CN114641455A - 用于过滤液体的过滤装置和用于过滤液体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于过滤液体的过滤装置(1)，该过滤装置(1)包括：用于未过滤液体的储存容器(10)；用于过滤容器(30)的安装件(11)；填充有过滤介质(31)的过滤容器(30)，其安装在安装件(11)中；第一传感器(40)，其配置成确定未过滤液体的参数的第一值y1；以及泵(20)，其流体地联接到存储容器(10)并通信地联接到第一传感器(40)；其中泵(20)配置成在过滤未过滤的液体期间在储存容器(10)中产生表压Pg；其特征在于过滤装置(1)包括第二传感器(42)，其配置成确定过滤后的液体的参数的第二值y2；以及泵(20)与第二传感器(42)通信地联接并且配置成如果第一值y1和第二值y2的参数关系D低于预设的第一特定参数关系D1，则在过滤过程期间降低表压Pg。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于过滤液体的过滤装置和用于操作液体的过滤的方法。
背景技术
上述类型的过滤装置被用作家庭日常使用的水过滤器，这就是为何它们也被称为饮用水过滤器的原因。它们主要用于清除自来水中的不想要的物质。在这些物质中，有氯化物和碳酸盐硬度增强剂，诸如钙和氧化镁，还有铅，铅通过使用铅管进入自来水，尤其是在老房子中。
这种过滤装置通常使用过滤介质。例如，过滤介质可以设置在过滤筒中，过滤筒在过滤介质性能开始下降后可以更换，或者设置在过滤介质容器中，其中过滤介质本身是可更换的。
一段时间后，这种过滤装置的过滤介质将达到其使用寿命的终点。过滤介质的使用寿命通常由过滤介质的过滤性能限定。如果过滤性能降低到最小阈值，则达到过滤介质寿命的终点。
在现有技术中，通常会发出过滤介质寿命终点的信号。例如，DE 10 2014 102 583A1、US 6024867和US 2016/0121246 A1公开了用于计算滤筒使用次数的装置和方法。经过限定次数的使用后，该装置会向用户发出信号要求更换滤芯。
US 2012/0217197 A1、DE 69 909 760 T2和DE 10 2007 062 925 A1、EP 2 471745 A1公开了通过使用可腐蚀或可溶元素(例如为片剂形式)来确定滤筒寿命终点的方法。溶解后，可腐蚀或可溶元素激活信号元素或减少通过过滤介质的液体流量。
从美国专利2013/0199974 A1已知一种液体净化装置。该装置包括一个用于未净化液体的收集容器、一个用于已净化液体的收集容器、一个填充有过滤材料的可更换过滤模块和一个自动化装置，该自动化装置包括一个气动泵，用于将空气定时注入未净化液体的收集容器内。在整个过滤循环中，保持高于未净化液体液位0.1–1.0巴范围内的正气压。该装置尤其包括一个液位传感器，其用于在未净化液体达到最低液位时自动切断气动泵。该装置配置成用于监测或调节收集容器内的压力，以使未净化液体均匀稳定地流动通过过滤材料。
发明内容
鉴于US 2013/0199974 A1，由本发明要解决的问题是提供一种改进的用于过滤液体的过滤装置以及一种用于操作具有提高的过滤性能的过滤装置的方法。
该问题由独立权利要求的特征解决。
在第一方面，本发明涉及一种用于过滤液体的过滤装置。该过滤装置包括用于未过滤液体的储存容器、用于过滤容器的安装件、安装在安装件中的填充有过滤介质的过滤容器、配置成确定未过滤液体的参数的第一值y1的第一传感器和与储存容器流体地联接并且与第一传感器通信地联接的泵，其中泵配置为在过滤未过滤的液体期间在储存容器中产生表压Pg。过滤装置包括第二传感器，该第二传感器配置成确定过滤液体的参数的第二值y2。泵与第二传感器通信地联接，并且配置成在过滤过程期间，如果第一值y1和第二值y2的参数关系D低于预设阈值，则降低表压Pg，预设阈值是预设的第一具体关系D1。
