水處理濾筒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用在具有已被過濾的水的貯水器的便攜式水處理裝置中的手動操作的重力流動水處理濾筒，該重力流動水處理濾筒包括外殼，該外殼包括限定多個(gè)隔室的框架，該隔室包含被松散地布置在所述隔室中的固體顆粒水處理介質(zhì)。
【專利說明】水處理濾筒

【背景技術(shù)】
[0001] 本公開整體涉及水處理，更具體地講，涉及諸如水罐或水瓶的水處理裝置以及用 于在此類水處理裝置中處理自來水的水處理濾筒。
[0002] 用于過濾家用自來水的重力給水過濾裝置是本領(lǐng)域已知的。例如，美國專利 No. 5, 225, 078 (Polasky等人）公開了一種灌注式罐狀過濾器組件，該組件包括致密過濾元 件，該元件包括薄的模制活性炭環(huán)形盤以及周邊的環(huán)形密封元件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 已知的重力給水過濾裝置具有流速低且過濾能力有限的過濾器。即，水可流過此 類過濾器介質(zhì)的速率為不可取地低的，并且就可去除的污染物的類型以及可去除的污染物 的數(shù)量兩者而言，此類過濾器可從水中去除污染物的類型是有限的。這些過濾器還往往會 較大，因此占據(jù)裝置容積的相當(dāng)大一部分。因此，此類過濾器或增加裝置的尺寸、或限制裝 置的存儲容量。另外，此類過濾器通常難以制造和/或造價(jià)昂貴，并且無法易于受到調(diào)控以 滿足特定未過濾的供水的要求。
[0004] 仍需要一種水處理裝置以及一種用在水處理裝置中的水處理濾筒，其能夠克服已 知水過濾器裝置的缺點(diǎn)和不足。具體地講，仍然需要具有流速提高、過濾能力增強(qiáng)的水處理 濾筒的水處理裝置。即，希望提供流速高于常規(guī)水過濾器的水處理濾筒，并且就可除污染物 類型以及可除污染物總量而言，該水處理濾筒具有增強(qiáng)的過濾能力。此外，還希望提供結(jié)構(gòu) 緊湊、因此占據(jù)較少的容器體積的水處理濾筒，并且允許設(shè)計(jì)更加緊湊的水處理裝置。還希 望提供可易于制造、負(fù)擔(dān)得起、并且可根據(jù)輸入供水的品質(zhì)而易于受到調(diào)控的水處理濾筒， 以滿足特定供水的處理要求。
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，本公開提供用在具有已被過濾的水的貯水器的便攜式水處理裝 置中的手動操作的重力流動水處理濾筒。水處理濾筒包括外殼，該外殼被構(gòu)造為可移除地 布置在水處理裝置中。外殼包括限定多個(gè)單元或隔室的框架，固體顆粒水處理介質(zhì)松散地 布置在所述隔室的每個(gè)中。
[0006] 在更特定的方面，外殼可包括圍繞框架的周邊延伸的側(cè)壁，并且外殼可包括與框 架的相對側(cè)相鄰布置的保持構(gòu)件。保持構(gòu)件用于將水處理介質(zhì)保持在隔室內(nèi)，并且不顯著 阻礙水流過濾筒。
[0007] 在一個(gè)方面，夕卜殼包括入口側(cè)和出口側(cè)，并且外殼可包括與入口側(cè)和出口側(cè)中的 至少一個(gè)相鄰布置的流量調(diào)節(jié)構(gòu)件。例如，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件可以是布置在外殼的整個(gè)出口側(cè) 上方的稀松布、篩網(wǎng)、非織造布料或織造布料。
[0008] 在更特定的方面，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件可將穿過水處理介質(zhì)的水流限制為不大于約2升 每分鐘每100平方厘米的水處理表面積（21pm/100cm 2)。在另一方面，水處理濾筒以至少約 302升（80加侖）的容量通過NSF標(biāo)準(zhǔn)42。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件可包括纖維非織造材料。流量調(diào)節(jié)構(gòu)件還可包括 摻入到纖維非織造材料中的活性炭顆粒。在各種方面，固體顆粒水處理介質(zhì)可包括離子交 換樹脂和活性炭的組合，活性炭可具有至少約30um且不大于約SOOum的平均粒度，和/或 當(dāng)水處理介質(zhì)處于其干燥狀況時(shí)，每個(gè)隔室可包含按體積計(jì)少于約80%的水處理介質(zhì)。 [0010] 在其它特定方面，外殼的入口側(cè)可具有至少約20cm2且不大于約250cm2的水處理 表面積，外殼的入口側(cè)與外殼的出口側(cè)之間的距離可限定長度為至少約0.65cm且不大于 約5cm的流動路徑，每個(gè)隔室可具有至少約0. 25cm3且不大于約IOcm3的體積，外殼可具有 至少約0.005且不大于約0.05的的厚度/橫截面積的比率，和/或在3/4英寸（1.9cm)的水 壓頭下穿過水處理濾筒的水的流速可為至少約0.03升/分鐘（Ipm)并且在2英寸（5. Icm) 的水壓頭下不大于約5. 01pm。 toon] 在其它方面，外殼可以是注塑的熱塑性聚合物，或者外殼可由膨脹的偏置粘合膜 形成，由此粘合在一起的一條條的膜在膨脹時(shí)形成隔室。每個(gè)隔室可具有六邊形橫截面形 狀，從而形成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的框架。
