CN111655626A - 水过滤系统 - Google Patents

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Abstract

水过滤系统包括容纳原水的原水储存器。该系统还包括重力过滤组件，以在水从原水储存器中穿过时从水中去除颗粒。组件的过滤器包括在外壳内的固定式过滤器介质。

Description

水过滤系统
技术领域
本公开提供了对基于重力的过滤器的描述，该过滤器采用固定式介质，使得随着头部高度的变化，水流对于过滤器表面而言均匀地或几乎均匀地变化。该特征优化了过滤器表面的头部高度，以提供可能最佳的头部高度和均匀性能。
背景技术
商业上可获得的大多数重力过滤器是由颗粒状介质制成或固定在圆柱形过滤器中。基于颗粒的过滤器有许多与之相关的问题。基于颗粒的过滤器很容易导流(水找到一条穿过介质的简单的路径)，如果在外壳内的介质水平不理想，性能/用户体验可能会有所不同。随着颗粒随时间堆积，介质的性能也会发生变化。除了这些缺点外，可用于这种类型的过滤器的介质的尺寸也受到很大限制。颗粒不能太小，否则在用户首次将水倒入装置中时有被冲走的风险。基于颗粒的过滤器的这种颗粒尺寸限制也限制了去除性能，因为从水中去除化学物质通常在动力学上受到限制，并且所使用的颗粒越大，颗粒通常可以从水中去除污染物的速度越慢。
固定式过滤器通过允许过滤器在过滤器中使用较小的颗粒尺寸来消除这种动力学限制，但是典型的重力固定式重力过滤器仅制成圆柱形以匹配当前用于加压过滤器的生产能力。这些过滤器的流动从圆柱体的中心开始到外侧(由内向外)，或者从外侧开始流入中心芯部(由外而内)。这些过滤器通常从重力过滤器系统的顶部储存器中垂下，并且过滤器的顶部受到的压力与底部不同，因此，过滤器本身的性能会根据在过滤器上的位置而变化。最终，下部部段的优先流动导致污染物的过早渗透。
发明内容
本发明公开了一种新型的基于重力的过滤器，其通过确保过滤器表面上的压力随着水的头部高度的变化而均匀地变化来优化性能并最大化流量。这种固定式过滤器允许使用较小的颗粒来增加动力学，最大化过滤器表面上的头部高度，并在水流过过滤器时保持均匀的流速和性能。
本发明涉及从液体例如水中去除污染物的重力过滤器装置。重力过滤器装置可与家庭用水过滤系统一起使用。顶部储存器可以用于存储来自水源的原水。所公开的实施例与已知的重力过滤器装置的不同之处在于，它们不是由容纳在容器中的松散介质制成的。相反，公开了一种固定式过滤器，其用作重力过滤器，可与市场上已知的圆柱形过滤器区分开。
所公开的实施例公开了一种独特的基于重力的过滤器，该过滤器通过确保过滤器表面上的压力随着水的头部高度的变化而均匀地变化来优化性能并最大化流量。固定式过滤器允许使用较小的颗粒来增加动力学，最大化可用于过滤器的表面的头部高度，并在水流过过滤器时保持均匀的流速和性能。
公开了一种水过滤系统。该水过滤系统包括原水储存器。该水过滤系统还包括过滤器，该过滤器提供从原水储存器的通道。过滤器包括固定式过滤介质，使得穿过过滤器的水流随着头部压力的变化而均匀地或几乎均匀地变化。该水流是通过重力实现的，当原水储存器完全装满时，最小总压力大于0.072psi，并且过滤器的总体积大于16立方厘米。
公开了一种用于过滤水的重力过滤组件。重力过滤组件包括外壳。重力过滤组件还包括在外壳内的固定式过滤介质。过滤介质不会在外壳内移动。重力过滤器组件在过滤介质的顶部表面上方形成用于水的头部高度，并为流经过滤介质的水提供大于16立方厘米的总过滤器体积。当顶部储存器装满时，头部总高度大于2英寸。
公开了具有固定式重力过滤介质的过滤器。固定式重力过滤介质布置成使得随着过滤装置中的头部压力变化，施加到过滤器表面的压力大致均匀地变化，水流过该过滤器的过滤器总体积大于16立方厘米，当顶部储存器装满时，通过重力头部压力施加在过滤器表面的总压力大于0.072psi。
一种固定式重力过滤器，其构造成具有等于或大于0.43g/cc的过滤器密度。
可以公开使用水过滤系统、重力过滤组件、过滤器和固定式重力过滤器的方法和相关过程。可以将水倒入顶部储存器。对重力过滤介质的顶部施加均匀的压力。水流过固定式重力过滤器。压力随着过滤介质的上表面上的头部压力变化而变化。通过过滤介质将污染物从水中去除。过滤后的水收集在净水储存器中。
附图说明
当结合附图考虑时，将会更好地理解本发明的各种其他特征和伴随的优点。
