CN107106985A - 便携式液体过滤装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式液体过滤装置，包括：进口；过滤部分，该过滤部分包括过滤介质，并与进口流体联接；过滤后液体输出口，该过滤后液体输出口与过滤部分流体联接；冲洗口，该冲洗口与过滤部分流体联接；以及手动致动泵组件，该手动致动泵组件与进口、过滤部分、输出口和冲洗口流体联接。该泵组件构造成在被致动时在进口处产生负流体压力以及在输出口和冲洗口处产生正流体压力。作为泵组件的致动结果，过滤部分从进口接收未过滤的液体，输出口从过滤部分仅接收沿第一方向经过过滤介质的液体，且冲洗口从过滤部分接收沿与第一方向不同的第二方向经过过滤介质的液体。

Description

便携式液体过滤装置

优先权要求

本专利申请要求2014年11月24日提交的美国临时专利申请No.62/083877的优先权，该文献整体被本文参引。

背景技术

众所周知，在剧烈活动的过程中需要容易获得流体供给以防止脱水。当发生脱水时，身体中水分的水平低于正常身体功能所需的水平。慢性脱水可能导致短期和长期的健康问题，包括肾损害。为了防止脱水，必须以规则间隔足够频繁地喝水，以便代替通过排出，排汗和呼吸而失去的水。

在偏远地区进行活动(如徒步旅行、露营、攀爬和背包旅行)时，有效保持水分的一个挑战是很难获得用于保持合适水分的一定容积饮用水。在进行这些活动时，用于保持适当水分所需的水的净重对于个人携带非常麻烦。同样，军事人员也很难补充由前线部署的战斗人员消耗的饮用水，所述战斗人员已经从常规供给线有效排除。

因此，非常需要从在偏远地区遇到的天然淡水源(例如河流、小溪、溪流、湖泊和池塘)中喝水，以便避免脱水。不过，淡水源不能自然地假定为可饮用，因为这些水中的大部分包含微生物，不适合人类饮用。这是因为这些源可能包含大量的有害微生物病原体。已知这些微生物病原体(例如病毒、细菌和原生动物)的摄取将明显导致腹泻疾病。因此，为了在这些偏远地区中有效保持水分，必须利用个人过滤装置来处理水，以便除去这些微生物病原体。

在偏远地区使用个人过滤装置处理水能够非常有效地降低人的水传播疾病的风险，该人除了从天然淡水源来补充他们的流体之外没有其它选择。这些个人过滤装置包括多种水净化介质，这些水净化介质利用物理屏障(即尺寸排斥)方法来除去微生物病原体，并包括活性炭阻挡膜、陶瓷膜、玻璃纤维膜以及聚合物平板和空心纤维膜。具有物理屏障的个人过滤装置优于基于卤素的消毒剂用于处理未知水质的淡水源。化学消毒剂不能在没有较长留滞时间(4小时或更长时间)的情况下除去耐卤原生动物(例如隐孢子虫)，较长留滞时间可能使用户在等待水变得能够安全饮用时有脱水风险。而且，这些化学消毒剂的有效性高度依赖于来自天然有机物质的有机碳浓度以及地表水温度。另外，基于卤素的消毒剂降低了被处理水的可口性(影响口味和气味)，这已经表示将减少用户摄入的水量。最后，与化学消毒剂不同，使用物理屏障将从正被处理的淡水源中除去任何悬浮固体和胶体颗粒。

用于个人过滤装置的典型布置方式是这样：包含尺寸排除膜的滤筒与体积位移类型的手动泵串联。能够使用任何数量的不同泵送机构用于将流体从污染的水源输送至滤筒。例如，可运动活塞或柱塞泵能够包含在个人过滤装置的壳体中，以便提供手持泵送机构。在美国专利号5330640、6010626、8147685、8281937、8557115和美国专利申请No.2010/0170834中公开了用于在偏远地区通过手动泵来净化水的个人过滤装置。

现有技术教导了使用手动泵装置，该手动泵装置与各种经过验证的水过滤介质，包括陶瓷膜、玻璃纤维膜、聚合物平板和空心纤维膜联接。现有技术还指出，这种配置的个人过滤装置应该以死端过滤模式操作。当使用死端过滤技术时，所有流体通过膜，且大于膜的孔径的所有颗粒被阻止在它的表面处。这意味着捕获的碎屑开始在膜的表面上积累“滤饼”，该“滤饼”降低了过滤处理的效率。当这些装置长时间使用以处理具有高浓度悬浮固体和/或天然有机物质的淡水源时，将发现个人过滤装置的效率降低。反冲洗过滤器(通过流动反向流过膜来除去捕获在过滤器壳体内部的碎屑)能够通过除去滤饼来帮助清除过滤器的堵塞。

