ES2261582T3 - Conjunto de cartuchos para purificacion de agua con flujo unidireccional a traves del medio filtrante. - Google Patents
Conjunto de cartuchos para purificacion de agua con flujo unidireccional a traves del medio filtrante.Info
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Abstract
Un aparato para purificar un fluido que comprende: un elemento cilíndrico (216, 218) con dos extremos, conteniendo el elemento cilíndrico un medio filtrante (274), una primera tapa terminal (208) dispuesta en un extremo del elemento cilíndrico (216, 218), incluyendo la primera tapa terminal (208) un orificio de entrada de fluido (232), un orificio de salida de fluido (214), y un primer distribuidor de fluido (266), una segunda tapa terminal (275) dispuesta en un segundo extremo del elemento cilíndrico (216, 218), incluyendo la segunda tapa terminal (275) una cámara de recogida de producto (278), y un segundo distribuidor de fluido que separa el medio filtrante (274) de la cámara de recogida de producto (278), y un tubo de transferencia de fluido (272) dispuesto dentro del elemento cilíndrico (216, 218) y que se extiende desde la cámara de recogida de producto (278) hasta el orificio de salida de fluido (214), caracterizado porque el tubo de transferencia de líquido (272) se extiende hasta la cámara de recogida de producto (278).
Description
Conjunto de cartuchos para purificación de agua
con flujo unidireccional a través del medio filtrante.
La presente invención se refiere a un cartucho
para purificación de agua con flujo unidireccional a través de un
medio filtrante.
Cada vez hay más demanda de agua purificada en
la investigación y la industria para diversas pruebas y análisis
científicos. Se han propuesto y están en uso muchos dispositivos
distintos de filtración para filtrar agua a forma ultrapura con una
resistividad mayor de 18 megohms-cm con un nivel de
compuesto orgánico total (COT) de menos de 20 partes por mil
millones. El agua ultrapura se obtiene por tratamiento secuencial
de agua con carbón vegetal, contacto con mezcla de resinas
aniónicas y catiónicas y un microfiltro. Pueden proporcionarse
estas o más etapas de filtración.
Se han propuesto y están en uso diversos
sistemas y técnicas para obtener el agua purificada. Algunos
sistemas de purificación de agua tienen alojamientos permanentes
construidos en la unidad y en los que hay situados elementos
filtrantes recambiables. No obstante, cada vez es más corriente que
sean cartuchos desmontables que incluyen tanto el alojamiento como
el medio filtrante a través del que pasa el agua para obtener agua
ultrapura. Por ejemplo, Gaignet, en la patente de EE.UU. nº
4.944.875, concedida el 31 de julio de 1990, describe un tipo de
sistema de cartucho que comprende tubos que contienen medios de
tratamiento del agua que están unidos por placas terminales. Las
placas terminales forman colectores que transfieren el fluido de un
cilindro al otro en flujo consecutivo. Además, el dispositivo está
diseñado para conectarse a una unidad de control que contiene una
bomba, válvulas y circuitos de medida del monitor mediante
conectores. Algunos de los conectores proporcionan las conexiones
del fluido entre el cartucho y la unidad de control.
La Fig. 1 ilustra un dispositivo de la técnica
anterior que en algunos aspectos es similar a Gaignet, y muestra un
conjunto típico de cartuchos de cuatro tubos 30. Se llenan cuatro
tubos 32 con medios de purificación del agua 34. Un par de placas
36, 38 están dispuestas a lo largo de los extremos de los tubos y
conectan los tubos entre sí para formar el conjunto de cartuchos.
Las placas terminales 36, 38 también forman el colector a través
del que se conduce el fluido de un tubo al siguiente tubo
consecutivamente adyacente. Como se ilustra, el agua se bombea en
el conjunto de cartuchos a través de un orificio de entrada 42,
como indica la flecha 44, y se desplaza hacia abajo por un primer
tubo 32 en la placa terminal 38. Después el agua fluye por un paso
48 en la placa terminal 38 y por un segundo tubo 32a en dirección
ascendente como indica la flecha 49 hasta la placa terminal
superior. Posteriormente, el fluido fluye a través de un paso 50
hasta un tercer tubo y fluye en dirección descendente hasta la
placa terminal 38 por el paso 52 y ascendente por el cuarto tubo y
sale fuera por el orificio de salida 54. De este modo, la técnica
anterior describe un conjunto de cartuchos no separables con flujo
de fluido ascendente y descendente cuando el fluido se desplaza por
el medio filtrante.
A menudo no es deseable que el fluido fluya
hacia arriba a través del medio de purificación. El medio que
normalmente es en forma de partícula, puede "fluidizar" una
vez que el flujo de fluido se ha establecido en el tubo. Esto
sucede cuando la fuerza ascendente debida a la velocidad del agua
excede la fuerza descendente (de gravedad) en el medio. La
fluidización puede resultar en una mezcla de medio de purificación
si se forman capas de más de un tipo de medio de purificación dentro
del tubo. Esto también puede resultar en una reducción de la
eficacia de purificación. Como a menudo no se desea el flujo
ascendente de fluido, se han hecho diversos intentos para
proporcionar flujo descendente continuo para los dispositivos de
purificación de fluido. Como se ilustra en la Fig. 2, un ejemplo de
este dispositivo incluye un dispositivo de desionización con dos
cilindros 62, 72 llenos de medio filtrante 64, 74, respectivamente.
