CN1489488A - 抗微生物的水净化和收集系统 - Google Patents
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Abstract
抗微生物的水净化和收集系统(10)包括具有与系统入口(11)选择性流体连通的过滤器入口和与用来贮藏滤液的水贮藏容器(12)流体连通的过滤器出口(13)的反渗透过滤器组件(19)。至少有一部分贮藏容器定位在滤膜上方的某个高度，以致贮藏容器的填充物在贮藏容器中相对于滤膜形成水头压力，从而使滤液能够通过它回流。机械式截止阀(27)插在系统入口(11)和过滤器入口之间，从而在贮藏容器中相对于滤膜达到最小的水头压力时阻断其间的流体连通。
Description
本发明的技术领域
本发明涉及水过滤。更具体地说，本发明涉及反渗透水过滤系统，其中横跨滤膜的微弱的周期性的反压力被用来避免微生物的生物负荷(bioburden)在过滤系统内聚积。
本发明的现有技术
控制微生物的生物负荷的需要已导致用滤膜从各种不同的流体中除去粒子和细菌的灭菌消毒使用点。然而，重要的是：为了防止微生物的生物污秽在滤膜上游一侧累积，所用的滤膜要得到规律性的维护。在反渗透过滤器技术，这种规律性的维护通常要求更换反渗透滤膜和/或整个反渗透过滤器组件。令人遗憾的是过滤器组件可能被忽视，最终导致失败，或甚至损害健康，取决于过滤设备的远离程度或使用者的技能水平。
因为微生物的生物负荷在停滞的水是最普遍的，申请者已发现实现针对反渗透滤膜的生物学的污秽的附加防范是符合要求的。所以，本发明的目的是提供一种其中有横越滤膜的连续水流的反渗透过滤器系统。与现有技术的一般状态相反，这需要经过过滤的水横越滤膜的回流。虽然1997年8月19日授权给Schoenmeyr的美国专利第5,658,457号(“Schoenmeyr”)为了除去粒子慎重考虑了这种回流，但是Schoenmeyr还不能使系统能够防止微生物的累积。具体地说，Schoenmeyr未能在就横越膜片的实际的逆流而言必不可少的停止顺流的时刻提供充分的回流压力。因此，Schoenmeyr的装置易受生物材料累积的影响。所以，本发明的最高目标是通过提供为横越反渗透膜的连续水流准备的反渗透过滤器系统改善现有技术，借此大大减少生物污秽聚积的机会。
本发明的概述
依照上述的目的，本发明--抗微生物的水净化和收集系统--通常包括有与系统入口选择性流体连通的过滤器入口和与水贮藏容器流体连通的过滤器出口的反渗透过滤器组件。过滤器入口通过滤膜与过滤器出口分开。至少有一部分贮藏容器被定位在滤膜上方的某个高度，以致贮藏容器的填充物在贮藏容器相对于滤膜形成水头压力。
截止阀插在系统入口和过滤器入口之间，以便在贮藏容器中相对于滤膜达到最小的水头压力时阻断从系统入口到过滤器入口的流体传送。在本发明的优选实施方案中，为了保证在关闭源头水的过滤器组件时回流横越滤膜，最小的水头压力至少是每平方英寸0.5磅。
水贮藏容器优选包括实质上可自由膨胀而且实质上可自由折叠的柔性袋子，而截止阀优选包括被柔性袋子的填充物激活的机械阀。具体地说，机械阀包括阀门入口，阀门出口和柱塞，柱塞的减压操作阻断从阀门入口到阀门出口的流体流动。所以，截止阀进一步包括这样安排在机械阀和柔性袋子之间的杠杆，以致该杠杆适合在充分填充柔性袋子时降低柱塞的压力。
在本发明的至少一个实施方案中，反渗透过滤器组件被定位在完全在贮藏容器之下的空间之中，借此为滤膜提供最大的水头压力。在这个实施方案中，过滤器出口在贮藏容器的底部部分穿过容器入口与贮藏容器连通。然后，同一入口还可能兼作供收集在贮藏容器中的水使用的出口。所以，可以按要求激活的、气动的、远程切换的或作为其组合的传送泵也可以是为了传送水而准备的。
增压泵可能插在系统入口和过滤器入口之间用于低源头压力的应用使用。在这种情况下，停止开关适合在充分填充贮藏容器时中断对增压泵的供电。优选的是停止开关是被用来控制流向过滤器组件的流动的同一杠杆激活的。此外，用于并非通过过滤器组件收集的水的洁净水入口也可能提供。在这种情况下，有完整的止回阀的减压装置是提供为了从收集到的水中释放诸如二氧化碳之类的气体。
