ITPD20110186A1 - FILTERING DEVICE WITH PERCULATION - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO FILTRANTE A PERCOLAZIONE PERCOLATION FILTERING DEVICE
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il trovato ha per oggetto un dispositivo filtrante a percolazione del tipo includente le caratteristiche menzionate nel preambolo della rivendicazione principale. The invention relates to a percolation filtering device of the type including the characteristics mentioned in the preamble of the main claim.
Nei dispositivi filtranti a percolazione il gradiente di pressione cui à ̈ assoggettato il fluido da filtrare à ̈ relativamente basso in quanto la filtrazione avviene essenzialmente per gravità . I mezzi filtranti normalmente contengono strati di carbone attivo, resine a scambio ionico e materiali simili che, per effetto delle rispettive tensioni superficiali, possono causare un intrappolamento dell’aria nello strato filtrante. Ciò a sua volta provoca alcuni inconvenienti. Un primo inconveniente à ̈ che, quando lo strato filtrante trattiene aria, si riduce la sezione di passaggio utile per il flusso di liquido da filtrare che viene conseguentemente rallentato. Ciò causa una bassa portata di acqua filtrata ed un conseguente allungamento del tempo necessario per la filtrazione. In percolation filtering devices, the pressure gradient to which the fluid to be filtered is subjected is relatively low as filtration occurs essentially by gravity. Filter media normally contain layers of activated carbon, ion exchange resins and similar materials which, due to their respective surface tensions, can cause air to be trapped in the filtering layer. This in turn causes some inconveniences. A first drawback is that, when the filtering layer retains air, the passage section useful for the flow of liquid to be filtered is reduced, which is consequently slowed down. This causes a low flow rate of filtered water and a consequent lengthening of the time required for filtration.
Un secondo inconveniente, che aggrava il primo, à ̈ dovuto al fatto che le aree di strato filtrante che intrappolano aria non partecipano alla filtrazione con conseguente disomogeneo (cattivo) sfruttamento del materiale che forma il letto filtrante. Ciò comporta un esaurimento anticipato della cartuccia filtrante e/o un malfunzionamento della medesima verso la fine del suo ciclo di vita utile. A second drawback, which aggravates the first, is due to the fact that the areas of the filtering layer that trap air do not participate in the filtration with consequent inhomogeneous (bad) exploitation of the material that forms the filter bed. This implies an early exhaustion of the filter cartridge and / or a malfunction of the same towards the end of its useful life cycle.
Il brevetto canadese CA2350292 affronta tali inconvenienti prevedendo tra strati contigui di materiale filtrante una camera di ventilazione del filtro attraverso la quale l’aria intrappolata nel filtro possa essere scaricata attraverso un camino. In molti casi questi filtri possono comprendere due o più strati di materiale filtrante; l’ultimo strato potrebbe essere costituito da fibre cave che hanno la nota particolarità di trattenere germi, batteri e cisti abbattendo la carica microbica e batterica dell’acqua filtrata. Questo strato à ̈ generalmente il più costoso e, fortunatamente, ha in genere una vita utile relativamente lunga, di norma maggiore degli strati a carboni attivi od a scambio ionico. Tuttavia quando l’elemento filtrante à ̈ realizzato a cartuccia unitaria esso deve essere sostituito alla scadenza del componente a minor vita utile, perdendo pertanto una capacità filtrante ancora non esaurita dei componenti a vita utile maggiore. Inoltre non à ̈ possibile utilizzare nel comporre lo stato filtrante elementi standardizzati che potrebbero trovare utile impiego anche in altri dispositivi filtranti. Canadian patent CA2350292 addresses these drawbacks by providing a filter ventilation chamber between contiguous layers of filter material through which the air trapped in the filter can be discharged through a chimney. In many cases these filters can comprise two or more layers of filter material; the last layer could be made up of hollow fibers which have the known particularity of retaining germs, bacteria and cysts by breaking down the microbial and bacterial load of the filtered water. This layer is generally the most expensive and, fortunately, generally has a relatively long useful life, usually longer than activated carbon or ion exchange layers. However, when the filtering element is made with a unitary cartridge, it must be replaced when the component with a shorter useful life expires, thus losing a filtering capacity that is not yet exhausted in the components with a longer useful life. Furthermore, it is not possible to use standardized elements in composing the filtering state, which could also find useful use in other filtering devices.