[0012] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開提供的水處理濾筒包括外殼和流量調(diào)節(jié)構(gòu)件，外殼包 含多個(gè)隔室，其中每個(gè)隔室包含固體顆粒水處理介質(zhì)，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件被布置用于限制水流 過水處理介質(zhì)。
[0013] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開提供的水處理裝置包括容器、水處理濾筒、和固體顆粒 水處理介質(zhì)，容器限定貯水器，水處理濾筒被構(gòu)造為可移除地布置在貯水器中，其中水處理 濾筒包括外殼，外殼包括限定多個(gè)隔室的框架、圍繞框架的周邊延伸的側(cè)壁、與框架的相對 側(cè)相鄰布置的開口稀松布以及被布置用于限制水流過水處理介質(zhì)的非織造纖維網(wǎng)，至少包 括活性炭和離子交換樹脂的固體顆粒水處理介質(zhì)松散地布置在所述隔室的每個(gè)中。
[0014] 例如，本文所述的水處理濾筒的某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括它具有柔性、多用途和/ 或可適應(yīng)的設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)可針對不同的最終應(yīng)用容易地調(diào)節(jié)或定制。例如，水處理濾筒可 被容易地構(gòu)造為用在具有不同尺寸和形狀的水處理裝置中，水處理介質(zhì)可被定制以處理包 含不同污染物或具有不同處理要求的供水。另外，在某些實(shí)施例中，水處理濾筒可具有高流 速。這允許水處理濾筒具有薄的、薄型或換句話講緊湊的設(shè)計(jì)，從而占據(jù)水處理裝置的較少 體積。因此，水處理裝置的尺寸可減小，而不會減小裝置的保持容量，或者給定尺寸的裝置 可具有更大的儲存容量。此外，某些實(shí)施例還適于靈活的制造工藝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 將參照附圖對本公開進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中：
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水處理濾筒的部分切除的透視圖。
[0017] 圖2是沿圖1的線2-2截取的剖視圖。
[0018] 圖3是適于接納根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水處理濾筒的水罐的透視圖。
[0019] 圖4是圖3的水罐的剖視圖，水處理濾筒被安裝在水罐中。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 現(xiàn)在參照附圖，其中貫穿若干附圖類似標(biāo)號始終指代類似或?qū)?yīng)特征結(jié)構(gòu)或部 件，圖1-4示出重力流動水處理濾筒2,其被構(gòu)造為可移除地布置在手動操作的水處理裝置 4(圖4)內(nèi)。在一個(gè)方面，水處理裝置4是獨(dú)立式和便攜式的。即，裝置4沒有安裝或直接 連接至水源，并且不安裝在特定位置處。相反，處理裝置4可易于從一個(gè)位置移到另一位 置。"重力給水"通常是指允許未過濾的水自由流過水處理濾筒2。即，未過濾的水未被加 壓，在水穿過水處理濾筒2時(shí)唯一作用于水的壓力是由水的來流導(dǎo)致的壓力以及由重力導(dǎo) 致的壓力。在圖示實(shí)施例中，水處理裝置4為水罐。在其它實(shí)施例中，水處理裝置可以是例 如玻璃水瓶、水瓶、水杯、水壺或者被構(gòu)造為接納適當(dāng)成形的濾筒的任何容器。
[0021] 參見圖1和圖2,水處理濾筒2包括殼體6,該殼體具有限定多個(gè)單元或隔室10的 內(nèi)部網(wǎng)格或框架8、圍繞框架8的周邊延伸的外側(cè)壁12、布置在殼體6的相對側(cè)的第一介質(zhì) 保持構(gòu)件14和第二介質(zhì)保持構(gòu)件16、分別布置在第一介質(zhì)保持構(gòu)件14和第二介質(zhì)保持構(gòu) 件16的相對側(cè)的可選的上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28和下游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件30以及布置在隔室10 內(nèi)的顆粒水處理介質(zhì)18。為了進(jìn)行示意性的說明，圖1中將上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28示出為被 部分切除，以更清楚地顯示出下面的第一保持構(gòu)件14、框架8和水處理介質(zhì)18。
[0022] 在圖示實(shí)施例中，外殼6具有大致橢圓形形狀?？梢韵氲骄哂衅渌叽绾托螤睿ɡ?如，圓形、正方形或矩形）的外殼。例如，外殼6的尺寸和形狀可取決于水處理裝置4中的 開口的尺寸和形狀。
