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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Filtersysteme, die austauschbare
Filterpatronengehäuse
umfassen, mit denen ein Umgehungsmerkmal verbunden ist, insbesondere
Filterpatronengehäuse,
die einen Umgehungskanal umfassen, der es Flüssigkeit erlaubt, von dem Zuflussabschnitt
der Patrone bis zu dem Abflussabschnitt der Patrone vorzurücken, ohne
das Filtermedium zu berühren,
das innerhalb des Patronengehäuses angeordnet
ist, und noch spezifischer eine austauschbare Patrone, die durch
eine verbesserte Filterkapazität wirtschaftliche
Vorteile bereitstellt und dabei die Härte der Wasserausgabe innerhalb
eines erwünschten
Bereichs hält.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Oft
wird sowohl bei Verbraucher- als auch Industrieanwendungen eine
Flüssigkeit,
wie etwa Wasser, vor ihrem Gebrauch bei einer bestimmten Anwendung
gefiltert. Daher werden Filtersysteme entweder intern oder extern
innerhalb des Industriesystems oder des Verbrauchergeräts installiert.
Z.B. sind in unserer heutigen modernen Gesellschaft Kühlschränke, die
Trinkwasser bereitstellen und Eis machen, weit verbreitet. Gewöhnlich verwendet
diese Art von Kühlschrank
ein internes Filtersystem, um das Wasser zu reinigen, das zum Trinken
und zum Eismachen verwendet wird. Da zudem Wasser die Grundlage
für zahlreiche
Getränke
wie Limonade oder Kaffee ist, ist es auch üblich, Wasserfilteranordnungen
innerhalb oder zusammen mit handelsüblichen Verkaufsautomaten,
die Kaffee oder alkoholfreie Getränke ausgeben, installiert zu
finden.
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Wie
bei den meisten Filtersystemen ist ein häufiges Austauschen des Filtermediums
notwendig, um ein korrek tes Filtern und die Qualität des Ausgabeflusses
zu unterstützen.
Deshalb sind die oben genannten Filteranordnungen typischerweise
mit Filterpatronen ausgestattet, die leicht aus einem Filterkopf
zu entnehmen, wegzuwerfen und auszutauschen sind, ohne das Entfernen
der übrigen
Bestandteile des Filtersystems zu benötigen.
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Außer der
Bedienungsfreundlichkeit betrachten die Hersteller von Filterpatronen
so wie ihre Käufer und
Endbenutzer Merkmale wie lange Lebensdauer, Filterfähigkeit,
kostengünstiges
Design als äußerst wichtig.
Die Filterfähigkeit
ist wahrscheinlich die variabelste Eigenschaft, da sie sehr von
den Merkmalen des Eingabewassers und den gewünschten Merkmalen des Ausgabeflusses
abhängig
ist. Die Lebensdauer des Filters hängt weitgehend mit dem Arbeitsdurchfluss
durch den Filter und der Art oder dem gewünschten Grad der Filtration
zusammen. Eine kundenspezifische Anpassung der Filterpatronen, um
der erwünschten
Filterfähigkeit
gerecht zu werden, führt
zu erhöhten
Kosten. Niedrigere Kosten kann man erreichen und beibehalten, wenn
eine oder mehrere Standardfilterpatronen serienmäßig produziert und für eine Vielzahl
von Anwendungen verwendet werden können.
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Ein
gutes Beispiel für
den Zusammenhang zwischen Filterfähigkeit und Filterlebensdauer
findet man bei Anwendungen, die derartige austauschbare Filter zur
Reduzierung der Wasserhärte
umfassen. Zunächst ist
zu beachten, dass der Begriff Wasserhärte, wie er hier verwendet
wird, sich auf den Gehalt an Kalzium- und Magnesiumsalzen bezieht,
die Bikarbonate, Karbonate, Sulfate, Chloride oder Nitrate sein
können.
Ferner ist die Härte
ein Maß für Kalzium-
und Magnesiumsalze, das als Äquivalent
für Kalziumkarbonatgehalt
ausgedrückt
wird und normalerweise in Teilchen pro Million (ppm) oder Körnern pro
Gallone (gpg) wie folgt angegeben wird: sehr weiches Wasser, weniger
als 15 ppm; weiches Wasser, 15 bis 50 ppm; leicht hartes Wasser,
50 bis 100 ppm; hartes Wasser, 100 bis 220 ppm; und sehr hartes
Wasser, über
220 ppm.