图1示出了根据所公开的实施例的水过滤系统的透视图。
图2示出了根据所公开的实施例的水过滤系统的侧视图。
图3示出了根据所公开的实施例的水过滤系统的侧视图，其中过滤器被移动。
图4示出了根据所公开的实施例的另一水过滤系统的侧视图。
图5示出了根据所公开的实施例的过滤器的侧视图。
图6示出了根据所公开的实施例的另一过滤器。
图7示出了根据所公开的实施例的另一过滤器。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的具体实施例。这些实施例的示例在附图中示出。尽管将结合附图描述实施例，但是将理解，以下描述并不旨在将本发明限制于任何一个实施例。相反，以下描述旨在覆盖可以包括在所附权利要求的精神和范围之内的替代、修改和等同形式。阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。
本发明与已知的重力过滤器装置的不同之处在于，其包括附接到原水储存器的底部或端部的固定式过滤器。如今，在水过滤系统中使用的大多数已知的过滤器都将松散的介质保持在圆柱形容器中，这限制了可以去除的污染物。由于可能会导流穿过介质，因此各过滤器之间也缺乏均匀性。“导流”是指水反复沿着一条路径运动。大多数固定式过滤器组件本质上是圆柱形的，水从过滤器的外部径向地流到内部通道。该过程可能会导致其自身的问题，包括使气泡滞留在过滤器内部。此外，圆柱形过滤器的顶部将经受与过滤器底部不同的压力，并且流动不均匀，过滤器利用率不同。圆柱形过滤器底部的过滤介质将比顶部的过滤介质使用更多。
图1描绘了根据所公开的实施例的水过滤系统100的透视图。水过滤系统100可以包括两个部件。原水储存器102从系统外部保持要过滤的水。水从水储存器102流过过滤器104，该过滤器附接到储存器的底部。过滤器104也可以称为重力过滤器组件。通道106可以将储存器的上部连接到过滤器104。在一些实施例中，通道106可以被成形为安装在用于过滤器104的在外壳内的孔口(下面将更详细地描述)中。
图2描绘了根据所公开的实施例的水过滤系统100的侧视图。侧视图示出了原水储存器102中的水1。水1可以具有头部高度2，其是从过滤器104内的过滤介质3的上表面4到完全装满时的水位的高度。水1流经过滤器104进入净水储存器202。净水储存器202以及水过滤系统100的其余部分可以用容器200封闭。因此，水1被放入水过滤系统100中以被过滤，然后可用于饮用或容器200内的其他用途。
过滤器104包括过滤介质3。过滤介质3是固定式过滤介质，因为该介质不是松散的。如图3所示，过滤介质3的移动不会影响过滤介质的形状。当过滤器104移动时，过滤器颗粒不移动。颗粒在过滤器104内不移位(shift)。过滤介质3被包装并固定。因此，过滤器104不会像松散的介质过滤器那样经历导流。导流是指过滤器的一部分较密或具有较高的颗粒水平，并且水优先在过滤器的一部分中流动的情况。过滤器104也没有遭受圆柱形过滤器的陷阱的困扰，其中一部分暴露于水，例如圆柱形过滤器的底部暴露于水，而另一部分则不暴露于水，例如顶部不暴露于水。过滤介质3的密度还促进从水1中去除更多的污染物。
松散的介质允许每当移动过滤器时改变孔径和曲折路径。颗粒可以移动和移位。如果以特定方式移位，则水可以仅流过过滤器中的一个区域或路径，或者至少比基于颗粒的过滤器中的其他区域至少更朝向该区域或路径流动。过滤器104是固定式过滤器。颗粒不移动，并且过滤器的孔结构固定就位。水将按照设计的流动方式流动，并且水无法避免大量的介质。
过滤器104还包括外壳5以封装过滤介质3。外壳5包括与通道106接合以附接到原水储存器102的连接部分6。在一些实施例中，连接部分6可以包括与通道6上的螺纹部分接合以固定到储存器的螺纹部分。在其他实施例中，连接部分6可以装配到通道106。在另外的实施例中，在储存器102中没有通道106直接将上腔室204与过滤器104连接。过滤介质3包括上表面4和下表面7。水1在上表面4进入过滤介质3，在下表面7流出。这些表面也可以称为进入表面4和离开表面7。如图所示，下表面7从净水储存器202的底部偏移。
示出了头部高度2。头部高度可以是距顶部表面4和水1的顶部的高度或距离。较大的头部高度2导致对过滤器104施加更大的压力。例如，在原水储存器102中每英寸的水1可以有0.031psi。随着水的高度增加，过滤器上的压力也会增加，例如当某些东西被放置在水池深处时。头部压力越大，则穿过过滤器104的流动越好。所公开的实施例在更大的头部压力下工作更好。相反，松散的介质过滤器在低头部压力条件下操作更好。
