CN1032112A - 水净化等用的筒型过滤器 - Google Patents

Abstract

一种过滤筒装置，它包括装填在上、下过滤垫块 之间的过滤介质，该过滤垫块由非织造的混合纤维疏 松地堆积而成，而纤维的长度较之直径大得多。上述 垫块和过滤介质设置在两端有盖的筒形壳体内，盖上 的孔足以在正常流量下，使液体和气体能自由通过， 同时基本上防止了上、下垫块发生位移。所说的过滤 会质最好是粒度约为20×50目的炭粒，并疏松地装 填在壳体内。上下过滤垫块和过滤介质遍布在滤筒 的整个内径上，而滤筒的直径较之其厚度大得多，以 至在额定流量下的压降很低。

Description

本发明涉及过滤系统，特别涉及一种用于过滤系统的新颖过滤筒（以下简称滤筒），该过滤筒能对可能含有颗粒物的液体提供高效的过滤作用（所说的液体以很低的速度通过过滤筒）。

在今天由技术决定一切的社会中，各种不同的装置和系统均使用过滤器，特别是筒型过滤器。现有的用于净化液体、蒸汽和气体的筒型过滤器真可谓品种繁多。

通常，筒型过滤器具有一些共同的特点，其中包括一种过滤和/或净化介质（孔隙度的大小取决于实际应用），后者被“夹”在多孔盘形构件（此种构件的孔隙度大小亦取决于实际应用）之间。设置在过滤介质相对两侧的上述盘形构件“夹层”，一般系安装在空心壳体内，这种壳体一般呈圆筒形，并设有端盖，每一端盖至少带有一个供流体出入的入口（或出口）孔板，这种端盖一般具有机械支承和保持过滤元件的双重作用。

另一方面，端盖可以具有许多孔，或被打孔，或覆以滤网，而筛孔的目或尺寸与所涉及的流体的过滤应用有关。

在已有技术的另一个具体例子中，它包括筒型过滤器，其中纤维或其他类型的多孔滤料与活性炭一起使用，或者再在活性炭中加入其他水处理和/或净化剂，上述全部材料均置于一个能承受水管道压力（例如通常在私入住宅或公寓房屋中所遇到的压力大小）的刚性壳体内。

通常，上述滤筒被串连在输送待处理水的管子或管道中，或者连接在水管的端部，例如可将过滤筒以可拆除的方式安装在洗涤槽的水龙头末端。

上述类型的过滤器需要较高的水压才能顺利地进行（水压一般为30磅/（英寸²）左右）。由于滤科的密实度（亦即在多孔过滤器中所出现的非常小的，甚至是微孔的间隙）和/或置于在这类过滤器中的炭粒的密实装填。一种用于这类水管道中应用的过滤器系采用由微孔烧结炭粒所组成的“炭块”，以防止胞囊或其他细菌类污染物等通过。

另外，上述类型的过滤器不能对已被活性炭吸附的污染物提供解吸手段。例如，对于一定充填量的活性炭，仅仅极其有限量的三卤代甲烷能被吸附。若超过这一限度，这些物质以及其他有毒的化合物将直接通过过滤器，因而保留在供应用户的水中。

以下将讨论筒型过滤器中所用的典型元件，以及它们的不利之处和缺点。

首先讨论用于普通过滤筒中的多孔盘或多孔垫块，包括纸、布和毡。

薄片状的纸或纸状材料以其极薄的厚度（一般约为0.2毫米至0.4毫米）而出名。

这类薄型滤纸在遇到含有高浓度颗粒物质的流体时，则很快发生堵塞。当流体通过滤纸时，在流体中携带的颗粒物往往会在滤纸的入口表面上集积，而滤纸中这类颗粒物可移入的贯穿距离非常小。因此，大小粒子同样地相互堆积成“滤饼”，在较短的时间内，亦即在比较少量的流体通过过滤器后，所集积的粒子会形成一道不可穿透的屏障，从而必须过早地更换过滤筒。

滤纸因其制造的关系，一般是致密的，孔很细，因此通常用作一种除去细颗粒的满意手段，然而，细颗粒将使滤纸发生早期堵塞，由于它们的有效工作期限短，因此需频繁地进行更换，由此带来冗长而耗时的拆卸、移去旧过滤器、换入新过滤器，以及重新装配。

织物滤料（一般是编织而成）也有上述同样的缺点。

毡（由毛或皮，往往再与其他天然合成纤维混合，并借助于热、水、化学试剂和压力而粘结在一起所形成的一种布）也用来制成多孔盘或多孔垫材料，这种结构的具体例子包括织造的聚酯纤维毡垫和聚酯纤维毡。