现有技术的手动泵型的个人过滤装置的一个明显缺点是在用于处理淡水源之后不能容易地清洁它们的膜表面，这使得快速堵塞膜表面。现有技术教导了必须手动重新配置个人过滤装置，以便启动清洁步骤来除去滤饼。现有技术中提到的实例包括用户在现场拆卸滤筒以便暴露堵塞的膜表面，或者改变/反向流动止回阀的方向，以便启动反冲洗程序。另外，为了清洁膜表面，通常需要携带专用工具。例如，清洁陶瓷过滤器通常通过使用擦洗垫来手动摩擦陶瓷膜的表面而实现。而且，用户必须只能使用已知的饮用水来小心地进行该清洁步骤，以避免滤筒的干净侧(下游)被任何微生物病原体污染。

现有技术指示了半透性空心纤维膜是用于除去微生物病原体的有效物理屏障，因为它们提供了非常高的、每单位体积滤筒的膜表面。因此，与当滤筒由用于构造个人过滤装置的其它类型物理阻挡材料来制造时相比，使用空心纤维膜使得个人过滤装置能够在用于相同的水生产量时具有更轻和更紧凑(尺寸效率)的设计。

当与陶瓷膜相比时，使用空心纤维膜的一个关键性能限制是很难从膜表面完全除去滤饼。陶瓷膜设计成使用机械摩擦的方法进行清洁，该方法从膜表面完全除去滤饼，但是这种清洁程序不能复制在更脆弱的空心纤维膜上。这意味着具有空心纤维筒的个人过滤装置只能够通过改变通过流滤筒的流动路径来进行清洁。而且，并不总是能够视觉检查空心纤维膜的状况以便确定滤饼沉积在膜表面上的程度。因此，清洁步骤可能会在这样的时间点启动，其中，反向冲洗处理可能只部分有效地恢复滤筒的水生产能力(由于滤饼的严重积累)。这个问题能够通过增加空心纤维滤筒的尺寸来解决，以便将滤饼扩展在更大的膜表面积上，但这将在使得过滤器尺寸小和紧凑方面付出代价。

附图说明

包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明实施例的原理。附图中：

图1是根据本发明实施例的个人过滤装置的泵组件实施例的透视图。

图2是图1所示的实施例的泵组件的侧视图。

图3是图1所示的实施例的泵组件的俯视图。

图4是图1所示的实施例的侧剖视图。

图5是图1所示的装置实施例的泵头部组件的剖视图。

图6是图1所示的实施例的滤筒和分流端盖的剖视图。

图7是图1所示的实施例的滤筒和分流端盖的放大、局部剖视图。

图8是图1所示的实施例的冲洗阀和流量调节阀的侧视图。

图9是图1所示的实施例的冲洗阀和流量调节阀的剖视图。

图10是在图1所示的实施例的泵头部组件内的冲洗流体路径的剖视图。

图11表示了可与图1所示的实施例的泵头部组件联接的预过滤器和双管腔软管组件。

具体实施方式

考虑到在现有技术中所述的方法和过滤器组件的上述缺点和限制，非常希望提供一种紧凑的个人过滤装置，该个人过滤装置使得人机工程的手动泵机构与空心纤维滤筒整合，只需较小的努力就能减少对该装置的水生产有不利影响的滤饼形成。还希望这种个人过滤装置提供了用于使得滤筒能够在现场清洁的机构，而不必手动重新配置或拆卸滤筒，同时还防止滤筒的干净侧可能在清洁过程受到微生物污染。

本发明的实施例提供了一种个人过滤装置，它使得手动泵机构与空心纤维滤筒整合，用于选择地除去污染物以便产生饮用水，它基本上解决了现有技术的一个或多个缺点和限制。特别是，本发明的个人过滤系统能够以这样一种方法来处理微生物污染的饮用水，该方法消除了手动改变装置或拆卸装置以启动反冲洗或其它清洁步骤(以便除去沉积在膜表面上的滤饼)的任何需要。实施例包括具有自清洁能力的滤筒，以便连续地除去在空心纤维膜的表面上积累的任何被捕获碎屑。换句话说，用户不需要为了周期性地对空心纤维膜进行反冲洗而中断过滤处理，原因是该装置在生产过滤水的同时除去堵塞/结垢材料。

本发明的装置实施例包括个人过滤装置，该个人过滤装置有空心纤维滤筒，该空心纤维滤筒专门设计成通过使用连续交叉流过滤技术而固有地自清洁。在交叉流过滤中，流体供给流与空心纤维膜相切地行进，从而在膜上形成压力差。因此，与现有技术相比(在现有技术中，滤筒只有进口和出口)，本发明中介绍的个人过滤装置通过将由空心纤维滤筒处理的进入流体流分成两个分开的流体流而生产饮用水，这两个分开流体流连续地离开过滤器壳体。换句话说，滤筒包括用于接收空心纤维膜的腔室和三个流体导管：用于接收未过滤流体的进口，用于分配过滤后流体的出口以及排出冲洗流体的冲洗口，该冲洗流体包含没有渗透穿过空心纤维膜的颗粒物质。