参数关系D优选地是指D＝y1–y2或
优选地，过滤装置可以具有自由出口或包括用于过滤液体的容器。
该泵配置为产生0.01巴(bar)和2巴之间的表压。优选地，储存容器是压力容器，其可以承受1.2巴，优选1.5巴，尤其是2.0巴的表压。
在本发明的范围内，术语“流体地联接”意味着过滤装置包括器件，例如用于将任何液体或气体从一个组件传输到另一个组件的连接器、管道或管线。
用于过滤容器、优选地是包含过滤介质的过滤筒的安装件，使得用户可以容易地更换过滤介质或容器。一方面，过滤容器例如可以形成为其中放置过滤介质的腔室。另一方面，过滤容器可以形成为包含过滤介质的筒(cartridge)。在本发明的范围内，筒是一种特殊的容器，其设计成用于通过夹持机构或任何合适的紧固件容易地更换，以便快速移除和重新插入筒，同时避免任何旁路。
待过滤的液体流动通过过滤介质。液体的流速取决于储存容器内的表压Pg，它推动液体通过过滤介质。较大的表压Pg增加液体通过过滤介质的流速。液体流动通过过滤介质的速度越快，液体与过滤介质相互作用，即被过滤的时间就越少。换言之，通过增加或减少压力Pg，过滤介质的过滤效果分别减少或增加。这是可能的，因为过滤过程基于化学反应。
在本发明的范围内，过滤性能是从液体中过滤的物质的量与被过滤的液体量的比率。
储存容器内的表压Pg与过滤介质的过滤性能之间的关系用于重新调节过滤装置。因此，过滤装置包括第一和第二传感器。第一传感器用于监测未过滤液体的参数，以及第二传感器用于监测与第一传感器相同但为过滤液体的参数。
第二传感器沿流动方向布置在过滤介质后面，以确定过滤介质的参数。第二传感器尤其可以布置在过滤容器内。
待过滤的液体优选为水。
例如，该参数可以是水的硬度、水的Cl-含量、水的Pb-、Cu-或其他金属含量或水的土臭素含量(Geosmin-content)。根据使用过滤装置的地区，参数可能不同。
两种传感器都可以是电传感器、电子传感器或电化学传感器，它们根据测量参数产生电信号。例如，传感器可以是用于确定液体的电导率或电阻的传感器，其中参数源自液体的电导率或电阻。
将由第一传感器确定的第一值和由第二传感器确定的第二值与彼此进行比较。只要过滤性能恒定或接近恒定，值的参数关系D也应该恒定或接近恒定。如果过滤介质的性能随时间发生变化，即如果由于过滤介质的使用而降低，则第一和第二值的参数关系D将相应改变。
泵配置成通过适应性调节其当前的泵送能力来对参数关系D的变化做出反应，即重新调节存储容器内的表压Pg。特别地，泵配置成如果第一值和第二值的参数关系D低于预设的第一特定参数关系D1，则降低其当前泵送能力。泵送能力的降低使得未过滤液体上的表压Pg降低，并从而降低液体通过过滤介质的流速。降低的液体流速使液体有更多的时间与过滤介质相互作用，从而提高过滤效果或过滤性能。
在一个实施例中，由于使用而导致的过滤介质的过滤性能的降低和由于对未过滤液体的表压Pg的降低而导致的过滤性能的提高应该相互抵消，并提供恒定或接近恒定的过滤介质的过滤性能。在这种情况下，第一特定参数关系D1可以等于起始参数关系D0，其是第一次使用过滤装置时确定的参数关系D。
两种操作模式都被描述为理想化的情况。实际上，参数关系D将经受波动，因为参数的确定值会经受波动，所描述的参数关系D的减小可以被视为真实数据的趋势。波动可能是由于传感器的测量误差、泵的电源波动(其导致表压Pg内的波动)、液体质量的波动(例如波动的水硬度等)引起的。
通过控制过滤性能，与在没有传感器和/或没有泵的过滤装置中使用的过滤介质相比时，过滤介质可以使用更长的时间段。然而，如果泵送能力为零或处于不足以将液体压过过滤介质的水平，则过滤性能不能恢复到其由起始参数关系D0指示的原始水平。现在，必须更换、重新激活或重新填充过滤介质以完全恢复其过滤性能。
