CN102170807B - 储水包 - Google Patents

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Abstract

一种储水包(10)，包括囊(11)，该囊(11)经由进给管(13)附接至泵(12)并经由饮用管(15)附接至咬阀接口器(14)。该囊(11)包含滤芯(16)，该滤芯(16)能够进行超微过滤，由此能够有效地从水中去除病毒及细菌。该滤芯(16)联接至饮用管(15)，使得任何从囊(11)流至接口器(14)的水必须通过滤芯(16)。该泵(12)既能够将水传送至囊，又能够利用空气使囊加压。

Description

储水包
背景技术
对于那些需要饮用水的户外运动爱好者来说，他们通常随身携带自己的储备供水。尽管在途中可能出现没有其他水源可用的情况，但不得不说，由于存在污染的风险，他们并不愿意停留并饮用来自开放、未处理的水源的水。
这种问题的普遍解决方式是提供一个水囊，该水囊具有一个饮用管和附接的接口器(mouthpiece)，已知为个人储水包。该水囊可以被放置在现有行李(诸如帆布背包)之内，并且所述管和接口器实质上起吸管的作用：使用者将接口器放入嘴中并吮吸从而从囊中吸取水。一个典型的接口器包括一个控制水流的咬阀(bite valve)和一个锁阀，该锁阀将囊与接口器隔离从而防止泄漏。
锁阀是必需的，因为咬阀并不一直十分可靠。在锁阀打开时会有少量但很重要的水的损失，即使咬阀是关闭的。这是因为由于简单运动的作用和/或咬阀撞击其他物体，会有少量的水流失。随着时间的推移，由于持续咬合，咬阀还会磨损。
尽管已证明个人储水包相比于传统水瓶具有很大进步，但它还是具有一些缺点。具体地，使用者通常很难快速地从囊中吸取到满意的水流。应理解，使用者用于从囊中吸水的每次呼吸都意味着少了一次可用于将氧气输送至使用者身体的呼吸。
当需要补充囊中的水时，出现了另一个难题。例如，当囊被放置在帆布背包中时，需要使用者取下帆布背包，取出囊，并去掉囊的封闭件(closure)(通常为螺旋装配件(screw fitting)或夹子)，然后再用水填充所述囊。实际上，需要许多其他步骤，例如，移除所述饮用管和接口器通常是必要的。
现在，储水包通常由士兵使用，他们在敌方环境中行动时需要饮用水。明显地，取下士兵的背包然后取出囊以便将其放置在可用水源(诸如河水或溪水)中，这将使士兵处于易受攻击的位置。
使用者通常还面临的问题是：水在囊和饮用管中加热，使得水非常不适于饮用。已知的是，通过将囊和饮用管封装在绝缘衬套(insulating sleeve)中来解决这一问题(其成效有限)。
使用者通常使用水来使自己降温。然而，除非直接地被吸入嘴中，否则以常规的方式从储水包中取水来实现这一目的是很麻烦的。使用者必须将咬阀保持在囊中的水位以下，用手压挤咬阀，将一些水倒出在他或她的手部或头部等部位上。应理解，这是一种相当浪费水的使用方式。
发明内容
根据本发明提供一种储水包，包括：
用于容纳水的储水囊；
联接至所述储水囊的饮用管，该饮用管具有咬阀接口器，用于控制来自所述储水囊的水流；以及，
泵，具有流体入口和流体出口，该流体入口用于在泵作用下吸入流体，该流体出口联接至所述储水囊以将所述流体传送至所述储水囊，
其中所述泵被操作用于将来自所述泵的入口的水和空气传送至所述泵的出口，使得所述储水囊能够被来自水源的水填充且随后被空气加压。
本发明提供了一种包括泵的储水包，所述泵既能够将来自水源的水传送至所述储水囊，又能够利用空气使所述储水囊加压。换句话说，所述泵可以泵取水也可泵取空气。因此，不同于常规的储水包，该储水囊自身不需要为了填充水而被物理地被取下并打开(通常通过去除封闭件)。当储水囊接着被空气加压后，其允许使用者通过咬阀从该储水囊获得稳定的水流，而无需在接口器处进行任何吮吸。这具有如下额外的优势，即允许使用者在从储水包饮用水时能相对容易地继续呼吸。
优选地，所述储水包还包括在所述泵的出口和所述咬阀之间成串联式(in-line)的水过滤器。更优选地，所述水过滤器位于储水囊内。所述水过滤器提高饮用水的质量，这对于来自易于受到污染的开放或未处理水源的水来说是很重要的。优选地，所述水过滤器可从所述储水囊拆除。