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Im
Fall der Wasserhärtereduzierung
sind die meisten heutzutage verwendeten Filtermedien in der Lage,
einen im Wesentlichen hohen Anteil, wenn nicht sogar im Wesentlichen
das gesamte Kalzium und Magnesium aus dem Eingabewasser zu entfernen.
Die meisten Anwendungen verwenden die Filterpatronen für die vollkommene
Beseitigung von Kalzium und Magnesium, oder können zu allermindest eine derartige
Beseitigung ohne schädliche
Ergebnisse aushalten. Ein hohes Maß an Kalzium- und Magnesiumbeseitigung
ist jedoch nicht für
alle Anwendungen wünschenswert,
wie etwa Anwendungen, die "Rezeptqualitätswasser" benötigen (z.B.
Anwendungen zum Getränkemischen),
die ein gewisses Maß an
Härte innerhalb
eines konstanten Bereichs beibehalten müssen, um ein Endprodukt zu
liefern, das u.a. einen angenehmen Geschmack hat.
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Zudem
reduziert ein hoher Beseitigungsgrad die Lebensdauer des Filters
und somit die Filterfähigkeit. Viele
Endbenutzer verwenden derartige Filter für Anwendungen, bei denen ein
verringerter Kalzium- und Magnesiumbeseitigungsgrad zulässig ist.
Für diese
Endbenutzer ist es unnötig,
die höheren
Kosten in Kauf zu nehmen, die sich aus dem Filteraustausch und einer
verringerten Filterfähigkeit
ergeben, insbesondere in Situationen, in denen das Eingabewasser
hart oder sehr hart ist.
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Die
oben genannten Punkte und die Art und Weise, in der sie bewältigt werden
können,
stellen sowohl für
Hersteller als auch Endbenutzer ein Problem. Die kundenspezifische
Anpassung der Filterpatrone, des Filterkopfes oder des Filtersystemgeräts, um das
erwünschte
Rezepturqualitätswasser
zu erhalten, kann spezifische Bedürfnisse erfüllen, aber derartige individualisierte Änderungen
können
zu wesentlich höheren
Kosten und/oder Problemen u.a. bei der Funktionsfähigkeit
der Geräte
führen.
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Was
somit gebraucht wird ist eine durchführbare rentable Lösung für die oben
genannten Probleme bezüglich
der Wasserhärte,
sowie mit Bezug auf ähnliche
Probleme, die erwünschte
Ausgabewassermerkmale erreichen und/oder die durch den Betrieb des
Filtersystems verursachten Betriebskosten durch einen niedrigeren
Beseitigungsgrad senken.
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Die
EP 0 231 862 und
US 6 458 269 beschreiben
beide Filteranordnungen, die dafür
geeignet sind, weiches Wasser bereitzustellen. Beide Anordnungen
umfassen einen Filterkopf und eine Filterpatrone. Weder die eine
noch die andere Druckschrift beschreibt ein Anschlussende einer
Filterpatrone, das eine äußere axiale Umgehungsdurchgangsöffnung in
einem Distalendabschnitt des Halses umfasst.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die Probleme des Standes der Technik unter anderem, indem sie ein Anschlussende
für eine
Filterpatrone bereitstellt, das eine Flüssigkeitsverbindung zwischen
einer Filtermediumkammer und einem Filterkopf bereitstellt, der
einen Aufnahmekern und erste und zweite Flüssigkeitsleitungen aufweist.
Das Anschlussende gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen im Wesentlichen hohlen Hals, der einen Distalendabschnitt,
einen länglichen
Abschnitt und einen Proximalendabschnitt zum Anpassen mit der Filtermediumkammer
definiert. Ein röhrenförmiges Element
ist axial im Hals angeordnet und definiert einen inneren axialen
Durchgang und einen radial äußeren axialen
Durchgang, der durch den Umfang des röhrenförmigen Elements und die innere
Oberfläche
des Halses begrenzt ist, so dass der innere axiale Durchgang und
der äußere axiale
Durchgang unabhängige
Leitungen für
eine dop pelte Flüssigkeitsströmung durch
den Hals bereitstellen.