事实上，参数关系D有时可能会上升，例如，如果过滤介质在不使用过滤装置例如过夜时发生反应或再生。
此外，储存容器内的液体可能会通过重力和由于自身重量而被压过过滤介质。储存容器越满，液体的流速越高。当液体流动通过过滤介质时，储存容器排空，并且施加到储存容器内剩余的未过滤液体上的重力下降。因此，液体的流速也降低并且过滤性能提高。随着参数关系D的增加，由传感器检测到后者即过滤性能提高。在参数关系D增加时，泵可以增加其泵送能力以补偿施加到液体上的减小的重力，同时过滤液体。
在这些情况下，传感器可以确定增加的参数关系D并且可以相应地增加泵送能力以将过滤性能保持在恒定水平或减少用户等待待过滤液体的等待时间。
在一个实施例中，过滤装置包括控制单元，其中控制单元包括存储单元和处理单元。控制单元通信地耦合到第一传感器、第二传感器和泵。处理单元用于根据参数关系D设定泵的泵送能力。
优选地，泵经由处理单元通信地耦合到第一传感器和第二传感器。处理单元包括用于确定第一值和第二值的参数关系D的器件。操作数据包括将参数关系D分配给标称泵送能力或标称压力值P0，其中泵具有用于将其当前能力降低到预定泵送能力的器件。
处理单元从第一传感器和第二传感器接收第一值和第二值。然后处理单元导出参数关系D。将存储于存储单元中的第一特定参数关系D1加载到处理单元并与从第一值y1和第二值y2导出的参数关系D进行比较。如果参数关系D小于特定参数关系D1，则处理单元将参数关系D的分配(assignment)分别加载到标称泵送能力或标称压力值P0，并产生一个用于将泵送能力调节(即减小或增加)到新分配的标称泵送能力的信号。产生的信号被发送到泵，其相应地调节其泵送能力。
在另一个实施例中，液体是水并且参数是水的硬度。过滤介质例如可以是降低水硬度的离子交换材料。传感器配置成确定代表水硬度或可用于导出水硬度的值，诸如水的电阻或电导率。
当地自来水的硬度可能因地而异。确定用于表征水的硬度值具有的优点是过滤装置不仅可以将其自身适应性调节到过滤介质的下降的过滤性能，还可以适应性调节当地自来水的水硬度。
在进一步的实施例中，过滤介质可以由活性炭组成，以降低水中的Cl含量、其Pb含量或其土臭素含量。
在另一个实施例中，泵配置成将液体或气体压入存储容器中，即，泵是液体泵，或气泵，特别是气动泵。泵尤其可以将待过滤的液体、气体或空气压入存储容器中。
例如，过滤装置是为过滤水而设计的。泵可以直接地或经由节流阀流体地联接到水源。在从水源向储存容器供应水的同时，泵可以调节储存容器内的压力。在这个实施例中，储存容器只需要一个用于来自水源的未过滤水的入口，而无需另外的用于例如空气的入口。
替代地且优选地，泵配置成将空气压入存储容器中。由于其可压缩性，空气可用于精确调节储存容器内的压力。此外，一旦它充满未过滤的液体，空气的使用使得过滤装置独立于任何液体或气体的供应。
在另一个实施例中，过滤装置包括用于指示泵的当前泵送能力和/或当前过滤介质性能的指示装置。
指示装置使得用户能够查看过滤介质的状态。查看可以直接通过指示过滤性能本身或间接通过指示与过滤介质的过滤性能相关联的当前泵送能力、或通过指示参数关系D来进行。如果过滤介质耗尽或不活跃或如果泵送能力低于较低的泵送能力阈值，特别是如果泵不再泵送，则指示装置通知用户必须更换过滤介质或装有过滤介质的容器，或者必须重新激活过滤介质。因此，指示装置可用于指示过滤介质的寿命终点。
根据优选实施例，过滤介质寿命的终点与预设的最小参数关系Dmin相关，其中Dmin＜D1。如果参数关系D低于Dmin，则空气压力的进一步降低不会导致过滤器性能的显著提高，或者用户将不得不等待太长时间才能过滤液体。有利地，如果确定参数关系D＜Dmin，则指示装置可以发出过滤介质寿命终点的信号。
另一方面，本发明涉及一种过滤系统，包括上述过滤装置和安装在安装件中的填充有过滤介质的过滤容器。优选地，过滤容器是过滤筒。