El fluido entra en el cilindro 62 a través del orificio 66 y fluye
hacia abajo a través del medio filtrante 64 hasta una cesta de
recogida cribada 68 en el extremo inferior del cilindro. El fluido
se desplaza desde la cesta de recogida 68 hacia arriba por un tubo
de recogida de producto 70 y sale fuera del cilindro 62.
Opcionalmente, puede proporcionarse el segundo cilindro 72 y el
fluido puede fluir consecutivamente en el segundo cilindro, hacia
abajo por el medio de purificación del agua en una cesta de
recogida 78 y hacia arriba por un tubo 80. De este modo, se
proporciona una pluralidad de cilindros que permite que el fluido
se mueva hacia abajo en una pluralidad de cilindros. Esta
disposición en concreto no es un cartucho que pueda cambiarse
fácilmente y normalmente está fijado en un sistema. Además, el agua
no fluye a través del medio filtrante en la parte inferior de los
cilindros que se halla debajo de la cesta de recogida. Esto
malgasta el medio filtrante y el espacio para el filtro.
Por consiguiente, la técnica anterior no
proporciona un conjunto apropiado de cartuchos de purificación de
agua con cartuchos separables que permita un flujo unidireccional a
través de los tubos de purificación.
La presente invención proporciona un cartucho de
purificación de agua con flujo unidireccional a través del medio
filtrante. El cartucho incluye un elemento cilíndrico que tiene un
primer y un segundo extremo, el elemento cilíndrico contiene un
medio filtrante y está adaptado para admitir flujo de fluido a
través del mismo. En el primer extremo del elemento cilíndrico está
dispuesta una primera tapa terminal e incluye un orificio de
entrada de fluido y un orificio de salida de fluido, dicho orificio
de entrada está adaptado para conducir el fluido en el elemento
cilíndrico hasta el medio filtrante. En un segundo extremo del
elemento cilíndrico está dispuesta una segunda tapa terminal, la
segunda tapa terminal está adaptada para admitir el fluido que pasa
a través del medio filtrante. Por último, puede disponerse un tubo
dentro del cilindro para transferir el fluido filtrado desde el
segundo extremo hasta el orificio de salida dispuesto en el primer
extremo.
En otro aspecto de la presente invención, se
proporciona una primera unidad de cartucho para filtrar líquido e
incluye un primer extremo con una entrada y una salida, el primer
cartucho está adaptado para filtrar el fluido que fluye en una
primera dirección. Puede proporcionarse un segundo cartucho
filtrante para filtrar líquido, el segundo cartucho incluye un
primer extremo con una entrada de fluido, la entrada de fluido del
segundo cartucho está conectada de forma fluida a la salida del
primer cartucho y está adaptada para filtrar en la primera
dirección. En una forma de realización preferida, el fluido fluye
axialmente hacia abajo a través de cada cartucho. Puede utilizarse
una pluralidad de cartuchos para formar un conjunto de
cartuchos.
En otra forma de realización de la presente
invención, un aparato para purificar fluido incluye un elemento
cilíndrico con dos extremos y que contiene un medio filtrante que
está adaptado para admitir flujo de fluido a través del mismo. En
un extremo del elemento cilíndrico está dispuesta una primera tapa
terminal e incluye un orificio de entrada de fluido y un orificio
de salida de fluido, dicho orificio de entrada está adaptado para
conducir el fluido en el elemento cilíndrico y en el medio
filtrante. En un segundo extremo del elemento cilíndrico está
dispuesta una segunda tapa terminal, la segunda tapa terminal está
adaptada para admitir el fluido del medio filtrante. Puede
proporcionarse un tubo con un primer y un segundo extremo
dispuestos en el cilindro. El tubo transfiere el fluido filtrado
desde el segundo extremo terminal hasta la salida dispuesta en el
primer extremo, y el tubo está montado rígidamente en el primer
extremo y montado de forma deslizable en el segundo extremo del
cartucho cilíndrico. En una forma preferida, el tubo está fijado
rígidamente en la primera tapa terminal mediante soldadura térmica
y está fijado de forma deslizable al segundo extremo que incluye
una junta tórica para proporcionar un sello deseado entre la cámara
en la tapa terminal y el medio filtrante.
La presente invención también proporciona un
procedimiento novedoso para fabricar los componentes del conjunto
de cartuchos. Se proporciona un tubo y un alojamiento cilíndrico de
cartucho y se fusionan a una tapa terminal en el primer extremo. El
tubo está provisto en el alojamiento cilíndrico para llevar fluido
desde el segundo extremo del conjunto de cartuchos hasta el primer
extremo. El tubo está fijado rígidamente al conjunto de cartuchos
en el primer extremo. En el segundo extremo, la tapa terminal está
fusionada con el alojamiento cilíndrico y el tubo está acoplado
selladamente a la segunda tapa terminal.
Objetos y características de esta invención se
harán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada
cuando se tomen con respecto a los dibujos que se acompañan que
describen múltiples formas de realización de la invención. Debe
entenderse que los dibujos están diseñados para fines ilustrativos
únicamente y no pretenden ser una definición de los límites de la
invención.