空心纤维膜束通过硬化树脂而被支撑和密封在过滤器壳体内的指定腔室内部。空心纤维膜的两个封装端都开口，以使得流体能够在滤筒的被支撑开口端之一处进入空心纤维的孔(管腔)，然后，在通过空心纤维的被支撑开口端中的另一个离开滤筒之前穿过空心纤维膜的整个长度。在这种流动构造中，从泵头部通过进口进入滤筒的污染流体均匀地分散至大量开口端中，所述开口端包括空心纤维束的上游侧。然后，污染的流体沿着空心纤维膜的长度朝向另一开口端流动，且只有当流过膜壁到达空心纤维膜的外壳侧(外部)时才被过滤。收集在空心纤维膜的外壳侧的处理后水通过位于个人过滤装置的基部处的出口而离开滤筒。

这种内-外流动构造的结果是每个空心纤维膜的管腔都将最终由形成的滤饼堵塞。不过，通过使得空心纤维的两端开口，通常导致形成滤饼的碎屑实际上能够在滤筒的下游端离开空心纤维膜的孔。因此，实施例的滤筒设计基于使用从泵头部输送至空心纤维滤筒的进入流体流的一小部分来经过(traverse)空心纤维膜的整个长度，以便除去存在于空心纤维膜表面的任何碎屑，并携带这些颗粒离开膜表面至冲洗口。滤筒的这种连续自清洁不需要为了移除/除去形成于空心纤维管腔内的滤饼而周期性地反冲洗膜。

通过冲洗口而离开滤筒的进入流体流的量由安装在冲洗口中的节流孔来控制。冲洗口优选是布置在与离开空心纤维膜滤筒的过滤后流体距离足够远处，以避免装置的过滤后流体侧的任何污染。在一个实施例中，冲洗口可以定位成靠近用于未过滤流体进入泵头部的进口。来自滤筒的冲洗流体通过足够远离个人过滤装置的柔性管来排出，以防止用户在操作个人过滤装置时被冲洗流体飞溅到，或者使他/她的脚或个人物品变湿。一种这样的方法包括使得冲洗流体返回至正在由该个人过滤装置过滤的淡水源。

通过冲洗口离开的流体也用作除去夹带在滤筒内部的空气的方便途径。当滤筒已经排干水或溶解气体时，空气可以以存在于未处理水中的气泡的形式进入滤筒，然后，它能够随着时间推移而与其它气泡聚结而形成较大气泡，该较大气泡很难从过滤器壳体除去。用于水净化的空心纤维膜是亲水性，以便能够有效地输送水通过膜。膜的亲水性意味着当膜壁润湿时空气不能或很少能穿过该膜壁。因此，夹带空气的囊能够形成于膜表面上，并阻碍水流过膜。尽管能够通过将多个憎水性空心纤维膜放置在设计用于死端过滤的过滤器壳体中来克服这个问题，但是滤筒的这种特征提供了一种简单和有成本效益的方法来通过冲洗口排出这些空气。

在本发明的实施例中，可以使用包含环状纤维的滤筒。纤维是环状的，可以只在盒的一端处封装。被污染的流体流可以在环状纤维的外部进入筒体。处理后的水可以在封装端处在环状纤维的孔处收集。该实施例可能需要在滤筒中的第二端口，该第二端口开口通向在纤维束外部的污染流体。如上述实施例中所述，进入的流体流的一部分将往回移出滤筒外，从而带走积累的碎屑。这种冲洗机构也许不是很有效，但是可以提供一定量的筒清洁。

在本发明的实施例中，个人过滤装置包括固有的泄压功能。在该实施例中，个人过滤装置的特征在于泄压阀嵌入滤筒的冲洗口中。该特征设计成防止任何有效过滤部件暴露于可能损害其机械完整性的、超过预定值的增压流体。在个人过滤装置的正常操作过程中，冲洗流体的流量保持恒定。不过，一旦流体压力由于空心纤维膜的堵塞而在过滤器中超过预定水平，泄压阀就临时增加通过冲洗口排出的增压流体的体积。只有当操作压力下降至低于该预定水平时，才恢复在空心纤维膜筒内的正常流量分布。使用有这种性质的泄压阀也简化了装置的结构，因为它不需要单独的流体旁通回路。

在本发明的实施例中，流量调节阀用于保持每个泵冲程的恒定过滤后水输出。超过滤筒的使用寿命，空心纤维将开始积累颗粒，尽管流体冲洗机制将大部分滤饼输送至冲洗口外。当空心纤维积累颗粒时，纤维的内部压力将增加。如果不调节，则冲洗流体的流量将随着纤维中压力的增加而增加。这又将减少过滤后水的流量。当内部压力增加时，用户可能在每个泵冲程中产生越来越少的过滤后水，并最终将不会收集到过滤后的水。

