CN102365239B - 小滴形成流体处理装置及在流体处理装置中形成过滤小滴的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体处理装置，所述流体处理装置包括外壳，该外壳具有包括用于接纳未过滤的流体的上贮存器的上部、包括用于接纳过滤过的流体的下贮存器的下部、和包括小滴形成流体过滤系统的中间部。该小滴形成过滤系统包括接纳来自上贮存器的流体的雨滴效应递送系统，该雨滴效应递送系统具有流体递送表面，该表面被构造成用于在流体递送表面的一个区域上形成单个流体小滴。

Description

小滴形成流体处理装置及在流体处理装置中形成过滤小滴的方法
技术领域
本发明一般涉及流体处理装置。更具体地讲，本发明涉及流体处理装置和使用它们来形成过滤过的流体小滴(例如，饮用水小滴)的方法。
发明背景
消费者对饮用水的关注与日俱增。瓶装水和用来过滤水的水处理装置诸如水罐/卡拉夫瓶的销售量很大。例如，2006年瓶装水在美国的销售量超过了80亿加仑。因此，饮用水和水处理装置的供应商尽力设法使他们的产品有别于本行业中其他产品。
家用水处理装置包括在线装置(例如，用在洗碗池下面)、终端装置(例如，工作台面或水龙头上安装的)、以及成批处理水的整装系统。批量处理装置的实例为水罐/卡拉夫瓶和更大的贮存器，其中处理过的水从例如龙头倒出。批量水处理系统也可结合到其他装置诸如咖啡机中。这些整装系统通常具有由滤筒隔开的上室和下室，并且依靠重力迫使水从上室穿过滤筒进入到下室中，从而产生处理过的水。
发明概述
在一个方面，一种流体处理装置包括外壳，所述外壳具有包括用于接纳未过滤的流体的上贮存器的上部、包括用于接纳过滤过的流体的下贮存器的下部、和包括小滴形成流体过滤系统的中间部。所述小滴形成过滤系统包括接纳来自上贮存器的流体的雨滴效应递送系统，雨滴效应递送系统具有流体递送表面，所述表面被构造成用于在流体递送表面的一个区域上形成单个流体小滴。
在另一方面，一种流体处理装置包括外壳，所述外壳具有包括用于接纳未过滤的流体的上贮存器的上部、包括用于接纳过滤过的流体的下贮存器的下部、和中间部。小滴形成流体过滤系统位于所述中间部。小滴形成过滤系统包括过滤介质，所述过滤介质被构造成过滤来自外壳上部的未过滤的流体。雨滴效应递送系统接纳来自过滤介质的过滤过的流体。雨滴效应递送系统具有流体递送表面，所述表面被构造成用于在流体递送表面的一个区域上形成单个过滤过的流体小滴。
在另一方面，提供了一种使用流体处理装置来提供过滤过的流体的方法，所述方法包括将流体处理装置的上贮存器填充上未过滤的流体。使用过滤介质来过滤未过滤的流体从而提供过滤过的流体。使用雨滴效应递送系统来形成单个过滤过的流体小滴，所述系统接纳来自过滤介质的过滤过的流体。雨滴效应递送系统具有流体递送表面，所述表面被构造成用于在流体递送表面的一个区域上形成单个过滤过的流体小滴。
在另一方面，提供了一种提供适用于过滤流体的装置的方法。所述方法包括提供具有流体递送表面的滤筒以及选择用于流体递送表面的材料，所述材料具有适用于在过滤操作期间在流体递送表面的一个区域上形成单个过滤过的流体小滴的表面能。
附图简述
当结合此处所附的图片阅读时，可最好地理解以下本发明具体实施方案的详细描述。
图1为流体处理装置的一个实施方案的透视图；
图2为流体处理装置的另一个实施方案的截面图；
图3为图2的流体处理装置的区域3处的细部图；
图4为可用于图2的流体处理装置的小滴形成流体过滤系统的一个实施方案的透视图；
图5为可用于图4的小滴形成过滤系统的雨滴效应递送系统的一个实施方案的透视图；
图6为图5的雨滴效应递送系统的底视图；
图7为图6的雨滴效应递送系统的区域7处的细部图；
图8示意地示出了使用图4的小滴形成流体过滤系统来形成小滴的情形；
图9为图4的小滴形成流体过滤系统的示意截面图；
图10示意地示出了图4的小滴形成流体过滤系统的操作；
图11为流体处理装置的另一个实施方案的侧视图：
图12为雨滴效应递送系统的一个实施方案的详细透视图；
图13示出了雨滴效应递送系统的另一个实施方案；
图14为使用中的图13的雨滴效应递送系统的示意性例证；
图15示出了雨滴效应递送系统的另一个实施方案；
图16为使用中的图15的雨滴效应递送系统的示意性例证；
图17示出了雨滴效应递送系统的另一个实施方案；
图18为使用中的图17的雨滴效应递送系统的示意性例证：并且
图19示出了雨滴效应递送系统的另一个实施方案；
图20为使用中的图19的雨滴效应递送系统的示意性例证；
图21示出了利用了图19的雨滴效应递送系统的流体处理装置的另一个实施方案。
图中所描述的实施方案本质上是说明性的，并非旨在限制本发明的权利要求书所限定的本发明。此外，根据发明详述，附图和本发明的各个特征将更加完全明显并且将被更全面地理解。
发明详述
如本文所用，“小滴”或“滴”为完全或几乎完全由自由表面限定的小体积的液体。