实际上，由于原料的物理性能以及某些制造上的局限性，多孔毡盘和多孔毡垫的厚度较之滤纸或织物滤料大得多，一般在0.5毫米至几毫米的范冢ǔＲ悦科椒铰胝薄疤骸钡闹亓浚ò凰荆├幢硎尽＞倮此担湫偷闹亓恳话闶敲科椒铰朐嘉?0-12盎司。

滤料对流体流动的阻力一般与下列因素的关：

（1）滤料的厚度;

（2）滤料纤维的压缩、装填或结合的程度;

（3）所用纤维的直径和性质;

（4）在滤料制备过程中的筛分、化学处理、热处理和压力;

（5）流过过滤器的流体速度及其平均速度。过滤器中任何截面的流体速度是流量和截面积的函数，另外，流体速度亦由引起流体流动的流体压力所控制。

此外，在流体的某一流速下，过滤器发生堵塞所需的时间又与流体内颗粒物的浓度，以及所携带的这些颗粒物的粒径范围及性质有关。

在其他条件都相同的情况下，毡质滤料（与其相应的滤纸一样）能有效地除去细颗粒物，而且抗堵塞的能力大于多孔滤纸，其原因如下：对于一定尺寸（例如表面积）的过滤器，为了获得与滤纸相同的水力和颗粒去除性能，毡质滤料的厚度必须比滤料纸厚得多。与滤纸相比，由于颗粒物在毡质滤料厚度方向的穿透深度较大，因此，在毡质滤料内集积的颗粒物“滤饼”分布在较大的纤维容积内。

在流体压力高的情况下，可用诸如压制碳化硅块和陶瓷材料之类的刚性硬烧结微孔材料代替上述的滤纸和滤垫，以从流体中除去细颗粒物。

这类刚性盘的厚度一般约为0.5毫米至几个毫米。通常需要高压流体才能使应用这类微孔盘元件的过滤器顺利地运行。然而对于依靠在低压头下简单重力流动的这类低压应用之处，则不能使用此种陶瓷型滤盘。

由于微孔滤盘是以上所述的各种类型过滤器中最薄、最硬和最少穿透的过滤器，因此在其他条件均相同的情况下，它最易被流体所携带的颗粒物堵塞。

本发明的特征在于提供这样一种滤筒装置，它能克服普通滤筒的缺点，并至少能满足以下通用工况：

1.液体（一般为水）流过滤筒进行净化，与此同时，滤筒的所有部件均被加热至较高的温度，并维持在这一温度下（在大气压下水的沸腾温度，在海平面上约为212°F），由于其大部分流道系通过滤筒和其内构件，因而就需要该滤筒能耐受这样的温度，并能在该温度下进行有效的过滤;

2.滤筒的入口侧一般是通向大气的，因而能将蒸汽，造成水污染的不希望有气体，以及其他挥发性化学污染物（从水中放出的油，和/或从活性炭，以及碳的内部结构中解吸出来的）向外排出，并提供向该处流动的自由通道，以使这些污染物通过滤筒排至入口侧，并由此处向外排出;

3.在被净化水的额定流量下，滤筒对液体流动的阻力很小，例如压降只有0.25磅/（英寸）²左右，这一数值仅仅是普通串联连接的筒形管道过滤器压降的1%-2%左右，由此可使本发明的滤筒能用于单靠重力及很低的压头而使水流过滤筒及其内构件之处，这样，在压头极低的运行条件下，可获得足够的流量;

4.水流依靠重力，向下流过滤筒及其构件，由此本发明过滤器的入口侧和出口侧均可通向大气，这样可使被净化的水充分地曝气，并使不希望有的蒸汽和气体得以排出;

5.若某一特殊的水净化系统的设计要求水自下至上流过过滤器及其内构件，则在此处所要描述的本发明另一实施例中，入口端（下端）加盖（亦即封闭），并装有一根入口接管，以使入口端与大气隔离。在这种情况下，只需要一台低压机械泵（也可以是热力泵或其他类型的泵），以克服滤筒及其内构件不高的总压头，泵的输出约为0.2-0.3磅/（英寸）²，取决于滤筒的具体结构及通过滤筒的额定流量。