另一方面，本发明涉及一种用于在过滤装置中过滤液体的方法。待过滤液体流动通过过滤介质并作为过滤液体离开过滤介质，其中待过滤液体经受表压Pg。连续监测表征液体质量的参数，其中在未过滤的液体中测量参数的第一值y1，以及在过滤的液体中测量参数的第二值y2。连续地确定参数关系D＝y1-y2或
其中在D＜D1时表压Pg减小，其中D1为预设的第一特定参数关系。
在本发明的范围内，术语“连续地”意味着基于以几秒、几分钟或几小时的间隔以定期的时间进行，或者基于以过滤的几升的间隔以定期的体积进行。
可以重复降低表压Pg以提高过滤性能，只要表压Pg足以将液体压过过滤介质并且只要用户能够在实际时间范围内接收到过滤后的液体。接收过滤液体的实际时间范围是例如几分钟或几小时。
在一个实施例中，表压Pg随着参数关系D的减小而减小。换言之，参数关系D越低，压力Pg越低。在本实施例中，D1略小于起始参数关系D0，其中起始参数关系D0为首次使用过滤装置或过滤方法时的参数关系D。
通过降低表压Pg，液体通过过滤介质的流速相应降低。因此，过滤性能被调节为过滤介质的使用，从而实现恒定或至少接近恒定的过滤性能。例如，根据所述方法操作的配备有过滤装置的商用咖啡机能够提供由水制成的具有恒定质量和味道的咖啡。
在一个实施例中，表压Pg在D＞D2时增加，其中D2是预设的第二特定参数关系。
事实上，参数关系的曲线有时会上升，例如如果过滤介质在不使用过滤装置时发生反应或再生，例如过夜。在这种情况下，传感器可以确定参数关系D的上升。
有利地，可以增加泵送能力以将过滤性能保持在恒定水平或加速过滤过程以改善用户等待过滤液体的时间。
附图说明
将结合附图中所示的实施例对本发明进行详细说明，附图示出如下：
图1是根据一个实施例的过滤装置的示意图。
图2是示出了根据本发明的实施例操作的过滤装置的过滤性能与根据现有技术操作的过滤装置的过滤性能进行比较的图。
图3是示出了根据本发明的另一个实施例操作的过滤装置的过滤性能与根据现有技术操作的过滤装置的过滤性能进行比较的另一图。
图4是示出了过滤装置的具有更真实的进程和恒定的流速的过滤性能的另一图。
具体实施方式
图1描绘了根据一个实施例的过滤装置1的示意图。过滤装置1包括具有液体入口12和液体出口16的储存容器10。液体入口12是封闭的，优选地通过压力密封的封闭物、尤其是通过盖14封闭。盖14是可移除的以便用待过滤的液体，即水填充储存器容器10。
盖14可以形成为具有螺纹的螺纹盖，其中盖也被旋拧到具有螺纹的液体入口12上。替代地，盖14可以是盲法兰，其通过卡口紧固件或任何类似器件紧固到液体入口12上。
盖14配置成承受储存容器10内的表压Pg。表压Pg的最大值可以是例如1.2巴，优选1.5巴，尤其是2.0巴。
表压Pg由泵20产生，泵20附接并流体地联接到存储容器10，并因此是过滤装置的一部分。泵20包括泵入口22和泵出口24。
泵20通过泵入口22吸入液体，即水、气体或空气。液体或空气通过泵出口24被泵入到储存容器10内，泵出口24流体地并且直接地联接到储存容器10的内部空间。在另一个实施例中，(在此未示出)泵20可以通过液体管线或空气管线流体地但间接地联接到存储容器10的内部空间。在又一个实施例中，(在此未示出)，储存容器10不包括液体入口12并且没有盖14，因为容器由泵出口24供给以液体。
储存容器10的内部空间通过液体出口16流体地联接到过滤容器30。过滤容器30包括过滤器入口32。在所示实施例中，液体出口16和过滤器入口32是共同的部分。在另一个实施例中，液体出口16和过滤器入口32可以通过液体管线或气体管线流体地联接。
过滤容器30可以设计为填充有过滤介质31的过滤筒。如果过滤介质31耗尽或需要重新激活等，可以更换过滤筒。为了接收滤筒，过滤装置包括用于滤筒的安装件11。此外，滤筒可包括具有孔的上部部分，其中孔代表过滤器入口32。因此，滤筒上部部分内的孔可限定液体出口16。