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Das
röhrenförmige Element
weist eine Öffnung
in dem Distalendabschnitt des Halses auf, und mindestens eine Öffnung auf
den äußeren axialen
Durchgang ist in dem länglichen
Abschnitt des Halses angeordnet. Zudem befindet sich eine Umgehungsöffnung auf
den äußeren axialen
Durchgang in dem Distalendabschnitt des Halses.
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Der
Hals umfasst eine Vielzahl von Dichtungen, die an dem äußeren Umfang
des länglichen
Abschnitts entlang angeordnet sind, um einen im Wesentlichen wasserdichten
Eingriff zwischen dem Hals und dem Aufnahmekern bereitzustellen.
Bevorzugt ist eine proximale radiale Dichtung neben dem Proximalende angeordnet,
und eine distale radiale Dichtung ist neben dem Distalendabschnitt
angeordnet. Zusammen tragen die proximalen und distalen Radialdichtungen
dazu bei, die Vollständigkeit
der Flüssigkeitsverbindung (d.h.
unter anderem den Kontakt zwischen den zu- und ablaufenden Strömen zu beschränken) jeweils
zwischen der ersten Leitung und der äußeren axialen Durchgangsöffnung,
bzw. -öffnungen,
und zwischen der zweiten Leitung und der röhrenförmigen Öffnung und der äußeren axialen
Umgehungsdurchgangsöffnung
aufrechtzuerhalten, wenn das Anschlussende mit dem Aufnahmekern
in Eingriff steht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des oben genannten Anschlussendes ist die Umgehungsöffnung im
Wesentlichen kreisförmig
und kann einen Durchmesser aufweisen, der von ungefähr 0,762
Millimetern bis ungefähr
1,78 Millimetern reicht. Bevorzugt weist die Öffnung eine Fläche auf,
die von ungefähr
0, 45 mm2 bis ungefähr 2,5 mm2 reicht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Filterpatrone, die eine
Filtermediumkammer, einen im Wesentlichen hohlen Hals, der einen
Distalendabschnitt defi niert, einen länglichen Abschnitt und einen
Proximalendabschnitt, der an die Filtermediumkammer angepasst ist,
und ein röhrenförmiges Element,
das axial in dem Hals angeordnet ist und sich in die Filtermediumkammer
erstreckt, umfasst. Das röhrenförmige Element definiert
einen inneren axialen Durchgang und einen radial äußeren axialen
Durchgang, der durch den Umfang des röhrenförmigen Elements und die innere
Oberfläche
des Halses begrenzt wird, wobei der innere axiale Durchgang und
der äußere axiale
Durchgang unabhängige
Leitungen für
eine doppelte Flüssigkeitsströmung durch
den Hals und die Filtermediumkammer bereitstellen.
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Das
röhrenförmige Element
weist eine Öffnung,
die sich in dem Distalendabschnitt des Halses befindet, und mindestens
eine äußere axiale
Durchgangsöffnung,
die in dem länglichen
Abschnitt des Halses angeordnet ist, auf. Ebenso ist eine äußere axiale
Umgehungsdurchgangsöffnung
in dem Distalendabschnitt des Halses angeordnet.
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Eine
proximale radiale Dichtung, die an dem äußeren Umfang des länglichen
Abschnitts des Halses entlang neben dem Proximalendabschnitt angeordnet
ist, stellt einen im Wesentlichen wasserdichten Eingriff zwischen
dem Hals und dem Aufnahmekern bereit. Eine distale radiale Dichtung,
die an dem äußeren Umfang des
länglichen
Abschnitts des Halses entlang neben dem Distalendabschnitt angeordnet
ist, stellt ebenfalls einen im Wesentlichen wasserdichten Eingriff
zwischen dem Hals und dem Aufnahmekern bereit. Zusammen halten die
proximalen und distalen Radialdichtungen die Vollständigkeit
der Flüssigkeitsverbindung
jeweils zwischen der ersten Leitung und der äußeren axialen Durchgangsöffnung,
bzw. -öffnungen,
und zwischen der zweiten Leitung und der röhrenförmigen Öffnung und der äußeren axialen
Umgehungsdurchgangsöffnung
aufrecht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der oben genannten Filterpatrone ist die Durchgangsöffnung im
Wesentlichen kreisförmig
und kann einen Durchmesser aufweisen, der von ungefähr 0,762
Millimetern bis ungefähr
1,78 Millimetern reicht. Bevorzugt weist die Öffnung eine Fläche auf,
die von ungefähr
0,45 mm2 bis ungefähr 2,5 mm2 reicht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Filterpatronen- und Filterkopf-Anordnung.