Il problema alla base della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un dispositivo filtrante strutturalmente e funzionalmente concepito per ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. Questo problema à ̈ risolto dall’invenzione mediante un dispositivo filtrante realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono. The problem underlying the present invention is that of providing a filtering device which is structurally and functionally conceived to obviate all the drawbacks complained of with reference to the cited prior art. This problem is solved by the invention by means of a filtering device made in accordance with the following claims.
Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di realizzazione illustrati, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui: The characteristics and the advantages of the invention will become clearer from the detailed description of some of its examples of embodiment illustrated, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figura 1 à ̈ una vista schematica in sezione di un primo esempio di realizzazione di un dispositivo filtrante secondo l’invenzione; - figure 1 is a schematic sectional view of a first example of embodiment of a filtering device according to the invention;
- la figura 2 à ̈ una vista schematica in sezione di un secondo esempio di realizzazione di un dispositivo filtrante secondo l’invenzione; - figure 2 is a schematic sectional view of a second example of embodiment of a filtering device according to the invention;
- la figura 3 à ̈ una vista prospettica di un particolare di figura 2; - la figura 4 à ̈ una vista schematica in sezione di un terzo esempio di realizzazione di un dispositivo filtrante secondo l’invenzione; - figure 3 is a perspective view of a detail of figure 2; - figure 4 is a schematic sectional view of a third example of embodiment of a filtering device according to the invention;
- la figura 5 à ̈ una vista schematica in sezione di un quarto esempio di realizzazione di un dispositivo filtrante secondo l’invenzione; - figure 5 is a schematic sectional view of a fourth example of embodiment of a filtering device according to the invention;
- la figura 6 à ̈ una vista in pianta dall’alto di un particolare di figura 5; - figure 6 is a top plan view of a detail of figure 5;
- le figure 7 ed 8 sono viste schematiche in sezione rispettivamente di un quinto e sesto esempio di realizzazione di un dispositivo filtrante secondo l’invenzione. - Figures 7 and 8 are schematic sectional views of a fifth and sixth example of embodiment of a filtering device according to the invention, respectively.
Nei disegni, con 1 à ̈ complessivamente indicato un dispositivo filtrante a percolazione, ovvero del tipo in cui à ̈ previsto un involucro esterno 2, ad esempio conformato a caraffa, nel quale à ̈ appeso mediante un supporto flangiato 3 un elemento partitore 4 che separa un primo bacino 5 di raccolta dell’acqua da filtrare da un secondo bacino 6 di raccolta dell’acqua filtrata. In the drawings, 1 generally indicates a percolation filtering device, i.e. of the type in which an external casing 2 is provided, for example shaped like a jug, in which a dividing element 4 is hung by means of a flanged support 3 which separates a first basin 5 for collecting the water to be filtered from a second basin 6 for collecting the filtered water.
Nell’elemento partitore 4 à ̈ individuato un percorso di flusso dell’acqua da filtrare che si estende tra il primo ed il secondo bacino 5,6 attraverso primi e secondi mezzi filtranti 10, 11 disposti in sequenza ed attraversati per gravità . In the divider element 4 a flow path of the water to be filtered is identified which extends between the first and the second basin 5,6 through first and second filter media 10, 11 arranged in sequence and traversed by gravity.
I primi mezzi filtranti 10 comprendono un filtro a cartuccia sostituibile che, in alcuni almeno degli esempi di realizzazione di seguito descritti, può essere di tipo tradizionalmente noto, ad esempio del tipo noto dalla descrizione delle domande di brevetto WO 2009/000374 o WO 2010/115643 della stessa richiedente, il cui contenuto à ̈ incorporato alla presente descrizione a titolo di riferimento. Nell’esempio specifico della figura 1, il filtro a cartuccia comprende una parte superiore 12 ed una parte inferiore 13 unite tra loro in corrispondenza di un bordo perimetrale 14 sporgente radialmente verso l’esterno e costituente guarnizione con cui il filtro a cartuccia 10 à ̈ inserito a tenuta in una imboccatura 16 di una sede 17 ricavata alla base dell’elemento partitore 4. L’imboccatura 16 con la parte superiore 12 della cartuccia, provvista di fori 18, definisce un’apertura di ingresso dell’acqua da filtrare nel percorso di flusso. Nella parte inferiore 13 à ̈ contenuto un letto filtrante che può essere composto in modo di per sé noto da una miscela di materiali scelti tra carboni attivi, sali, resine a scambio ionico e simili. The first filtering means 10 comprise a replaceable cartridge filter which, in at least some of the embodiments described below, can be of a traditionally known type, for example of the type known from the description of patent applications WO 2009/000374 or WO 2010 / 115643 by the same applicant, the content of which is incorporated in this description by way of reference. In the specific example of Figure 1, the cartridge filter comprises an upper part 12 and a lower part 13 joined together at a perimeter edge 14 projecting radially outwards and constituting a gasket with which the cartridge filter 10 It is sealed in a mouth 16 of a seat 17 obtained at the base of the divider element 4. The mouth 16 with the upper part 12 of the cartridge, provided with holes 18, defines an inlet opening for the cartridge. ™ water to be filtered in the flow path. In the lower part 13 there is a filtering bed which can be composed in a way known per se from a mixture of materials selected from active carbons, salts, ion exchange resins and the like.