为了保持过滤后水的流量相对于泵冲程恒定，流量调节阀位于冲洗流中。阀基于空心纤维中的压力来操作。当纤维中的内部压力增加时，流量调节阀的孔的直径减小。该阀被调适成使得冲洗流的体积总是优选量，例如在进口流的5和10％之间。当内部压力集聚时，用户可能需要更大的力进行泵送，但是每次冲程的过滤后水的输出保持恒定。

在本发明的实施例中，个人过滤装置使用柔性双管腔管在被处理的污染淡水源和泵头部之间提供导管。该特征方便地允许双管腔管的一端直接放置在被过滤的水源中，而不需要用户携带另外的用于输送冲洗流体的柔性管道件。双管腔管的一侧附接在位于泵头部的进口上，而另一侧附接在冲洗口上，以便将用于自清洁空心纤维膜的流体排出至正被净化的淡水源中。

在本发明的实施例中，空心纤维滤筒由超滤膜来制造，该超滤膜已经表明将微生物污染的水中的病毒、细菌和原生动物的浓度降低至满足水质要求的水平，该水质要求在美国环境保护局(EPA)、国家卫生基金会(NSF)、国际和世界卫生组织(WHO)的饮用水相关指南中规定。换句话说，该特征使得个人过滤装置能够分类为微生物净化器。不过，当如果被净化的淡水源不需要完全除去病毒，则空心纤维滤筒能够可选地利用满足除去细菌和原生动物的强制性要求的微过滤膜来制造。

在本发明的实施例中，个人过滤装置包括双作用(双重作用)泵机构，以便最大化由空心纤维滤筒产生的饮用水的生产率。泵头部构造成使得当活塞/柱塞的一侧将流体推动通过过滤器以便排出流体时，另一侧将更多的流体引入泵头部中。因此，通过过滤器从泵头部排出流体在进出冲程(即，沿两个方向的排出)中都发生。由于没有空程，因此两冲程都能用于通过过滤器排出流体。这种泵构造提供连续的流体供应，通过空心纤维滤筒的流体流量只有很小波动。利用双作用泵构造的主要优点是能够在不降低微生物安全饮用水的生产速率的情况下减小过滤元件和泵头部的尺寸，从而允许更紧凑的净水器。该特征允许空心纤维筒更小，并提供更舒适的泵送体验，原因是必须由手动泵送运动产生的较低供给压力。

在本发明的实施例中，个人过滤装置的附加特征包括适配器基部，该配器基部允许过滤器与流体容器直接连接，过滤后的水能够排出至流体容器内。个人过滤装置能够与流体储存容器的充装口(例如标准宽颈瓶接口)直接和牢固地联接。流体容器与个人过滤装置的机械连接将防止这些部件在充装过程中的意外脱离。与个人过滤装置的排出端的螺纹型接口被认为是牢固接合装置的一个实例。可选地，附接在个人过滤装置的出口上的一条柔性管能够插入流体储存容器的嘴上。当容器装满时，将管取出，并将容器密封。

在本发明的实施例中，个人过滤装置可以包括预过滤器，以便帮助空心纤维滤筒从污染的水源中除去悬浮固体。预过滤器通常在便携式水过滤装置的现有技术中用于防止损坏泵头部中的活塞/柱塞。预过滤器还防止颗粒进入滤筒，颗粒进入滤筒可能堵塞空心纤维膜的管腔。附接在放置于水源中的入口软管的端部上的预过滤器能够由网、泡沫或织物过滤器或不同材料的组合来制造。

下面将详细介绍本发明的优选实施例，该优选实施例的实例在附图中显示。参考附图，在多个附图中的每个中，相同的标号对应于相同或相似的特征。附图将并不表示其中所示的元件的比例或相对比例。除非另有说明，否则所有部件都优选由塑料或类似的轻质而坚固的材料来制造。

根据实施例的一个方面，在图1-4中显示了根据一个实施例的个人过滤装置1。图1-3显示了个人过滤装置1的外部，而图4显示了装置的剖视图，以便显示滤筒10内部的流体运动。个人过滤装置1可以用于净化可能包含微生物病原体的水或其它流体。特别是，个人过滤装置1较小和重量轻，因此它能够由旅行通过乡村或在国际上旅行的人来使用，例如徒步旅行者、露营者、背包客、登山者和前线部署的战斗人员。