6.在低流量时，滤筒必须能提供优良的过滤效果，这可以通过在滤筒尺寸上的合理设计，以在保持所需的过滤能力下，达到最大的生产能力。

按照本发明设计的滤筒不仅能满足上述指标，而且实事上已超过这些指标。该滤筒的特征在于，它包括一个空心（最好是圆筒形）壳体，在其轴向开口端用多孔端盖覆盖，端盖上孔的大小应合适，使之在正常运行条件下能将其内构件保持在应有的位置上。由非织造的混合纤维所构成的疏松的，基本上不受压的毡垫/或层（由几层这种材料构成上垫块和下垫块）设置在壳体的各端盖附近，其中出口端的下垫块厚度最好大于入口端的垫块厚度，垫块的性质和厚度应能使颗粒物比较容易穿透到垫块的深处，借此可使颗粒物的集积基本上遍布在整个垫块的体积内，大大减少了堵塞现象和对垫块的过早更换，并为挥发性物质的出口和排出提供了基本上无阻碍的通道，而且使滤筒在长期有效的工作期限内，对流体流动的阻力最

过滤介质一般是活性炭，置于上、下垫块之间，其纯度在20-50目的范围内，而且一般还含有少量极细的“粉末”状炭粒    炭疏松地装填在圆筒内，并位于上述的垫块之间。

垫块和过滤介质遍布在壳体内各处，壳体最好高一些，以便在极低流量下使用时，有利于过滤器的生产能力。

因此，本发明的目的是提供一种新颖的过滤器结构，这种过滤器对于（一般）在高温下通过滤筒的流体能提供极高的过滤效率。

本发明的另一目的是提供一种具有下述性能的新颖过滤器结构，亦即对于以极低流量通过滤筒的流体能提供极高的过滤效率。

本发明的又一目的是提供一种新颖的滤筒结构，其中多孔结构能促使和有助于过滤介质的解吸，以及促使颗粒物在过滤元件的几乎全部体积内积聚，从而使流体能畅通地流过过滤筒，避免过早堵塞而引起的过滤器早期更换。

通过阅读所附的说明书及附图，本发明的上述及其他目的将变得更为清楚。

附图说明：

图1至图3和图6是体现了本发明之原理的各种滤筒实施例的剖视图;

图4是图2的滤筒结构的顶视图;

图5是图1中滤筒实施例的顶视图;

图7是图6中滤筒实施例的顶视图;

图8是滤筒的剖面图，用于说明本发明滤筒的运行和优点。

首先参照图1至图5，其中图1至图3是本发明三个不同实施例的剖面图，图4是图2所示滤筒的顶视图，而图5是图1和图3所示滤筒的顶视图。

在图1至图3的各图中，用“A”标记的圆筒的一端构成欲被净化的水的入口;而用“B”标记的另一端构成滤筒的出口。

图1所示的过滤筒的实施例系用于净化装置中，其中入口A和出口B通向大气。例如，本发明可以极其方使地用于申请号为054，571，申请日为1987年5月27日的共同待（审）批的专利申请文件（该专利申请亦转让给本发明的受让人，此处引用仅供参考）中所述的水净化装置中。欲被净化的水靠重力向下流入凹进在过滤筒外壳1内的上盖2，通过盖2上的一系列小孔2a和预定厚度的纤维过滤垫块4后，继续向下流动通过过滤介质6，这种过滤介质可以是诸如活性炭床，或者是与另一种试剂相混合的炭床，所说的另一种试剂，如硅藻土，磨细的石灰石，或者是为解决被净化水的特殊污染问题而专门添加的其他净化剂。活性炭，或者活性炭和添加剂（若用添加剂的话）系疏松地装填在筒体中，因此，借助于重力和集积在凹盖2上水的压力，被净化的水继续向下流动，通过另一个纤维过滤垫块5和底盖3的小孔3a，穿过小孔3a的水成滴流状，构成出口端B。

按照本发明中净化被污染的饮用水的方法，收集水滴，然后通过热力泵或其他的泵送手段等，将其从出口端重新送回入口端A，在净化过程完成前，需将上述过程循环几次，在过滤运行期间，被处理水的温度升高至水的沸点温度。上述共同待批专利申请（申请号为054，571，申请日为1987年5月27日）中对实施该法的具体操作和装置作了更为详细的描述。

图2所示的本发明之实施例，其所起的作用类似于通过图1实施例所获得的效果，但在滤筒中另行设有中心孔道7，管11则延伸通过该孔道。所设的管11系作为从滤筒装置下面输送上来的热水和蒸汽的管道，其安装的位置应合适，以致当被净化的水被泵抽出管11的上端时，又能在其重力作用下，向下流动，或者当水被强迫向上泵送通过管11后，则又转为向下的方向，流向入口区A，然后如上所述那样，通过滤筒及其所有的内部构件（参见图1）。