[0023] 在圖示實(shí)施例中，框架8包括限定蜂窩狀結(jié)構(gòu)的壁或隔斷8a，每個(gè)隔室10為柱狀 或六邊形形狀。即，在圖示實(shí)施例中，每個(gè)隔室10為略微細(xì)長的六邊形棱柱的形狀。可以 想到具有其它尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的框架和隔室。例如，框架8可包括直線網(wǎng)格、由線性隔斷 和同心圓形成的網(wǎng)格，或者框架8可具有不規(guī)則圖案。隔室10可具有開口 11，開口 11的形 狀為例如正方形、矩形、三角形、橢圓形、圓形或這些形狀的組合。每個(gè)隔室10的對應(yīng)上游 開口和下游開口 11可具有相同的尺寸和形狀，或者它們可不同。例如，上游開口可比下游 開口大。另外，隔斷8a可包括當(dāng)水流過隔室10時(shí)促進(jìn)混合或換句話講形成湍流的特征結(jié) 構(gòu)，從而增加水與顆粒水處理介質(zhì)18的相互作用。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，外殼6可由合成塑性材料（例如，聚丙烯）形成。外殼6可按照 各種方式形成。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼6可通過熱塑性聚合物材料的注塑來形成，或者通過 擠出來形成，由此經(jīng)由模頭擠出熱塑性聚合物材料并切割成薄片以生成具有期望的厚度的 外殼。外殼6還可由膨脹的偏置粘合膜來形成。在此工藝中，按照規(guī)則的偏置間隔將一條 條的膜粘合在一起，在膜膨脹時(shí)形成隔室10。外殼6可通過其它方法制成，例如利用就地成 形熱固性材料，通過立體光照型技術(shù)、3-D原型設(shè)計(jì)，或者從塑料坯料進(jìn)行機(jī)加工。
[0025] 固體水處理介質(zhì)18松散地布置在隔室10中的每個(gè)中。特定水處理介質(zhì)18的選 擇不是特別重要，只要其提供期望的功能即可。在一個(gè)實(shí)施例中，水處理介質(zhì)18包括顆 粒、粒狀或珠狀水處理介質(zhì)。例如，合適的水處理介質(zhì)包括活性炭或離子交換樹脂。合適 的粒狀活性炭材料可以商品名150MP購自日本大阪的可樂麗化學(xué)公司（Kuraray Chemical Company, Osaka, Japan)。合適的離子交換樹脂是購自美國新澤西州西柏林的樹脂技術(shù)公司 (Resintech，Inc.，West Berlin, NJ，USA)的 WACG(弱酸陽離子交換凝膠）。
[0026] 如圖2所示的實(shí)施例中所示，水處理介質(zhì)18可包括活性炭水處理介質(zhì)20和離子 交換樹脂22的組合?；钚蕴?0和離子交換樹脂22可在每個(gè)隔室10內(nèi)大致均勻地混合， 或者活性炭20和離子交換樹脂22可在每個(gè)隔室10內(nèi)作為一定程度地單獨(dú)層布置。在特 定實(shí)施例中，水處理濾筒2包括入口側(cè)24和出口側(cè)26,并且在每個(gè)隔室10內(nèi)，活性炭顆粒 20主要與水處理濾筒2的入口側(cè)24相鄰地布置，離子交換樹脂珠22主要與水處理濾筒2 的出口側(cè)26相鄰地布置。通過這樣布置，穿過隔室10的未過濾的水將首先流過活性炭處 理介質(zhì)20,然后將流過離子交換處理介質(zhì)22。
[0027] 在另一個(gè)實(shí)施例中，水處理濾筒2可包括多個(gè)單獨(dú)層，多個(gè)單獨(dú)層各自包含單種 類型的水處理介質(zhì)18,并且這些層可彼此組合或疊堆，以形成復(fù)合水處理濾筒。這樣，可容 易地針對特定最終應(yīng)用調(diào)整處理濾筒2。這是所需的，因?yàn)閷τ诮o定未過濾水供水，所需的 水處理的類型以及所需的水處理的程度會根據(jù)供水品質(zhì)而變化。
[0028] 在特定實(shí)施例中，活性炭可具有至少約20 μ m、至少約30 μ m或至少約40 μ m的平 均粒度以及不大于約800 μ m、不大于約600 μ m、不大于約400 μ m或不大于約200 μ m的平 均粒度。在其它實(shí)施例中，離子交換樹脂具有至少約60 μ m、至少約100 μ m或至少約200 μ m 的平均粒度以及不大于約1000 μ m、不大于約800 μ m、不大于約600 μ m或不大于約400 μ m 的平均粒度。為了允許離子交換樹脂22在水中的膨脹，當(dāng)水處理介質(zhì)18處于干燥狀況時(shí)， 每個(gè)隔室10可包含按體積計(jì)少于約85%、80%、75%或70%的水處理介質(zhì)。即，在使用之 前每個(gè)隔室10的體積的至少15%、20%、25%或30%可被空著，以允許離子交換樹脂在使 用過程中膨脹。離子交換樹脂的干燥狀況是指水處理介質(zhì)18處于環(huán)境條件下的狀況。干 燥狀況可包括來自例如空氣中的濕氣的殘余水分。
[0029] 活性炭顆粒20可利用各種技術(shù)來制造，并且可被處理以使得它們能夠去除存在 于水中的污染物。例如，這些污染物包括消毒相關(guān)污染物和消毒副產(chǎn)物（如氯、氯胺、次氯 酸鹽、鹵代烷（例如三鹵甲烷）、亞氯酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽）以及得 自營養(yǎng)物質(zhì)的自然分解的有機(jī)腐殖酸化合物和衍生物。
[0030] 離子交換樹脂22可包括大孔樹脂或凝膠。離子交換樹脂22在化學(xué)上被構(gòu)造為能 夠去除（除了別的以外）多價(jià)陽離子、重金屬、砷化物、含氮化合物（例如硝酸鹽）、放射性 核素（例如鐳、鉛和鉛化合物）。更一般地說，離子交換樹脂22被構(gòu)造為對可存在于一般飲 用水或井水中的通常被視為污染物的化合物（可通過此類裝置去除）具有親和力。不同的 離子交換樹脂也可組合使用，以選擇性地從水中去除不期望的污染物。適當(dāng)離子交換樹脂 的選擇將部分地取決于待處理的水的性質(zhì)和品質(zhì)。例如，離子交換樹脂可用于從水中去除 不期望的金屬離子（例如銅、鉛或鎘），用更無毒的離子（例如鈉和鉀）置換它們。