最后，本发明的许多其它的特性、目的和优势对于熟悉相关技术的人将是明显的，尤其是考虑到前面的讨论和下面的附图、可仿效的详细描述和权利要求书。
附图简要说明
虽然本发明的范围比任何特定的实施方案都宽得多，但是优选实施方案的详细描述与说明性的附图一起在下文中给出，其中同样参考数字指的是相同的组成部分，其中：
图1用正面的透视图展示本发明的水净化和收集系统的优选实施方案；
图2用背面的透视图展示图1的水净化和收集系统；
图3用底部的透视图展示图1的水净化和收集系统；
图4用局部剖开的俯视平面图展示图1的水净化和收集系统的自动截止阀的某些细节；而
图5用沿着图4的5-5线截取的局部剖开的剖视图展示图1的水净化和收集系统的自动截止阀的某些细节。
优选实施方案的详细描述
虽然原本熟悉这项技术的人鉴于在此提供的说明将会意识到许多替代实施方案，但是，这份详细描述是本发明的举例性的优选实施方案，本发明的范围仅仅受权利要求书限制。
现在参照附图，本发明的水净化和收集系统10被表明通常包括用来保存经过过滤的或其它来源的纯净水的贮藏容器12，和位于在贮藏容器12下面的容器子空间41之中的反渗透(“R/O”)过滤器组件19，因为在此将更清楚。自动截止阀组件27是为控制水穿过未经过滤的水的入口11到水净化和收集系统10的流动而准备的。如同在此进一步得到较好的理解那样，这个流动是依照贮藏容器12中的水的数量受控的。如同在此进一步得到较好的理解那样，上述零部件的特定的安排使R/O膜21的自动的和周期性的反冲清洗能够被封装在R/O过滤器组件19的膜片容器20之内。
如同在图1和2中明确展示的那样，贮藏容器12优选包括可自由膨胀可自由折叠的柔性塑胶袋子。来自R/O过滤器组件19经过过滤的水可以通过组合式过滤水入口和纯净水出口13进入贮藏容器。同样从其它装置返回的纯净水可以通过纯净水入口14进入贮藏容器12。溢出和减压出口15是为保证贮藏容器12不被过分填充准备的。此外，因为经过反渗透处理过滤的水通常将有高浓度的二氧化碳气体，从而引起形成碳酸，所以溢出和减压出口15是进一步为的二氧化碳的痕迹集中和其它的-原因酸解答的在弥漫，提供到允许这样的气体在大气压力下从贮存的水中自由地渗出。以这种方式被贮存的水迅速回到正常的pH水平并且从此保持在非侵蚀状态。然而，为了保持水的完整性，溢出和减压出口15优选备有整体式单向止回阀16。
如图1至3所示，纯净水入口14和溢出和减压出口15适合非独立地将贮藏容器12固定到水净化和收集系统10的底盘36上。所以，贮藏容器备有众多适合穿过纯净水入口孔37和溢出和减压出口孔38与纯净水入口14和溢出和减压出口15上的管接头18紧密配合的完整的袋子接头17。同样，袋子接头17是为穿过过滤水入口和纯净水出口孔40与组合式过滤水入口和纯净水出口13上的管接头18紧密配合并借此将贮藏容器12的下半部分固定到安装在底盘36上的容器支架39上准备的。
本发明的R/O过滤器组件19通常包括封装在容器20内的R/O膜片21和安装在托架22上的众多膜片容器。在本发明的关键方面，安装在托架22上的膜片容器以这样的方式固定到底盘36上，以便将膜片容器20按水平取向固定在容器托架39下面的容器子空间41中。以这种方式，如同在此将进一步得到较好的理解那样，水在贮藏容器12中充分的水头压力可以是为了使R/O膜21的反冲清洗在未经过滤的水朝水净化和收集系统10的流动被自动截止阀组件27中断的任何时段里都成为可能而实现的。因为与传统的技术实践相反，本发明打算允许纯净水在这样的周期里通过过滤水出口24回流到膜片容器20中，所以修改膜片容器20使之适应这种流动对于本发明也是至关重要的。具体地说，省略原本在膜片容器内提供的止回阀以其它方式防止水通过过滤水出口24返回到R/O膜21的流动是必要的。