图4是具有中心孔道7的滤筒顶视图，管11通过孔道7，向上输送热水和蒸汽，最终下落在顶盖2上。

图3表示本发明的又一个实施例，其中入口A端和出口B端与图1和图2中所示的布置相反。液体通过管道8引入，最初在封闭的底12和板3a之间的区域积聚，并继续增加，以至液面上升通过孔3a和板3，再依次通过垫块5、活性炭6、垫块4、板2中的孔2a，最终超过壳体1的盖9，此处，液体溢流过盖，沿着壳体1的边向下流入一只容器中予以收集，所收集的液体一般系供再加热，并通过热力泵或机械泵等，经由管道8再送回滤筒中。以上这种类型的实施例亦在前述的共同待批专利申请（申请号为054，571，申请日为1987年5月27日）中作了详细描述（此处引用，仅供参考）。以上所述滤筒的构件将在下面作更为详细的描述。

过滤垫块4和5是松软（flossy）层，与普通的设计相比，由于它们的结构和尺寸特点，特别是从获得的操作特性曲线的观点来看，这种垫块具有鲜明的新颖和独特的结构。

本文所用的絮棉（floss）系定义为一种松散的纤维材料，或者也可称之为（纤维型）毛垫块，其中“毛”（亦即纤维毛、塑料毛和钢丝棉等）是一种非织造的纤维丝团，也可以是动物毛或其他的天然纤维和/或大量的合成纤维（如塑料纤维）。

本发明中所用的垫块或层较之普通垫块厚、且软得多，而且必定更为疏松，因此，比起该领域中已知的硬质烧结石、薄纸盘和毡盘来说，则更易被颗粒物穿透。

因此，若与前述同类型的普通材料相比，在其他条件下均相同时，本发明的松软层因其物理状态的不同而产生了完全意想不到的效果，由此，本发明的松软层提供了一种具有下述性能的过滤元件，即：

在过滤器的长期有效使用期限内，最不易堵塞，且对流动的阻力最小。纤维的疏松布置对流体流动的阻力非常小，而且由于过滤过程中所用的流体流动的有限压力，因而不会导致位移、变形或断裂现象。

在以下描述的实施例中，将可参照低水压、液体（亦即被净化的水）重力流动的具体应用。虽然以下结合出的例子是描述水的过滤，但应明白，本发明可适用于各种各样的流体应用，亦即适用于液体、气体和蒸汽（单独或混合状态下）的过滤。

图6和图7表示一个典型的过滤筒装置，它包括上松软层21和下松软层22，上、下松软层结构相同，均为聚酯纤维棉或聚酯毛的形式，由波形混合纤维构成。在较佳的实施例中，下垫块22的厚度大于上垫块21。然而，根据具体的液体应用（有效压力）和由液体所携带的悬浮颗粒物浓度，厚度的大小可在一定的范围内变动，若有需要，可使上、下层的厚度大致相同，这对滤筒的操作特性并无大的显著影响。

实验室和现场试验所用的絮棉垫块由聚酯纤维制成，直径在某一范围内，平均值在0.0005至0.0007英寸（约10微米）之间，每根纤维的长度远大于其直径，其长度在一定范围内，最好为0.25-3.0英寸左右，絮棉垫块一般是由长度和直径均在上、下限之间的纤维所组成的混合物。

所用的纤维材料一般由制造厂家提供，系成疏松卷裹的未压实的“毡垫”形式，其未经压缩的厚度约为20毫米。

以上所述的这种类型的压紧的松软层的比重约为0.00066克/立方厘米。压紧成毡垫的这类材料相当于每平方码约重2盎司的毡。

图5所示实施例的组装方式如下：

圆形下垫块（或层）22由4层聚酯棉毡组成，因而完全填满了圆形端盖25的内径。然后将圆筒形壳体24的下端压入下盖25中，并用力装紧，以使凸缘23将絮棉垫22的边缘部分压紧在盖25的内表面和圆筒壳体24的外表面之间，基本上防止了水或任何其他液体从盖25、壳体24和垫块22的边缘部分所形成的密封处泄漏。如果盖25和筒体24均由聚丙烯制成，则可通过热点焊或其他方式，使盖25与圆筒24进行密封。

然后将较细粒径的炭粒（例如20×50目，包括含量为百分之几的极细碳粒，称之为粉末）疏松地装填在过滤垫块22之上的筒体24中，由此使过滤介质达到某一高度，相当于将筒体24充填至其容积的85%（如图6所示）。应当指出，在炭的重量所产生的压力下，聚酯棉垫块22被压缩至其原来厚度的一半左右，亦即其厚度以未压缩时的7或8厘米左右的原始厚度减少至4厘米左右。

