CN112299501A - 水处理滤筒 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及水处理滤筒，具体地，本公开涉及重力流动处理滤筒，其包括限流元件。

Description

水处理滤筒
技术领域
本公开涉及水处理滤筒，具体地，本公开涉及重力流动处理滤筒。
背景技术
水处理和/或过滤装置通常用于将源水(例如自来水、井水、河水或湖水等)处理成可饮用的饮用水。这种装置通常包含各种水过滤和/ 或处理介质，源水通过这些介质，从而从源水中除去各种污染物以获得饮用水。
在基于加压水进给的供水系统中，水被迫通过过滤/处理装置，因此，只要保持足够的水压，饮用水从装置中的流出通常是不受阻碍的。然而，当源水进给未加压时，需要使用基于重力作用的装置。这种装置通常具有上部入口和底部出口，使得入口和出口之间(通过处理介质)的水流在重力作用下进行流动。
各种重力作用过滤装置的常见问题之一是利用该装置的初始化阶段；即，由于装置内的介质通常是多孔的、干燥的(在引入水之前) 介质，一旦水引入到其中，水进入装置的初始流动受到过滤/处理介质内存在的气泡的阻碍。这继而导致水从装置中缓慢且不均匀地流出，直到所有过滤/处理介质都被水浸透并且装置中不再有空气。
发明内容
本发明提供了一种水处理滤筒，其具有最小化启动滤筒所需的时间并提供稳定的饮用水/处理水流出的结构。虽然滤筒设计用于重力作用过滤，但是应当理解，滤筒也可以用在基于加压水进给的系统中。
在其一个方面，本公开提供了一种水处理滤筒，其包括壳体，所述壳体中限定水处理空间并且具有纵向轴线。所述壳体包括位于所述壳体的顶部部分处的一个或多个进水口和位于所述壳体的底壁处的出水口，所述一个或多个进水口和所述出水口之间限定了水流动路径。包围出水口的内壁从所述壳体的底壁向上延伸到水处理空间中以限定内腔。所述内壁终止于顶端，所述顶端处于比所述一个或多个进水口低的水平，以允许水从进水口通过处理空间流到出水口。所述滤筒还包括限流元件，所述限流元件配合在所述内腔的底部部分处，并且具有尺寸与所述内腔的底部部分的尺寸大致相对应的水入口和尺寸显著小于所述水入口的尺寸的水出口。
在源水初始进入滤筒中时，水将通过进水口流入处理空间并部分地润湿处理介质。然后饮用/处理水将细流到内腔中。由于由限流元件的入口和出口之间的尺寸差异造成出水口变窄，使得处理水将积聚在内腔中；一旦形成足够的水柱，只要保持内腔中的水柱的高度，稳定的处理水流就会流出滤筒。因此，限流元件能够在使用的初始阶段(即，在滤筒“启动”时)获得流出滤筒的稳定的处理水流。一旦所有处理介质都被水饱和并且在内腔内获得恒定的水柱，限流元件就能够从滤筒中获得平稳不间断的处理水流出。
术语处理水(或饮用水)指的是通过穿过一个或多个处理介质而被处理的水，其中所述一个或多个处理介质从水中移除各种成分或向水中添加各种成分。
应当注意，这里使用的术语顶部、底部、水平和任何其他基于方向的标记仅为了方便起见而给出，以提供描述滤筒的部件的相对位置和取向的参考框架。在水的重力作用处理过程中，“顶部”将面向上，“底部”将向下。然而，在其他使用模式和/或其他实施例中，取向可以是不同的，例如在用于加压水系统的滤筒的情况下。
术语尺寸通常是指当它们的横截面是圆形时，出水口、入口和/ 或出口的直径。对于其他几何形状，例如椭圆形、多边形等，该术语意指最大尺寸(等效直径)。在一些实施例中，出水口、入口和出口中的每一个具有圆形横截面形状。
如上所述，出口的尺寸显著小于入口的尺寸，以便在内腔中形成所述水柱。因此，在一些实施例中，出口的直径比入口的直径小至少 10％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％或甚至至少50％。
在一些实施例中，限流元件具有锥形或截头锥形的横截面形状，即具有连接入口和出口的向内倾斜的壁。
在一些实施例中，限流元件机械地配合到内腔的底部部分中。这种机械配合可以是通过本领域已知的任何方式，例如螺纹配合、卡扣配合、焊接、粘合等。在特定实施例中，限流元件卡扣配合到内腔的底部部分中。
在其他实施例中，限流元件可以是壳体的整体部分，即与内壁(和 /或与底壁)一体形成。