优选地，流过过滤器104的水流是通过重力实现的。因为过滤介质3是固定的，所以流经过滤器104的流动随着头部压力的变化而均匀或几乎均匀地变化。过滤介质3上的头部压力在整个顶部表面4上也保持均匀，这防止了导流。水流垂直于或几乎垂直于过滤器104。优选地，过滤器104和过滤介质3位于水过滤系统100的底部。由于较高的头部高度2，导致较高的头部压力。
在一些实施例中，水流通过重力来促进。水流可示出：在头部高度处附近(by atop height)，最大总水压大于0.072psi。此外，过滤器104的总体积可以大于16立方厘米。优选地，头部高度2大于2英寸。换言之，所公开的实施例在过滤器104内提供了固定式重力过滤介质3，该固定式重力过滤介质布置成使得随着原水储存器102中的头部压力的改变，施加到过滤器表面的压力均匀地或几乎均匀地改变。水1流过过滤器104进入净水储存器202，该净水储存器的总过滤器体积大于16立方厘米，并且通过重力头部压力施加在上表面4上的总压力大于0.072psi。因此，通道106可以比原水储存器102的上腔室204窄，以增加过滤介质3上的头部压力。
因此，公开的实施例试图使水过滤系统100内的头部高度2最大化。如上所述，两英寸以上的头部高度2改善了穿过过滤器的流速。其还使过滤器表面更宽，并减慢了穿过过滤器104的水的线速度或面速度。该特征以较低的线速度提供更好的吸收，因为颗粒分布在较大的区域上，并且接触时间更长。与快速流过过滤器104的水1相比，流速减慢了，因此可以去除污染物。此外，可以从水1中去除更多的污染物。较细的颗粒也可以穿过过滤器104去除。此外，因为由于过滤器104的构造而使压力增加，所以可以使过滤介质3更致密以去除污染物。
可以理解，使用水过滤系统100不需要最小体积。使用所公开的过滤器可以将系统的尺寸从非常小的比例进行缩放，以处理几毫升的尺寸，直至冰箱的尺寸。本文公开的原理仍然适用。过滤器或过滤介质中的优选物品可包括碳、沸石、除铅剂、重金属清除剂、骨炭、金属氢氧化物、金属氧化物、金属碳酸盐和类似物。
图3描绘了水过滤系统100，其中过滤器104已移位，使得其不垂直于来自原水储存器102的水流。图3示出了过滤介质3不在过滤器104中移位。此外，水1仍与上表面4接触以提供上述特征。这使可能滞留在过滤器表面上的空气滚落而不会阻碍流动。倾斜的过滤器允许在过滤器自身上方水位增加时所捕获的任何气泡得以滚落，从而不会造成流速限制。过滤介质3在图3中可以稍微倾斜。例如，移位的角度可以在大约0度至25度之间。更优选地，该角度可以是大约0度至5度。在某些情况下，该角度也可以大于25度。
图4描绘了另一个具有更大头部高度2的水过滤系统100。本质上，通道306比以上公开的通道106长。这提供了更大的头部高度2，继而导致更大的重力水压。通道306(或106)可配置为具有2英寸的最小头部高度，使得水流开始穿过过滤器104。
图4所示的水过滤系统的流速可能会因其它更大的头部高度2而增加。水的更大高度增加了过滤器104上的头部高度。因此，通过使用不同的通道长度，可以改变穿过过滤器104以及在水过滤系统100内的流动。更快的流速还可以减少过滤用水的时间。
图5描绘了根据所公开的实施例的过滤器104的侧视图。图5中的过滤器104从原水储存器102上卸下。过滤器104包括在外壳5内的过滤介质3。外壳5可以由诸如塑料、金属、玻璃和类似物的材料制成。如图所示，过滤介质3装配在外壳5内。连接部分6从外壳5向上延伸，并包括一个或多个突出部304。诸如但不限于“O”或“X”形环304的密封机构可以装配到过滤器104上，以确保与顶部储存器的密封并将其放置在原水储存器102上。过滤介质3还包括上表面4和下表面7。底部302可以覆盖下表面7，以在不使用过滤器104时保护过滤介质3不被损坏。
如上所述，过滤介质3包括包装材料以在水1流过过滤器104时对其进行过滤。优选地，过滤介质3的密度大约等于或大于0.43g/cc。该密度提供了以上公开的关于从水中去除污染物的特征。过滤介质3还可以包括黏结剂以包装和保持过滤材料。在一些实施方案中，黏结剂可以是疏水的。
可以在外壳5的上表面4和上部部分504之间形成空间502。空间502允许水均匀地分布到过滤介质3的上表面4。空间502还允许去除气泡。气泡可能会限制流经过滤介质3的水流。因此，所公开的实施例可以利用空间502从上表面4去除气泡，以减少对穿过其中的水流的任何可能的影响。