[0031] 除了離子交換樹脂和活性炭以外，還可使用其它活性介質(zhì)。例如，這些活性介質(zhì)可 包括螯合劑以及由無機(jī)鹽（例如硅鋁酸鹽和沸石）構(gòu)成的顆粒。其它活性介質(zhì)包括顆粒， 該顆粒包含螯合部分以及與特定污染物具有特定相互作用的親和配體。其它物質(zhì)具有表面 活性部位（例如路易斯酸）和堿部位，其可提供污染物與所述物質(zhì)之間的酸堿相互作用或 者氫鍵合相互作用。
[0032] 除了顆粒水處理介質(zhì)以外，其它類型的水處理介質(zhì)還可摻入到水處理濾筒2中。 例如，可使用就地成形介質(zhì)，例如單塊（monoliths)。通過此類介質(zhì)，每個(gè)隔室10可填充有 功能單體和交聯(lián)單體，并且該單體可利用合適的裝置來反應(yīng)。這樣，功能單體將包含化學(xué) 上類似于上述顆粒介質(zhì)中存在的那些部分的功能部分。單塊的制造在例如"Monolithic Materials !Preparation, Properties and Applications，'（Journal of Chromatography Library), eds. F. Svec，T. B. Tennikova and Z. Deyl，（2003)( "單塊材料：制備、特性和應(yīng) 用"（色譜庫期刊）由F. Svec、Τ· Β· Tennikova和Ζ· Deyl編寫（2003年））中有所描述。
[0033] 介質(zhì)保持構(gòu)件14、16被布置用于將水處理介質(zhì)18保持在外殼6的隔室10中。保 持構(gòu)件14、16并非旨在顯著地限制阻止水流過外殼6。因此，水易于流過保持構(gòu)件14、16,水 處理介質(zhì)18被固定在隔室10內(nèi)。為了將水處理介質(zhì)18保持在隔室10中，保持構(gòu)件14、16 被布置在外殼6的入口側(cè)24和出口側(cè)26二者整體上方。例如，保持構(gòu)件14、16可包括稀 松布、篩網(wǎng)、非織造材料（例如纖維介質(zhì)）或制造材料（例如布料）。稀松布可由例如合成 的親水性塑性材料（例如，紡粘尼龍，或者由紡粘熱塑性纖維網(wǎng)或由合適的短纖維梳理成 網(wǎng)的纖維網(wǎng)制備的水刺纖維網(wǎng)）形成。合適的篩網(wǎng)可由例如熱塑性合成材料加工而成，或 者由另一合適的材料（例如金屬）織造而成。合適的篩網(wǎng)可通過諸如目尺寸或纖維直徑的 某些特征結(jié)構(gòu)（可由本領(lǐng)域技術(shù)人員選擇）來表征，以將顆粒介質(zhì)大致保持在隔室10內(nèi)， 同時(shí)仍允許水容易地流過水處理濾筒2。
[0034] 根據(jù)水處理濾筒2的一個(gè)方面，水處理濾筒2可包括與外殼6的入口側(cè)24相鄰布 置的可選的上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28。在圖1中，上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28被示出為被部分地切 除，以允許易于看到下面的介質(zhì)保持構(gòu)件14、外殼6和水處理介質(zhì)18。作為另外一種選擇 或除此以外，上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、下游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件30可與外殼6的出口側(cè)26相鄰地設(shè) 置。應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，保持構(gòu)件14、16之一或二者也可用作流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30。 在這種情況下，應(yīng)當(dāng)理解，第一保持構(gòu)件14和上游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28可組合，第二保持構(gòu)件 16和下游流量調(diào)節(jié)構(gòu)件30可組合。即，不需要單獨(dú)的保持構(gòu)件14、16和流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、 30。例如，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30可包括稀松布、篩網(wǎng)、非織造材料或布料。在一個(gè)實(shí)施例中， 流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30可包括纖維非織造材料。