Los objetos y las ventajas de la invención se
apreciarán de forma más completa a partir de los siguientes dibujos
en los que:
la Fig. 1 ilustra un esquema de flujo de un
cartucho convencional de cuatro tubos con flujo bidireccional
consecutivo a través de cuatro tubos;
la Fig. 2 ilustra un esquema de flujo de
cilindros convencionales separables que proporcionan flujo
unidireccional descendente;
la Fig. 3A ilustra un esquema de flujo de
unidades de cartucho consecutivos con flujo unidireccional a través
del medio de purificación de agua;
la Fig. 3B ilustra un esquema de flujo de
cartuchos consecutivos con flujo descendente a través del medio de
purificación de agua y un tubo de transferencia de producto fuera
del alojamiento del cartucho;
las Figs. 4A, 4B y 4C son vistas detalladas de
la parte inferior de un cartucho que ilustra diversas conexiones
de sello con la tapa inferior;
la Fig. 5 ilustra una vista desde arriba de un
conjunto de cartuchos según la presente invención;
la Fig. 6 ilustra una vista frontal del
conjunto de cartuchos de la presente invención;
la Fig. 7 ilustra el trayecto del flujo de una
unidad de cartucho representativa de la presente invención y es una
vista transversal tomada a lo largo de la línea de sección
7-7 de la Fig. 5;
la Fig. 8A ilustra el distribuidor de flujo de
la presente invención;
las Figs. 8B y 8C ilustran el distribuidor de
flujo y la tapa terminal en el primer extremo como partes separadas
y montadas, respectivamente;
las Figs. 9A y 9B ilustran el distribuidor de
flujo y la tapa terminal en el segundo extremo como partes
separadas y montadas, respectivamente;
las Figs. 10-13 ilustran etapas
de un procedimiento representativo de conexión para unir la
primera tapa terminal, el tubo de transferencia de fluido y el
cilindro;
las Figs. 14-15 ilustran las
etapas de llenado del cilindro con medio filtrante;
las Figs. 16-19 ilustran etapas
de un procedimiento representativo de conexión para unir la segunda
tapa terminal, el tubo de transferencia de fluido y el
cilindro.
La presente invención proporciona un conjunto de
cartuchos filtrantes con flujos unidireccionales consecutivos a
través del medio filtrante. Preferentemente, el flujo es
descendente de forma que el medio filtrante se ve forzado hacia
abajo con la gravedad y se previene la fluidización del medio
filtrante. El flujo descendente también proporciona una
distribución de flujo más uniforme a lo largo de una sección
transversal axial del cilindro. La Fig. 3A es un esquema
ilustrativo de flujo para la presente invención. Un conjunto de
cartuchos 90 incluye varias unidades individuales de cartucho 92,
94, 96 y 98 que están conectados consecutivamente. El fluido fluye
desde un orificio de entrada de fluido 100 hasta una cámara de
entrada del cartucho 101. Una tapa de distribución de fluido 102
distribuye el flujo desde la cámara de entrada hasta el medio
filtrante en el cartucho 92 y fluye hacia abajo como indica la
flecha 104. En el extremo inferior del cartucho, otra tapa de
distribución de fluido 106 separa el medio filtrante de una cámara
inferior 108. Una vez en la cámara inferior, la fuerza del agua que
fluye a través del sistema mueve el fluido hacia arriba en un tubo
de transferencia de líquido 110 como indican las flechas 112. Una
vez que el fluido llega a la parte superior del cartucho, el fluido
entra en el cartucho consecutivamente adyacente 94 a través de un
orificio de salida 114. Como el fluido entra y sale en la parte
superior de la unidad de cartucho, el flujo descendente se repite
en cada unidad de cartucho lo que resulta en un flujo
unidireccional consecutivo a través del medio filtrante.
Como se ilustra, el cartucho 92 tiene una
entrada de tipo "macho" y una salida de tipo "hembra". El
cartucho 94 tiene asimismo una entrada macho 115 que se une con la
salida hembra del cartucho 92. La construcción de los cartuchos 94
y 96 es similar a la del cartucho 92 y los mismos números de
referencia con una "a" post scriptum se refieren a los
mismos elementos. Cuando el fluido entra en el cartucho 94 fluye
hacia abajo a través de la tapa de distribución de fluido 102a
hasta el medio filtrante, y hacia arriba a través del tubo de
transferencia 110a. Una entrada macho de la unidad de cartucho 96
se une con la salida hembra de la unidad de cartucho 94. El flujo
fluye consecutivamente a través de los cartuchos hasta la salida
116 en la que se libera el producto final purificado. Como se
muestra, la salida 116 es una salida de tipo macho que (junto con
el orificio de entrada) puede adaptarse para unirse con la consola
de purificación (no se muestra). Los diversos conectores pueden
modificarse como verán aquellos expertos en la materia. Por
ejemplo, los orificios de tipo macho y hembra pueden intercambiarse
o pueden proporcionarse otros tipos de orificio. Además, pueden
proporcionarse juntas tóricas en una muesca anular en la conexión
macho para formar un sello.
Además de reducir la probabilidad de fluidizar
el medio filtrante, el flujo descendente también reduce la
posibilidad de que se formen canales de flujo a través del medio.
