ж_к>Р_у для обеспечения устойчивости работы мембраны и компенсации динамических воздействий на мембрану (Ж_к - жесткость материала коллектора, МПа; Р_у - удельное давление на мембрану фильтра элемента, МПа).

Фильтроэлемент может быть выполнен из полимерной трековой мембраны толщиной =10-50 мкм, с открытыми сквозными цилиндрическими порами размером в свету от 0,01 мкм до 0,40 мкм, материал заполнителя коллектора - из пористого материала с открытыми порами размером 0,5-0,6 мкм, пористостью 5×10⁹ на 1 см². Трековые полимерные мембраны могут быть выполнены толщиной 20-30 мкм со сквозными коническими порами диаметром 0,2-0,3 мкм с числом пор порядка 5×10⁸ на 1 см². Мембраны закреплены посредством термопайки.

При использовании трековой мембраны толщиной менее 10 мкм не обеспечивается достаточная прочность мембраны по воздействию перепада давления, а при толщине более 50 мкм резко возрастает гидравлическое сопротивление потоку фильтрата. При размере пор менее 0,01 мкм не обеспечивается проток фильтруемого вещества, а при размере пор более 0,40 мкм не обеспечивается задержка биологических загрязнений.

В частном случае фильтр может быть выполнен многоблочным с последовательным (фиг.3) или параллельным (фиг.4) включением блоков.

Устройство работает следующим образом.

Фильтруемая среда в виде жидкости и/или газа под давлением Р_вх подается в емкость (9), через штуцер (10), фильтруется мембраной (3), с помощью коллектора (4) поступает в пространство отвода фильтрата (2), откуда через отводной штуцер (8) отфильтрованная жидкость и/или газ направляется потребителю.

При соединении нескольких фильтров по последовательной схеме (фиг.3) диаметры пор мембран соответствующих ступеней выбираются с уменьшением (d₁>d₂>d₃ , где d₁, d₂, d₃ - диаметры пор мембран соответствующих ступеней), что позволяет получить более высокую степень очистки фильтруемой среды.

Соединение нескольких фильтров по параллельной схеме (фиг.4) (при d ₁=d₂=d₃) приводит к многократному увеличению без снижения качества.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предлагаемая схема фильтра позволяет сохранять мембрану от разрыва при больших перепадах давления Р_вх>>Р_вых, а также гарантирует целостность мембранного фильтрующего элемента при штатной очистке. Последнее осуществляется путем механической очистки без демонтажа мембраны. Предложенное устройство можно использовать как для промышленных, так и для бытовых целей фильтрации жидкостей и/или газов. Так фильтр используется при фильтрации воздуха для наддува систем "стерильного посева", например стерильные маристам растений в боксах и ламинарах.

Изготовление фильтра может быть осуществлено общепромышленными средствами.