如图1-6中所示，个人过滤装置1构造和设计成使得泵头部组件73提供了用于通过移动杠杆作用手柄3而将要过滤的流体输送至泵体2的装置。要过滤的流体(流入流)通过进口4而进入泵头部组件73，该进口4安装在进口组件8上。进口4能够是任何类型的合适流体连接口。滤筒10容纳在泵体2的腔室内。增压流体通过通道65而离开泵头部组件73，并穿过流入流体空腔(即管道)11至滤筒10。在流体首先已经通过冲洗流体空腔41、冲洗阀或流量调节阀30以及冲洗排出空腔42之后，用于除去水中污染物(该污染物没有渗透通过滤筒10)的冲洗流体通过冲洗口5而排出。冲洗阀或流量调节阀30控制通过滤筒10的冲洗流体的流量，还释放超过预定水平的过滤压力。冲洗口5可以是任何类型的合适的流体连接口。进口4位于冲洗口5附近，这两个端口都由泵头部盖9机械地保护。由滤筒10产生的过滤后流体(流出流)在通过流动分离端盖16之后通过出口18(图6)而排出。需要时，容器能够螺纹连接在流动分离端盖16上，以便收集过滤后的流体。为了防止在装置未使用时污染出口18，流动分离端盖16可以由可拆卸盖6来包封。

下面参考图11，该图11显示了预过滤器和双管腔软管组件。柔性双管腔流体软管70提供在正被过滤的流体和个人过滤装置1之间的流体导管。双管腔软管的流入侧71能够与进口4连接，并用作未过滤流体的导管，该未过滤流体从流体源(例如，流，溪等)中提取。双管腔管的排出侧72与冲洗口5连接，并用作将冲洗流体输送给正被净化的液体的流体源的导管，该冲洗流体用于除去在过滤处理过程中形成于滤筒10内部的堵塞材料。当个人装置1不使用时，流体软管的柔性将方便环绕泵体2缠绕软管。用于制造双管腔流体软管的、市场上可获得的示例材料包括本领域已知的橡胶、硅酮、聚乙烯或其它这样的柔性材料。双管腔流体软管70的流入侧71附接在预过滤器组件80上，该预过滤器组件80包括筛或网，用于防止大尺寸颗粒(例如叶、枝、大块沉积物等)进入流入侧。筛或网可以有亲水性，以便减少空气夹带进入系统。

下面参考图5，该图5显示了泵头部组件73的侧剖图。在所示实施例中，泵头部组件73是双作用(双重作用)泵。当活塞51沿两个方向运动时，流体都通过进口4吸入，并且通过增压流体出口空腔65排出，该增压流体出口空腔65与滤筒10流体连接。双作用泵很有利，因为它将未过滤流体的近似连续流输送给滤筒10。与之相比，被开发用于在偏远地区净化水的大多数个人手动泵操作过滤器利用单作用泵设计。单作用手动泵过滤器的工作原理是，液体只能在当活塞/柱塞从腔室中移出时的出冲程(向上冲程)中进入泵头部，然后在入冲程(向下冲程)中由活塞/柱塞推动通过过滤器。

泵头部组件73包括泵体50、活塞51和活塞杆66。泵体50的、与活塞51相对的端部开口，以便允许活塞杆66的自由运动。活塞端螺母58使活塞杆66能够在泵体50内部前后移动，同时将活塞杆保持在泵体内部的同心位置。活塞端螺母58还将O形环59固定在活塞杆66上，并将O形环60固定在泵体50上，这允许活塞杆66在泵体内部有效地前后运动，而没有容纳在泵头部组件73内的增压流体的任何泄漏。活塞51相对于泵体50的致动由杠杆作用手柄3的运动来产生。杠杆作用手柄在枢轴点7处可枢转地安装于泵头部50。杠杆作用手柄3在枢轴点56和枢轴点55处通过连杆54而可枢转地安装于活塞51。泵头部组件73还包括进口组件8，该进口组件8布置在泵头部组件73中，并包括进口流体空腔61和冲洗排出空腔42。

流体在泵头部组件73内部采取的流动路径取决于活塞51的运动。在向上冲程中(杠杆作用手柄7运动离开泵体50并且在进口4处产生负流体压力)，未过滤的流体通过位于进口组件8上的进口而进入个人过滤装置，并进入进口流体空腔61。在向上冲程过程中，未过滤的流体能够流过伞形阀通道62进入泵进口空腔63，原因是在该空腔内产生的真空压力促使流体将软的伞形阀变形并越过该软的伞形阀53，软的伞形阀53用作正常覆盖该通道的止回阀。来自前面的冲程的剩余在泵出口空腔64中的流体在向上冲程中被增压，这使得活塞杯状密封件52起作用，并在进口空腔63和泵出口空腔64之间产生密封，使得包含在泵出口空腔64内的增压流体不能进入在真空压力下的泵进口空腔63。不过，来自前面的向下冲程的、仍然包含在泵出口空腔64内的流体被迫离开泵头部组件73，并前进通过过滤器流入通道65，以便到达滤筒10。