Los canales se forman cuando el medio filtrante tiene una vena o un
canal de densidad reducida que proporciona un trayecto de mínima
resistencia a través del que fluirá el fluido. La formación de
canales puede reducir considerablemente la eficacia del medio
filtrante porque el contacto superficial entre el medio y el agua
se reduce. La conexión directa entre la salida de un cartucho y la
entrada de otro también minimiza la longitud del conducto a través
del que fluye el fluido filtrado, y de este modo se reduce la
probabilidad de contaminar el fluido con impurezas en el
conducto.
Por último, otra ventaja del conjunto de
cartuchos filtrantes de la invención es que cada unidad de cartucho
92, 94, 96 y 98 puede cambiarse individualmente sin destrozar o
afectar a los otros cartuchos. Puesto que cada unidad de cartucho
puede contener uno o varios medios filtrantes distintos, el tiempo
de duración de cada unidad de cartucho puede ser distinto. Como
cada conjunto de cartuchos está construido con una pluralidad de
unidades de cartucho independientes, puede cambiarse un cartucho
sin destrozar el conjunto en su totalidad. Además, aplicaciones
especializadas pueden requerir medios filtrantes de fluido
especializados, y como el conjunto de cartuchos comprende varias
unidades intercambiables, cualquier unidad seleccionada puede
añadirse al conjunto para formar un conjunto especializado de
cartuchos.
Aunque la Fig. 3A ilustra un tubo de retorno de
fluido en el centro del conducto, un experto en la materia
apreciará la variedad de posibles configuraciones. Por ejemplo, el
tubo de retorno podría estar dispuesto en la pared interna del
cilindro, o alternativamente estar formada al mismo tiempo que el
cilindro en un proceso de extrusión. Por último, el cilindro del
tubo de retorno podría ser un espacio anular formado por dos
cilindros concéntricos, con el cilindro interno lleno de medio
filtrante.
La Fig. 3B ilustra otro diagrama esquemático de
flujo de un conjunto de cartuchos con flujo unidireccional a través
del medio filtrante. Contrariamente a la forma de realización que
se muestra en la Fig. 3A, el fluido se transfiere a una unidad de
cartucho consecutivamente adyacente mediante un conducto que está
fuera de la unidad de cartucho. En esta forma de realización un
conjunto de cartuchos 130 puede incluir dos unidades de cartucho
132, 134. Al igual que en la Fig. 3A, un orificio de entrada 136
conduce a una cámara 138 y a un medio filtrante de fluido 140 a
través de una placa cónica de distribución de fluido 142. La placa
142 separa el medio de la cámara 138. En el extremo inferior del
cartucho 132, se separa el medio filtrante de una cámara inferior
144 mediante una placa cónica 146. El extremo inferior del cartucho
incluye un paso 148 a un tubo de transferencia de fluido 150 que
conduce a un cartucho consecutivamente adyacente 134 en el que el
fluido pasa a través de otro medio filtrante. Otro tubo de
transferencia de fluido 150 conduce o bien a otra unidad de
cartucho (no se muestra) o a la consola de purificación (tampoco se
muestra).
Esta forma de realización también proporciona la
ventaja de un flujo descendente para el fluido a través del medio
filtrante de fluido. Una ventaja del tubo externo de transferencia
de producto puede ser que los cartuchos son más fáciles de
fabricar. Además, el área de superficie del medio filtrante se
maximiza porque el tubo de transferencia de fluido 150 no ocupa
volumen en la unidad de cartucho. Esta forma de realización es
modular porque cada unidad de cartucho filtrante puede
configurarse del mismo modo e instalarse conveniente y fácilmente
en una consola. Por consiguiente, el número de unidades de cartucho
puede aumentar y variar según las necesidades concretas de un
sistema. Además, puesto que el fluido se transfiere fuera de la
unidad de cartucho, la contaminación de fluido que se ha filtrado
no debería ser un problema.
No obstante, cuando el tubo de transferencia
está situado en la unidad de cartucho como se ilustra en la Fig.
3A, debe tenerse en cuenta la contaminación de fluido cuando fluye
por el conjunto de cartuchos. Con referencia a la Fig. 3A, cuando
el fluido se ha purificado mediante un medio filtrante, y se
encuentra en la parte superior de la unidad de cartucho fluyendo
hacia el orificio de salida, el agua que ha pasado por la unidad de
cartucho está muy cerca del agua que entra en la unidad de
cartucho, y cualquier contaminación cruzada hace que el cartucho
filtrante sea menos eficaz. Por consiguiente, la presente invención
proporciona un sello hermético entre el tubo de transferencia de
fluido y la parte superior de la unidad de cartucho. Como se
describe más concretamente más adelante, el sello puede crearse
mediante soldadura térmica, adhesivos u otros procedimientos de
conexión apropiados como reconocen los expertos en la materia.
En el extremo inferior del cartucho, la
diferencia cualitativa de la pureza del fluido en el tubo y el
fluido que se recoge en la placa no es importante, y de este modo
la capacidad de escurrimiento del sello no es tan importante. No
obstante, el tubo debe ajustar bien dentro de la placa para que el
medio filtrante no entre en la cámara. Por consiguiente, se
proporciona un sello distinto en el extremo inferior de la unidad
de cartucho. El sello distinto funciona bien y permite una
fabricación más fácil y rápida de la unidad de cartucho con el gran
rendimiento que se puede hallar en otros dispositivos, más
caros.