Die Filterpatrone umfasst eine Filtermediumkammer, einen im Wesentlichen
hohlen Hals und ein röhrenförmiges Element, das
axial in dem Hals angeordnet ist und sich in die Filtermediumkammer
erstreckt. Der hohle Hals umfasst einen Distalendabschnitt, einen
länglichen
Abschnitt und einen Proximalendabschnitt, der an die Filtermediumkammer
angepasst ist. Das röhrenförmige Element
definiert einen inneren axialen Durchgang und einen radial äußeren axialen
Durchgang innerhalb des Halses. Der äußere axiale Durchgang ist durch
den Umfang des röhrenförmigen Elements
und die innere Oberfläche
des Halses begrenzt. Der innere axiale Durchgang und der äußere axiale
Durchgang stellen unabhängige
Leitungen für
eine doppelte Flüssigkeitsströmung durch den
Hals und die Filtermediumkammer bereit.
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Das
röhrenförmige Element
weist eine Öffnung,
die sich in dem Distalendabschnitt des Halses befindet und mindestens
eine äußere axiale
Durchgangsöffnung,
die in dem länglichen
Abschnitt des Halses angeordnet ist, auf. Ebenso ist eine äußere axiale
Umgehungsdurchgangsöffnung
in dem Distalendabschnitt des Halses angeordnet.
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Eine
proximale radiale Dichtung, die an dem äußeren Umfang des länglichen
Abschnitts des Halses entlang neben dem proximalen Endabschnitt
angeordnet ist, stellt einen im Wesentlichen wasserdichten Eingriff
zwischen dem Hals und dem Aufnahmekern bereit. Eine distale radiale
Dichtung, die an dem äußeren Umfang
des länglichen
Abschnitts des Halses entlang neben dem Distalendabschnitt angeordnet
ist, stellt einen weiteren im Wesentlichen wasserdichten Eingriff
zwischen dem Hals und dem Aufnahmekern bereit. Zusammen halten die
proximalen und distalen Radialdichtungen die Vollständigkeit
der Flüssigkeitsverbindung
jeweils zwischen der ersten Leitung und der äußeren axialen Durchgangsöffnung,
bzw. -öffnungen,
und zwischen der zweiten Leitung und der röhrenförmigen Öffnung und der äußeren axialen
Umgehungsdurchgangsöffnung
aufrecht.
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Der
Filterkopf der vorliegenden Erfindung umfasst einen Aufnahmekern,
der ausgestaltet ist, um in den Hals der Filterpatrone einzugreifen,
eine erste Leitung und eine zweite Leitung für eine Flüssigkeitsströmung darin.
Die erste Leitung umfasst eine Öffnung
auf den Aufnahmekern, die derart angeordnet ist, dass sie sich neben
dem länglichen
Teil des Halses befindet, wenn der Hals der Filterpatronen in den
Aufnahmekern eingreift. Die zweite Leitung umfasst eine Öffnung auf
den Aufnahmekern, die derart angeordnet ist, dass sie sich neben
dem Distalabschnitt des Halses befindet, wenn der Hals der Filterpatrone
in den Aufnahmekern eingreift.