在向下冲程期间(其中，杠杆作用手柄7朝向泵体2运动)，在泵流体空腔63内部的正压力使得伞形阀53返回至它的关闭位置，这防止包含在泵流体空腔内的任何流体通过伞形阀通道62输送至进口流体空腔61。在向下冲程过程中，伞形阀53用作关闭的止回阀。因为活塞杯状密封件52只沿向上冲程方向起作用，因此在泵流体空腔63中的流体在向下冲程中被增压，这允许流体绕过活塞杯状密封件，并从泵流体空腔63输送至泵出口空腔64。同时，从泵流体空腔63输送至泵出口空腔64的流体体积前进通过过滤器流入通道65，以便到达滤筒10。

有多种可选实施例的泵头部组件能够执行将增压流体输送至滤筒10的预定功能，因此，所示的泵组件73实质上只是示例，而不是限制本发明的范围。输送增压流体的这个任务可以使用简单的“单作用”泵组件来实现，其中，活塞沿一个方向运动通过进口4而将材料吸入泵中，而活塞沿相反方向运动将材料通过出口18来排出。

下面参考图6-7，该图6-7是滤筒10和流动分离端盖16的侧剖剖图。滤筒10设计成通过使用物理屏障机制来除去存在于未过滤流体中的微生物病原体，该滤筒10又包括由多个空心纤维膜12、流入端13和冲洗端28组成的过滤元件。如图所示，半透性空心纤维膜12的束沿着滤筒10的轴线纵向放置。纤维膜12可以在滤筒10的各端部13和28处利用聚氨酯、环氧树脂或本领域已知的其它合适的粘接剂材料来封装。在流入端13和冲洗端28处环绕空心纤维膜12的封装材料可以以例如修剪或切割粘接剂材料的方式来除去，以便暴露空心纤维膜的管腔。

流动分离端盖16包括：过滤器进口空腔，该过滤器进口空腔带有流入空腔11的至少一个L形通道，用于将增压流体径向引导至滤筒10；出口27，用于将过滤后流体分配至流体分离器；过滤后流体通道26，该过滤后流体通道26与出口18连接；流动分离O形环17和23，该流动分离O形环17和23密封抵靠缸部分14，以便物理分离可能存在于端盖内的未过滤流体和过滤后流体；抓持部15，用于方便端盖与泵体2的连接或分离；以及可拆卸盖6，用于防止污染物进入过滤后流体通道。

滤筒10位于泵体2内，具有定向成朝向泵头部组件73的冲洗端28。滤筒10的流入端13的尺寸设置成接收流动分离端盖16，该流动分离端盖16可以安装成可拆卸或永久性附接。冲洗流体空腔41通过滤筒10的冲洗端28与泵头部组件73之间的分离而产生。过滤器流入通道65通过泵体2和滤筒10之间的分离而产生。流动分离端盖16的外螺纹22将滤筒10机械固定在泵体2上。O型环17和23使得行进通过过滤器流入通道65的未过滤流体限制成通过L形通道而只能通向过滤器流入空腔11和流入端13，以便保证过滤后流体能够绕过滤筒10和通过过滤后流体出口18而离开个人过滤装置，而不会被污染。O形环24使得流动分离端盖16密封到泵体2，而O形环25保证在冲洗端28处从滤筒10离开的冲洗流体被导向至布置在泵头部组件73的基部处的冲洗流体空腔41。O形环23保证没有任何行进通过过滤器流入通道65的未过滤流体能够泄漏至过滤后流体环空26中而污染通过出口18分配的过滤后流体。

行进通过过滤器进入通道65的未过滤流体通过布置在流动分离端盖16上的过滤器流入空腔11而进入滤筒10，该过滤器流入空腔11将流体导向至布置在流入端处的、空心纤维膜12的暴露管腔。未过滤的流体行进通过空心纤维膜12的管腔流向滤筒10的冲洗端28。空心纤维膜12的内表面和外表面之间的压力差使得未过滤流体渗透通过半透膜而进入布置在滤筒10内部的流出空腔21。收集在流出空腔21中的过滤后流体通过开口27而离开滤筒10、进入环空26中并且进入流动分离端盖16中，在流动分离端盖中，它随后被导向至出口18。

普通的手动个人过滤装置使用死端过滤操作模式，其中，进入滤筒的所有未过滤流体都渗透通过物理屏障膜并转变成过滤后流体。这种流动构造有问题，因为最终膜表面将由滤饼堵塞，该滤饼由物理屏障从未过滤流体中除去的颗粒物质形成。在个人过滤装置操作过程中的某个阶段，需要启动手动清洁步骤，以便物理除去已经在膜表面上形成的滤饼。实施例以下述方式消除该手动清洁步骤，即，通过使得进入滤筒10的未过滤流体当中的一些经过空心纤维膜12的整个长度，使得这些流体在冲洗端28处通过空心纤维膜的开口管腔而离开滤筒。这种冲洗流体运动减轻了在管腔内部的滤饼形成，原因是冲洗流体将由空心纤维滤出的颗粒物质输送离开膜表面。离开滤筒10的、包含滤出的颗粒物质的冲洗流体在通过冲洗口5从个人过滤装置排出之前经过冲洗流体空腔41、流体出口空腔42和冲洗阀30。通过冲洗口5离开个人过滤装置的未过滤流体部分由冲洗阀30的孔尺寸来控制。