Las Figs. 4A, 4B y 4C proporcionan diversas
formas de realización alternativas para sellar el extremo inferior
de un tubo de transferencia de fluido 184 y la placa de recogida de
la parte inferior 170. Por razones que se describen de forma más
completa más adelante, el sello provisto en la placa de la parte
inferior permite que el tubo se mueva axialmente respecto a la
placa de recogida. Con referencia a la Fig. 4A, una unidad de
cartucho 160 incluye una pared lateral cilíndrica 162 y una parte
inferior 164. El cartucho puede ser una pieza o puede estar formado
por distintas piezas. La parte inferior de la unidad de cartucho
incluye una cámara 166 que está separada del medio filtrante de
fluido 168 mediante la placa anular 170.
La placa 170 incluye un buje 172, una parte
porosa 174 y un anillo externo 176. El anillo externo está
adaptado para encajar en la parte inferior 164 y mantenerse en la
misma. En otra forma de realización, la parte porosa puede encajar
directamente en la parte inferior 164. La parte porosa de la placa
puede estar hendida o perforada. Preferentemente, la perforación o
las hendiduras deben ser del tamaño adecuado para que las
partículas mayores de 300 \mum (0,03048 cm) no puedan pasar a
través de las mismas. Las ventajas relativas a diversos tamaños de
orificios y formas deberían ser aparentes para aquellos expertos en
la materia basadas en el medio filtrante de fluido. En la
superficie cilíndrica interna del buje, se forma una muesca anular
en la que se coloca una junta tórica 182. La cámara anular y la
junta tórica tienen el tamaño adecuado para que la junta tórica
cree un sello entre el tubo 184 y el buje 172 de la placa cuando
el tubo se inserta en el buje 172. El tubo es capaz de moverse
axialmente hacia arriba y abajo con respecto a la placa y de este
modo, se facilita el montaje de las partes.
La Fig. 4B proporciona una forma de realización
alternativa del sello entre el tubo 184 y la placa. Al igual que en
la forma de realización que se ha descrito anteriormente, una placa
186 está asentada en la pared 164 de la unidad de cartucho y un
material poroso separa el medio filtrante de fluido 168 y la cámara
166. La superficie interna del buje incluye una pestaña de tope
188 que sella la interfaz entre el tubo y la placa. La pestaña de
tope es un anillo anular de material plástico fino. La pestaña
puede estar íntegramente formada en la placa o, alternativamente,
la pestaña puede fijarse en la placa antes de montar el cartucho.
La pestaña proporciona un sello hermético de fluido mientras que
permite movimiento relativo entre la placa y el tubo.
Con referencia a la Fig. 4C, se consigue una
tercera alternativa para el sello entre la placa y el tubo
mediante una muesca anular 192 en el tubo 194 en la que está
dispuesta una junta tórica 196. La junta tórica es suficientemente
grande para sellar el tubo y la placa mientras todavía permite
movimiento relativo entre los mismos. Cada forma de realización que
permite movimiento relativo entre el tubo y la placa proporciona
una estructura que facilita la fabricación precisa y fiable de las
unidades de cartucho y los montajes.
En una forma preferida, como se ilustra en la
Fig. 5, cuatro unidades de cartucho comprenden el conjunto de
cartuchos indicado por 200. En esta forma de realización, las tapas
superiores 202, 204, 206 y 208 están dispuestas para formar un
conjunto modular cuadrado de cartuchos que pueden manipularse
fácilmente. La entrada 212 y la salida 214 están provistas en la
parte superior del recipiente y orientadas en la misma dirección.
La Fig. 6 muestra una vista frontal del conjunto de cartuchos. La
dirección de los orificios de entrada y salida proporcionan una
interfaz apropiada con una parte correspondiente de la consola de
purificación (no se muestra). Las muescas anulares pueden estar
provistas en los orificios para admitir juntas tóricas para
minimizar la fuga de fluido en la interfaz con la consola. Como se
ilustra en la Fig. 6, las tapas superiores 202, 208 están ilustradas
en la parte superior de las unidades de cartucho 216, 218
respectivamente.
Las diversas conexiones entre las tapas
superiores de las unidades de cartucho proporcionan el flujo
descendente consecutivo. La tapa 202 recibe el fluido a través de
la entrada macho 212. El fluido se purifica en la unidad de
cartucho de la forma que se ha descrito anteriormente respecto a la
Fig. 3A y la placa superior también está provista de una entrada
macho 222 (se muestra con línea discontinua) que está orientada
180º frente a la entrada. La entrada macho se une a una entrada
hembra 224 (se muestra con línea discontinua) en la tapa terminal
consecutivamente adyacente 204. Una vez que el fluido ha pasado a
través del medio filtrante pasa a través de un orificio de salida
macho 226 (se muestra con línea discontinua) hasta el cartucho
consecutivamente adyacente mediante una entrada hembra 228 (se
muestra con línea discontinua). Como se ilustra en la Fig. 5, el
orificio de salida hembra 226 está separado 90 grados del orificio
de entrada de la tapa 204.
Una vez que el fluido vuelve a la tapa terminal
206 por el tubo de transferencia (no se muestra), el fluido sale
por el orificio de salida macho 232 (se muestra con línea
discontinua) y es admitido por el orificio de entrada hembra 234
(se muestra con línea discontinua) de la tapa 208. Los orificios de
la tapa 206 pueden estar configurados idénticamente a los orificios
de la tapa 204. Por consiguiente, toda la comunicación de fluido
requerida para la transferencia a través de todas las unidades de
cartucho se produce en las tapas en un extremo de la unidad. Como
el flujo descendente es típicamente preferible, en la forma de
realización que se muestra, las conexiones se hallan en las placas
superiores.