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Die
proximalen und distalen Radialdichtungen definieren einen ersten
Behälter,
der durch die proximalen und distalen Radialdichtungen und den Aufnahmekern
in Flüssigkeitsverbindung
mit der ersten Leitungsöffnung
und der äußeren axialen
Durchgangsöffnung,
bzw. -öffnungen,
begrenzt ist. Ein zweiter Flüssigkeitsbehälter wird
ebenso durch die distale Dichtung und den Aufnahmekern in Flüssigkeitsverbindung
mit der zweiten Leitungsöffnung,
der röhrenförmigen Öffnung und
der äußeren axialen
Umgehungsdurchgangsöffnung
definiert.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Anmeldung gehen aus der folgenden Beschreibung,
den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Um
dem Fachmann der Technik, auf die sich die vorliegende Anmeldung
bezieht, leichter verständlich zu
machen, wie diese auszubilden und zu verwenden ist, wird Bezug auf
die Zeichnungen genommen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer wegwerfbaren Filterpatrone, die gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist,
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2 eine
Seitenansicht des oberen Abschnitts der in 1 gezeigten
Filterpatrone, einschließlich Deckel
und Hals,
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3 eine
Draufsicht des Deckels für
eine in 1 gezeigte Patrone,
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4 eine
Seitenansicht des oberen Abschnitts der in 1 gezeigten
Filterpatrone, einschließlich Hals
und Flüssigkeitsöffnung darin,
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5 eine
senkrechte Querschnittsansicht des Deckels aus 3 durch
die Linie 5-5,
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6 eine
Ansicht von unten des Deckels aus 4 durch
die Linie 6-6,
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7 eine
perspektivische Ansicht eines beispielhaften Filterkopfes, in dem
eine gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaute Filterpatrone installiert werden kann,
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8 eine
perspektivische Ansicht eines anderen beispielhaften Filterkopfes,
in dem eine gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaute Filterpatrone installiert werden kann,
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9 eine
perspektivische Ansicht eines anderen beispielhaften Filterkopfes,
in dem eine gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaute Filterpatrone installiert werden kann,
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10 eine
vergrößerte Querschnittsansicht
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten und an den Filterkopf von 9 angepassten
wegwerfbaren Patrone,
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11 eine
senkrechte Querschnittsansicht einer wegwerfbaren Patrone, die an
den Filterkopf von 9 angepasst ist, und
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12 eine
Querschnittsansicht einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten und an den Filterkopf von 8 angepassten
wegwerfbaren Patrone.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Vorteile einer Filteranordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut oder nachgerüstet
wird, werden für
den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bestimmten
bevorzugten Ausführungsformen,
zusammen mit den Zeichnungen, die repräsentative Ausführungsformen
davon darlegen, besser hervorgehen. Falls nicht anders ersichtlich
oder angegeben sollen sich Richtungshinweise, wie etwa "unterer" und "oberer", auf die Ausrichtung
einer bestimmten Ausführungsform
der Erfindung beziehen, wie sie in der ersten nummerierten Ansicht
dieser Ausführungsform
gezeigt wird. Ebenso gibt eine bestimmte Bezugsnummer die gleiche
oder eine ähnliche
Struktur an, wenn sie in verschiedenen Figuren erscheint.
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Wir
beziehen uns nun auf 1, die eine gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung aufgebaute und mit der Bezugsnummer 10 bezeichnete
Filterpatrone abbildet. Die Filterpatrone 10 umfasst ein
bevorzugt zylinderförmiges
Hauptgehäuse 12,
das einen geschlossenen unteren Abschnitt 14 und einen
im Allgemeinen ebenen Deckel 16 umfasst. Der Deckel 16 kann
an den unteren Abschnitt 14 angepasst werden, nachdem ein
Filtermaterial (in 1 nicht gezeigt) in dem Gehäuse angeordnet
wurde. Ein bevorzugtes Filtermedium zur Verwendung beim Wasserfiltern
für alkoholfreie
Getränke
und insbesondere Sprudelwasser ist Aktivkohle. In dem Gehäuse 12 werden
jedoch oft firmenspezifische Materialien verwendet. Zudem kann das
Gehäuse 12 Vor- und/oder Nachfiltermedien,
wie etwa Siebe oder Poliermittel, umfassen.
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In
der folgenden Beschreibung wird eine Achse, die sich längs durch
das zylinderförmige
Gehäuse 12 erstreckt
(d.h. von dem unteren Abschnitt 14 durch den Mittelpunkt
des Deckels 16), als Bezugspunkt verwendet, um die Merkmale
und Bestandteile der erfindungsgemäßen Filterpatrone als "axial" und "radial" im Verhältnis zu
der genannten Längsachse
zu beschreiben. Es versteht sich jedoch ebenfalls, dass Filterpatronen in
diversen Formen und Größen gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut sein können
und dabei immer noch ganz von den hier beschriebenen Vorteilen profitieren.
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Weiterhin
mit Bezug auf 1 zusammen mit 2 bis 6 ragt
ein Hals 18 mit im Wesentlichen einheitlichem Außendurchmesser
von dem Deckel 16 des Hauptgehäuses 12 heraus. Der
Hals 18 wird von einem Proximalende 20, das mit
dem Deckel 16 verbunden ist, einem länglichen Abschnitt 22,
der sich axial von dem Proximalende 20 her erstreckt, und
einem Distalende 24 gebildet. Bevorzugt wird das Proximalende 20 an
den Deckel 16 angepasst oder damit einstückig gebildet.