为了实现本发明，申请者发现每天100加仑封装的超微过滤膜片模块可以被用在R/O过滤器组件19中。虽然熟悉这项技术的人将认可其它实质上的等价方案，但是申请者预言只要回收被维持在大约4或5比1，这种实现将允许膜片性能达到滤掉85到90％的氯化钠和滤掉95到98％的二价离子。如同在其它的R/O设备中那样，废水排放管26与膜片容器20的废水出口25流体连通。优选的是废水排放管26是商标为“TEFLON”的毛细管限流器。
如同在图2至5中明确展示的那样，本发明的自动截止阀组件27通常包括适合依照水在贮藏容器12内的高度通过操纵杆28机械操作的常开阀门32。如同在附图中展示的那样，未经过滤的水的正常流动是通过未经过滤的水入口11经中间管线到阀门32的入口33。只要贮藏容器12不是满的或几乎满的，水就通过阀门32自由地从出口34流出，经塑胶管流到膜片容器20的未经过滤的水的入口23。于是，纯净水横穿R/O膜片21并且从膜片容器20的过滤水出口24，经所提供的塑胶管和四通接头45(其作用在此将进一步变得更明显)以及组合式过滤水入口和纯净水出口13流入贮藏容器12。如同在其它的R/O设备中那样，不横穿R/O膜片21的废水从膜片容器20的废水出口25经限流的废水排放管26流出。
当贮藏容器12被装满的时候，作为横在底盘36上形成的杠杆支点31上的杠杆的操纵杆28起关闭阀门32的作用。明确地说，当柔性贮藏容器12被装满时，对操纵杆28的延伸臂29施加水平压力，从而通过横在支点31上的操纵杆28的操作臂30的杠杆作用导致与阀门32结合的柱塞35的减压。柱塞35的减压关闭阀门32，从而中断流向R/O膜片容器20的水流。虽然熟悉这项技术的人将认可许多可能的变化，但是申请者已经发现优选的将是使自动截止阀组件27适合在填充贮藏容器12时对柱塞35形成大约40psi的压力。以这种方式，利用在市场上容易买到的膜片阀，大约60psi的线压力可以被轻易地中断。
如同先前描述的那样，本发明的贮藏容器12通常包括可自由膨胀和自由折叠的柔性塑胶袋子。依照本发明的优选实践，贮藏容器12具有保存大约5加仑水的尺寸。此外，自动截止阀组件27适合在贮藏容器被填充到大约80％的容量(大约4加仑)的时候关闭阀门32。以这种方式，在任何贮藏容器12被充满的时候在膜片容器20内部形成在R/O膜片21上产生微弱的反压的大约0.5到1psi的水头压力。虽然为了在R/O膜片21上产生充分的反压用于清洗，如同在附图中展示的那样确定膜片容器在容器子空间41中的方向对于本发明是至关重要的，但是必须避免过高的水头压力。所以，提醒执行工程师为了防止R/O膜21的分层应该将反压维持在5psi或5psi以下。
如同先前提及的那样，四通接头45在R/O过滤器组件19和与贮藏容器12接口的组合式过滤水入口和纯净水出口13之间提供流体连接。以这种方式，到贮藏容器12的单一的孔口可以被用来填充贮藏容器12以及分发其中的纯净水。所以，来自四通接头45的一种连接被安排成与传送泵48的入口49流体连通。然后，传送泵48的出口50被连接到泵送纯净水出口46上。在本发明的优选实施方案中，传送泵48包括由压力开关操作的、周期性间歇工作的、自动启动的正排量泵。这样的泵可按照其型号402-140-033购自California州Santa Anna市的Shurflo PumpMfg.Co.。如同熟悉这项技术的人将领会到的那样，泵送纯净水出口46可以被连接到这样的装置上，该装置可能需要纯净水，但是缺乏内部的泵送装置。为了给内部有泵的装置提供纯净水，对四通接头45的剩余连接被直接通过流体连接到重力流纯净水出口47上。
然而，在按需激活传送泵48的替代实施方案中，熟悉这项技术的人将认可气动泵或许便于在那些本发明的水净化和收集系统10与冷饮机之类的机器一起使用的应用中使用。在这样的应用中，一部分碳酸气被简单地转移，以驱动传送泵。同样，成本较低的叶轮或涡轮泵可以通过提供远程激励开关被利用。在一种实践中，这样的远程开关可以包括操作通往用户机器的入口阀的靠近螺线管线圈放置的磁性簧片开关。螺线管的动作将引起簧片开关的关闭和传送泵的操作，尽管事实是不需要为用户机器提供实际的接口配线。