[0035] 在更特定的實(shí)施例中，流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30還可包括摻入到纖維非織造材料中的 諸如活性炭顆粒的顆粒。在其它實(shí)施例中，保持構(gòu)件14、16和/或流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30可 包括處理顆?；蚱渌幚聿牧稀Ｔ谔囟▽?shí)施例中，保持構(gòu)件14、16和/或流量調(diào)節(jié)構(gòu) 件28、30可以是顆粒加載的非織造纖維網(wǎng)。例如，合適的處理顆粒包括無機(jī)顆粒，例如無 定形娃酸鎂（如CM-Ill化妝品微球，購自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司（3MCompany， St. Paul MN)或者以Metsorb HMRG購自美國新澤西州紐瓦克的格瑞?？萍脊荆℅raver Technologies Inc, Newark, NJ)的那些。這些纖維非織造材料的構(gòu)造在PCT公布WO 2010/118112A2(Wolf等人）中有所描述，其整體以引用方式并入本文。這些示例性材料的 粒度和形態(tài)可由本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)節(jié)，以適合于特定最終應(yīng)用。
[0036] 除了上述顆粒加載的纖維網(wǎng)以外，還可設(shè)置其它流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30。例如，可使 用可通過類似于造紙中所采用的那些的工藝制成的濕法成網(wǎng)材料。一種此類濕法成網(wǎng)材料 包括陷于多孔聚合物纖維基質(zhì)中的顆粒，如PCT公布WO 2011/156255(Damte等人）中所描 述的。另一實(shí)例是燒結(jié)的聚合物材料，例如美國專利申請公布No. 2011/0006007 (Kuruc等 人）和No. 2012/0009569 (Kshirsagar等人）中所描述的那些。
[0037] 流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30用于限定或控制水穿過水處理介質(zhì)18的流速，由此可優(yōu)化水 處理程度。即，可使用一個(gè)或多個(gè)流量調(diào)節(jié)構(gòu)件28、30以限制或減緩水流過水處理介質(zhì)18， 從而增加水與水處理介質(zhì)18接觸的時(shí)間量。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置至少一個(gè)流量調(diào)節(jié)構(gòu)件 28、30,并且流量調(diào)節(jié)構(gòu)件將穿過水處理介質(zhì)18的水流限制為不大于約2升每分鐘每100 平方厘米的水處理表面積（21pm/100cm 2)。"水處理表面積"是指隔室10的上游開口的組合 面積。即，如果每個(gè)隔室10的上游開口的面積為Icm2，并且水處理濾筒2具有五十個(gè)隔室 10,則水處理表面積應(yīng)當(dāng)為50cm 2。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼6的入口側(cè)24具有至少約20cm2、 至少約40cm2或至少約60cm 2的水處理表面積以及不大于約250cm2、不大于約200cm2或不 大于約150cm2的水處理表面積。
[0038] 在其它方面，從外殼6的入口側(cè)24到外殼6的出口側(cè)26的距離限定流動路徑32， 流動路徑32具有至少約0. 2cm、至少約0. 4cm或至少約0. 6cm的長度以及不大于約7cm、不 大于約5cm或不大于約3cm的長度。
[0039] 在另一方面，每個(gè)隔室10具有至少約0. 25cm3、至少約0. 5cm3或至少約I. Ocm3的 體積以及不大于約l〇cm3、不大于約7cm3、不大于約4cm 3的體積。在另一方面，流動路徑長 度32與隔室的平均橫截面積之比為至少約0. 25、至少約0. 5或至少約0. 87,并且流動路徑 長度與隔室的平均橫截面積之比為不大于約20、不大于約10或不大于約5。在另一方面， 外殼6的厚度/水處理表面積之比為至少約0. 005且不大于約0. 05。
[0040] 在圖示實(shí)施例中，外殼6包括沿著側(cè)壁12的外周邊布置的邊緣密封構(gòu)件或墊圈 34。通過這樣布置，當(dāng)水處理濾筒2被安裝在水處理裝置2中時(shí)，邊緣密封構(gòu)件34接合水 處理裝置4的內(nèi)壁表面36 (圖3)以與其形成密封。
[0041] 如圖3和圖4所示，水處理裝置4的內(nèi)壁表面36包括從壁表面36向內(nèi)延伸的凸 緣36a。當(dāng)水處理濾筒2被安裝在水處理裝置4中時(shí)，水處理濾筒2擱在凸緣36a上，水處 理濾筒2的邊緣密封構(gòu)件34與水處理裝置4的內(nèi)壁表面36形成密封。在其它實(shí)施例中， 水處理濾筒2可被設(shè)計(jì)為當(dāng)它被安裝在水處理裝置4中時(shí)按扣就位，或者水處理裝置4和 水處理濾筒2可被設(shè)計(jì)為使得水處理濾筒2可被簡單地按壓到水處理裝置4中達(dá)到水處理 濾筒2緊貼地配合在水處理裝置4內(nèi)，并且邊緣密封構(gòu)件34抵靠水處理裝置4的內(nèi)壁表面 36形成密封。
[0042] 可以想到其它密封構(gòu)件配置和構(gòu)造。例如，邊緣密封構(gòu)件可被設(shè)置為沿著外殼的 圓周延伸的水平狹槽，其中狹槽設(shè)置有由類似硅橡膠的適形材料制成的墊圈。在此實(shí)施例 中，邊緣密封構(gòu)件34將擱在凸緣36a上，并且適形墊圈將在水處理濾筒2與水處理裝置4 之間形成密封。這樣的實(shí)施例在邊緣密封構(gòu)件34與水處理裝置4的內(nèi)壁表面36之間提供 有效密封所需的容限方面提供更多靈活性，并且簡化制造工藝。