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Ein
Paar Dichtungen, bevorzugt O-Ring-Dichtungen, die eine distale O-Ring-Dichtung 26 und
eine proximale O-Ring-Dichtung 28 umfassen,
sind innerhalb von ringförmigen
Vertiefungen 29 an dem äußeren Umfang
des Halses 18 entlang, die ausgestaltet sind, um darin
die O-Ring-Dichtungen
unterzubringen, angebracht. Die O-Ring-Dichtungen 26 und 28 werden
bevorzugt aus einem elastischen, haltbaren und inaktiven Material
hergestellt. Der Hals 18 wird mindestens teilweise ausgehöhlt, um
einen axialen Durchgang in das Gehäuse 12 zu bilden.
Der axiale Durchgang in dem Hals 18 wird in einen radial
inneren axialen Durchgang 30 und einen radial äußeren axialen
Durchgang 32 aufgeteilt. Bei dieser Ausführungsform
wird der radial innere axiale Durchgang 30 von einer Röhre 34 gebildet,
die sich axial in den unteren Abschnitt 14 erstreckt und in
dem Hals 18 von einem Paar genau entgegengesetzter Kerben 36 getragen
wird, die sich von der inneren Oberfläche des Halses 18 her
radial nach innen erstrecken. Somit wird der radial äußere axiale
Durchgang 32 von dem äußeren Umfang
der Röhre 34 und
dem inneren Umfang des Halsabschnitts 18, wie insbesondere in 6 gezeigt,
definiert. Ein Paar genau entgegengesetzter Öffnungen auf dem länglichen
Abschnitt 22, einschließlich der Öffnung 38, gibt Zugang
auf den radial äußeren axialen
Durchgang 32. Eine Röhrenöffnung 40 an
dem Distalende 24 stellt eine zweite Leitung durch den
Hals 18 und in den unteren Abschnitt 14 des Gehäuses bereit.
Eine zweite Öffnung 42 in
dem Distalende 24 gibt Zugang auf den äußeren axialen Durchgang 32,
hier als Umgehungsöffnung
bezeichnet. Bevorzugt wird die Umgehung 42 gebohrt oder
anderweitig neben der Röhrenöffnung 40 angelegt.
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Der
Hals 18 der Filterpatrone 10 ist angepasst und
ausgestaltet zur Aufnahme innerhalb eines mittleren Kerns eines
Filterkopfes, wie etwa die jeweils in 7, 8 und 9 gezeigten
Filterköpfe 44, 46 und 48.
Jeder der drei beispielhaften Filterköpfe umfasst einen Kern zur
Aufnahme des Halses 18 der Patrone 10 sowie Leitungen
zum Bereitstellen einer Flüssigkeitsverbindung
mit den Öffnungen 38, 40 und 42,
wenn der Hals 19 innerhalb des Kerns installiert wird.
Die Leitungen werden über
ein Gewinde oder anderweitig an einer Flüssigkeitsver sorgung und einem
Flüssigkeitsaufnahmegerät befestigt,
die weitere Filterköpfe
oder eine Vorrichtung zum Endgebrauch, wie etwa ein Flüssigkeitsmischer,
umfassen können.
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Wie
in 10 und 11 gezeigt,
wird der Hals 18 in dem Kern 50 eines Filterkopfes
installiert, der im Wesentlichen ähnlich wie der Filterkopf 48 aus 9 ist.
Das Installieren der Patrone 10 in dem Kern 50 definiert
einen ersten ringförmigen
Flüssigkeitsbehälter 54,
der radial zwischen dem inneren Umfang des Kerns 50 und
dem äußeren Umfang
des länglichen
Abschnitts 22 und axial zwischen den proximalen und distalen
O-Ring-Dichtungen 26 und 28 begrenzt
ist. Ein zweiter Flüssigkeitsbehälter 56 wird
ebenso definiert, indem die Patrone 10 in dem Kern 50 zwischen
dem inneren distalen Ende des Kerns 50 und dem distalen
Ende 24 des Halses 18 installiert wird.
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In
Betrieb wird unbehandelte Flüssigkeit
durch die Leitung 58 in dem Filterkopf 48 dem
ersten Behälter 54 zugeführt, die
wiederum in einen äußeren axialen
Durchgang 32 der Patrone 10 über die Öffnungen 38 fließt. Flüssigkeit,
die in den äußeren axialen
Durchgang 32 eintritt, fließt hauptsächlich in den unteren Abschnitt 14 und
kommt zur Behandlung mit den Filtermedien 60 in Kontakt.