滤筒装置的上部用三层剪切成圆盘形的聚酯棉材料所构成的垫块（或层）密封，该垫块基本上占据了上端盖26的内径，然后将上端盖26推入筒体24上端的凸缘23，并予以密封（安装方式基本上与以上所述的将端盖25和垫块22安装在筒体24下端所用的方法相同）。此处所用的“筒形”定义为基本上是有规则的任何截面形状，如方形、长方形、椭圆形成或任何多边形（如五边形、六边形、八边形等）。

接着，将滤筒安装在水净化装置的合适位置内（参见前述申请号为054，571，申请日为1987年5月27日的专利申请文件）。

在某些液体和水的净化应用中，在滤筒入口端，特别是在端盖26处设置一个整体式漏斗附件27是方便的，以在此处形成不漏液体的密封。

滤筒的重力流动运行如下（例如可参见图6）：

如图中箭头28所示方向流动的水被送入漏斗附件27中，并流动和穿过滤筒中的各种多孔材料，最终如箭头30所示方向流出多孔端盖25。当流量增加，以至超出预定值时，送入漏斗27中的水开始上升，最后充满漏斗，直至水面达到漏斗27的顶边，这一液面高度用H表示，亦即图6中所示的自滤筒装置的底面以上的高度。

参照图8，本发明之过滤器的抗堵塞性能可解释如下：携带颗粒38的流体（液体或气体）F系通过包括多孔入口板26、入口絮棉垫块21、流体处理介质（例如活性炭）31、出口絮棉垫块22和出口多孔板25在内的夹层结构流动。在实验室试验中业已发现，粒经很大的颗粒物32趋向于积聚在上板26上;大粒径颗粒物33趋向于通过上板26中的孔26a，而被捕集在絮棉垫块21的入口表面;中等粒径的颗粒物34向絮棉垫块21中移动一小段距离;小粒径颗粒物35若未被前面的缠结纤维层捕集，则将更进一步移入絮棉垫块中，直至捕集为止;而粒径非常小的颗粒物36将继续通过絮棉垫块21，并被流体F携带，直至捕集在垫块21与净化和过滤介质11之间的界面37上。

应当着重指出，由于各种粒径的颗粒选择性地捕集地厚絮棉垫块的径向不同高度上，因而对欲被除去的颗粒物提供了很大容积的捕集空间。

因此，在其他条件相同的情况下，本发明的大容积絮棉过滤垫块较之按照普通技术制造的过滤器能捕集更多的流体中所携带的颗粒物（以总量计，如重量），因此确保了有效使用期限的相应增加。

而且，由于大颗粒先被除去，絮棉过滤垫块21中较深的层可用来捕集和集识较细的颗粒，因此不存在在单一的薄层上形成颗粒物的“滤并”，以至堵塞过滤器，及由此造成的妨碍流动的现象。

有些很细的颗粒（微米级或亚微米级粒径）将继续移动通过介质21，并被捕集在所提供的较长通道上的某一位置。捕集很细粒子的作用或者几乎全是机械性的（亦即粒子被捕集在纤维的网络中，或者捕集在粒状材料的狭孔中）;或者归因于吸附在诸如活性炭之类过滤介质的亿万个小炭孔中的现象。

实际上，出口絮棉垫块22也相当厚，业已发现，出口端的垫块之所以最好比入口端的厚，其原因如下：

1.似乎大多数流体过滤用的净化试剂（活性炭、矾土、离子交换树脂、砂和其他磨碎或粉碎的物料）一般都含有少量的，但占的相当比例的极细颗粒。

如果没有出口絮棉垫块22，则流过过滤器的流体会带走这些小颗粒，以至实际上这些来自过滤介质31的颗粒会污染出口流体40。因此，厚的出口垫块对捕集这些颗粒是极其有效的。

2.在被过滤和净化的流体中所携带的任蜗缚帕＃粑幢磺懊娴墓瞬悴都蛟诒痪换牧魈遄钪樟鞒雎送睬埃嵊谢岵都谛趺薜婵?2的最后几层中。

参照图6，T代表滤筒装置的厚度或高度。相应地，上絮棉垫块21的厚度约占高度T的20%，过滤介质31的厚度约为T的50%，而下絮棉垫块22的厚度约为T的30%。

多孔端板25和26的厚度并不重要，这些板可由任何合适厚度的穿孔（供流动的孔）材料制成，根据需要，可以是金属筛网或其他类型材料的筛网形式。多孔板25和26的设计准则如下：即由这些多孔端盖所产生的流动的阻力与纤维垫21和22，以及过滤介质31所引起的总阻力相比，应当仅仅是它们的一小部分。端盖25和26使垫块保持在其合适的工作位置上，应当明白，由于流量相当低，而且因垫块易于被流体流动通过，所以垫块不会变形，亦不会穿过入口端或出口端的孔。