[0043] 在另一個(gè)實(shí)施例中，邊緣密封構(gòu)件34可沿著水處理濾筒2的外殼6的底表面的周 邊設(shè)置。例如，底表面可包括0形環(huán)或沿著外殼6的底部圓周延伸的狹槽，該狹槽可設(shè)置有 由諸如硅橡膠的適形材料制成的墊圈。通過這樣布置，邊緣密封構(gòu)件34將擱在凸緣36a上， 并且適形墊圈將與凸緣36a形成密封。
[0044] 水處理裝置4的內(nèi)壁表面36還可包括突出部（未示出），突出部用于在水處理濾 筒2被安裝在水處理裝置4中時(shí)將水處理濾筒2牢固地鎖定就位。突出部可設(shè)置在與凸緣 36a間隔的位置處，以便在水處理濾筒2被安裝在水處理裝置4中時(shí)提供機(jī)械鎖，并且水處 理濾筒2將由于突出部與邊緣密封構(gòu)件34之間的接觸點(diǎn)所提供的張力而壓貼凸緣36a。因 此，凸緣36a與突出部之間的距離將略微大于由外殼6的底表面和邊緣密封構(gòu)件34的頂部 邊緣限定的尺寸。
[0045] 在圖3所示的實(shí)施例中，水處理裝置4是水罐。水罐4包括限定貯水器38的容器 44。參見圖4,該圖示出水處理濾筒2被安裝在水罐4中，水處理濾筒2將貯水器38分成位 于水處理濾筒2上方的未處理過的水的防漏貯水器38a以及位于水處理濾筒2下方的處理 過的水的防漏貯水器38b。未處理過的水的防漏貯水器38a可被設(shè)計(jì)為保持（例如）不大 于約1杯、不大于約2杯或不大于約3杯的未處理水，處理過的水的防漏貯水器38b可被設(shè) 計(jì)為保持（例如）至少約6杯、至少約8杯、至少約10杯、至少約12杯或至少約14杯的處 理水。因此，在一個(gè)方面，處理過的水的防漏貯水器38b是未處理過的水的防漏貯水器38a 的體積的至少約2倍、至少約4倍、至少約6倍、至少約8倍、至少約10倍、至少約12倍或 至少約14倍。
[0046] 為了利用水處理裝置4來處理水，將未處理過的自來水40a引導(dǎo)到水處理裝置4 的頂部中并進(jìn)入未處理過的水的防漏貯水器38a中。然后，未處理過的自來水40a進(jìn)入水處 理濾筒2。隨著未處理過的自來水40a穿過水處理濾筒2,有害的污染物被去除。處理過的 水40b離開水處理濾筒2并被收集在處理過的水的防漏貯水器38b中。在圖示實(shí)施例中， 可通過利用柄部46舉起水罐4并傾斜水罐4直至處理過的水從罐口 48傾倒來從水罐4分 配處理過的水。盡管未示出，但將認(rèn)識到，為了使處理過的水易于從處理過的水的防漏貯水 器38b分配，水處理濾筒2不會阻擋罐口 48。
[0047] 在圖4所示的實(shí)施例中，水處理濾筒2包括柄部42,以有利于將水處理濾筒2安 裝到水處理裝置4中，并且有利于將水處理濾筒2從水處理裝置4移除。通常，在3/4英寸 (I. 9cm)的水壓頭下穿過水處理濾筒2的水的流速為至少約0. 03升/分鐘（Ipm)并且在2 英寸（5cm)的水壓頭下為不大于約5. 01pm。在一個(gè)實(shí)施例中，水處理濾筒2以至少約95升 (25加侖）、至少約114升（30加侖）、至少約132升（35加侖）、至少約151升（40加侖） 或至少約302升（80加侖）的容量通過NSF標(biāo)準(zhǔn)42。即，水處理濾筒2通常被設(shè)計(jì)為在其 需要被更換之前處理至少該量的水。
[0048] 在一個(gè)實(shí)施例中，水處理濾筒2被構(gòu)造為與包含入口和出口開口的單獨(dú)的托盤或 貯水器（未示出）一起工作。托盤的入口開口被構(gòu)造為允許水處理濾筒2被插入并配合到 托盤中。這可（例如）利用凸緣36a和/或上述突出部來實(shí)現(xiàn)。出口開口被設(shè)計(jì)為允許已 被過濾的水40b無阻礙地流到處理過的水的防漏貯水器38b中。單獨(dú)的托盤/貯水器-濾 筒組合可被設(shè)計(jì)為單個(gè)一次性單元，或者它可被設(shè)計(jì)為使得可在其使用壽命結(jié)束時(shí)可移除 濾筒，可將新的更換濾筒插入托盤中，由此托盤可重復(fù)使用。提供帶有單獨(dú)貯水器的托盤在 允許設(shè)計(jì)具有壓頭不同、體積不同的未處理過的水的防漏貯水器的水處理裝置4方面提供 靈活性。
[0049] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明概念的情況下可以對上述實(shí)施 例進(jìn)行各種改變和修改。例如，水處理濾筒可包括定時(shí)器或壽命結(jié)束指示器。例如，定時(shí)器 或壽命結(jié)束指示器可以是具有擴(kuò)散元件的時(shí)間條（其中染料隨著時(shí)間擴(kuò)散）、從預(yù)訂時(shí)間 間隔開始倒計(jì)時(shí)的LCD或LED定時(shí)器、或者感測多少水流過濾筒的電子或電化學(xué)感測裝置。 因此，本公開的范圍不應(yīng)限于本專利申請中所述的結(jié)構(gòu)，而只應(yīng)受權(quán)利要求書的文字所述 的結(jié)構(gòu)及其等同結(jié)構(gòu)的限制。
[0050] SM
[0051] 實(shí)例 1