图6描绘了根据所公开的实施例的具有连接部分602的过滤器104的透视图。连接部分602向外延伸的距离比以上公开的连接部分大。连接部分602还包括凹进部分604，该凹进部分可以在将过滤器104放置在原水储槽102上时提供挡块(stop)，和/或用于密封至顶部储存器的方法。当连接过滤器104时，该特征可以保护过滤器介质3不被通道106或306撞击。
图7描绘了根据所公开的实施例的另一个过滤器704。上面的过滤器已示出为圆形的或“圆盘”(puck)形的。公开的水过滤系统内的过滤器不需要是圆形的，并且实际上可以是任何形状。过滤器704包括正方形形状。过滤器704内的过滤介质也可以是正方形的形状。在水过滤系统中使用的形状可以由功能或需求决定，或者可以仅仅是美观的。
因此，公开了一种水过滤系统，其使用固定式过滤器来处理水。过滤器的上表面上的压力随水的头部高度的变化而均匀变化。固定式过滤器还允许使用较小的颗粒。颗粒在使用过程中不会移动和移位。也避免了导流或其他不均匀流动问题。所公开的水过滤系统优化了相对于过滤器表面的头部高度，以提供改进的性能并维持均匀的流速。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对所公开的固定式重力过滤系统进行了各种修改。因此，意图是本发明覆盖以上公开的修改和变化，只要这些变化和变化落入权利要求及其等同形式的范围之内。
无需进一步阐述，相信本领域技术人员可以使用前面的描述来最大程度地利用本发明。因此，前述优选的具体实施例应被解释为仅仅是说明性的，而不以任何方式限制本公开的其余部分。
在前述和实施例中，除非另外指出，否则所有温度均以摄氏度校正，并且所有份数和百分数均以重量计。
本文引用的所有申请、专利和公开以及2017年10月31日提交的相应的美国临时申请号US62/579,589的全部公开内容通过引用并入本文。
通过将本发明的一般或具体描述的反应物和/或操作条件替换为前述实施例中使用的反应物和/或操作条件，可以以相似的成功方式重复前述实施例。
根据前面的描述，本领域技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改以使其适应各种用途和条件。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种水过滤系统，其包括：
原水储存器；
过滤器，所述过滤器提供从原水储存器到净水储存器的通道，其中，该过滤器包括固定式过滤介质，所述固定式过滤介质具有黏结在一起的颗粒，以使所述固定式过滤介质的密度等于或大于0.43g/cc，使得穿过该过滤器的水流随着头部压力的变化而均匀地或大致均匀地变化，并且
其中，该水流是通过重力压力实现的，并且，当顶部储存器完全装满时，该水流示出在头部高度处附近，最小总水压大于0.072psi；并且，过滤器的总体积大于16立方厘米。
2.根据权利要求1所述的水过滤系统，其还包括容器，该容器封闭原水储存器和过滤器。
3.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器位于偏离净水储存器的底部的位置，并且头部压力最大化。
4.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器包括过滤介质的顶部表面和底部表面。
5.根据权利要求4所述的水过滤系统，其中，过滤器的顶部表面上的水压是均匀的。
6.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤介质包括黏结剂，所述黏结剂将所述颗粒黏结在一起。
7.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器包括侧壁，该侧壁封闭过滤介质，该侧壁具有高度。
8.根据权利要求7所述的水过滤系统，其中，侧壁将过滤器附接到原水储存器。
9.一种用于过滤水的重力过滤组件，其包括：
外壳；和
在外壳内的固定式过滤介质，所述固定式过滤介质具有黏结在一起的颗粒，以使所述固定式过滤介质的密度等于或大于0.43g/cc，其中，过滤介质不会在外壳内移动，
其中，重力过滤器组件在过滤介质的顶部表面上方形成用于水的头部高度，并且