过滤装置的直径D取决于具体运用时的流量。若所希望的通过过滤装置的流量（例如水）越大，则所需的过滤面积亦越大。液体流动状态的设计准则是：通过过滤器的流体速度（在给定的例子中为液体）应当仅仅为0.6厘米/秒左右，因此速度是很低的。在以下所给出的例子中，直径D为1.4T。

应当指出，低流速将提高过滤和净化效率，其原因是，在低速下，流体在过滤器中的“停留”时间增加，这样就克服服了因进入滤筒进行过滤和净化的流体的高动能而导致颗粒难以沉积在多孔材料的网络或孔隙中的问题。

通过实验试验，对具有下述尺寸的原型滤筒进行了评价：

H-滤筒与漏斗的总高度，96毫米;

D-筒体的内径，112毫米;

T-筒体内部的轴向长度，70毫米;

t-每一多孔端盖的厚度-3毫米。

滤筒两端盖的外表面之间的距离为3+70+3＝76毫米。直径D既可以是圆筒的直径，也可看作是“筒”截面积的平均直径。

多孔端盖各开有16个孔，每一孔的直径为8毫米，这些孔系均匀和对称地排例在端盖平面上。

在滤筒装置内装填了450厘米³（约重240克）的20×50目的活性炭。

在滤筒封闭时，上絮棉垫块略被压紧，其厚度约为0.2T，此处是14毫米。

在炭重量的作用下，下絮棉垫块被压缩至18毫米（0.25×70＝18毫米）左右。

在使用时的浸湿状态下（特别是用热水和沸水），絮棉垫块的厚度较之其干燥时的厚度减少20%左右。

当漏斗27中水位达到其顶部时，则通过具有上述尺寸的滤筒的水，其最大流量为4升/分（每分钟1加仑左右）。

使水通过过滤器的水力压头相当于高度H，在本例中为96毫米水柱。此高度相当于滤筒两端的压力降，若用另一与此相当的单位表示，则仅为0.14磅/英寸²，事实上，对于约为1加仑/分的流量来说，这一压降数值是非常小的。

过滤器的水流速度平均为0.7厘米/秒，与以上所述的速度设计准则相符。

虽然多孔纸盘或多孔毡盘能设计成在相对地小的压头损失或压降下，通过相同流量的水，但这必须通过增加纸盘或毡盘的孔隙度，才能达到上述目的，以便能使用与以上所述的原型装置相同直径D的过滤垫块。为了保持相同的垫块直径，必须降低过滤器的水力阻力，并增加其孔隙度。但由于要使纸和毡的结构非常薄，且纤维间有大的孔隙，这种结构对于被过滤和净化的水中所携带的小颗粒污染物来说，则完全失去过滤效果。至于烧结陶瓷型盘，实际上不可能将其设计成适合本发明应用的结构。

此外，活性炭或其他粒状试剂事先必须进行严格的分选，以除去细颗粒，其原因是细颗粒能穿过过滤器和下垫块，而作为污染物质进入被过滤和欲被净化的水中，而且这些细颗粒会被水流携带着，与其他“处理过”的水一起通过炭床和薄而多孔的过滤垫块。

综上所述，以上描述的该技术领域中可得到的普通结构过滤器，若使之达到本发明的效果，则必然带来对流体流动的高阻力，或导致细颗粒物穿透，或者由于形成颗粒阻挡层，而造成堵塞现象，凡此种种，说明此种结构的过滤器是不现实的，或实际上根本不能使用。

通过比较可以看出，本发明之滤筒业已证明了它的可靠性，并能令人满意地减少那些引起水的浊度，不希望有的气味，以及令人不快和讨厌的味道。同时由于其在高温下运行，因而能够产生无任何微量生长细菌的水。此外，这种过滤器结构可使许多毒性有机化合物的浓度降低至异常低的水平，并大大降低毒性重金属的浓度。而且，使造成水质变硬的高浓度矿物质也大为减少。

由于上述本发明之过滤器的独特结构及其使用的温度范围（按照本发明的方法，系通过沸腾的热水或蒸汽），挥发性化合物大量地发生解吸，因而使活性炭较之一般封闭在滤筒内的活性炭能自由地吸附更多的高分子量有机物。本发明滤筒结构的开口孔型设计更有助于这些解吸物质排入大气。