[0052] 使用類似于Nida-CoreHl IPP (購自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司（3M Company, St. Paul ,MN))的蜂窩結(jié)構(gòu)材料來制備根據(jù)本發(fā)明的水處理濾筒外殼。使用的材料 為11毫米（mm)厚，帶有大約12_直徑的單元。將材料沖切成6. 032英寸X 2. 832英寸的 橢圓形（15. 3cmX 5. 08cm)。然后使用熱膠將34克/平方米（gsm)尼龍紡粘稀松布（購自 美國俄亥俄州辛辛那提的中西過濾公司（Midwest Filtration,Cincinnati,OH))施加到蜂 窩結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上以及蜂窩結(jié)構(gòu)的外周邊周圍，以在蜂窩結(jié)構(gòu)上形成封閉的底表面。這 樣形成將顆粒碳和離子交換材料保持在結(jié)構(gòu)內(nèi)的隔室。
[0053] 將10克的活性炭（Kuraray PGWH- 150MP，80X325網(wǎng)片，購自日本大阪的可樂 麗化學(xué)公司（Kuraray Chemical Company, Osaka, Japan))與 23 克的 C107 離子交換樹脂 (300-1600 μ m粒度范圍，購自美國賓夕法尼亞州巴拉辛維德的漂萊特公司（Purolite，Bala Cynwyd，PA))和68克的WACG-HP離子交換樹脂（粒度范圍16-50網(wǎng)片，購自美國新澤西州西 柏林的樹脂技術(shù)公司（ResinTech，Inc. ,West Berlin，NJ))混合。然后將材料置于ZIPLOC 塑料袋中并用手混合。然后使用68克顆?；旌衔锾畛浞涓C結(jié)構(gòu)的隔室。顆粒材料在隔室 之間大致均勻分布。一旦隔室被填充，就使用熱膠將34克稀松布（類似上面所述那個(gè)）粘 合到開放頂表面以及蜂窩結(jié)構(gòu)的頂表面的外周邊周圍，以將顆粒容納在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)并完成 水處理濾筒的組裝。濾筒的水處理表面積為大約96cm 2。
[0054] 利用被調(diào)節(jié)為2ppm氯和大約IOOppm硬度的測試水進(jìn)行硬度和氯減重測量。利用 氯漂白劑制備含氯的水以調(diào)節(jié)至2ppm的氯含量。然后使用該含氯的水來制備硬水溶液。 利用CaCl 2和MgSO4按照4:3重量比來調(diào)節(jié)硬度水平。注意確保溶液包含少于38. 5克/升 的CaCl2和少于20. 9克/升的MgSO4。通過按照0. 5加侖（1. 89升）遞增使最多至50加侖 (189. 27升）的測試水穿過組裝的水處理濾筒來測試該水處理濾筒。在25天的周期內(nèi)進(jìn)行 測量。每天使2加侖（7. 57升）的測試水穿過給定水處理濾筒，以代表濾筒的日常使用。利 用 Hach Pocket Colorimeter II Test Kit with SwifTest DPD Free Chlorine Reagent Dispener (帶有SwifTest DF1D游離氯試劑分配器的Hach袖珍色度計(jì)II測試套盒）（購自 美國科羅拉多州拉夫蘭的哈希公司（Hach Company,Loveland,CO))通過比色程序測量流入 (倒入）的水和流出（經(jīng)過濾）的水二者的氯含量。用于此測試的程序是用于飲用水的標(biāo) 準(zhǔn)方法4500-C1 G的修改版本。將IOml待測試的水置于套盒所提供的測試小瓶之一中，用 紙巾擦拭小瓶外部以去除所有指紋等。然后將小瓶置于色度計(jì)中，將儀器清空以設(shè)定零點(diǎn)。 然后打開小瓶，使用SwifTest分配器將一滴試劑分配到小瓶中。然后將小瓶封蓋并用力搖 動3秒，然后置于色度計(jì)中。然后從色度計(jì)上的讀出顯示器記錄氯含量。
[0055] 利用滴定程序評估流入物和流出物二者的硬度水平。將水硬度緩沖液APHA (無 味）（No. 9205-16或等同物，購自飛世爾科技（Fisher Scientific))逐滴地添加到水樣品， 直至pH為約10. 1。然后將鈣鎂指示劑，Iml的0. 1% (w/v)水性溶液（里卡化工（Ricca Chemical), No. 1830-16或等同物，購自飛世爾科技（Fisher Scientific))添加到測試溶 液，以得到中等酒紅色。然后將EDTA滴定劑（0.0100摩爾）（里卡化工（Ricca Chemical)， No. 2700-32或等同物，購自飛世爾科技（Fisher Scientific))逐滴地添加到溶液，直至溶 液的顏色從酒紅轉(zhuǎn)變?yōu)槠匪{(lán)。從以下關(guān)系確定溶液的硬度：
[0056] 硬度（ppm) = V*l. 035104*1000/70
[0057] 其中V是使用的EDTA滴定劑的體積（ml)。
[0058] 結(jié)果總結(jié)在表1中。
[0059] 表 1