优选地，所述水过滤器包括一个或多个中空纤维膜，所述一个或多个中空纤维膜在压差的影响下有效地使水优先于空气通过，所述压差驱使或吸取水通过所述膜。
一种适合类型的水滤芯(filter cartridge)被记载在于2007年9月25日提交的国际专利申请PCT/GB2007/003623(国际公布号WO2008/037969)中。这种类型的滤芯具有能够超微过滤(ultra-filtration)的平均孔尺寸，由此从水中有效去除病毒以及细菌。在优选实施方案中，当咬阀打开时，泵提供压差以驱使或吸取水通过中空纤维膜的壁，之后沿着纤维膜的长度方向流至接口器。
优选地，所述咬阀接口器包括具有一个阀开口的阀构件以及一个钢夹(bulldog clip)封闭件，该钢夹封闭件通常情况下(normally)封闭所述阀开口以防止水流出，当使用者向下咬合以释放所述阀开口时，所述钢夹被弯曲打开，由此允许水流过接口器。
所述钢夹封闭件优选地包括两个设置在枢轴区域周围的臂，所述臂具有设置在枢轴区域的相对侧上的相应的咬合区域和收缩区域，并且所述臂被偏压朝向如下位置，在该位置每个臂的收缩区域被推向彼此以密封所述阀构件。这个优选的咬阀比之前在储水包中使用的咬阀显著地更为有效。使用者仅需要咬住阀的咬合区域以开启饮用管，由此允许排出水流。然而，一旦使用者释放咬合区域，所述阀就密封关闭饮用管。
优选地，所述咬阀包括一个可开启以提供水喷雾的喷雾器部分。
尽管所述优选的咬阀在本发明的储水包中具有特定用途，但应理解，所述咬阀可独立于此被用于其它应用中。
在优选实施方案中，储水包被适配为使得其可通过使用夹子或其他附接装置被直接附接至士兵衣服和承载装置系统(load carriagesystem)。具体地，提供夹子以允许其被附接至含有梯状副包附着系统(PALS(Pouch Attachment Ladder System))的基于模块化轻量负载装备的(molle)系统，由美国军方内迪克士兵研发及工程中心(United States Army Natick Soldier Research，Development andEngineering Center)发明的网格(a grid of webbing)，并且被用于例如英国军用OspreyTM护身防弹衣中。
优选地，所述储水囊足够柔软，使得当排空时，其可被卷起为紧密的管状且被存储。这减小了其不使用时所占据的存储空间。当被卷曲或折叠时，用于将其固定至PALS系统的附接装置还可被夹在一起，从而保持囊的形状以便于存储。优选地，储水囊包括一个压力释放阀，其防止囊变得过度受压。储水囊可设有一个可拆除的封闭件，以允许囊以常规方式被填充而不是经由泵填充，且还允许水过滤器(如果提供的话)被拆除。
优选地，所述泵是手动致动的。优选地，所述泵包括压力调节器，以在其超过预定阈值时释放压力。所述泵优选地能够产生高达5bar的压力。
优选地，储水包纳入有蒸发式冷却材料，以向储水囊和/或饮用管提供蒸发式冷却。当这些材料变潮湿时，水被吸附到所述材料中。通过蒸发的物理性质，储水囊和饮用管中的饮用水的热量通过吸附材料被吸走，以帮助冷却饮用水。适合的蒸发式冷却材料包括棉、亚麻、帆布、非编织合成材料、来自DuPont的CorduraTM、纤维海绵织物以及其他高吸附性材料。这些材料可被用于包覆储水囊和/或饮用管。还可包含高吸附性凝胶(诸如硅石凝胶)，以进一步加强蒸发式冷却效果。此外，饮用管和储水囊可由导热塑料制成。这使得蒸发式冷却方法更为有效。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的各实施方案，其中：
图1示出根据本发明的储水包的一个优选实施方案的示意图；
图2和3示出图1中所示的两用手泵的一个优选实施例；
图4至7示出图1中所示咬阀主构件的一个优选实施例；
图8和9示出用于与图1所示的储水包一起使用的多个优选的蒸发式冷却结构；以及
图10示出被装配至士兵背部的根据本发明的储水包。
具体实施方案