过滤器的压降仅为0.25磅/平方英寸左右，此值较之炭管道过滤器的一般压降低得多（亦即仅是其的一个小的分数），而后者在额定生产能力下，压力需达20磅/平方英寸左右，因此其压降约为本发明所遇到的压降的80倍。

在以上揭示中，意味着留有可对本发明进行改变、变化和变换的余地，在某些情况下，将可以使用本发明的一些特点，而并不相应地使用其他特点。为此，所附的权利要求书按照与本文所描述的发明的原理和范围相一致的方式，作一宽范围的解释是恰当的。

Claims (49)

1、一种过滤装置(以下简称装置)，它包括：

(1)一个具有出、入口的壳体；

(2)覆盖所说入口处的第一层松软纤维滤料；

(3)覆盖所说出口处的第二层松软纤维滤料；

(4)活性炭过滤介质，系疏松地置于所说的第一层和第二层滤料之间，所说的过滤介质，以及第一层和第二层滤料的孔隙度可使物质能从炭粒中解吸，并通过所说的第一和第二层滤料自由地逸出而排入大气中。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于它还包括一个容器（holder），用以安装所说的过滤装置，该容器在所说的出、入口处有许多孔，以便于水从中流过，所说孔的流阻较之所说的第一层和第二层滤料的流阻小。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所说的第一层和第二层松软纤维滤料，以及所说炭粒的孔隙度选择的大小应足以有利于水在较低的压降下，从入口处流过过滤装置而到达出口处。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于压力的大小仅仅取决于重力，而使流体流过过滤器的压头系取决于该装置的高度，即由所说的入口和出口之间的距离来度量。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于所说装置的高度不大于20厘米左右。

6、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所说的容器是一只空心的，大致呈筒形的壳体，所的壳体的上、下端分别称为所说的入口和出口。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于所说的入口端和出口端分别包括许多孔。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于所说的孔的直径约为1厘米。

9、根据权利要求6所述的装置，其特征在于它还包括一个空心的管形构件，延伸通过所说的壳体，用于向上输送水，使之通过所说的筒形壳体而到达设置在所说壳体入口处上方的该管形构件的出口孔，使水能离开所说的管形构件，并在重力作用下，降落在所说的入口处，并由此向下穿过过滤装置。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于所说的管形构件延伸通过所说的第一层和第二层滤料，并通过含有所说炭粒的区域。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所说的管形构件基本上位于所说筒形壳体的纵向轴线上。

12、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的第一层和第二层滤料分别包含一层松软的纤维物质，其未压缩时的比重约为0.010克/立方厘米。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于所说的第一层和第二层滤料分别含有至少一层比重如权利要求12所述的物料。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于所说的第二滤层的厚度大于所说的第一滤层的厚度。

15、根据权利要求12所述的装置，其特征在于所说的纤维材料是由拉丝的聚酯纤维构成。

16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于所说的纤维材料的未压缩厚度约为2厘米。

17、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的壳体出口垂直地位于所说的入口上面，所说的壳体包括将水引入所说入口的部件，由此，引入壳体的水充满该过滤装置，随着水上升通过所说的过滤装置，与此同时进行过滤，最终当过滤装置被水充满至发生溢流时，则水通过所说的出口，由此，过滤后的水沿着壳体的侧壁流下。

18、根据权利要求1所述的装置，其特征在于对于通过过滤装置的液流阻力很低，以至压降仅为0.25磅/平方英寸，以确保水能无阻碍地流过，所说的低流阻归因于第一滤层和第二滤层的孔隙度，以及过滤介质在所说壳体内的疏松装填。

19、根据权利要求1所述的装置，其特征在于第一和第二纤维滤层系由未织造的纤维松散地混合而成，在普通串联连接在管道中的筒型过滤器所遇到的压力水平的约为5%以下的压力值下，能提供足够的颗粒物过滤效率，而且滤层不会发生位移和/或断裂。

20、根据权利要求1所述的装置，其特征在于炭粒的低充填密度，及第一和第二纤维滤层的高孔隙度足以在水基本上处于沸点下通过过滤装置时，使活性炭上吸附的污染物能基本上自由地解吸下来，并从所说过滤装置的入口和/或出口逸出。