如本文所用，“雨滴效应”是指在重力的作用下随着时间的推移积累成给定体积而从滴点(例如，至少六个滴点)落下的多个小滴，其中所述多个小滴的路径在不同的位置相交于水平面，所述位置在所述水平面的表面上铺展开。
“透明的”材料或物体是指如下材料或由如下材料形成的物体，所述材料透过其物质透射光使得定位在其之外或后面的物体可容易地被看见。
“半透明的”材料或物体是指如下材料或由如下材料形成的物体，所述材料透射光但导致足够的漫射以阻止透过所述半透明的材料感知到清晰的图像。
“不透明的”材料或物体是指如下材料或由如下材料形成的物体，所述材料不允许光从其中穿过。
如本文所用，“表面张力”是直接由液体分子之间的分子间力所导致的现象。换句话讲，液滴表面处的分子经历一种将它们向内部牵引的净力，所述净力在液体表面中产生张力。液体的表面张力按达因/厘米来测量。
如本文所用，“表面能”是对当产生表面时所发生的分子间键的局部破坏的量化。出于实用的目的，固态物质的表面能与达因/厘米相关地来表示，并且有时候称作固态物质表面的表面张力。
参见图1，一种示例性流体处理装置10被示出为重力自流进料的滤水卡拉夫瓶，所述卡拉夫瓶包括上部12、下部14和柄部16，所述柄部定位在上部处并且在朝下部的方向上向下延伸。下部14包括由贮存器外壳20形成的过滤过的流体的贮存器18，并且上部12包括具有倾倒喷管24的倾倒托盘22，所述倾倒喷管用于引导过滤过的流体从过滤过的流体的贮存器18进入到例如容器诸如水杯或咖啡机中。倾倒托盘22可通过任何合适的方法诸如通过热熔密封法连接到贮存器外壳20，所述热熔密封法产生围绕流体处理装置10的整个周边延伸的流体密封性的密封接缝25。在一个可供选择的实施方案中，倾倒托盘22可通过搭扣配合或闩锁连接来连接到贮存器外壳20，加上定位在它们之间的密封件以防止渗漏。在另一个实施方案中，倾倒托盘22可插入到贮存器外壳20的上部12中(即，不存在密封接缝25)，并且倾倒托盘22可完全移除，以便在过滤过程完成之后可使用滤水卡拉夫瓶而无需倾倒托盘22。
封盖26覆盖倾倒托盘22并且防止从流体处理装置10非预期地溢出。在一些实施方案中，封盖26可从流体处理装置10上移除，以例如取用流体处理装置中的内容物。在所示的实施方案中，封盖26包括定位在封盖的顶部表面30处的可打开构件28，诸如门或出口。可打开构件28可相对于封盖26打开，例如，通过相对于封盖枢转或滑动所述可打开构件来打开。在一些实施方案中，可打开构件28活动地连接到封盖，例如，通过铰链32和/或任何其他合适的连接诸如由虚线34所示的滑动连接来连接。铰链32允许可打开构件28相对于封盖而围绕轴线A枢转以将可打开构件28定位在打开位置和关闭位置之间。在其他实施方案中，可打开构件28可从封盖26上完全移除。可打开构件28和/或封盖26可包括互锁结构(例如，闩锁、键锁等)，以便可打开构件能够可释放地与封盖互锁(其中可打开构件处于关闭位置)，这可抑制可打开构件的非预期打开。可打开构件28可包括抓持结构36以便使用者可手动抓持可打开构件28并且相对于封盖26移动可打开构件28。在可供选择的实施方案中，封盖26可不包括可打开构件28，并且为了填充倾倒托盘22，将封盖移除或换句话讲打开。
中间部38定位在上部12和下部14之间。在一个实施方案中，中间部为倾倒托盘22的一部分。在一个可供选择的实施方案中，中间部可为贮存器外壳20的一部分。在另一个实施方案中，中间部可为连接到倾倒托盘22和贮存器外壳的独立组件(例如，材料环)(例如，通过热熔密封法来连接，从而产生流体密封性的接缝40和接缝25)。中间部38可向使用者提供视觉指示以示出倾倒托盘22和贮存器外壳20之间的分离。例如，中间部38可为第一颜色(例如，蓝色)，倾倒托盘22可为第二且不同的颜色(例如，白色或灰色)，并且贮存器外壳可为第三且不同的颜色、透明的或半透明的。在一些实施方案中，可选择中间部38、上部12和下部14的颜色方案以向使用者提供悦人的风景图。例如，中间部38可为蓝色的以表示天空，倾倒托盘22可为白色或灰色的以表示云彩，并且贮存器外壳20可为透明的或澄清的以便可从流体处理装置10的外部观察到贮存器外壳中的内容物。在一些实施方案中，贮存器外壳20的仅一部分可为透明的。例如，贮存器外壳20可具有印刷或涂刷在其上的视觉指示物，诸如花、陆地、水体、草、动物、建筑物等。在一些实施方案中，贮存器外壳20的仅一个或多个离散的部分可为透明的，而剩余部分为不透明的或半透明的。
在一些实施方案中，发光装置(由元件42表示)诸如LED或任何其他合适的光源可定位在中间部38处。发光装置42可定位在倾倒托盘22内的密封隔室中。在一个实施方案中，中间部38为半透明的，从而允许光从其中穿过以例如突显或照明流体处理装置10的一些区域。可提供电源(由元件44表示)诸如电池(例如，一次性电池或可再充电电池)以向发光装置42供电。