图1示出根据本发明的储水包10的一个优选实施方案。如所示的，囊11(示为局部暴露的)经由进给管13附接至泵12，且经由饮用管15附接至咬阀接口器14。囊11包含滤芯16(下文将更详细描述)。滤芯16联接至饮用管15，使得任何从囊11流至接口器14的水必须通过滤芯16。通过使用螺旋装配件(未示出)可将滤芯16可拆除地紧固在囊11之内。可拆除的封闭件17被提供用于当需要时允许囊11以常规方式被填充。
泵12经由泵把手18被手动地致动，尽管也可使用其他形式的泵。净化软管(scavenging hose)19在其近端联接至泵12。预过滤器20被装配在净化软管19的远端。在使用中，净化软管19的远端被浸入或以其他方式联接至水源21，如图中示意性所示。泵12接着可被用于从水源21经由净化软管19、泵12和进给管13向囊11内抽水。使用泵12填充囊11意味着使用者不需要将囊从其存储位置(例如，位于使用者的背部)移除以将其填充水。
当净化软管19从水源21处被移除时，泵12继续运行将空气抽到囊11中以增加内部压力。因此，泵12既可被用于向囊内填充水，又可随后用空气对囊进行加压。
为了饮用来自储水包10的水，使用者仅需向下咬接口器14以打开其中的咬阀(下文将详细描述)，然后咬阀会释放来自囊11的被过过滤的水流，而不需要吮吸接口器14。
接口器14还包括喷头22。如下文将描述的，使用者能够开启喷头22，使得囊11内的压力释放喷射出水。这对于使用者希望使用存储在囊11中的水来使其身体凉快来说是尤其有用的。
在一个优选实施方案中，囊11由形成单个水承载装置机构的材料层压而成。同时材料是柔性的且可轻易地被折叠以便压缩存储，所述囊11被构造为这样的结构：一旦引入内部压力，囊11就呈现其预定形状并保持这一形状。囊被设计为不发生膨胀。这是通过使用层压物的组合来实现的，所述层压物在一个轴线上具有柔性但在另一个轴线上具有刚性。所述层压物可包括粗坚固的尼龙编织物。在一些实施方案中，编织物包括线网(wire mesh)。此外，编织物还可包括一些防刺破/防子弹材料以保护所述囊和其使用者。层压材料通常包括至少一个外层(诸如帆布)和一个内部防水层。
滤芯16优选地是在于2007年9月25日提交的国际专利申请PCT/GB2007/003623(国际公布号WO2008/037969)中所描述的类型。这种类型的过滤器由中空纤维膜的基质制成，所述中空纤维膜通常具有能够超微过滤的平均孔尺寸。如此，滤芯16有效地去除了细菌、病毒、包囊、寄生虫、真菌和所有其他水生病菌。实际上，这种过滤器去除了水中所有的微生物物质以提供安全、无菌的饮用水。
在本发明的优选实施方案中使用的纤维膜可从水中隔离出大于log 6(99.9999％)的细菌、包囊、寄生虫、真菌，以及大于log 4(99.99％)的病毒。所述纤维膜还可去除水中的沉淀物和其他沉积物。
当接口器14内的咬阀打开时，泵12提供需要的压差以驱使水通过中空纤维膜的壁，之后沿着纤维膜的长度方向流向接口器14。
提供诸如上述的滤芯16允许使用者使用来自各种各样水源——包括开放水源——的水，这些水被有效地处理变得安全适宜饮用。
适于本发明使用的纤维膜是可商业获得的，例如可使用来自Norit(www.norit.com)的X-flow(TM)毛细管膜。这种中空纤维超微过滤膜有效地阻隔了所有混浊物、细菌以及病毒。
图2和3示出了在图1所示的储水包10中使用的两用机械泵30的实施例的横截面。图2示出在泵头31被部分地沿泵腔32拉出后的状态。图3示出逼近回程结束时的泵头31。
蘑菇形止回阀33、34被设置为分别邻近于输入端口35和输出端口36中的每一个。当泵头31被拉出时，产生的压差足以使得与输入端口35相关联的止回阀33被移位(如图2中箭头所示)以使得流体进入泵腔。当泵头31向上返回泵腔32时，位于输入端口35的止回阀33关闭，同时与输出端口36相关联的止回阀34被移位(如图3中箭头所示)以允许流体流出泵腔。
一旦囊已通过泵被空气加压，相应的压差就会有效地将输出端口36处的止回阀34偏压以关闭。止回阀将仅在泵被致动以克服这一偏压时才打开。
囊中的内部压力通过设置在泵头31之内的通道38中的滚珠轴承37来调节。滚珠轴承37被弹簧39朝向泵头31的端部偏压。如图3中所示，滚珠轴承根据所施加的压力在通道中向下缩回一段距离。如果施加的压力达到预定最大值，则滚珠轴承37缩回到这样一种程度使得流体可通过通道40且位于其可被释放的泵头31后面，由此防止额外的压力被施加至囊。完全缩回弹簧39所需的压力将取决于弹簧的长度和弹簧常数(根据胡克定律(Hooke’s law))。