通常用于构成个人过滤装置的、用于除去微生物病原体的空心纤维膜12能够根据它们的孔径尺寸而分类为超滤膜或微滤膜。在本公开的实施例中，空心纤维膜12可以是超滤膜或微滤膜。孔径尺寸小于0.05微米(优选在0.015和0.025微米之间)的超滤空心纤维膜用作能够从微生物污染的水源中除去病毒、细菌和原生动物孢囊的物理屏障。孔径大于0.05微米(优选在0.1至0.3微米之间)的微滤空心纤维膜用作能够从污染水源中除去细菌和原生动物孢囊的物理屏障。不管空心纤维膜的孔径尺寸如何，两种膜都能够生产饮用水，而不会不利地影响处理后水的可口性。示例的、市场上可获得的空心纤维膜由聚砜、聚醚砜、纤维素或其它适用于水净化的材料来构成。空心纤维膜应该有在300和1000微米之间的外径，优选是有在350和500微米之间的外径。空心纤维膜的壁厚应该为在50和200微米之间，优选是在50和100微米之间。

在利用空心纤维膜的普通手动个人过滤装置中，滤筒包括亲水性空心纤维膜和憎水性空心纤维膜的混杂组合。尽管亲水性空心纤维膜适用于过滤流体例如水，但它们不能提供方便的途径来用于除在去滤筒内部的夹带空气。在本发明的实施例中，滤筒10只包括亲水性空心纤维膜12，因为提供了用于从滤筒中除去夹带的空气的可选途径。空心纤维膜12的管腔内部的夹带空气能够由用于自清洁膜的上述冲洗流体来带走(当它经过空心纤维膜的整个长度时)。夹带的空气与冲洗流体一起将在最终通过冲洗口5从个人装置排出之前离开滤筒10进入流体出口空腔42。在操作上，这意味着滤筒10在个人过滤装置能够在现场使用之前不必为了通过首先“放出”捕获的空气除去夹带的空气以确保正确操作而进行起动加注。

在一个实施例中，流动分离端盖16提供了用于使得个人过滤装置1与容器旋转联接的机构，过滤后的流体能够排出至该容器内。具有相应螺纹顶部的容器可以简单地拧入流动分离端盖16的螺纹部分19中。这不需要额外有人来保持容器，且不需要在过滤水时将过滤器直接保持在容器上方。可选地，柔性流体软管能够插入在放置于出口18外部上的倒钩20上，以便排出过滤后流体。

下面参考图8-10，该图8-10是实施例的冲洗阀30的视图，该冲洗阀在个人过滤装置1的正常操作过程中控制离开滤筒10的冲洗流体的体积，并释放积累在滤筒内部的、超过预定水平的压力。这种压力积累通常可能由滤筒10内部的堵塞或某种其它类型的阻塞而引起，这阻止水正常流动通过滤筒。布置在泵头部组件73的基部处的冲洗阀30与冲洗流体空腔41和出口空腔42液压连接。冲洗阀30包括壳体32，该壳体32包含：面密封件31，该面密封件在密封表面38处使得冲洗阀密封到泵体2；节流孔40，该节流孔40限制从流体空腔41进入冲洗阀的流体流动；永久附接的盖33，该盖安装在阀弹簧34上；以及外部阀盖35，该外部阀盖包括卡口保持连接器37，以便将冲洗阀固定在进口组件8上。O形环39在安装表面36上固定在冲洗阀30的周边上，以便密封在冲洗阀和进口组件8之间的空间，且引导流体只能行进通过通道43进入冲洗流体出口空腔42。

在正常操作过程中，阀弹簧34提供预定偏压力，以便在面密封件31和密封表面38之间产生密封。在正常操作下，进入冲洗流体空腔41的所有流体都被增压，以便通过节流孔40。节流孔的几何形状可以构造成使得未过滤流体的从冲洗流体空腔41通过冲洗口5排出的部分为在通过进口4进入的流体的1和30％之间，优选是在5和10％之间。不过，当滤筒10内部的流体压力超过安全的预定水平时，阀弹簧34允许密封件31至少局部与密封表面38脱离，以产生更大和更少限制的流动路径。因此，未过滤流体的通过冲洗口5排出的部分临时增加，以便试图排除滤筒10内的任何障碍物，该障碍物可能阻止流体流过空心纤维膜12。冲洗流体从流体空腔41的运动可以流过节流孔40以及流过可在密封件31和密封表面38之间进入的更少限制的流动路径100，该冲洗流体通过通道43而流向出口空腔42。只有当滤筒10内部的流体压力返回至低于预定水平时，阀弹簧34才使得密封件31与密封表面38完全重新接合，从而使冲洗流体需要只能行进通过节流孔40。