Preferentemente, las tapas terminales 202, 204,
206 y 208 están moldeadas y formadas a partir de plástico de gran
pureza, como poliropileno. Las tapas terminales incluyen nervios
240 que proporcionan un aumento de rigidez estructural. Los nervios
pueden extenderse radialmente desde el centro de la placa y también
pueden incluir nervios circulares concéntricos.
Como será aparente para aquellos expertos en la
materia, el conjunto de cartuchos puede construirse para contener
más de cuatro unidades de cartucho. La tapa terminal de cartucho
208 está provista de una entrada hembra y una salida macho que
están orientadas en línea recta. Cualquier cantidad de unidades de
cartucho que tenga esta configuración puede estar dispuesta entre
las tapas terminales 202 y 204, y además entre las tapas
terminales 206 y 208. De este modo, el conjunto de cartuchos puede
contener tantas unidades de cartucho distintas como se necesiten
para purificar de forma eficaz el fluido.
Todavía con referencia a la Fig. 5, se
proporciona una pluralidad de abrazaderas 242 y 244 entre las tapas
terminales para dar al conjunto de cartuchos integridad
estructural de forma que pueda instalarse y desmontarse sin
inconveniente. Las tapas terminales 202, 204, 206 y 208 incluyen
cada una cuatro casquillos 246 que admiten abrazaderas con una
separación de 90 grados entre ellos. Todavía con referencia a la
Fig. 5, una pluralidad de abrazaderas laterales 242 tienen una
forma generalmente triangular y están dispuestas entre las tapas
202, 204; 204, 206; 206, 208 y 208, 202, respectivamente. Cada
abrazadera 242 tiene protuberancias 248 que se admiten en los
casquillos 246. La abrazadera 244 tiene 4 lados y está situada en
el centro entre las cuatro tapas terminales y se acopla a cada una
de ellas mediante protuberancias 248 que se admiten en los
casquillos 246.
Cada abrazadera se puede desmontar fácilmente y
puede volver a fijarse cuando sea necesario. Por ejemplo, si un
cartucho filtrante está a punto de acabarse, se podrían desmontar
las abrazaderas de la tapa terminal y cambiar la unidad de cartucho
por una nueva unidad y después se puede volver a montar el conjunto
de cartuchos volviendo a fijar las abrazaderas. Por consiguiente,
puede alargarse la duración de cualquier conjunto de cartuchos
durante mucho más tiempo que en la técnica anterior. En otros
conjuntos de cartuchos de la técnica anterior, Gaignet por ejemplo,
una vez que se ha acabado una unidad de cartucho filtrante, se
desecha todo el conjunto o paquete. Con la presente invención, se
alcanza la máxima duración de cada unidad. De este modo, la
presente invención proporciona un conjunto de paquetes de cartuchos
que tiene una ventaja significativa respecto a la técnica anterior.
La conexión entre las unidades de cartucho se describe de forma más
específica en la solicitud correspondiente Nº 08/599.259, titulada
"Modular Filtering System and Method of Assembly", depositada
al mismo tiempo que esta solicitud el 9 de febrero de 1996, y esa
descripción se incorpora como referencia en este documento.
La Fig. 7 ilustra una vista transversal de una
forma de realización preferida del cartucho 218 que se muestra en
las Figs. 5 y 6. La tapa superior 208 incluye el orificio de
entrada hembra 232 que conduce a una cámara generalmente cilíndrica
262. La placa terminal incluye un buje 264 en el que está situado
un distribuidor de flujo 266. El distribuidor de flujo también
tiene un buje 268 que está situado en el centro del distribuidor de
flujo. Preferentemente, el distribuidor de flujo, que también se
muestra en la Fig. 8A, incluye una pluralidad de ranuras que se
extienden radialmente 270 desde el buje. Cada distribuidor de flujo
incluye un nervio externo que retiene el distribuidor de flujo en
la tapa terminal. Las ranuras radiales 270 se extienden hasta un
nervio anular 271 que asegura el distribuidor de flujo en la tapa
terminal. Un tubo de transferencia de fluido 272 está fijado
firmemente al distribuidor de flujo y a la tapa terminal.
El cartucho se llena de medio filtrante de
fluido 274 que puede incluir varias capas. El tubo de
transferencia de fluido 272 está asegurado contra movimiento radial
mediante anillos de soporte centrales 276. En el extremo inferior
del cartucho filtrante, un distribuidor plano inferior (configurado
igual que el distribuidor de flujo superior) asegura el tubo de
transferencia de fluido 272 contra movimiento radial en su extremo.
El distribuidor de flujo inferior también separa el medio filtrante
de fluido de una cámara inferior 278. El distribuidor de flujo está
montado en una tapa terminal inferior 275. El tubo de transferencia
de fluido está sellado respecto al distribuidor de flujo mediante
una junta tórica 280 que está asegurada en su sitio mediante un
anillo de retención 282.