图4至7示出根据本发明的咬阀接口器组件50的实施例。尽管其在图1所示的储水包中具有特定用途，但应理解，其还可被用于其它应用。
接口器50含有一个新颖的钢夹(bulldog clip)咬阀51，其作用于一个具有开口53的硅阀52。接口器50具有一个柔软的外部咬合部54，其推进配合在管连接器55之上。联接至管连接器55的是一个喷射环56，通过绕着管连接器55扭转可将该喷射环手动启动。当喷射环56位于正确的位置时，水将通过管连接器55中的通道57，穿过喷射环56中的孔58，然后穿过喷头插件60的细小孔59。流过喷头插件60的水将形成细小喷雾。位于喷射环56上的突出物61被设置为使得使用者能够仅通过触摸轻易找到喷射环56。突出物还作为抓握部以便转动喷射环56。可以绕喷射环插入多个喷头插件，以允许使用者选择不同形式的喷射或产生多个喷射。
位于柔软外部咬合部54的上端的是突出物62，当使用者向下咬住外部咬合部54时，该突出物起到辅助的作用。突出物62还起阻止使用者的牙齿从咬合部54滑落的作用。必要时，使用者可使用其手指来使咬合部54变形，而不是使用其牙齿。
咬合部54的形状被设计为使得其人体工程学地适合于使用者的嘴。位于咬合部54的相对侧上的锥状突出物63被设计为帮助咬合部54保持其形状。
在管连接器55的底部具有一个连接器端口64，其允许方便地将管连接器55联接至饮用管65。所示的连接器端口64是倒钩型连接器，但其也可是推入-配合型的连接器或其他类型的连接器。
端盖66被设计为直接地搭扣配合在外部咬合部54之上。
图6和7示出咬阀接口器组件50的横截面图。图6示出接口器组件50处于其关闭位置防止水从接口器流出，所述端盖66配合就位。咬阀51被示为处于其自然关闭的位置。咬阀51的臂67压缩硅阀52，使得其封闭开口53防止水流出。如图7所示，去除端盖66，当使用者向咬阀51的臂68施加咬合作用时，咬阀51的臂67打开，允许硅阀52中的开口53打开，由此允许水的流出。通过控制钢夹咬阀的打开，使用者可以控制水流过接口器的速率。
上述咬阀51有效地密封接口器，由此不再需要任何必须分立地致动的额外的锁阀。此外，咬阀能够对付囊中的潜在压力而不泄漏。
在使用中，存在于接口器50的囊上游的正压差还减小了污染的风险，因为其阻止了微生物污染物被汲取回至接口器50、向下进入饮用管65然后返回至囊中。
本发明的优选实施方案还解决了控制水温的问题。尤其是在热的环境中，囊和饮用管中的水被加热到可能不适口的程度。这还可能会加快囊内细菌生长的速度。因此，需要找到一种解决方案来帮助保持水冷却。
在图8和9所示的优选实施方案中，储水包纳入蒸发式冷却材料，以向储水囊80和/或饮用管90提供蒸发式冷却。适合的蒸发式冷却材料包括棉、亚麻、帆布、非编织合成材料、来自DuPont的CorduraTM、纤维海绵织物以及其他高吸附性材料。
如图8A和9A分别所示，这些材料层81、91可被用于覆盖储水囊80的壁和/或饮用管90的壁。
如图8B和9B所示，还可包含一层高吸附性凝胶82、92(诸如硅石凝胶)，以进一步加强蒸发式冷却效果。此外，储水囊80和饮用管90可由导热塑料制成。这使得蒸发式冷却方法更为有效。
如图8D和8E分别所示，凝胶82可被包覆在囊80的表面部分上的材料81的肋(rib)之内，或者凝胶肋83可被应用至外部材料81，所述凝胶肋穿透过外部材料81从而与囊80处于良好的热接触。
如图9C所示，进给管和/或饮用管90可包含活性碳和离子交换树脂93。它们可以是粉末形式或压缩成球状物。这些球状物在尺寸上可以不同，以允许更大的液体流通过球状物之间的间隙(interstitialspace)。这些球状物可以分布在管90的整个长度上，或者它们可以仅部分地占据管。它们被设计为减少/去除各种化学污染物。离子交换树脂被设计为去除水中存在的盐和其他化学物。这种管在使用期满后可进行更换。
如图8C和9D中大体所示，当这些蒸发式冷却材料被加湿后，水被吸附在所述材料中。通过蒸发的物理性质，储水囊和饮用管中的饮用水的热量通过吸附材料被吸取，以帮助饮用水的冷却。