如下文所更详述，一般由元件46指示的小滴形成流体过滤系统被布置在上部12和下部14之间。随着流体从中间部38经过并进入到贮存器外壳20中，小滴形成流体过滤系统46过滤放置在倾倒托盘22内(上贮存器内)的流体并且形成过滤过的流体的单个小滴48。小滴48聚集在贮存器外壳20的过滤过的流体的贮存器18内从而形成过滤过的水的水池50，所述水池具有与贮存器外壳20的内部周边接触的水表面。随着小滴48聚集在贮存器外壳20内，可从流体处理装置10的外部听到由落下的小滴的冲击所发出的声音52，从而产生可愉悦听者的略带抚慰性质的类似下雨的声音。可选择形成流体处理装置10的材料以提供所述类似下雨的声音。在某些情况下，贮存器外壳20和/或倾倒托盘22可以声学方式成型以增强或放大所述类似下雨的声音，例如，通过使用任何合适的声学工程技术，所述声学工程技术涉及机械波和振动的生成、传播和接收。在一些实施方案中，流体处理装置可包括放大装置，诸如麦克风和扬声器。
贮存器外壳20可由任何合适的材料，诸如玻璃、金属或任何合适的塑性材料形成。在一些实施方案中，贮存器外壳20由透明或半透明的材料形成。倾倒托盘22和封盖26也可由任何合适的材料，诸如玻璃或任何合适的塑性材料形成。在一些实施方案中，倾倒托盘22和/或封盖26可由不透明或半透明的材料形成。倾倒托盘22和封盖26可由相同的或不同的材料形成。
现在参见图2和3，小滴形成流体过滤系统46被示出安装在流体处理装置10的中间部38处。倾倒托盘22的中间部38包括面向内侧的唇缘52，所述唇缘提供可供小滴形成流体过滤系统46放置在其上的支撑表面。在所示的实施例中，面向内侧的唇缘52提供供小滴形成流体过滤系统46以水平方式悬挂在其上的支撑件。然而，其他布置也是设想到的，其中小滴形成流体过滤系统46(或其部分)取向成与水平成一角度。小滴形成流体过滤系统46包括面向外侧的唇缘54，所述面向外侧的唇缘可密封地啮合面向内侧的唇缘52，从而在它们之间围绕小滴形成流体过滤系统的周边形成流体密封性的密封，从而在向上贮存器56中填充流体时抑制流体从小滴形成流体过滤系统的旁边流出。在一些实施方案中，可在面向内侧的唇缘52和面向外侧的唇缘54之间提供其他连接结构诸如舌状物和凹槽连接、泄水孔等以例如增强所述密封，从而在上贮存器56和下贮存器58之间提供曲折的渗漏路径。在一个实施方案中，可将密封构件诸如密封环(例如，由橡胶或塑料形成)定位在面向内侧的唇缘52和面向外侧的唇缘54之间。可使用填缝材料来密封面向内侧的唇缘52和面向外侧的唇缘54之间的界面。
也参见图4，在所示的实施方案中，小滴形成流体过滤系统46呈可移除的滤筒形式，包括具有一系列开口62的滤筒封盖60，所述开口延伸穿过滤筒封盖并且被布置在其表面区域上。在一些实施方案中，小滴形成流体过滤系统46可被制造成一次性的。在一个实施方案中，小滴形成流体过滤系统46或其部分可固定地或可拆卸地安装在流体处理装置10内。例如，小滴形成流体过滤系统46可使用任何合适的互锁或扣件连接，包括但不限于搭扣配合、焊接(例如，声波焊接)、粘合剂、和/或任何其他已知的连接方法来连接到倾倒托盘22(例如，中间部38)。小滴形成流体过滤系统46可为任何合适的形状以例如匹配或对应于倾倒托盘22和/或贮存器外壳20的形状。任何合适的形状均是可能的，包括圆形、椭圆形、矩形等。开口62为尺寸得当的并且被布置成不限制流动因而允许未过滤的流体进入到小滴形成流体过滤系统46中以便进行过滤操作。滤筒封盖60可使用如下任何合适的材料来形成，诸如注塑聚合物、或其他材料诸如织造材料、非织造聚合物材料、网状材料、复合材料等。
雨滴效应递送系统64连接到滤筒封盖60。雨滴效应递送系统64可包括面向外侧的唇缘54和周壁66，所述周壁从滤筒封盖60向下延伸。雨滴效应递送系统64在界面67处连接到滤筒封盖(图3)。在一些实施方案中，雨滴效应递送系统64可例如使用任何合适的互锁或扣件连接可拆卸地连接到滤筒封盖60。作为另外一种选择，雨滴效应递送系统64和滤筒封盖60可通过任何合适的方法诸如焊接、粘合剂等连接在一起。
雨滴效应递送系统64包括连接到周壁66的递送组件68。递送组件68包括内部流体接纳表面70和与内部流体递送表面相对的外部流体递送表面72。内部流体接纳表面70和外部流体递送表面72可具有任何合适的轮廓或形状，诸如平面的(例如，在水平面中)或所述内表面和外表面中的一个或两者均可具有某种曲率。内部流体递送表面70竖直地与滤筒封盖60间隔开。大部分可由图2和3清楚地示出，滤筒封盖60和雨滴效应递送系统64之间的间距在它们之间提供用于保持过滤材料(未示出)的护罩74。在一些实施方案中，内部流体接纳表面70和滤筒封盖60之间的竖直间距可为至少约0.25英寸，至少约0.5英寸，至少约0.75英寸或更大。在其他实施方案中，内部流体接纳表面70和滤筒封盖60之间的竖直间距可小于0.25英寸。内部流体接纳表面70和滤筒封盖60之间的间距可取决于许多因素而定，包括所用的过滤介质的类型和结构。