La sede 17 comprende un mantello perimetrale 19 ed un fondo 20. Una camera 21 à ̈ definita tra la sede 17 e l’involucro della parte inferiore 13 del filtro a cartuccia. Sono previsti mezzi di ventilazione complessivamente indicati con 22 per sfiatare l’aria od i gas intrappolati nella camera 21 e migliorare così il flusso dell’acqua attraverso il letto filtrante del filtro a cartuccia 10. I mezzi di ventilazione 22 comprendono un camino 23 che si estende dal fondo della parte inferiore del filtro a cartuccia 10, in corrispondenza di un recesso 23a compreso tra due appendici 24 della cartuccia stessa, per un tratto sostanziale della cartuccia attraverso il letto filtrante. Il camino à ̈ terminato all’interno del filtro a cartuccia 10 in prossimità della parte superiore 12. Al termine del camino 23 à ̈ applicato un filtro a rete 25 oppure, preferibilmente, un mezzo valvolare 26 unidirezionale aperto nella direzione di sfogo dei gas e chiuso nella direzione opposta. Tale mezzo valvolare, descritto in figura 3, à ̈ realizzato con una valvola a disco 26 del tipo includente una calotta 27 convessa (concavità affacciata alla base del camino) incisa con uno o più intagli 28 così da formare due o più (preferibilmente quattro) petali 29 che normalmente appoggiano gli uni contro gli altri, a valvola chiusa, ma possono aprirsi per deformazione elastica scostandosi gli uni dagli altri nella direzione della convessità della calotta per consentire lo sfogo dei gas. The seat 17 comprises a perimeter shell 19 and a bottom 20. A chamber 21 is defined between the seat 17 and the casing of the lower part 13 of the cartridge filter. Ventilation means indicated as a whole with 22 are provided to vent the air or gases trapped in the chamber 21 and thus improve the flow of water through the filter bed of the cartridge filter 10. The ventilation means 22 comprise a chimney 23 extending from the bottom of the lower part of the cartridge filter 10, in correspondence with a recess 23a comprised between two appendages 24 of the cartridge itself, for a substantial portion of the cartridge through the filtering bed. The chimney is terminated inside the cartridge filter 10 near the upper part 12. At the end of the chimney 23 a mesh filter 25 is applied or, preferably, a unidirectional valve means 26 open in the gas vent direction and closed in the opposite direction. This valve means, described in figure 3, is made with a disc valve 26 of the type including a convex cap 27 (concavity facing the base of the chimney) engraved with one or more notches 28 so as to form two or more (preferably four ) petals 29 which normally rest against each other, with the valve closed, but can open due to elastic deformation, moving away from each other in the direction of the convexity of the cap to allow gases to escape.
Nel fondo 20 della sede 17 à ̈ ricavata una apertura 30 di efflusso dell’acqua filtrata dai primi mezzi filtranti 10 verso i secondi mezzi filtranti 11. In the bottom 20 of the seat 17 there is an opening 30 for the outflow of the filtered water from the first filter media 10 towards the second filter media 11.
L’apertura 30 à ̈ provvista di un filtro addizionale 31, ad esempio del tipo a retina, che serve a trattenere eventuali granuli di letto filtrante sfuggiti dai primi mezzi filtranti nella camera 21 ed à ̈ provvista, in uscita dall’elemento partitore 4, di un collare 32. Tale filtro addizionale 31 può definire una porzione non rimovibile dei secondi mezzi filtranti. The opening 30 is provided with an additional filter 31, for example of the mesh type, which serves to retain any filter bed granules escaped from the first filter media in the chamber 21 and is provided, at the outlet, from the divider element 4, of a collar 32. This additional filter 31 can define a non-removable portion of the second filter means.