Ein Teil der Flüssigkeitsströmung, die
in den äußeren axialen
Durchgang 32 eintritt, verlässt die Patrone 10 unbehandelt über die
Umgehung 42, die einen zweiten Behälter 56 speist. Der
Teil des Flüssigkeitszuflusses,
der mit den Filtermedien 60 in Kontakt kommt, tritt danach
durch eine proximale Öffnung 62 in
die Röhre 34 ein.
Der Druck der Flüssigkeit
in der Patrone 10 führt
zu einer Flüssigkeitsströmung durch
die Röhre 34 und über die Öffnung 40 in
dem Distalende 24 in den zweiten Behälter 56. In Betrieb
wird somit behandelte Flüssigkeit
von der Öffnung 40 in
dem zweiten Behälter 56 mit
einem Teil unbehandelter Flüssigkeit
von der Umgehung 42 vermischt. Die kombinierte Abflussströmung wird
von dem Behälter 56 an
eine Leitung 64 geliefert, die in dem Filterkopf 48 definiert
ist, und kann danach einer Prozesseinrichtung oder zusätzlichen
Filterköpfen
und Patronensystemen gemäß der vorliegenden
Erfindung oder anderweitig geleitet werden. Die Flüssigkeitsströmung durch
diese Ausführungsform wird
durch die Pfeile 66 in 10 und 11 veranschaulicht.
Alternativ kann die Flüssigkeitsströmung umgekehrt
werden, so dass der Flüssigkeitszufluss
von dem Behälter 56 abzweigt
und in die Öffnungen 40 und 42 fließt, wobei
er die Patrone über
die Öffnung 38 in
den Behälter 54 verlässt.
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12 bildet
eine andere beispielhafte Anpassung zwischen einer Patrone 110 und
einem Filterkopf 146 ab, wobei die Behälter 154 und 156 im
Vergleich zu der vorhergehenden Ausführungsform aus 10 und 11 wegen
der anderen inneren Gestaltung des Filterkopfs 146 unterschiedliche
Rauminhalte aufweisen.
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Die
folgenden Testergebnisse veranschaulichen einige der Vorteile einer
Filterpatrone, die gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Es wurden Filterpatronen mit Filtermedien
zur Reduzierung der Wasserhärte
getestet, um die Wirkung der Umgehungsgröße (im Durchmesser) auf Härtereduzierung
und Beseitigungswirksamkeit zu bestimmen. Die Härte, d.h. das Vorhandensein
von Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg), wurde in Zufluss- und Abflusswasserproben
für alle
Patronen getestet.
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Die
Wasserproben wurden unter den gleichen Bedingungen entfernt (z.B.
nach 20 Gallonen bei einem Durchsatz von 0,6 Gallone pro Minute
und einem Leitungsdruck von 50 Pfund pro Quatratinch) jedes Mal, wenn
der Test ausgeführt
wurde, und das Vorhandensein von Ca und Mg in den Proben wurde über Atom-Emissionsspektroskopie
mit induktiv gekoppeltem Plasma bestimmt. Die Härte kann in Körnern pro
Gallone (gpg) oder wie nachstehend in Teilen pro Million (ppm oder
mg/L) als Kalziumkarbonat (CaCO3) Äquivalent
ausgedrückt
werden (es ist zu beachten, dass eine Härte von 1 gpg 17,1 ppm oder
mg/L entspricht).
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Die
folgende Formel wird verwendet, um die Härte in ppm zu bestimmen: Härte,
ppm = ([Ca, ppm]·2,497)
+ ([Mg,ppm]·4,116)
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Z.B.
zeigte sich, dass die Zuflussprobe, die nach 20 Gallonen in eine
Patrone geflossen war, wobei die Umgehung einen Durchmesser von
0,052 Inch (1,32 Millimeter) besaß, Konzentrationen von 33 ppm
Ca und 7,0 ppm Mg aufwies. Daraus ergibt sich gemäß der obigen
Formel: Härte,
ppm = ([33 ppm]·2,497)
+ ([7,0 ppm]·4,116) Härte,
ppm = 82,4 ppm + 28,8 ppm Härte, ppm
= 111 ppm
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Es
wurde bestimmt, dass eine aus dem Abfluss entnommene Probe 6,7 ppm
Ca und 1,9 ppm Mg enthielt, so dass die Härte mit 25 ppm berechnet wurde.