图5示出了单独形式的雨滴效应递送系统64。雨滴效应递送系统64包括具有面向外侧的唇缘54的周壁66、具有内部流体接纳表面70和外部流体递送表面72的递送组件68。呈肋形式的加固构件76朝彼此、沿内部流体接纳表面70且朝递送组件68的中心延伸。加固构件76各自具有连接到周壁66的一端78和在雨滴效应递送系统66的中心连接到其他加固构件的相对端80。加固构件76可为任何其他合适的构型并且帮助将递送组件68支撑在所示的水平布置。
也参见图6和7，开口82同时在横向和纵向上铺展在内部流体接纳表面70和外部流体递送表面72上。开口82一直延伸穿过递送组件68从而形成从内部流体接纳表面70至外部流体递送表面72的通道。在一个示例性实施方案中，开口可为尺寸得当的并且被布置成提供自由开口面积，所述自由开口面积为内部流体接纳表面70(或外部流体递送表面72)的总表面积的约5％至约20％，诸如约11％，或提供内部流体接纳表面(或外部流体递送表面)的更大的自由开口面积。在一些实施方案中，可存在小于5％的自由开口面积。在一些实施方案中，具有总表面积为约15平方英寸的内部流体接纳表面70(或外部流体递送表面72)的递送组件68可具有约2500至约7000个开口82，诸如约5691个开口。也可利用适用于形成雨滴效应的任何其他布置的开口82。
尤其参见图7，在一个例证性实施方案中，开口82呈矩形狭槽形状。也可使用任何其他合适形状的开口82，诸如圆形开口、椭圆形开口等。在图8A的实施方案中，狭槽具有约0.01英寸的宽度W和约0.032英寸的长度L。在其他实施方案中，狭槽可具有更大或更小的宽度和长度。此外，开口82还可全部具有约相同的尺度，或开口82可具有不同的尺度。相邻开口82可在横向上分隔开约0.02英寸至约0.06英寸，诸如约0.04英寸的距离，并且在纵向上分隔开约0.015英寸至约0.06英寸，诸如约0.0245英寸的距离。可利用合适的开口间隔的任何组合，包括更大或更小的分隔距离。此外，还可在相邻开口82之间使用相同或不同的分隔距离。开口82允许流体从内部流体接纳表面70行进至外部流体递送表面72，同时抑制过滤介质从其中穿过而进入到下贮存器58中。换句话讲，雨滴效应递送系统64用作阻挡过滤介质进入到下贮存器58中的屏障。
有助于在外部流体递送表面72上形成小滴的两个因素为流体的表面张力和雨滴效应递送系统64的流体递送表面72的表面能。图8A示意地示出了小滴84的形成。在图8A中，当液体在外部流体递送表面72的表面边界86处累积从而产生悬挂着的悬垂滴88时，小滴84可形成。悬垂滴88粘着(例如，暂时地)到外部流体递送表面72上直到其尺寸(例如，质量)克服了表面能。然后小滴84在重力的作用下落下直到其到达过滤过的流体的贮存器18的底部或上升的过滤过的水的水线。液体由于表面张力而形成小滴84。
各种材料提供相异的表面能。在一个实施方案中，小于纯水的表面能(即，约72.8达因/厘米)，诸如约20达因/厘米至约70达因/厘米，诸如约20达因/厘米至约60达因/厘米，诸如约42达因/厘米的表面能可用来形成外部流体递送表面72。材料的表面能可通过任何合适的技术来确定，诸如使用达因溶液、测量具有已知表面张力的液滴的接触角等。可利用具有更高表面能例如接近水的表面张力的材料来产生更大的小滴尺寸。相反，可利用具有更低表面能的材料来产生更小的小滴尺寸。在一些实施方案中，参见图8B，小滴84可具有约2mm至约7mm，诸如约5.5mm/小滴的宽度Wd和约0.05mL至约0.25mL，诸如约0.1mL至约0.2mL，诸如约0.150mL/小滴的体积。宽度Wd通过测量下落小滴84的最大边至边尺寸来确定。用于形成外部流体递送表面的合适的材料可包括例如聚合物材料诸如含氟聚合物和聚碳酸酯、陶瓷材料等。此外，还可诸如通过机加工、涂覆等来改变外部流体递送表面72从而增加或减小材料的表面能。在一些实施方案中，外部流体递送表面72可由涂层、薄膜等形成，所述涂层、薄膜由更高(或更低)表面能的材料形成。
现在参见图9，过滤介质90定位在滤筒封盖60和雨滴效应递送系统64之间。过滤介质90过滤流体、帮助调控流体流至雨滴效应递送系统64并且帮助将流体分配到整个内部流体接纳表面70上。
已发现很多消费者可能偏向于将他们的过滤过的水贮存在与滤筒分离的下贮存器58中并贮存至可能的程度。为此，在一些实施方案中，流体处理装置10具有呈平坦的水平构型的小滴形成流体过滤系统46(即，平坦的滤筒)。因此，过滤介质90可适用于平坦的滤筒构型，同时提供所期望的过滤速率和流量。
流体污染物，尤其是水中的污染物，可包括多种元素和组成如重金属(例如铅)、微生物(例如细菌、病毒)、酸(例如腐殖酸)或NSF/ANSI标准第53号中所列的任何污染物。如本文所用，术语“微生物”、“微生物体”、“微生物剂”和“病原体”可互换使用。如本文所用，这些术语是指可具有细菌、病毒、寄生虫、原生动物和病菌特征的多种微生物。在多种情况下，如上所述，在所述水可使用之前，应当将这些污染物除去或减少至容许的水平。在水可饮用即适合消费之前，应当将有害污染物从水中除去或减少至容许的水平。