I secondi mezzi filtranti comprendono quindi un involucro 33 suscettibile di accoppiamento rapido con il collare 32 ad esempio del tipo a vite 34 od a baionetta, od anche semplicemente ad interferenza, così da consentire la rimozione individuale dei secondi mezzi filtranti 11 dall’elemento partitore 4. The second filtering means therefore comprise a casing 33 capable of rapid coupling with the collar 32, for example of the screw 34 or bayonet type, or simply of interference type, so as to allow the individual removal of the second filtering means 11 from the element divider 4.
I secondi mezzi filtranti 11 sono preferibilmente ma non esclusivamente costituiti da un filtro a fibre cave 35, quale quello descritto in CA2350292, che consente un micro-filtraggio dell’acqua trattata, ad esempio per osmosi inversa. The second filtering means 11 are preferably but not exclusively constituted by a hollow fiber filter 35, such as the one described in CA2350292, which allows a micro-filtering of the treated water, for example by reverse osmosis.
Normalmente la durata dei secondi mezzi filtranti à ̈ sostanzialmente maggiore della durata utile dei primi mezzi filtranti e, con la struttura sopra indicata, ne à ̈ possibile la sostituzione individuale. Normally the duration of the second filter media is substantially greater than the useful life of the first filter media and, with the structure indicated above, it is possible to replace them individually.
In un terzo esempio di realizzazione dell’invenzione illustrata con riferimento alla figura 4 il camino 23 si estende sino in prossimità della parte superiore 12 del filtro a cartuccia, ove à ̈ introdotto in una camera superiore 38 a fondo aperto (ed altrimenti chiusa) in modo tale da generare un effetto sifone tale per cui l’aria di ventilazione possa sfiatare nella camera 38 e, attraverso il fondo aperto della medesima, sfogare verso l’alto lasciando il filtro a cartuccia 10, senza che acqua non filtrata o granuli del letto filtrante possano introdursi nel camino 23. In a third example of embodiment of the invention illustrated with reference to Figure 4, the chimney 23 extends as far as the upper part 12 of the cartridge filter, where it is introduced into an upper chamber 38 with an open bottom (and otherwise closed). in such a way as to generate a siphon effect such that the ventilation air can vent into chamber 38 and, through the open bottom of the same, vent towards the top leaving the cartridge filter 10, without unfiltered water or filter bed granules can enter the chimney 23.
In una ulteriore variante di realizzazione della presente invenzione illustrata con riferimento alla figura 5, la ventilazione della camera 21 à ̈ ottenuta attraverso una canalizzazione 40 passante tra la camera di ventilazione 21 ed il bacino superiore 5 di raccolta dell’acqua da filtrare. La canalizzazione 40 à ̈ ottenuta tramite un recesso 41 calibrato ricavato nella zona di accoppiamento tra i mantelli della cartuccia e della sua sede nell’elemento partitore 4, in corrispondenza dell’imboccatura 16 e può essere ricavato solo nell’elemento partitore 4, solo nel bordo perimetrale 14 del filtro a cartuccia 10 ovvero parte sull’uno e parte sull’altro dei due componenti. Nel secondo caso, illustrato in figura 7, la canalizzazione consta di un semplice foro calibrato 42 passante nel bordo perimetrale 14 del filtro a cartuccia 10. In questi ultimi due casi illustrati la canalizzazione produce un possibile effetto di drenaggio di un modesto flusso d’acqua non filtrata nella camera 21 bypassando il primo mezzo di filtrazione. Questo effetto può essere tuttavia eliminato realizzando un passaggio 43 più elaborato, illustrato in figura 8, che si estenda oltre la sommità del bacino di raccolta dell’acqua da filtrare, sfiatando dunque all’esterno del dispositivo filtrante 1. In a further variant embodiment of the present invention illustrated with reference to Figure 5, the ventilation of the chamber 21 is obtained through a channel 40 passing between the ventilation chamber 21 and the upper basin 5 for collecting the water to be filtered. The channeling 40 is obtained through a calibrated recess 41 obtained in the coupling area between the shells of the cartridge and its seat in the divider element 4, in correspondence with the mouth 16 and can only be obtained in the divider element 4 , only in the perimeter edge 14 of the cartridge filter 10 or part on one and part on the other of the two components. In the second case, illustrated in figure 7, the ducting consists of a simple calibrated hole 42 passing through the perimeter edge 14 of the cartridge filter 10. In the latter two cases illustrated, the ducting produces a possible drainage effect of a modest flow of water. unfiltered water in chamber 21 bypassing the first filtration medium. However, this effect can be eliminated by creating a more elaborate passage 43, illustrated in figure 8, which extends beyond the top of the collection basin of the water to be filtered, thus venting to the outside of the filtering device 1.