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種用在具有已被過濾的水的貯水器的便攜式水處理裝置中的手動 操作的重力流動水處理濾筒，所述水處理濾筒包括： (a) 外殼，所述外殼包括限定多個(gè)隔室的框架，其中所述外殼被構(gòu)造為可移除地布置在 所述水處理裝置中；和 (b) 固體顆粒水處理介質(zhì)，所述固體顆粒水處理介質(zhì)松散地布置在所述隔室的每個(gè)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中所述外殼還包括圍繞所述框架的周邊延伸 的側(cè)壁，并且其中所述外殼包括與所述框架的相對側(cè)相鄰布置的介質(zhì)保持構(gòu)件，由此水易 于流過所述介質(zhì)保持構(gòu)件，并且由此所述水處理介質(zhì)被所述介質(zhì)保持構(gòu)件保持在所述隔室 內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水處理濾筒，其中所述外殼包括入口側(cè)和出口側(cè)，并且其中 所述外殼還包括與所述入口側(cè)和所述出口側(cè)中的至少一個(gè)相鄰布置的流量調(diào)節(jié)構(gòu)件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水處理濾筒，其中所述流量調(diào)節(jié)構(gòu)件是布置在所述外殼的所 述出口側(cè)的整體的上方的稀松布、篩網(wǎng)、非織造材料或布料中的至少一個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水處理濾筒，其中所述流量調(diào)節(jié)構(gòu)件將穿過所述水處理介質(zhì) 的水流限制為不大于約2升每分鐘每100平方厘米（21pm/100cm 2)的水處理表面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水處理濾筒，其中所述流量調(diào)節(jié)構(gòu)件包含摻入有活性炭顆粒 的纖維非織造材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中所述水處理濾筒以至少約302升（80加侖） 的容量通過NSF標(biāo)準(zhǔn)42。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中所述固體顆粒水處理介質(zhì)包括離子交換樹 脂和活性炭水處理介質(zhì)的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理濾筒，其中所述活性炭具有至少約30um且不大于約 800um的平均粒度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中當(dāng)所述水處理介質(zhì)處于其干燥狀況時(shí)，每 個(gè)隔室包含按體積計(jì)少于約80%的水處理介質(zhì)，從而允許所述離子交換樹脂在水中膨脹。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中所述外殼的所述入口側(cè)具有至少約20cm2 且不大于約250cm2的水處理表面積。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的水處理濾筒，其中從所述外殼的所述入口側(cè)到所述外殼 的所述出口側(cè)的距離限定流動路徑，并且其中所述流動路徑為至少約〇. 65cm且不大于約 5cm〇
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的水處理濾筒，其中每個(gè)隔室具有至少約0. 25cm3且不大于 約IOcm3的體積。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的水處理濾筒，其中所述外殼具有至少約0. 005且不大于約 〇. 05的厚度/橫截面積的比率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中在3/4英寸（1.9cm)的水的壓頭下穿過所 述水處理濾筒的水的流速為至少約0. 03升/分鐘（Ipm)并且在2英寸（5. Icm)的水的壓 頭下為不大于約5. 01pm。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中所述外殼是由注塑的熱塑性聚合物形成 的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中每個(gè)隔室具有六邊形橫截面形狀，從而形 成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
18. -種水處理濾筒，包括： (a) 外殼，所述外殼包含多個(gè)隔室，其中每個(gè)隔室包含固體顆粒水處理介質(zhì)；和 (b) 流量調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述流量調(diào)節(jié)構(gòu)件被布置用于限制水流過所述水處理介質(zhì)。
19. 一種水處理裝置,包括： (a) 容器，所述容器限定貯水器； (b) 水處理濾筒，所述水處理濾筒被構(gòu)造為可移除地布置在所述貯水器中，其中所述水 處理濾筒包括外殼，所述外殼包括限定多個(gè)隔室的框架、圍繞所述框架的周邊延伸的側(cè)壁、 與所述框架的相對側(cè)相鄰布置的開口稀松布、以及被布置用于限制水流過所述水處理介質(zhì) 的非織造纖維網(wǎng)；和 (c) 固體顆粒水處理介質(zhì)，所述固體顆粒水處理介質(zhì)至少包括活性炭和離子交換樹脂 并松散地布置在所述隔室的每個(gè)中。
【文檔編號】C02F1/28GK104220383SQ201380019951
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月18日
【發(fā)明者】斯蒂芬·M·薩諾茨基, 卡納安·塞莎德里 申請人:3M創(chuàng)新有限公司