在滤筒10的使用寿命过后，空心纤维膜12可能开始积累颗粒，尽管流体冲洗机制将大部分滤饼输送至冲洗口5外。因此，空腔41中的压力增加，但是仍然可以低于致动泄压阀弹簧34所需的预定水平。空腔41中的压力可以与在空腔44中的压力相同。该压力作用在流量调节阀45的面上。流量调节阀45可以包括弹性体材料，例如橡胶或聚氨酯。当空腔44中的压力增加时，流量调节阀45变形，且节流孔40的直径减小。流量调节阀45可以被调适成使得正常操作范围内的压力导致进口流的5％和10％的优选的流体冲洗旁路体积。

由前面所述可以知道，已经为了说明目的而介绍了本发明的具体实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行多种变化。因此，本发明将只由附加权利要求来限制。

Claims (19)

1.一种便携式液体过滤装置，包括：

进口；

过滤部分，该过滤部分包括过滤介质，并与进口流体联接；

过滤后液体输出口，该过滤后液体输出口与过滤部分流体联接；

冲洗口，该冲洗口与过滤部分流体联接；以及

手动致动泵组件，该手动致动泵组件与进口、过滤部分、输出口和冲洗口流体联接，该泵组件构造成在被致动时在进口处产生负流体压力以及在输出口和冲洗口处产生正流体压力，

其中，作为泵组件的致动结果，过滤部分从进口接收未过滤的液体，输出口从过滤部分只接收沿第一方向经过过滤介质的液体，冲洗口从过滤部分接收沿与第一方向不同的第二方向经过过滤介质的液体。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：流量调节阀，该流量调节阀与过滤部分和冲洗口联接，该流量调节阀控制由冲洗口和输出口接收的相应液体量。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：流量调节阀包括偏压元件，该偏压元件控制由冲洗口和输出口接收的相应液体量。

4.根据权利要求1所述的装置，其中：泵组件包括活塞，在活塞的向上冲程和向下冲程中，该活塞都迫使液体通过过滤部分到达冲洗口和输出口。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：入口软管组件，该软管组件包括在近端处与进口连接的第一管腔、在近端处与冲洗口连接的第二管腔以及在第一和第二管腔的远端处与第一和第二管腔联接的筛。

6.根据权利要求1所述的装置，其中：第一和第二方向基本彼此正交。

7.根据权利要求1所述的装置，其中：

过滤部分具有近端和远端；以及

进口和冲洗口位于近端处。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：输出口位于远端处。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括：第一和第二管道，该第一和第二管道分别使得冲洗口和输出口与过滤部分流体联接。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括：螺纹端盖，该螺纹端盖包围输出口。

11.一种便携式液体过滤装置，包括：

进口；

过滤部分，该过滤部分与进口流体联接，该过滤部分包括具有长度的至少一个可渗透膜；

过滤后液体输出口，该过滤后液体输出口与过滤部分流体联接；

冲洗口，该冲洗口与过滤部分流体联接；以及

手动致动泵组件，该手动致动泵组件与进口、过滤部分、输出口和冲洗口流体联接，该泵组件构造成在被致动时在进口处产生负流体压力以及在输出口和冲洗口处产生正流体压力，

其中，作为泵组件的致动结果，过滤部分从进口接收未过滤的液体，输出口从过滤部分只接收已经透过可渗透膜的液体，冲洗口从过滤部分接收经过可渗透膜的长度的液体。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括：流量调节阀，该流量调节阀与过滤部分和冲洗口联接，该流量调节阀控制由冲洗口和输出口接收的相应液体量。

13.根据权利要求12所述的装置，其中：流量调节阀包括偏压元件，该偏压元件控制由冲洗口和输出口接收的相应液体量。

14.根据权利要求11所述的装置，其中：泵组件包括活塞，在活塞的向上冲程和向下冲程中，该活塞都迫使液体通过过滤部分至冲洗口和输出口。

15.根据权利要求11所述的装置，还包括：入口软管组件，该软管组件包括在近端处与进口联接的第一管腔、在近端处与冲洗口联接的第二管腔以及在第一和第二管腔的远端处与第一和第二管腔联接的筛。

16.根据权利要求11所述的装置，其中：

过滤部分具有近端和远端；以及

进口和冲洗口位于近端处。

17.根据权利要求16所述的装置，其中：输出口位于远端处。

18.根据权利要求11所述的装置，还包括：第一和第二管道，该第一和第二管道分别使得冲洗口和输出口与过滤部分流体联接。

19.根据权利要求11所述的装置，还包括：螺纹端盖，该螺纹端盖包围输出口。