根据一个实施例，所述一个或多个进水口可以位于所述壳体的顶部部分的周边处，并且所述出水口大致位于所述底壁的中心处。所述一个或多个进水口和所述出水口构造成使得水在大致侧向方向上流过处理空间，例如在从壳体的顶部周边部分处的一个或多个进水口到壳体的底部部分的大致中心处的底部出水口的大致径向方向上。术语大致侧向意味着表示以下事实：该流动典型地具有曲线流动路径，并且由于重力作用通常也具有整体下降趋势，具有比竖直趋势更大的大致水平趋势。由于内壁的顶端处于进水口下方的高度处，因此将形成整体下降的从进水口到出水口的流动路径。因此，根据本公开的一个实施例，水从大致径向的整体下降(曲线)流动路径中的周边进水口流过滤筒，到达滤筒的中心出水口。
进水口通常布置成使得水在滤筒的整个处理空间中大致均匀地流动，使得至少大部分(有时是整个)处理介质参与处理过程。在一个实施例中，进水口可以布置成在滤筒的周边具有均匀的周向分布。例如，进水口可以由沿着壳体顶壁的周边等距分布的多个孔口构成；例如，可以由多个(例如2、3、4、5、6、8或更多个)开口组成。
在一些实施例中，所述水处理空间通常但非排他性地被一个或多个闭环壁分成两个或更多个处理室，所述闭环壁从所述壳体的顶壁向下延伸到所述水处理空间中并且定位在所述壳体的外壁和所述内壁之间，以将所述水处理空间分成至少第一处理室和第二处理室。所述闭环壁通常终止于底部边缘，所述底部边缘与所述壳体的底壁间隔开，以在所述第一处理室和所述第二处理室之间形成水通道，所述闭环壁和所述内壁共同使水在从所述进水口到所述出水口的曲线流动路径中流动。
闭环壁与内壁一起用作阻挡层，其不允许水在处理空间内以线性路径流动，而是呈现曲线流动路径。这种曲线流动路径通过有效地增加流动路径的长度来延长(拉长)水在处理空间内的停留时间，从而增加源水暴露于处理介质。在一些实施例中，闭环壁和内壁是同心的，通常是同轴的并且基本上平行于滤筒的纵向轴线。
根据一个实施例，所述第一处理室和所述第二处理室中的至少一个可以独立地包括用于将处理室分成处理隔室的一个或多个水平分隔器。这种水平分隔器通常是穿孔的或由网格形成，从而允许水流过。
本文所述的滤筒通常设计用于净化水，特别是从源水中获得处理水/饮用水。根据一些实施例，处理空间包含一种或多种水处理介质。根据一些示例性实施例，每个处理室(和/或每个处理隔室)可包括相同或不同的处理介质。
根据一些实施例，处理介质可包含在处理期间将有益物质释放到水中的组分。这种物质可具有营养或健康价值，或可具有水消毒活性。这种物质的具体示例是卤素(例如碘)或矿物质(例如镁离子)。
根据一个实施例，处理空间可以包括多孔基底，例如网状网、颗粒状或片状松散材料、多孔块、纤维等形式。在另一个实施例中，处理介质可包括吸附基底，用于从水中吸附物质。在一些其它的实施例中，处理介质可以是一个或多个中空纤维膜，例如用于移除微生物污染物和/或微塑料。
水处理介质的示例可以是木炭、活性炭、离子交换剂(阴离子、阳离子、混合床等)、减少结垢的物质、离子/矿物源(例如天然岩盐或合成源)、微塑料还原介质、抗菌介质等。
滤筒可进一步包括一个或多个补充处理单元，其装配在限流元件的出口周围。补充处理单元可以是容器的形式，其被配置为永久地或可移除地附接到限流元件的出口。在一些实施例中，补充处理单元可以与限流单元一体地形成。
为了允许滤筒中存在的水从限流单元的狭窄出口基本均匀地流动，补充处理单元可以具有入口，该入口配置有流量扩散器，设计为将水流基本均匀地分配通过补充处理单元。
补充处理单元可包括一种或多种与滤筒的处理室内的水处理介质不同或相同的水处理介质。根据一个实施例，补充处理单元包括一个或多个中空纤维膜，该中空纤维膜被构造用于从水中物理去除各种污染物，通常是微生物和微塑料。中空纤维膜的孔径可以为例如至少 0.01μm(微米)，通常在约0.01μm至0.5μm之间。中空纤维膜可以是本领域已知的任何合适的中空纤维膜。合适的中空纤维膜的非限制性示例可以是各种基于聚合物的中空纤维(例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈和甲基烯丙基磺酸钠共聚物(例如AN69)、聚丙烯腈-聚氯乙烯共聚物等)。中空纤维可以以任何合适的形式布置在补充处理单元内，例如平行于滤筒的纵向轴线，是折叠的或编织的。
根据一些实施例，滤筒可以包括一个或多个通气开口，其被构造成释放捕获在滤筒内的气体(例如空气)。这样的通气开口通常可以形成在滤筒的顶部部分处。通气开口可以通过通气管流体地连接到内腔，从而允许释放可能被捕获在内腔中而可能阻止水从滤筒中流出的气泡。在其它实施例中，滤筒可以包括至少一个气泡释放机构，该气泡释放机构可以是被动的或主动的(即，可以在没有用户参与的情况下进行操作或者需要用户的动作来启用)。