尽管前面的描述是本发明的优选实施方案的范例，但是熟悉相关技术的人将承认根据这些描述、附图和权利要求书可能很容易出现许多变化、变更、调整、替代方案之类的东西。例如，增压泵43可以在未经过滤的水的入口11和R/O过滤器组件19之间提供，以便在可能缺乏用于操作R/O过滤器组件19的充分的正向压力的低压应用中使用。在这种情况下，提供常闭的迷你型开关51，如图1、2和4所示，用来依照水在贮藏容器12中的高度控制对增压泵43的电力传送。具体地说，随着贮藏容器12变满，操纵杆28顶着增压泵开关51操作，打开开关51，借此中断从电源44到增压泵43的电力供应。
同样，诸如电池组或交流电适配器之类的电源44可以是为操作传送泵48和/或增压泵43准备的。此外，底盘36优选备有众多安装狭孔42，借此本发明的水净化和收集系统10可以轻易地安装到框架、墙壁、相关的装置或类似的东西上。总之，因为本发明的范围比任何特定的实施方案宽得多，所以前面的详细描述不应该被解释成本发明范围的限制，本发明的范围仅仅受权利要求书的限制。
Claims (18)
1.一种抗微生物的水净化和收集系统，所述的系统包括：具有与系统入口选择性流体连通的过滤器入口和过滤器出口的反渗透过滤器组件，所述的过滤器入口和所述的过滤器出口被滤膜分开；
与所述的过滤器出口流体连通的水贮藏容器，所述的贮藏容器至少有一部分定位在所述滤膜上方的某个高度，以致所述贮藏容器的填充物在所述的贮藏容器中相对于所述的滤膜形成水头压力；以及
插在所述的系统入口和所述的过滤器入口之间的机械式截止阀，所述的截止阀适合在所述的贮藏容器中相对于所述的滤膜达到最小的水头压力时阻断从所述的系统入口到所述的过滤器入口的流体传送，所述的最小的水头压力是每平方英寸至少0.5磅。
2.根据权利要求1的水净化和收集系统，何在所述的水贮藏容器包括柔性袋子。
3.根据权利要求2的水净化和收集系统，其中所述的柔性袋子是实质上可自由膨胀的和实质上可自由折叠的。
4.根据权利要求2的水净化和收集系统，其中所述的截止阀包括机械阀。
5.根据权利要求4的水净化和收集系统，其中所述的机械阀包括阀门入口，阀门出口和柱塞，所述柱塞的减压操作阻断从所述的阀门入口到所述的阀门出口的流体流动。
6.根据权利要求5的水净化和收集系统，其中所述的截止阀进一步包括杠杆，所述的杠杆被安排在所述的机械阀和所述的柔性袋子之间，以致所述的杠杆适合在充分填充所述的柔性袋子时降低所述柱塞的压力。
7.根据权利要求6的水净化和收集系统，其中所述的反渗透过滤器组件定位于完全在所述的贮藏容器之下的空间之中。
8.根据权利要求7的水净化和收集系统，其中所述的过滤器出口在所述贮藏容器的底部部分通过容器入口与所述的贮藏容器连通。
9.根据权利要求6的水净化和收集系统，所述系统进一步包括插在所述的系统入口和所述的过滤器入口之间的增压泵。
10.根据权利要求9的水净化和收集系统，所述系统进一步包括增压泵停止开关，所述的增压泵停止开关适合在所述的贮藏容器被充分填充时中断对所述增压泵的供电。
11.根据权利要求10的水净化和收集系统，其中所述的增压泵停止开关被所述的杠杆激活。
12.根据权利要求6的水净化和收集系统，所述系统进一步包括用于递送来自所述贮藏容器的水的传送泵。
13.根据权利要求12的水净化和收集系统，其中所述的传送泵是按需求激活的。
14.根据权利要求12的水净化和收集系统，其中所述的传送泵是气动的。
15.根据权利要求12的水净化和收集系统，其中所述的传送泵是远程切换的。
16.根据权利要求6的水净化和收集系统，其中所述的贮藏容器进一步包括用于并非通过所述的过滤器组件收集的水的纯净水入口。
17.根据权利要求16的水净化和收集系统，其中所述的贮藏容器进一步包括用于从被收集的水中释放气体的卸压装置。
18.根据权利要求的水净化和收集系统17，其中所述的压减轻包括止回阀，所述的止回阀适合防止将污染物引入所述的贮藏容器。
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