21、根据权利要求1所述的装置，其特征在于能使颗粒物结团的材料与炭粒相混合。

22、根据权利要求1所述的装置，其特征在于将一种材料与碳粒相混合，以抑制细菌的生长。

23、根据权利要求1所述的装置，其特征在于由硅藻土、石灰石和氧化银所组成的这一组中的至少一种添加剂与炭粒相混合。

24、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说第一滤层和第瞬愕目紫抖茸愎淮螅杷勺疤畹奶剂Ｃ芏茸愎坏停灾略诠似骷偷亩疃髁肯拢苁寡雇沸∮?.5磅/平方英寸左右的水通过过滤装置的孔隙。

25、一种水净化装置，它包括权利要求1所述的过滤装置，以及与之组装在一起的“槽”（Vessel）该槽用以安装设置在该容器底上的所说的过滤装置，并收集通过所说过滤装置及其出口的水;

所说的“槽”有一靠近并位于所说壳体入口上面的口，以使所说的过滤装置散发出的挥发性物质能逸出所说的过滤装置和所说的槽而排入大气。

26、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的壳体呈筒形，高度为T，平均截面尺寸或直径为D，而D的大小为0.5T至2T，或是T数值的好几倍。

27、根据权利要求26所述的装置，其特征在于D＝1.4T。

28、根据权利要求26所述的装置，其特征在于第一和第二过滤垫块的累计高度约为0.5T。

29、根据权利要求26所述的装置，其特征在于所说壳体内的炭粒层高度约为0.5T。

30、根据权利要求26所述的装置，其特征在于封闭壳体的端盖上每一个孔的孔径约为1厘米，且均匀分布在所说的端盖上。

31、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的壳体包括：

（1）一个两端敞口的筒形容器;

（2）一对多孔端盖，每一端盖包含一个法兰（flange），套在所说筒壳相应的端部。

32、根据权利要求31所述的装置，其特征在于所说的第一滤层和第二滤层的边缘部分分别被压紧在所说筒壳的嵌入端和所说的端盖之间，以在此处形成一个不漏流体的密封。

33、根据权利要求31所述的装置，其特征在于所说的端盖和筒壳均由塑料制成。

34、根据权利要求33所述的装置，其特征在于所说的端盖系点焊在筒壳上。

35、根据权利要求33所述的装置，其特征在于所说的塑料是聚丙烯。

36、根据权利要求31所述的装置，其特征在于所说端盖中的一个设有一个整体式漏斗部分，当流过过滤器的液体流量达到过滤器的最大额定流量时，可使液体在与所说漏斗相连接的一个端盖表面上积聚。

37、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的第一滤层和第二滤层分别包括未经压缩的松软层，而该松软层包含未织造的纤维。

38、根据权利要求37所述的装置，其特征在于所说纤维的平均直径约为8-12微米。

39、根据权利要求38所述的装置，其特征在于所说的平均直径最好约为10微米。

40、根据权利要求37所述的装置，其特征在于所说纤维的长度约为0.25-3.0英寸。

41、根据权利要求38所述的装置，其特征在于所说纤维的长度约为0.25-3.0英寸。

42、根据权利要求37所述的装置，其特征在于所说松软层的比重约为0.0005-0.00075克/立方厘米。

43、根据权利要求42所述的装置，其特征在于所说松软层的比重最好约为0.00066克/立方厘米。

44、根据权利要求37所述的装置，其特征在于所说松软层包括成波形的未织造的纤维，后者疏松地分布在所说的层上，以提供非常高的孔隙度，足以使流体中所携带的颗粒物能通过所说的垫块而穿透至所说层的深处，以使颗粒物集聚在所说层的相当大体积内，以防止过滤层过早堵塞。

45、根据权利要求44所述的装置，其特征在于，当通过的流量小于1.0厘米/秒时，所说纤维的大孔隙度和松疏混合基本上维持原状，并足以防止松软层中纤维发生位移。

46、根据权利要求44所述的装置，其特征在于，当流入松软层的液体施加于该层的压降小于1.0磅/平方英寸时，所说纤维的大孔隙度和松散的混合基本上维持原状，并足以防止松软层中纤维发生位移。

47、根据权利要求44所述的装置，其特征在于，当流体施加在所说松软层上的压降约小于1.0磅/平方英寸时，所说纤维的大孔隙度和松散的混合基本上维持原状，并足以防止松软层中纤维发生位移。

48、根据权利要求45所述的装置，其特征在于所说容器端盖上的孔大至足以使其对流体所产生的阻力小于所说的第一和第二滤层，以及所说过滤介质的相应阻力。

49、根据权利要求48所述的装置，其特征在于所说孔的孔径小至足以在流体的流速保持在1.0厘米/秒的情况下，能防止松软的滤层变形或被挤入所说的孔内。

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