如上所述，限流元件可以是内壁(或壳体的底壁)的整体部分。作为另外一种选择，限流元件可以是独立单元，其可以附接或配合到内腔中(或者在滤筒的出水口上方)。因此，在本公开的另一方面，提供了一种限流单元，其特征在于，所述限流单元具有纵向轴线并且构造成用于配合到水处理滤筒的出水口中，所述限流单元包括顶部开口和底部开口，所述顶部开口和所述底部开口之间限定了流动路径，所述底部开口的尺寸小于所述顶部开口的尺寸。
在另一方面，本发明提供了一种水容器，其包括：具有分配出口的底部处理水/饮用水贮存器；顶部源水贮存器；内壁，其在源水贮存器和处理水/饮用水贮存器之间分开，并包括滤筒接收座；如本文所限定的滤筒，其接收在所述滤筒接收座中，使得滤筒的水出口通向饮用水贮存器，并且一个或多个进水口通向源水贮存器。
容器可以是本身已知的任何类型的容器，例如水罐。
另一方面，提供了用于将源水通过重力作用方式处理成处理水/ 饮用水的方法，该方法包括：将如本文所述的滤筒放入本文所述容器的滤筒接收座中；用源水至少部分地填充源水贮存器；以及允许源水通过重力作用流过滤筒而进入饮用水贮存器。
另一方面，提供如本文所述的包括滤筒的水分配器。
附图说明
为了更好地理解本文公开的主题并举例说明如何在实践中实施，现在将参考附图仅通过非限制性示例描述各实施例，其中：
图1A-1B分别是根据本公开的实施例的水处理滤筒的透视俯视图和仰视图。
图2A是根据本公开的实施例的水处理滤筒的纵向剖视图。
图2B是根据本公开另一实施例的水处理滤筒的纵向剖视图，其包括一种或多种处理介质。
图3是根据本公开的实施例的限流元件的纵向剖视图。
图4A-4C是根据本公开的其它实施例的水处理滤筒的纵向剖视图。
图5A是根据本公开另一实施例的水处理滤筒的纵向剖视图，其包括中空纤维膜补充单元。
图5B是根据本公开另一实施例的水处理滤筒的纵向剖视图，其包括另一种构造的中空纤维膜补充单元。
具体实施方式
在以下描述中，将描述根据本公开的滤筒的具体实施例。应该理解，本发明不限于这些实施例。
本文所述的滤筒可以用于重力水处理系统(例如水罐)或压力进给水处理系统(例如水分配器)。
首先参考图1A-1B，其示出了总体标记为100的水处理装置，其包括壳体102，该壳体由覆盖物104和配合到覆盖物上的杯形本体106 形成，该覆盖物构成滤筒的顶壁。杯形本体可以通过本身已知的任何方式与覆盖物配合，例如卡扣式布置、螺纹配合布置、焊接等。杯形本体包括外壁108和底壁110，该底壁110构成壳体的底壁。在覆盖物104中限定了进水口112，在该具体示例中，这些进水口位于壳体的顶部部分的周边处，并且基本对称地分布在壳体的顶壁中以提供均匀的源水流入。从图1B中可以更好地看出，出水口114基本上位于底壁110的中心处。
在图2A-2B中示出了滤筒的纵向剖视图，其中可以看到滤筒的内部元件。滤筒的内部空间116通常填充有一种或多种处理介质118(如图2B所示)。在利用颗粒处理介质的情况下，覆盖物104可在其向内的表面处设置有过滤网(未示出)，以防止颗粒过滤介质由于通过其中的水的流动而在处理隔室之间迁移。内壁120从底壁110向上延伸到水处理空间中，并限定了内腔122。内壁120围绕出水口114，使得内腔沿着滤筒的纵向轴线123延伸。内壁120终止于顶端124，顶端124位于比进水口112低的水平。
在示例性实施例中，滤筒还包括闭环壁126，闭环壁126从顶壁 112向下延伸到处理空间中，并且定位在壳体的外壁108和内壁120 之间。壁126将处理空间分成同心的第一处理室128A和第二处理室 128B，每个处理室可包括相同或不同的处理介质。闭环壁126终止于底部边缘130，该底部边缘130与壳体的底壁110间隔开，以在第一和第二处理室之间形成水通道，使得从进水口到出水口形成曲线流动路径。第二处理室128B的顶部和底部可包括但不是强制性地包括底部网格元件132A和顶部网格元件132B，以将处理介质在室128B内保持就位，并防止处理介质在水流过滤筒期间漂移到内腔122中。
在图4A-4C所示的实施例中，第二室128B通过水平分隔器136 和138进一步分成处理隔室134A、134B和134C。根据水处理要求，隔室可包括相同或不同的处理介质，这取决于源水中的污染物或通过处理获得的饮用水的质量。例如，在图4B的构造中，处理隔室134A和134B可以分别包括不同的过滤/处理介质150和152；而在图4C的构造中，每个处理隔室134A-134C包括不同的过滤/处理介质(分别为150、152和154)。可以看出，每个隔室中的处理介质可以具有各种形式，例如固体块、多孔材料、纤维材料、颗粒物等。