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Die
Härtebeseitigungswirksamkeit
wird bestimmt, indem der Unterschied zwischen Zufluss und Abfluss
durch die Härte
des Zuflusses geteilt wird. Bei dem obigen Beispiel wurde die Härtebeseitigungswirksamkeit
mit 77,5% berechnet.
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Zum
Vergleich versteht es sich, dass ähnliche Filterpatronen ohne
Umgehung, oder die ansonsten den Zufluss nicht mit dem Abfluss vermischen,
die unter den gleichen Bedingungen eingesetzt werden, eine Abflussströmung abgeben
würden,
die unbedeutende oder gar keine Mengen von Ca und Mg enthalten würden. Somit
geben die oben genannten Filterpatronen wirksam eine Abflussströmung ab,
die eine Härte
von Null und eine Härtebeseitigungswirksamkeit
von 100% aufweisen. Die Reduzierung der Härtebeseitigungswirksamkeit ist
daher der Unter schied zwischen der gesamten Härtebeseitigung (d.h. 100%)
und der tatsächlichen
Härtebeseitigung,
die bei dem vorliegenden Beispiel 22,5% beträgt.
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Bevorzugt
ist die Umgehung im Wesentlichen kreisförmig und könnte auf einer bereits vorhandenen Filterpatrone
angelegt werden, indem man einen Kreisbohrer oder eine Bohrvorrichtung
verwendet. Somit weist bei den obigen Beispielen die Patrone mit
einem Umgehungsdurchmesser von 0,052 Inch eine Öffnungsfläche von 0,00212 in2 (1,37
mm2) auf, und die Patrone mit einem Umgehungsdurchmesser
von 0,059 Inch (1,5 Millimeter) weist eine Öffnungsfläche von 0, 00273 in2 (1, 77 mm2) auf.
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Die
Tabelle 2 veranschaulicht die Ergebnisse der Tests, die mit einer
Patrone 310 ausgeführt
wurden, die eine Umgehung mit einem Durchmesser von ungefähr 0,0465
Inch (1,181 Millimeter) und einer Öffnungsfläche von 0,0017 in2 (2,58
mm2) aufwies. Der Druck in der Zufuhrwasserleitung
betrug 70 psi, und der Durchsatz zu der Patrone wurde wie nachstehend
gezeigt geändert.
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Wie
in Tabelle 2 gezeigt, blieb der Härtebeseitigungsgrad (66,7%)
für einen
bestimmten Umgehungsdurchmesser für diverse Durchsätze konstant.
Demnach blieb die Reduzierung des Härtebeseitigungsgrads auch konstant.
Die nachstehende Tabelle 3 veranschaulicht die Ergebnisse des gleichen
Tests wie in Tabelle 2, wenn er auf eine ähnliche Filterpatrone jedoch
ohne Umgehung angewendet wird.
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Wie
in Tabelle 3 gezeigt, beträgt
die Härtebeseitigung
100%. Es ist zu beachten, dass der Druckabfall größer ist
als der der anderen Patrone unter den gleichen Bedingungen.
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Es
sollte offensichtlich sein, dass eine gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaute Filterpatrone nicht für
ein System geeignet ist, dass eine 100%ige Härtereduzierung benötigt. Wie
hier gezeigt, kann der Grad der Härtereduzierung jedoch reguliert
werden, indem man den Durchmesser der Umgehung in einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Filterpatrone ändert. Ferner führt die
Filterpatrone der vorliegenden Erfindung zu einem geringeren Druckabfall
und einer längeren
Lebensdauer, indem sie u.a. einen Teil des Zuflussstroms unbehandelt
durchlaufen lässt.
Die vorliegende Erfindung wird vorteilhaft an vorhandene Systeme
angepasst, ohne eine Neugestaltung oder Neukonfigurierung der vorhandenen
Einrichtung oder eine drastische Änderung bei der Gestaltung
der Patrone selber zu benötigen.
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Obwohl
die Systeme und Verfahren zur Verwendung der hier enthaltenen Systeme
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung bilden, versteht es sich, dass die Erfindung sich
nicht auf genau diese Systeme und Verwendungsverfahren beschränkt, und
dass daran Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert
wird, zu verlassen.