在一些实施方案中，小滴形成流体过滤系统46可包括活性炭过滤器、纤维复合材料过滤器、包括活性炭过滤器和纤维复合材料过滤器的流体过滤器、涂覆有或共混有金属、聚合物、氧化物、或粘合剂(例如，银、阳离子聚合物、非晶态硅酸钛等)的活性炭过滤器或它们的组合以从流体中除去污染物。可用于小滴形成流体过滤系统46的示例性过滤器可包括以下专利中所示和所述的过滤器和过滤系统：美国专利6,139,739、6,290,848、6,395,190、6,630,016、6,852,224、7,316,323；美国专利公布2001/0032822、2003/0217963、2004/0164018、2006/0260997、2007/0080103和2008/0116146；美国临时专利序列号61/079323和EP1694905，所有这些专利均以引用方式全文并入本文。
过滤器可模塑成平坦的构型，打褶或成形为任何其他合适的结构以用于形成小滴形成流体过滤系统46。一种示例性纤维复合材料过滤器可包括氧化铝基复合材料过滤器(“氧化铝基过滤器”)。活性炭过滤器或纤维复合材料过滤器可被压制或模塑成合适的平坦的形状(例如，平坦形状的块料)并且为可操作的以从流体中除去污染物诸如重金属、腐殖酸、和/或微生物，或可串接使用以更有效地和/或以增加的水平除去此类污染物。穿过过滤器的流体路径可从竖直路径发生变化(例如，具有某种部分水平的路径)以获得足够的过滤。可将所述流体过滤器用于工业和商业应用以及个人消费者应用(例如家庭和个人用途的应用)中。流体过滤为可操作的以用于各种装备、器具、或组件。
预期流体过滤器可包括各种包括纤维的纤维复合材料过滤器，所述纤维为高度正电性的并且可分配在纤维诸如玻璃纤维支架上。在一个示例性实施方案中，流体过滤器可包括与氧化铝基过滤器组合的活性炭过滤器以从流体(例如，水)中除去污染物诸如重金属(例如，铅)、微生物(例如，细菌和病毒)，和/或从流体(例如，水)中除去其他污染物。具体地讲，活性炭过滤器可包括各种合适的组合物和结构。
流体过滤器的一个示例性实施方案可为可操作的以通过使来自水源的未处理的水穿过活性炭过滤器和氧化铝基过滤器来产生饮用水。氧化铝基过滤器可为一种独立的且明显不同于活性炭过滤器的过滤器，或可将氧化铝基过滤器和活性炭过滤器制造成单一的整体单元。在一个示例性实施方案中，可将活性炭过滤颗粒植入到氧化铝基过滤器中。
在另一个示例性实施方案中，流体过滤器可包括活性炭过滤器和氧化铝基过滤器，所述氧化铝基过滤器定位成与活性炭过滤器串接并定位在其上游，其中流体过滤器为可操作的以从流体(例如，水)中除去污染物(例如，重金属、微生物、和其他污染物)从而产生处理的流体(例如，饮用水)。因此，活性炭过滤器可包括各种合适的可操作的组合物和结构以移除重金属、微生物、和/或其他污染物。
参见图10，小滴形成流体过滤系统46被示出处于操作中，从而形成填充贮存器外壳20的过滤过的水的单个小滴84。如箭头92所示，未过滤的水(例如，来自水龙头的水)流过滤筒封盖60中的开口62。过滤介质90分配水并且过滤水以从水中除去污染物。然后过滤过的水移动至雨滴效应递送系统64并且从流体接纳表面70穿过开口82到达流体递送表面72。由于表面能的缘故，过滤过的水粘着到流体递送表面72上，从而在流体递送表面72上的滴点形成悬垂滴88。由图可见，多个悬垂滴88同时形成且是在流体递送表面72上的略微无规的位置形成的。一旦小滴的尺寸(例如，质量)克服了对流体递送表面72的吸引，小滴84自身就与悬垂滴88分离。在一些实施方案中，过滤介质90提供约85mL/分钟至约500mL/分钟或更高诸如约580mL/min的流量。在一些实施方案中，穿过过滤介质的流量可为约250mL/分钟。在一些实施方案中，过滤过的水的有效小滴流量为约9滴/秒至约200，诸如约56滴/秒，诸如约167滴/秒。作为特定实施方案的一个实施例，约2000个至约100000个过滤过的水的小滴可由每升未过滤的水形成，诸如约4000个至约25000个，诸如约4000个至约12000个，诸如约7000个小滴/升。就具有约1.7升容量的水处理装置10而言，在一个实施方案中，产生雨滴效应所需的时间可为约3.4分钟至约20分钟。
应当指出的是，流量和滴/秒数可随着上贮存器中压力的变化而变化。因此，流量和滴/秒数可指瞬时流量和/或滴/秒值和/或平均流量和/或滴/秒值。
初始时，水小滴84冲击贮存器外壳20的底部94(图2)，从而提供小滴击打固体表面的第一雨滴效应声音。随着过滤过的水的水面在贮存器外壳20中上升，产生小滴击打水池的第二雨滴效应声音，所述第二雨滴效应声音可不同于第一雨滴效应声音。来自落下的小滴84的动能被转移到水池中。当小滴84敲击贮存器外壳20的表面和水池时，它们可能反弹。在某些情况下，当小滴84撞击所述表面中的一个或多个时，可形成多个小滴。当小滴84敲击水池时，水表面可被破坏并且产生水波。由于小滴撞击水表面，水小滴可从水池弹起。由落下的小滴冲击水表面所形成的所述多个水波可在水表面上形成干涉图案。