对于流过过滤介质的水，总过滤器体积大于16立方厘米，其中，当顶部储存器装满时，头部总高度大于2英寸。
10.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，头部高度是从最大水高度的顶部到外壳的顶部之间的距离，过滤介质封闭在外壳中。
11.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，水轴向地流过外壳和过滤介质。
12.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，在给定任何头部压力的情况下，在过滤介质的表面上保持均匀的水压。
13.一种过滤器，其具有固定式重力过滤介质，该固定式重力过滤介质布置成使得：施加到过滤器表面的压力随着过滤装置中的头部压力变化而大致均匀地变化，水流过该过滤器的过滤器总体积大于16立方厘米，当顶部储存器装满时，通过重力头部压力施加在过滤器表面的总压力大于0.072psi，其中，所述固定式重力过滤介质具有黏结在一起的颗粒，以使所述固定式过滤重力介质的密度等于或大于0.43g/cc。
14.根据权利要求13所述的过滤器，其中，过滤器稍微倾斜，以允许过滤器底部表面上的空气浮起到一侧。

Claims (17)

1.一种水过滤系统，其包括：
原水储存器；
过滤器，所述过滤器提供从原水储存器到净水储存器的通道，其中，该过滤器包括固定式过滤介质，使得穿过该过滤器的水流随着头部压力的变化而均匀地或大致均匀地变化，并且
其中，该水流是通过重力压力实现的，并且，当顶部储存器完全装满时，该水流示出在头部高度处附近，最小总水压大于0.072psi；并且，过滤器的总体积大于16立方厘米。
2.根据权利要求1所述的水过滤系统，其还包括容器，该容器封闭原水储存器和过滤器。
3.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器位于偏离净水储存器的底部的位置，并且头部压力最大化。
4.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器包括过滤介质的顶部表面和底部表面。
5.根据权利要求4所述的水过滤系统，其中，过滤器的顶部表面上的水压是均匀的。
6.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤介质包括黏结剂。
7.根据权利要求1所述的水过滤系统，其中，过滤器包括侧壁，该侧壁封闭过滤介质，该侧壁具有高度。
8.根据权利要求7所述的水过滤系统，其中，侧壁将过滤器附接到原水储存器。
9.一种用于过滤水的重力过滤组件，其包括：
外壳；和
在外壳内的固定式过滤介质，其中，过滤介质不会在外壳内移动，
其中，重力过滤器组件在过滤介质的顶部表面上方形成用于水的头部高度，并且
对于流过过滤介质的水，总过滤器体积大于16立方厘米，其中，当顶部储存器装满时，头部总高度大于2英寸。
10.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，过滤介质的颗粒在过滤器组件内不移位。
11.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，头部高度是从最大水高度的顶部到外壳的顶部之间的距离，过滤介质封闭在外壳中。
12.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，水轴向地流过外壳和过滤介质。
13.根据权利要求9所述的重力过滤组件，其中，在给定任何头部压力的情况下，在过滤介质的表面上保持均匀的水压。
14.一种过滤器，其具有固定式重力过滤介质，该固定式重力过滤介质布置成使得：施加到过滤器表面的压力随着过滤装置中的头部压力变化而大致均匀地变化，水流过该过滤器的过滤器总体积大于16立方厘米，当顶部储存器装满时，通过重力头部压力施加在过滤器表面的总压力大于0.072psi。
15.一种固定式重力过滤器，其构造成具有等于或大于0.43g/cc的过滤器密度。
16.根据权利要求15所述的固定式重力过滤器，其包括过滤介质。
17.根据权利要求15所述的过滤器，其中，过滤器稍微倾斜，以允许过滤器底部表面上的空气浮起到一侧。
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