过滤器容器30还包括过滤器出口34。在图1中，过滤器出口34被设计成自由出口。过滤器出口34可以流体地联接到水龙头(未示出)，过滤装置的用户可以从水龙头接收过滤后的水。替代地，过滤器出口34可以流体地联接到任何使用过滤液体的机器。例如，过滤器出口34可以流体地联接到使用过滤水来生产咖啡的咖啡机，或用于用过滤水润湿烤箱的面包烘焙机。在另一个实施例中，过滤器出口34是自由端，过滤后的液体可以从该自由端接收。
过滤装置内液体的流动方向由箭头f指示。
第一传感器40放置在储存容器10内。第一传感器40从未过滤的水中确定参数的第一值y1，其中该参数表征液体。术语“值”是指参数的数值，即传感器的电子输出。另一方面，参数是指液体的物理性质。例如，参数可以是水的硬度、导电性、钙含量、铁含量、土臭素含量等。
第二传感器42放置在过滤器出口34内或过滤器出口34处。第二传感器确定参数的第二值y2。第二值y2由过滤后的液体确定。
在该实施例中，第一传感器40和第二传感器42两者都通信地联接到控制单元44。控制单元44包括存储器单元46和处理单元48。用于将参数关系D分配给标称泵送能力的相关数据存储在存储单元46内。处理单元48配置成从存储单元46加载相关数据并向泵20发送信号，该信号包含用于重新调节泵20的标称泵送能力。因此，控制单元44和泵20相互通信地联接。
图2和图3示出了两个图，其描绘了参数关系D随时间t的变化，其特别是与使用过滤介质的时间有关。在图2和图3中，参数关系定义为D＝y1–y2。描绘定义为
的参数关系D的图看起来会有所不同。虚线示出了根据现有技术使用的过滤装置的参数关系D。直线示出适于根据本发明使用的过滤装置的参数关系D随时间的变化。
图2和图3示出了适于在两种不同操作模式下操作的过滤装置的随时间t的参数关系D。
在图2中，对于根据现有技术操作的过滤装置和根据本发明操作的过滤装置两者而言，参数关系D都减小。直到达到时间t1，指示根据本发明的曲线进展的线与指示根据现有技术的曲线进展的虚线重叠。在此之前，液体通过过滤介质的流速为100％。
在t1，过滤装置的传感器确定参数的值，其中它们的参数关系D已经达到预设的第一特定参数关系D1。在确定参数关系D小于第一特定参数关系D1时，调节过滤装置的泵以减小其泵送能力，这降低储存容器内的表压Pg。降低的表压Pg比之前更慢地挤压液体通过过滤介质，从而使过滤介质有更多时间与液体相互作用，因此提高了液体的过滤性能。现在，通过过滤介质的液体流速降低。增加的过滤性能由直线的曲线逐渐上升指示。因此，过滤介质的寿命增加。
在一个实施例中，可以在另一时间适应性调节泵送能力以进一步增加过滤介质的寿命，例如在时间t2。过滤介质的寿命可以延长，直到泵送能力低到用户等待液体被过滤是不切实际的，或者直到压力太低而无法将液体压过过滤介质。
图3示出了用于操作过滤装置的另一种模式。根据现有技术操作的过滤装置和根据本发明操作的过滤装置都具有过滤性能，该过滤性能由其寿命开始时的起始参数关系D0指示。如前所述，根据现有技术操作的过滤装置中的过滤介质的过滤性能随时间降低(虚线)。
过滤装置的传感器检测参数递减关系D。在本实施例中，泵配置成根据降低的参数关系D来降低其泵送能力。以这种方式，由于使用而导致的过滤性能下降的效果和由于液体与过滤介质的反应时间更长的提高的过滤性能彼此补偿。因此，过滤性能保持在恒定或至少接近恒定的水平，而液体通过过滤介质的流速正在降低。
在时间t1，参数关系D开始减小。在这种模式下，如果过滤介质几乎耗尽或使用过多以致泵无法进一步降低其泵送能力以补偿下降的过滤性能，则可能会发生这种情况。因此，液体通过过滤介质的流速处于恒定的且低的水平。换言之，用户很快将不得不等待太长时间以使液体被过滤，或者压力Pg将不足以将液体压过过滤介质。
