TW202131979A - 過濾匣 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種過濾匣(20)，包含具有開放頂部(24)的杯狀外殼(22)及覆蓋外殼(22)的開放頂部的蓋部(26)。外殼(22)包含底壁(28)及與底壁(28)一體成形的圓周壁(30)。底壁(30)及圓周壁(30)包含活性炭及黏合劑。水過濾裝置(10)包含入口漏斗(12)，具有用於過濾匣(20)的座部(14)及該過濾匣(20)。座部(14)具有適用於以形狀配合方式容納圓周壁(30)的外圓周表面(32)的內圓周密封表面(16)。本發明也關於製造過濾匣(20)的方法以及關於糖基高黏度材料的用途，係在過濾匣(20)的製造中使用糖基高黏度材料作為用於形成杯狀外殼本體的黏合劑。

Description

過濾匣

本發明係關於一種過濾匣，特別係關於一種使用於重力操作的水過濾裝置的過濾匣、一種包含過濾匣和用於過濾匣的具有座體的入口漏斗的濾水裝置以及一種用於製造過濾匣的方法。

上述類型的過濾裝置係使用為家庭中每天使用的濾水器，這也是為何它們也被稱為餐用水過濾器。它們主要使用來清潔自來水中多餘的物質。在這些物質中有氯化物及例如鈣及氧化鎂的硬度提升劑，而且還有鉛，鉛經由尤其是在較老舊房屋中的鉛管進入自來水。

如果使用重力操作的餐用水過濾器，除了將自來水倒入濾水器外，對水的過濾不需任何工作。由於重力，水單純地向下流經過濾匣並流入過濾水的容器。因而，過濾匣也是重力操作的。

例如從EP 1 748 830 B可知用於此等過濾裝置的一種類型的過濾匣。過濾匣包含外殼，該外殼由具有至少一個出水口的主體部以及具有至少一個入水口和至少一個空氣出口的頭部組成，頭部配置在主體部的頂部上。外殼的兩個構件由熱塑性塑料製成，該熱塑性塑料，特別是聚丙烯。外殼充填有水處理介質。處理介質通常包含離子交換樹脂及/或活性炭，但其它成分也可使用為處理介質。在過濾匣的內部有網(mesh)，該網阻止處理介質離開開口(入水口以及空氣出口)，該等開口位於過濾匣的頭部中。

例如，從EP 3 392 201 A1可知另一類型的過濾匣。這類型的過濾匣包含外殼，該外殼由三個獨立的構件組成，亦即具有至少一個入水口及至少一個空氣出口的頭部、圓周側壁部以及包括扁平多孔過濾器主體以及邊緣的過濾元件。頭部配置在圓周側壁部的頂部上，該圓周側壁部在底部由過濾元件封閉。頭部及圓周側壁部由熱塑性塑料製成，特別是聚丙烯。多孔過濾器主體延伸於過濾匣的幾乎整個底表面，提供過濾匣大的出水口。多孔過濾器本體係內含活性炭的燒結過濾材料，已知該活性炭從包括氯的水提取某些物質。活性炭具有顆粒形式，藉此活性炭粒子藉由使用熱塑性黏合劑固定，該熱塑性黏合劑例如是聚丙烯。這個燒結過濾材料可以以扁平材料的形式生產，該扁平材料具有兩個相對的平面，從該扁平材料可以切割出小的盤狀過濾器主體，或如在EP 3 392 201 A1所述，它可直接形成為盤。此等過濾器主體也稱為炭盤。

流經此炭盤的水由內含於炭盤的活性炭過濾。多孔過濾器主體更可內含其它特別的過濾材料，例如離子交換或螯合樹脂的粒子。過濾匣的內部同樣可充填有粒子水處理介質，例如離子交換樹脂及/或活性炭，但其它的成分也使用為處理介質。再者，過濾匣的內部有網，該網阻止處理介質離開開口(入水口及空氣出口)，該等開口位於過濾匣的頭部中。因為過濾元件具有兩種功能，過濾匣的關閉以及過濾水，過濾匣可相對緊湊(compact)製造。另一方面，裝設多孔過濾器本體在邊緣上且將邊緣焊接到圓周側壁需要更多的生產步驟。

熱塑性材料通常用於過濾匣的外殼，因為它們具有食品安全性，易於加工且可充分變形，以便與入口漏斗的座部形成流體密封。

本發明的目的係提供一種替代性過濾匣，該過濾匣將緊湊的設計與材料的改良選擇結合而不影響過濾匣的功能性。

這個目的藉由依據請求項1的過濾匣以及依據請求項10的水過濾裝置達成。

過濾匣包含具有開放頂部的杯狀外殼以及覆蓋外殼的開放頂部的蓋部，外殼包含底壁及與底壁一體成形的圓周壁，底壁及圓周壁包含活性炭(active coal)及黏合劑。

過濾匣較佳係重力操作的過濾匣。當過濾匣係於操作方位時，例如當它插入過濾裝置的入口漏斗的座部時，如頂部、底部、上方、下方、上部、下部、向上、向下等的術語是與過濾匣或它的部件相關聯。