如上所述，可能期望将小滴形成流体过滤系统46定位在下贮存器58的上方并远离过滤过的水。在一些实施方案中，简要地参见图2，流体递送表面72至贮存器外壳20的底部94的竖直距离D1为水处理装置的总高度H的至少约20％或更大，诸如约30％或更大，诸如约50％或更大。在一些实施方案中，D1可为约5cm至约100cm，诸如约5cm至约50cm。在一些实施方案中，封盖26至滤筒封盖60的竖直距离D2为水处理装置的总高度H的最多约50％或更小，诸如最多约20％或更小。在一些实施方案中，至少部分地由于D1以及小滴形成过滤系统46和贮存器外壳20的几何形状，按贮存器外壳20填充的体积或间隔的时间计，雨滴效应的产生可占约20％或更大。
小滴形成流体过滤系统46上的小滴形成面积可取决于如下因素而有变化：小滴形成流体过滤系统的形状，包括雨滴效应递送系统64的形状，包括开口82的放置位置。尽管流体递送表面72被示出为基本上平坦的，但其也可为任何其他合适的形状，诸如倒置的截头圆锥体形状以便将在雨滴效应递送系统46的周边形成的小滴朝其中心引导并远离贮存器外壳20。如可由以上很多图来理解，过滤器占有面积(即，面积)对贮存器外壳的底部的比率相对较大，例如，为所述底部的面积的至少约50％，诸如所述底部的面积的至少约75％，诸如所述底部的面积的约100％或更大。这种相对高的过滤器占有面积对底部面积的比率可帮助分配过滤过的水并且在下贮存器58的更大的体积上产生雨滴效应。
参见图11，另一个呈重力自流进料的滤水卡拉夫瓶形式的示例性流体处理装置100包括很多上述的部件，包括上部102、下部104和中间部106。小滴形成流体过滤系统108定位在中间部106处，所述小滴形成流体过滤系统包括雨滴效应递送系统110、滤筒封盖(未示出)和过滤介质(未示出)，所述过滤介质用于以类似于上文关于流体处理装置10所述的方式过滤流体并提供过滤过的流体的单个小滴。流体处理装置100为尺寸得当的以便被抓持，并且例如放置在餐桌上以用作餐桌上的过滤过的水的水源。
虽然已描述了各种实施方案，但将显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下各种修改形式和变型是可能的。例如，雨滴效应递送系统64和110可通过任何合适的方法来形成，诸如通过模塑、压制、机加工等。开口82可通过机加工等在模塑过程中形成。图12示出了雨滴效应递送系统的一个实施方案112，其具有包括横向构件114和116的略微网状或格状的结构，所述横向构件形成从流体接纳表面和流体递送表面之间穿过的开口118。在一些实施方案中，雨滴效应递送系统可使用织造或非织造材料来形成。
例如，现在参见图13和14，另一个示例性雨滴效应递送系统120一般包括连接到周壁124的递送组件122。在该实施方案中，递送组件122由例如具有一系列褶叠126或折叠的非织造过滤材料形成，所述褶叠或折叠在周壁124的相对两侧上在递送组件122的整个宽度上延伸。递送组件122包括与外部流体递送表面130相对的内部流体接纳表面128。内部流体接纳表面128和外部流体递送表面130具有由褶叠126形成的略微起伏的或波状的表面图案。
尤其参见图14，外部流体递送表面130具有表面能以有助于在外部流体递送表面130上形成水的小滴。表面能在水小滴形成过程中的作用可受到所述起伏的表面图案和褶叠126的形状的影响。图14示意地示出了小滴132的形成。当液体累积在外部流体递送表面130的表面边界处从而产生悬挂着的悬垂滴134时，小滴132可形成。悬垂滴134粘着(例如，暂时地)到外部流体递送表面130上直到其尺寸(例如，质量)克服了所述表面能。然后小滴132在重力的作用下落下直到其到达过滤过的流体的贮存器的底部或上升的过滤过的水的水线，如上所述。应当指出的是，在其中使用过滤材料来形成递送组件122的实施方案中，递送组件自身可用来至少部分地过滤水，同时提供外部流体递送表面130。在某些情况下，其他过滤材料诸如上述那些中的一种或多种可与递送组件122一道使用以过滤水。例如，其他过滤材料可定位在递送组件122的上方，其中水在到达递送组件122的内部流体接纳表面128之前行进穿过所述过滤材料。
参见图15和16，另一个示例性雨滴效应递送系统136一般包括连接到下滤筒支撑件140的递送组件138。在该实施方案中，递送组件138由例如在形状上相对平面的非织造过滤材料形成。递送组件138包括与外部流体递送表面144相对的内部流体接纳表面142。在一些实施方案中，递送组件138可定位在下滤筒支撑件140内(例如，定位在其顶部上)，使得外部流体递送表面144由下滤筒支撑件140的辐条146支撑。作为一个供选择的替代方案，递送组件138可定位在下滤筒支撑件140的下面，例如，通过将内部流体接纳表面粘附到辐条146上，例如，通过粘合剂、热粘结等来粘附。