图2和图3都示出了理想化的情况，其中参数关系D的曲线是平滑的直线。实际上，参数关系D将经受波动，因为参数的确定值经受波动。波动可能是由于传感器的测量误差、引起压力Pg内的波动的泵的电源波动、液体质量的波动例如波动的水硬度等所导致。此处所示的曲线将表示为实际数据中的趋势。
图4示出了描述参数关系D随时间变化的另一个图，其中D定义为D＝y1–y2。与图2和图3中的图相比，该图应该示出参数关系D的更实际进展的示例。
一开始，参数关系D在第二特定参数关系D2之上上升几次。参数关系D等于或高于第二特定参数关系D2意味着过滤介质实际上过滤的程度超过其应有的程度或超出必要的程度。例如，这种影响来自过滤介质在一夜之间再生或未过滤液体的质量发生变化。为了保持被过滤介质的质量恒定或为了延长过滤介质的使用寿命，通过降低泵的泵送能力来降低过滤性能和超压Pg。
图4中的虚线示出由于过滤介质的过滤性能下降，参数关系D下降的总体趋势。在某一点，参数关系D将低于最小参数关系Dmin，这指示过滤介质或包含过滤介质的过滤容器必须被更换。
Claims (7)
1.一种过滤装置(1)，其用于过滤液体，该过滤装置(1)包括：
用于未过滤液体的储存容器(10)；
用于过滤容器(30)的安装件(11)；
填充有过滤介质(31)的过滤容器(30)，其安装在安装件(11)中；
第一传感器(40)，其配置成确定未过滤液体的参数的第一值y1；以及
泵(20)，其流体地联接到存储容器(10)并且通信地联接到第一传感器(40)；
其中泵(20)配置成在过滤未过滤的液体期间在储存容器(10)中产生表压Pg；
其特征在于，
过滤装置(1)包括第二传感器(42)，其配置成确定过滤后的液体的参数的第二值y2；以及
泵(20)与第二传感器(42)通信地联接，并且配置成如果第一值y1和第二值y2的参数关系D低于预设的第一特定参数关系D1，则在过滤过程期间降低表压Pg。
2.根据权利要求1所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置(1)包括控制单元(44)，其中所述控制单元(44)包括存储单元(46)和处理单元(48)，其中控制单元(44)通信地联接到第一传感器(40)、第二传感器(42)和泵(20)，其中处理单元(48)配置成根据参数关系D设定泵(20)的泵送能力。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述液体是水并且所述参数是水的碳酸盐硬度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述泵(20)配置成将所述液体或气体压入所述储存容器(10)中以产生所述表压Pg。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置(1)包括用于指示所述泵(20)的当前泵送能力和/或当前过滤介质性能的指示装置。
6.用于在过滤装置(1)中过滤液体的方法，特别是在根据权利要求1至5中任一项所述的过滤装置(1)中，其中待过滤的液体流动通过过滤介质(31)并且作为过滤后的液体离开过滤介质(31)；
其特征在于，
待过滤的液体经受表压Pg；
其中连续地监测表征液体质量的参数，其中在未过滤的液体中测量参数的第一值y1并且在过滤后的液体中测量参数的第二值y2；
其中连续地确定参数关系D＝y1-y2或
其中在D<D1时表压Pg减小，其中D1为预设的第一特定参数关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表压Pg在D＞D2时增加，其中D2为预设的第二特定参数关系。
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