De este modo, el fluido entra en la unidad de
cartucho por un orificio de entrada y entra en una cámara en la
placa superior que está separada del medio filtrante de fluido por
un distribuidor de flujo. El distribuidor de flujo también
proporciona una distribución de flujo uniforme a lo largo de la
sección transversal circular del material filtrante. Cuando el
fluido se desplaza hacia abajo, los diversos contaminantes salen
del fluido. Cuando el fluido llega a la tapa inferior, un
distribuidor de flujo vuelve a separar el medio de purificación de
la cámara y el fluido fluye hacia arriba por el tubo de
transferencia de fluido hasta la tapa superior y sale de la unidad
de cartucho por el orificio de salida. Pueden colocarse juntas
varias unidades de cartucho para formar un conjunto de
cartuchos.
A continuación se describe el procedimiento de
construcción de una unidad de cartucho representativa con respecto a
las Figs. 8A a 19. El distribuidor de flujo 266 está ilustrado en
las Figs. 8A y 8B. El buje 268 y el nervio 271 están configurados
para aumentar la versatilidad del distribuidor de flujo 266, y el
mismo distribuidor de flujo se utiliza para la tapa superior e
inferior. Un aspecto versátil concreto de la configuración del
diseño es que la superficie de la cara interna del buje está
configurada para poder alojar dos modos de sellado distintos. En la
tapa superior, como se describe más concretamente más adelante, el
tubo de transferencia de fluido está sellado rígidamente a la
superficie interna del buje y a la tapa superior de forma que se
crea un sello hermético. En la tapa inferior el distribuidor de
fluido está adaptado para admitir una junta tórica que proporciona
un sello entre el distribuidor de flujo y el tubo de transferencia
de fluido. Como se ilustra en las Figs. 7 y 8B, la tapa 208
incluye una cámara 262 que tiene un tamaño adecuado para admitir el
distribuidor de fluido. Más concretamente, el buje del distribuidor
de fluido incluye un espacio axial interno que tiene el tamaño
adecuado para pasar por encima de una protuberancia anular 310 de
la tapa 208. Además, el anillo del distribuidor de fluido encaja en
acoplamiento seguro con un hueco y una pestaña rígida 312 como se
ilustra en la Fig. 8C. Preferentemente, el distribuidor de fluido
se premoldea y se inserta en la tapa inmediatamente después de que
se haya moldeado la tapa y esté todavía caliente. De este modo, la
muesca anular y la pestaña 312 están dispuestas para admitir de
forma segura el anillo del distribuidor de fluido. Una vez que el
distribuidor de fluido está en su sitio en la tapa, el conjunto de
la tapa superior está preparado para el montaje final.
Las Figs. 9A y 9B ilustran un procedimiento
representativo de montaje de la tapa inferior de una unidad de
cartucho. Aunque debería reconocerse que la configuración de la
tapa superior puede variar como se ha tratado con respecto a la
Fig. 5, la tapa inferior es esencialmente la misma para cada unidad
de cartucho. Como se ilustra en la Fig. 9A, la superficie interna
del buje del distribuidor de fluido tiene una superficie anular
escalonada con dos etapas 316 y 320. La junta tórica 280 se inserta
en la superficie escalonada 316. El anillo de retención 282 se
ajusta a presión en la superficie escalonada del espacio anular
definido 320 para asegurar la junta tórica en el distribuidor de
fluido. Una vez que está preparado el montaje del distribuidor de
fluido indicado generalmente por 326, se encaja en la tapa
inferior de una manera similar a la tapa superior como se muestra
en la Fig. 9B. Concretamente, hay una muesca anular 328 que admite
el anillo externo del distribuidor de fluido. Una pestaña anular
332 asegura que el distribuidor de fluido no se mueve en la tapa.
Una vez que está preparado el montaje de la tapa inferior, la
unidad de cartucho está lista para el montaje final.
Las Figs. 10-19 ilustran las
diversas etapas del montaje final de una unidad de cartucho
representativa. Con referencia a la Fig. 10, se proporciona y
asegura un tubo cilíndrico externo 340 en un dispositivo de
fijación (no se muestra). Se proporciona un tubo de transferencia
de fluido 350 de longitud ligeramente mayor al tubo 340. Este tubo
también está asegurado en el dispositivo de fijación (no se
muestra). Un elemento térmico cilíndrico 342 que se muestra en
sección transversal, está configurado para unir la tapa superior a
cada cilindro y cada tubo. El elemento térmico funde parcialmente
la superficie anular del borde del tubo 344 y una superficie
anular 346 de la tapa terminal. Además, una protuberancia 348 está
configurada para calentar y fundir parcialmente la superficie
anular 352 del paso que conduce a la salida 154. Por último, el
elemento térmico está configurado para calentar y fundir
parcialmente la superficie anular superior del tubo de
transferencia de fluido en 354. Como se ilustra en la Fig. 11, la
tapa terminal y los tubos están colocados en contacto con la placa
caliente para fundir parcialmente las superficies de contacto. Como
se ilustra en la Fig. 12, las diversas partes, una vez calentadas,
se separan de la placa térmica 342, y se extrae la placa térmica
como se ilustra en la Fig. 12. Como se ilustra en la Fig. 13, la
tapa terminal está colocada en contacto con el tubo y el tubo de
transferencia de fluido. Después, las superficies 352, 354 de la
tapa terminal y del tubo, respectivamente, y las superficies 346,
344 del cilindro y la tapa terminal, respectivamente, se comprimen
y se mantienen juntas mientras se enfrían. De este modo, el tubo de
transferencia de fluido se sella térmicamente a la tapa terminal y
se proporciona una conexión segura. Esto previene la contaminación
cruzada del fluido cuando entra y sale del recipiente del fluido.