返回到图1A-3，滤筒包括配合在内腔122的底部部分处的限流元件140(在图3中单独示出)。限流元件140包括具有直径D(基本上对应于内腔的底部部分的直径D')的水入口142，以及直径d显著小于水入口的直径的水出口144。如上所述，在源水初始进入滤筒中时，水将通过进水口112流入处理空间并部分地润湿处理介质。然后处理水将细流到内腔122中。由于由入口142和出口144之间的直径差异造成出水口114变窄，使得处理水将积聚在内腔中；一旦形成足够的水柱，只要保持内腔中的水柱的高度，稳定的处理水流就会流出滤筒。
限流元件140具有典型的锥形或截头锥形横截面形状，其中向内倾斜的壁146连接在入口(顶部开口)142和出口(底部开口)144 之间。为了确保限流元件140在内腔120的底部部分内的紧密配合，元件140包括从顶部边沿150向下延伸的周向裙部148，以包围向内定位的壁146，使得限流元件的总直径是D'，因此确保了在内腔122 内的紧密配合。
如上所述，限流元件140可以是独立的单元，其可以通过本身已知的任何方式配合到内腔中(如图2A所示)。然而，还应理解，限流元件可以是壳体的整体部分，例如与内壁120或底壁110一体形成(未示出)。
滤筒还可以包括用于提供进一步的水处理功能的补充处理单元，如图5A-5B所示。图5A至图5B的滤筒100’具有与图1A-4C的滤筒相同的结构元件，并且读者可以参考上面的这些图的描述以获得全部细节。
图5A中的滤筒100'装配有补充处理单元200。补充处理单元200 包括单元入口202，单元入口紧密地装配在限流单元140'的出口144' 周围，使得从出口144'流出的水进入补充处理单元200。流量扩散器 204位于入口202的下方，并包括开口206，流量扩散器204的功能是引导和扩散从滤筒100'接收的水流，从而使水流沿着单元200的整个横截面基本上均匀地分布，以通过孔口208滴入中空纤维膜210。通过中空纤维膜210对水进行物理处理(例如过滤)，并且水通过在单元200的底壁212中形成的穿孔(未示出)离开补充处理单元200。
在图5B的构造中，单元200的底壁212包括中心单元出口214 (而不是穿孔)。在该特定示例中，单元出口214可以装配有限流单元216(其可以具有或可以不具有与限流单元140相似的结构)。
滤筒可以以各种配置使用，用于基于重力的系统或者用于压力进给系统。重力系统的一个例子是水容器或水罐(未示出)，其包括在源水贮存器和饮用水贮存器之间分开的内壁。内壁可以具有滤筒接收座，用于接收滤筒并将滤筒保持就位，使得滤筒的出水口通向饮用水贮存器，并且一个或多个进水口通向源水贮存器。因此，由使用者填充到源水贮存器中的源水进入滤筒，在滤筒中处理以获得处理水/饮用水，并且通过滤筒的限流元件分配到处理水/饮用水贮存器中，可以通过分配出口来分配处理水/饮用水。

Claims (27)

1.一种水处理滤筒，其特征在于，所述水处理滤筒包括：
壳体，所述壳体中限定了水处理空间，并且所述壳体具有纵向轴线，所述壳体包括位于所述壳体的顶部部分处的一个或多个进水口以及位于所述壳体的底壁处的出水口，所述一个或多个进水口和所述出水口之间限定了水流动路径；
内壁，所述内壁围绕所述出水口并从所述底壁向上延伸到所述水处理空间中以限定内腔，所述内壁终止于顶端，所述顶端位于比所述一个或多个进水口低的水平处；以及
限流元件，所述限流元件配合在所述内腔的底部部分处，并且具有尺寸与所述内腔的底部部分的尺寸大致相对应的水入口和尺寸显著小于所述水入口的尺寸的水出口。
2.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述限流元件具有锥形或截头锥形的横截面形状。
3.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述限流元件卡扣配合到所述内腔的底部部分中。
4.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述限流元件与所述内壁一体地形成。