尤其参见图16，外部流体递送表面144具有表面能以有助于在外部流体递送表面144上形成水的小滴。图16示意地示出了小滴148的形成。当液体累积在外部流体递送表面144的表面边界处(在那里暴露在相邻辐条146之间)从而产生悬挂着的悬垂滴150时，小滴148可形成。悬垂滴150粘着(例如，暂时地)到外部流体递送表面144上直到其尺寸(例如，质量)克服了所述表面能。然后小滴148在重力的作用下落下直到其到达过滤过的流体的贮存器18的底部或上升的过滤过的水的水线，如上所述。
参见图17和18，另一个示例性雨滴效应递送系统152一般包括连接到下滤筒支撑件156的递送组件154。在该实施方案中，递送组件154由例如在形状上相对平面的非织造过滤材料形成。递送组件154包括与外部流体递送表面160相对的内部流体接纳表面158。将筛网或网状组件162布置在外部流体递送表面160处。在一些实施方案中，递送组件154(包括网状组件162)可定位在下滤筒支撑件156内(例如，定位在其顶部上)，使得外部流体递送表面160由下滤筒支撑件156的辐条164支撑。作为一个供选择的替代方案，递送组件154可定位在下滤筒支撑件156的下面，例如，通过将内部流体接纳表面158粘附到辐条164上来粘附。
尤其参见图18，外部流体递送表面160具有表面能以有助于在外部流体递送表面160上形成水的小滴。图18示意地示出了小滴166的形成。当液体累积在外部流体递送表面160的表面边界处从而产生悬挂着的悬垂滴168时，小滴166可形成。悬垂滴168粘着(例如，暂时地)到外部流体递送表面160上直到其尺寸(例如，质量)克服了所述表面能。在一些实施方案中，网状组件162的构件170变成了聚集位点，其有助于聚集悬垂滴168从而略微控制至少一些悬垂滴168的形成位置。然后小滴166在重力的作用下落下直到其到达过滤过的流体的贮存器18的底部或上升的过滤过的水的水线，如上所述。
参见图19和20，雨滴效应递送系统172一般包括递送组件174(在该情况下由塑料或任何其他合适的材料形成)，所述递送组件可通过任何合适的方式连接到倾倒托盘。递送组件174包括内部流体接纳表面176和与内部流体接纳表面176相对的外部流体递送表面178。内部流体接纳表面176和外部流体递送表面178可具有任何合适的轮廓或形状，诸如平面的(例如，在水平面中)或所述内表面和外表面中的一个或两者均可具有某种曲率。
如图19最佳所示，递送组件174包括许多定位在递送组件174的外周边附近的周边开口180、和向内侧延伸的狭槽182a和182b，所述狭槽从周边向内侧(例如，在径向上)朝递送组件174的中心延伸。周边开口180被示出为具有最短长度，狭槽182a被示出为长于周边开口180，并且狭槽182b被示出为具有大于狭槽182a和开口180的长度的长度。在其他实施方案中，开口180可定位在其他且非周边位置。
尤其参见图20，外部流体递送表面178具有表面能以有助于当水穿过开口180和狭槽182时在外部流体递送表面178上形成水的小滴。图20示意地示出了小滴184的形成。当液体累积在外部流体递送表面178的表面边界处从而产生悬挂着的悬垂滴186时，小滴184可形成。悬垂滴186粘着(例如，暂时地)到外部流体递送表面178上直到其尺寸(例如，质量)克服了所述表面能。然后小滴184在重力的作用下落下直到其到达过滤过的流体的贮存器18的底部或上升的过滤过的水的水线，如上所述。
参见图21，另一个示例性流体处理装置200被示出为重力自流进料的滤水卡拉夫瓶，其包括上部202、下部204和中间部206。下部204包括由贮存器外壳210形成的过滤过的流体的贮存器208，并且上部202包括倾倒托盘212。可提供倾倒喷管214以用于引导来自过滤过的流体的贮存器208的过滤过的流体。封盖216可用来覆盖倾倒托盘212并防止从流体处理装置200非预期地溢出。
中间部206定位在上部202和下部204之间。一般由元件218指示的小滴形成流体过滤系统被布置在中间部206处并且包括图19的雨滴效应递送系统172。当流体以类似于上述方式的方式从倾倒托盘穿过并进入到贮存器外壳210中时，小滴形成流体过滤系统218过滤放置在倾倒托盘212内的流体并且形成单个过滤过的流体的小滴。
应当注意，在本文中未使用类似“优选地”、“一般”、“通常”和“典型地”的术语来限制受权利要求书保护的实施方案的范围或暗示某些特征对于所述结构或功能是关键、必需或甚至重要的。更确切地讲，这些术语仅旨在突出可或可不用于特定实施方案中的可供选择的特征或附加特征。