Podrían utilizarse, por supuesto, otros procedimientos de
unión.
La Fig. 14 ilustra la etapa de llenado del
cartucho. Se invierte el cartucho y se coloca medio filtrante en el
cartucho hasta aproximadamente el 50% de su capacidad. Después, se
inserta de forma deslizable el anillo de soporte del tubo central
276 en el tubo. El anillo es capaz de desplazarse a lo largo de la
superficie interna del tubo y de la superficie externa del tubo de
transferencia de fluido. Se pretende que el anillo de soporte sea
capaz de "desplazarse" dentro del tubo para que la distensión
y la contracción del medio de purificación del fluido no causen la
ruptura del anillo de soporte y para que el medio filtrante se
mantenga en un estado sin mezclar (si se desea). Una vez que el
anillo de soporte del tubo central 276 está en su sitio, se coloca
más medio en el tubo como se ilustra en la Fig. 15. Una vez que se
ha llenado el 90% del tubo con medio, se coloca un segundo anillo
de soporte del tubo central 276 en el cartucho.
Por último, como se ilustra en la Fig. 16, se
llena el volumen restante del cartucho y se prepara la tapa
inferior para unirla al tubo. Como se ilustra en la Fig. 16, una
placa caliente 360 tiene una superficie anular 362 adaptada para
entrar en contacto con la superficie anular del tubo 364. Además,
la placa caliente 360 tiene una superficie anular 366 adaptada para
entrar en contacto con el nervio anular 368 de la tapa superior.
Una vez que están alineadas las diversas partes en un dispositivo
de fijación (no se muestra), la unión de la placa caliente del
montaje de la tapa inferior se produce poniendo en contacto las
respectivas áreas con la placa caliente como se ilustra en la Fig.
17. De este modo, se funde una cantidad suficiente de plástico.
Una vez que se ha fundido una cantidad
suficiente de plástico, las diversas partes se separan y se saca el
calefactor y, como se ilustra en la Fig. 19, la tapa se desliza en
el tubo externo. La tapa y el tubo externo se comprimen y se
mantienen juntos mientras se enfrían. Cuando se está colocando la
tapa en el tubo externo, el tubo interno se alinea con la
superficie interna del buje y la junta tórica montada en el
distribuidor de fluido entra en contacto con el tubo para
proporcionar el sello. Una vez que se ha construido la unidad de
cartucho, se invierte y está lista para la fabricación final en un
conjunto de cartuchos o como unidad de recambio.
Debería entenderse que la descripción mencionada
anteriormente de la invención sólo pretende ser ilustrativa de la
misma y que otras equivalencias, formas de realización o
modificaciones de la invención pueden ser aparentes para aquellos
expertos en la materia. Por ejemplo, las diversas entradas y salidas
de los recipientes pueden estar situadas en una parte axialmente
central de un cartucho filtrante. Alternativamente, las tapas
terminales podrían proporcionarse con una configuración
distinta.
Claims (7)
1. Un aparato para purificar un fluido que
comprende: un elemento cilíndrico (216, 218) con dos extremos,
conteniendo el elemento cilíndrico un medio filtrante (274),
una primera tapa terminal (208) dispuesta en un
extremo del elemento cilíndrico (216, 218), incluyendo la primera
tapa terminal (208) un orificio de entrada de fluido (232), un
orificio de salida de fluido (214), y un primer distribuidor de
fluido (266),
una segunda tapa terminal (275) dispuesta en un
segundo extremo del elemento cilíndrico (216, 218), incluyendo la
segunda tapa terminal (275) una cámara de recogida de producto
(278), y un segundo distribuidor de fluido que separa el medio
filtrante (274) de la cámara de recogida de producto (278), y
un tubo de transferencia de fluido (272)
dispuesto dentro del elemento cilíndrico (216, 218) y
que se extiende desde la cámara de recogida de
producto (278) hasta el orificio de salida de fluido (214),
caracterizado porque el tubo de transferencia de líquido
(272) se extiende hasta la cámara de recogida de producto
(278).
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que
el primer distribuidor de fluido (266) incluye pasos (270) que
distribuyen considerable y uniformemente el fluido en el medio
filtrante (274).
3. El aparato de la reivindicación 1, en el que
el segundo distribuidor de fluido incluye una placa anular con un
buje, una parte porosa y un anillo externo.
4. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el tubo de transferencia de
líquido (272) está montado de forma deslizable en el buje (172) de
la placa anular (170).
5. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la parte porosa (174) de la
placa anular (170) incluye pasos que permiten el fluido y
previenen que el medio filtrante (274) entre en la cámara de
recogida de producto (278).
6. El aparato de la reivindicación 5, en el que
los pasos de la parte porosa (174) de la placa anular (170) son
del tamaño adecuado para prevenir que entre un medio filtrante
mayor de 300 \mum en la cámara (278).
7. Un conjunto de cartuchos modulares para
purificar un fluido que comprende:
una pluralidad de unidades de cartuchos
filtrantes como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones
1 a 6,
en el que las unidades de cartuchos filtrantes
están conectadas consecutivamente para proporcionar flujo
unidireccional a través del medio filtrante de todas las unidades
de cartucho.
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