图10示出由士兵101背着的本发明的储水包100。储水包100具有夹子102，所述夹子允许储水包附接至含有PALS103的基于模块化轻量负载装备的系统。如所示的，饮用管104和进给管装备整洁，同时在其他位置安全携带有相关的泵和净化管。

Claims (19)

1.一种储水包，包括：
用于容纳水的储水囊；
泵，具有流体入口和流体出口，该流体入口用于在泵的作用下吸入水，该流体出口联接至所述储水囊以将所述水传送至所述储水囊；以及
水过滤器，其被联接用于接收来自所述储水囊的水；
咬阀接口器，其通过饮用管被联接至所述水过滤器，用于控制来自所述水过滤器的水流；
其中所述泵还被操作用于将来自所述泵的入口的空气传送至所述泵的出口，使得在使用中所述泵能用来自水源的水填充所述储水囊并且能用空气使所述储水囊加压。
2.根据权利要求1所述的储水包，其中所述水过滤器位于所述储水囊之内。
3.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述水过滤器从所述储水囊可拆除。
4.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述水过滤器包括一个或多个中空纤维膜，所述一个或多个中空纤维膜在压差的影响下有效地使水优先于空气通过。
5.根据权利要求4所述的储水包，其中所述膜是亲水的。
6.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述水过滤器具有小于或等于25纳米的平均孔尺寸，优选小于或等于20纳米，更优选小于或等于15纳米。
7.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述水过滤器从水中隔离出大于log6（99.9999%）的细菌、包囊、寄生虫、真菌，以及大于log4（99.99%）的病毒。
8.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述咬阀接口器包括具有阀开口的阀构件以及一个钢夹封闭件，该钢夹封闭件通常情况下封闭所述阀开口以防止水流出，当使用者向下咬合以释放所述阀开口时，所述钢夹被弯曲打开，由此允许水流过所述接口器。
9.根据权利要求8所述的储水包，其中所述钢夹封闭件包括两个设置在枢轴区域周围的臂，所述臂具有设置在所述枢轴区域的相对侧上的相应的咬合区域和收缩区域，并且所述臂被偏压朝向如下位置，在该位置每个臂的收缩区域被推向彼此以密封所述阀构件。
10.根据权利要求8所述的储水包，其中所述咬阀接口器包括可开启以提供水喷雾的喷雾器部分。
11.根据权利要求1或2所述的储水包，还包括可拆除的封闭件。
12.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述泵是手动致动的。
13.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述泵包括压力调节器，以在其超过预定阈值时释放压力。
14.根据权利要求1或2所述的储水包，还包括一种或多种蒸发式冷却材料以向所述储水囊和/或所述饮用管提供蒸发式冷却。
15.根据权利要求1或2所述的储水包，其中所述饮用管和所述储水囊由导热塑料制成。
16.根据权利要求1或2所述的储水包，还包括夹子，其用于将所述储水包附接至个人承载装置系统。
17.一种咬阀接口器，包括具有阀开口的阀构件以及一个钢夹封闭件，该钢夹封闭件通常情况下封闭所述阀开口以防止水流出，当使用者向下咬合以释放所述阀开口时，该钢夹被弯曲打开，由此允许水流过所述接口器。
18.根据权利要求17所述的咬阀接口器，其中所述钢夹封闭件包括两个设置在枢轴区域周围的臂，所述臂具有设置在所述枢轴区域的相对侧上的相应的咬合区域和收缩区域，并且所述臂被偏压朝向如下位置，在该位置每个臂的收缩区域被推向彼此以密封所述阀构件。
19.根据权利要求17或18所述的咬阀接口器，还包括可开启以提供水喷雾的喷雾器部分。
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