为了描述和限定所述各种实施方案，另外还应当注意，本文使用术语“基本上”来表示可表征任何定量的比较、值、测量、或其他表示的固有的不确定度。本文还使用术语“基本上”来表示定量表示可不同于所述参考值而不造成在讨论中受试主体的基本功能有变化的程度。
本发明详述中引用的所有文件的相关部分均以引用方式并入本文：任何文件的引用均不应当被解释为承认其是现有技术。当该书面文件中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何任何含义或定义矛盾时，应当服从在该书面文件中赋予该术语的含义或定义。
尽管已说明和描述了具体实施方案，但对于本领域的技术人员来讲显而易见的是，在不脱离本发明的实质和保护范围的情况下，可作出各种其他的变化和修改。因此，所附权利要求旨在涵盖处于本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (12)

1.一种流体处理装置，所述装置包括：
外壳，所述外壳具有包括用于接纳未过滤的流体的上贮存器的上部、包括用于接纳过滤过的流体的下贮存器的下部、和包括小滴形成流体过滤系统的中间部，和
过滤介质，所述过滤介质被构造成过滤来自所述上贮存器的未过滤的流体;
其中所述小滴形成流体过滤系统包括接纳来自所述上贮存器的流体的雨滴效应递送系统，所述雨滴效应递送系统具有流体递送表面，所述表面被构造成用于在所述流体递送表面的一个区域上形成单个流体小滴,所述雨滴效应递送系统具有接纳来自所述过滤介质的过滤过的流体的流体接纳表面，所述雨滴效应递送系统包括从所述流体接纳表面延伸至所述流体递送表面的通道，过滤过的流体从所述流体接纳表面行进穿过所述通道到达所述流体递送表面；
其中所述流体递送表面具有20达因/厘米至70达因/厘米的表面能使得穿过所述通道中的多个通道流动的过滤过的流体形成悬垂滴，所述悬垂滴粘着到所述流体递送表面上。
2.如权利要求1所述的流体处理装置，其中所述流体递送表面形成单个流体小滴，所述小滴在所述流体递送表面的所述区域上限定至少6个不同的滴点，在所述流体递送表面的区域处所述小滴从所述流体递送表面落下，其中所述雨滴效应递送系统被构造成以9个小滴/秒或更大的速率提供小滴，并且被构造成提供介于2000个和25000个之间的流体小滴/升流体。
3.如权利要求2所述的流体处理装置，其中所述雨滴效应递送系统被构造成以介于9个小滴/秒至200个小滴/秒之间的速率提供小滴。
4.如权利要求1所述的流体处理装置，其中所述流体递送表面具有表面能，所述表面能被选择以用于在所述流体递送表面的一个区域上形成单个流体小滴，其中所述流体递送表面的所述表面能小于在过滤操作期间接触所述流体递送表面的流体的表面张力。
5.如权利要求1所述的流体处理装置，其中所述小滴形成流体过滤系统呈滤筒形式。
6.如权利要求1所述的流体处理装置，其中所述流体递送表面与所述外壳的底部间隔开一定距离，所述距离为所述外壳的总高度的至少30%。
7.如权利要求1所述的流体处理装置，其中所述小滴形成流体过滤系统被构造成提供穿过所述小滴形成流体过滤系统的介于85mL/min和600mL/min之间的流量。
8.一种使用流体处理装置来提供过滤过的流体的方法，所述方法包括：
用未过滤的流体填充所述流体处理装置的上贮存器；
使用过滤介质来过滤所述未过滤的流体从而提供过滤过的流体：以及
使用雨滴效应递送系统来形成单个过滤过的流体小滴，所述雨滴效应递送系统接纳来自所述过滤介质的过滤过的流体，所述雨滴效应递送系统包括从所述流体接纳表面延伸至所述流体递送表面的通道，过滤过的流体从所述流体接纳表面行进穿过所述通道到达所述流体递送表面；其中所述流体递送表面具有20达因/厘米至70达因/厘米的表面能使得穿过所述通道中的多个通道流动的过滤过的流体形成悬垂滴，所述悬垂滴粘着到所述流体递送表面上。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述流体递送表面的表面能为20达因/厘米至70达因/厘米，并且其中所述流体递送表面的所述表面能小于接触所述流体递送表面的所述过滤过的流体的表面张力。
10.如权利要求8所述的方法，其中形成所述单个过滤过的流体小滴的步骤包括以9个小滴/秒或更大的速率提供小滴；其中形成所述单个过滤过的流体小滴的步骤包括形成所述过滤过的流体的悬垂滴，所述悬垂滴在过滤期间粘着到所述流体递送表面上，其中形成所述单个过滤过的流体小滴的步骤包括提供介于2000个和25000个之间的流体小滴/升流体。
11.如权利要求10所述的方法，其中形成所述单个过滤过的流体小滴的步骤包括以介于9个小滴/秒至56个小滴/秒之间的速率提供小滴。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述过滤介质被构造成提供穿过所述过滤介质的介于85mL/min和600mL/min之间的流量。
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