Il funzionamento del dispositivo 1 Ã ̈ il seguente. The operation of device 1 is as follows.
L’acqua da filtrare à ̈ immessa nel bacino superiore 5 ed attraversa il letto filtrante dei primi mezzi filtranti 10 per effetto del battente rispetto al pelo libero dell’acqua nel bacino 5. La pressione determinatasi à ̈ tuttavia modesta e, essendo previsto che il percorso di flusso comporti più strati filtranti che oppongono ciascuno una resistenza non nulla all’attraversamento dell’acqua, vengono a crearsi nel letto filtrante bolle d’aria dovute essenzialmente alla tensione superficiale dell’interfaccia acqua aria che non riescono a sfogare attraverso il letto filtrante e di qui risalire il bacino superiore. Se queste bolle d’aria non fossero sfiatate, l’utilizzo del letto filtrante sarebbe disomogeneo poiché al zona interessata da bolle non potrebbe dare alcun contributo alla filtrazione. Inoltre, riducendosi la sezione di passaggio utile attraverso il letto filtrante per effetto della presenza di zone occupate da bolle d’aria, anche la portata utile del filtro a cartuccia verrebbe sensibilmente ridotta. Con la soluzione descritta le bolle d’aria vengono invece condotte verso il basso sino ad essere raccolte nella camera 21 e di qui essere sfogate attraverso il camino 23 e/o le canalizzazioni 41, 42, 43 di ventilazione. Si apprezzerà che un filtro a cartuccia sostituibile così realizzato si presta non solo ad equipaggiare dispositivi filtranti a strati sovrapposti, quali quelli descritti, ma anche dispositivi in cui i secondi mezzi filtranti sono di tipo non rimovibile, e/o presentano in forma ridotta i summenzionati problemi di ventilazione. In questo modo à ̈ possibile produrre cartucce standardizzate che possano equipaggiare sia dispositivi filtranti con filtri multipli (o multistrato) come sopra descritto sia dispositivi tradizionali in cui sia previsto un unico mezzo filtrante, costituito dal filtro a cartuccia sostituibile 10. The water to be filtered is introduced into the upper basin 5 and passes through the filtering bed of the first filter media 10 due to the effect of the head with respect to the free surface of the water in the basin 5. The pressure determined is however modest and, being foreseen that the flow path involves several filtering layers that each oppose a non-zero resistance to the crossing of the water, air bubbles are created in the filter bed essentially due to the surface tension of the water-air interface that cannot to vent through the filter bed and from here go up the upper basin. If these air bubbles were not vented, the use of the filter bed would be uneven since the area affected by bubbles could not make any contribution to filtration. Furthermore, by reducing the useful passage section through the filter bed due to the presence of areas occupied by air bubbles, the useful flow rate of the cartridge filter would also be significantly reduced. With the solution described, the air bubbles are instead conducted downwards until they are collected in the chamber 21 and from there they are vented through the chimney 23 and / or the ventilation ducts 41, 42, 43. It will be appreciated that a replaceable cartridge filter thus made is suitable not only for equipping filtering devices with superimposed layers, such as those described, but also devices in which the second filtering means are of the non-removable type, and / or have a reduced form of above mentioned ventilation problems. In this way it is possible to produce standardized cartridges that can equip both filtering devices with multiple filters (or multilayer) as described above and traditional devices in which a single filtering medium is provided, consisting of the replaceable cartridge filter 10.
Inoltre i primi mezzi filtranti si prestano ad autonoma manutenzione rispetto ai secondi mezzi filtranti, essendo realizzati tra loro in maniera strutturalmente indipendente e potendosi così sostituire con maggior frequenza il filtro a cartuccia 10 rispetto al filtro a fibre cave 11 e consentendo dunque un migliore sfruttamento della vita utile di quest’ultimo. Non da ultimi i suddetti vantaggi sono ottenuti senza modifiche radicali dell’architettura dei dispositivi filtranti tradizionali e/o dei filtri a cartuccia sostituibile, a tutto vantaggio dell’economia di produzione. Furthermore, the first filtering means lend themselves to autonomous maintenance with respect to the second filtering means, being made from each other in a structurally independent manner and thus being able to replace the cartridge filter 10 more frequently than the hollow fiber filter 11 and thus allowing a better exploitation of the useful life of the latter. Last but not least, the aforementioned advantages are obtained without radical changes to the architecture of traditional filtering devices and / or replaceable cartridge filters, all to the advantage of production economy.
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