5.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述一个或多个进水口位于所述壳体的顶部部分的周边处，所述出水口大致位于所述底壁的中心处。
6.根据权利要求5所述的滤筒，其特征在于，所述一个或多个进水口由所述壳体的顶壁处的一个或多个孔口构成。
7.根据权利要求5所述的滤筒，其特征在于，所述一个或多个进水口对称地分布在所述壳体的顶壁中，以提供均匀的进水流动。
8.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述滤筒构造成用于将源水处理成饮用水。
9.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述水处理空间被分成两个或更多个处理室。
10.根据权利要求9所述的滤筒，其特征在于，所述滤筒包括闭环壁，所述闭环壁从所述壳体的顶壁向下延伸到所述水处理空间中并且定位在所述壳体的外壁和所述内壁之间，以将所述水处理空间分成第一处理室和第二处理室。
11.根据权利要求10所述的滤筒，其特征在于，所述闭环壁终止于底部边缘，所述底部边缘与所述壳体的底壁间隔开，以在所述第一处理室和所述第二处理室之间形成水通道，所述闭环壁和所述内壁共同使水在从所述进水口到所述出水口的曲线流动路径中流动。
12.根据权利要求9所述的滤筒，其特征在于，所述第一处理室和所述第二处理室中的每一个包括不同的处理介质。
13.根据权利要求9所述的滤筒，其特征在于，所述第一处理室和所述第二处理室中的至少一个处理室独立地包括一个或多个水平分隔器，所述一个或多个水平分隔器用于将处理室分成处理隔室。
14.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述水处理空间包括一种或多种水处理介质。
15.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述水处理空间包括一种或多种吸附物质。
16.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述水处理空间包括一种或多种具有营养或健康价值或者具有水消毒活性的物质。
17.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述水处理空间包括一个或多个中空纤维膜。
18.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于，所述滤筒包括装配在所述限流元件的水出口周围的补充处理单元。
19.根据权利要求18所述的滤筒，其特征在于，所述补充处理单元可移除地装配在所述限流元件的水出口周围。
20.根据权利要求18所述的滤筒，其特征在于，所述补充处理单元与所述限流元件一体地形成。
21.根据权利要求18所述的滤筒，其特征在于，所述补充处理单元包括一个或多个中空纤维水膜。
22.一种限流单元，其特征在于，所述限流单元具有纵向轴线并且构造成用于配合到水处理滤筒的出水口中，所述限流单元包括顶部开口和底部开口，所述顶部开口和所述底部开口之间限定了流动路径，所述底部开口的尺寸小于所述顶部开口的尺寸。
23.根据权利要求22所述的限流单元，其特征在于，所述限流单元具有锥形或截头锥形的横截面形状。
24.根据权利要求22所述的限流单元，其特征在于，所述限流单元构造成用于配合到根据权利要求1至21中任一项所述的滤筒的出水口中。
25.一种水容器，其特征在于，所述水容器包括：
底部饮用水贮存器，所述底部饮用水贮存器具有分配出口；
顶部源水贮存器；
内壁，所述内壁在所述顶部源水贮存器和所述底部饮用水贮存器之间分开，并包括滤筒接收座；以及
根据权利要求1至21中任一项所述的滤筒，所述滤筒接收在所述滤筒接收座中，使得所述滤筒的出水口通向所述底部饮用水贮存器并且所述一个或多个进水口通向所述顶部源水贮存器。
26.一种将源水通过重力作用方式处理成饮用水的方法，其特征在于，所述方法包括：
将根据权利要求1至21中任一项所述的滤筒放入根据权利要求25所述的容器的滤筒接收座中；
用源水至少部分地填充源水贮存器；
允许源水通过重力作用方式流过滤筒而进入饮用水贮存器。
27.一种水分配器，其特征在于，所述水分配器包括根据权利要求1至21中任一项所述的滤筒。
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