術語“圓周的”特別理解為相關於平行於重力方向的過濾匣的軸。因此，若元件係“圓周的”，元件較佳沿著封閉路徑繞著該軸延伸。軸較佳位於過濾匣的中心。

外殼的底壁及圓周壁更可任選地包含添加劑或例如除了活性炭外的其它顆粒過濾材料，例如離子交換或螯合材料等。離子交換樹脂及活性炭係當中最普遍使用的水處理介質類型。每一類型的水處理介質可用於不同目的。離子交換樹脂係用來藉由過濾出如鈣和氧化鎂的硬度提升劑減少水的硬度。另一方面，活性炭係使用來清除水中對水的味道有負面影響的物質，例如氯化物，和對消費者健康有害的物質，例如鉛。

如已知的過濾盤，杯狀主體由顆粒活性炭及黏合劑製成。然而，藉由從相同材料形成過濾匣的整個杯狀主體並由蓋部關閉它僅必須組裝兩個構件。因此，本發明減少生產步驟的數目和使用的不同材料的數目。

水過濾裝置包含此過濾匣以及用於過濾匣的具有座部的入口漏斗。入口漏斗的座部適用於過濾匣設計，因為它提供內圓周密封表面，該內圓周密封表面適用於以形狀配合(form fitting)的方式容納過濾匣的圓周壁的外圓周表面。

已知的過濾匣普遍包含撓性密封緣，該密封緣與過濾匣外殼一體成形並從過濾匣外殼水平延伸。當過濾匣插入入口漏斗的座部時過濾匣產生座部和過濾匣的座部之間的密封。

依據本發明，座部的內圓周壁密封表面在形狀上特別適合且設計成具有足夠彈性以補償過濾匣外殼的較高形狀公差而確保過濾匣和入口漏斗之間產生密封。

當過濾匣放置在入口漏斗時，僅過濾匣的入水口及空氣出口由蓋部界定並可選地由延伸於座部上方的圓周壁的至少一個頂部界定。當過濾匣放置在入口漏斗中時，僅過濾匣的出水口由底壁界定且可選地由延伸於座部下方的圓周壁的至少一個部分界定。

依據本發明的一較佳實施例，黏合劑係不含塑料的碳化材料，且更佳地，黏合劑係由糖基材料製成。

因為本發明容許減少不同材料的數量，它特別適合考慮環境因素，特別是減少塑料的需求且甚至避免任何塑料。

糖基黏合劑可以以糖蜜(molasses)的形式加工，該糖蜜例如是高黏度的糖和水的糖蜜，該糖蜜與活性炭混合以產生可模塑物質，杯狀外殼可由該可模塑物質形成。另外地，糖基黏合劑可以以乾糖的形式加工，該乾糖與活性炭混合以產生乾燥顆粒狀或粉末混合物，杯狀外殼可從該混合物形成。

就本發明而言，糖不限於來自蔗糖的糖，亦即家用糖。一般而言，糖包括得自任何類型的醣類以及該等的混合物。若糖基黏合劑以乾糖的形式加工，較佳地，例如果糖之類的低熔點的糖具有特別相關性。

較佳地，蓋部由不含塑料的織物(plastic-free fabric)製成，以便更提升環境永續性。

已知的過濾匣外殼包含由熱塑性材料製成的蓋部或頭部且僅入水口以及空氣出口被位在外殼內部的單獨的網、滲透性箔、不織布及/或網格另外覆蓋，以阻止水處理介質離開過濾匣的內體積。依據本發明的蓋部完全由不含塑料的織物製成，該不含塑料的織物提供延伸於幾乎外殼的整個開放頂部的上方的入口開口及空氣出口。該蓋部可以以網、織物(woven fabric)以及最佳是不織布的形式製成。蓋部可與外殼分別製造並在外殼完成之後固定到外殼，且蓋部的內體積充填有水處理介質，特別是離子交換顆粒以及鬆散的活性炭顆粒。將蓋部固定到外殼可例如藉由膠合、捲邊、用挾持元件，特別是挾持環挾持或藉由這些措施的組合來實現。

不含塑料的織物可例如由來自香蕉屬的Abacá植物(馬尼拉麻蕉；Musa textilis)的纖維製成。

雖然如此形成的蓋部阻止粒狀水處理介質經由外殼的開放頂部，亦即經由入水口及空氣出口離開杯狀外殼的內體積，但是外殼本身的材料實現相同的功能，亦即阻止粒狀水處理介質經由出水口離開內體積。

依據另一實施例，杯狀外殼至少部分充填有無機離子交換材料且最佳包含一個以上的沸石。這方面更考慮環境問題。

沸石是稱為“分子篩”的微孔固體的鋁矽酸鹽(

和

)成員。它們主要由矽、鋁、氧及包含鈦、錫、鋅等的金屬組成。它們具有多孔結構，可以容納多種陽離子，例如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。這些正離子可以很容易地在接觸溶液中與其它離子交換。自然發生和如人工生產的沸石都考慮用於本發明的目的。可考慮的普遍熟知的礦物沸石係例如：方沸石(analcime)、菱沸石(chabazite)、斜髮沸石(clinoptilolite)、片沸石(heulandite)、鈉沸石(natrolite)、鈣十字沸石(phillipsite)和輝沸石(stilbite)。

較佳地，圓周壁具有外圓周表面，該外圓周表面在其底壁附近比在其開放頂部附近具有較小的水平剖面。

一方面，這個措施提供了簡化脫模程序的拔模角度(draft angle)。此外，它增加入口漏斗的座部和周壁之間的密封的改良，因為圓錐形狀額外地補償過濾匣外殼的較高形狀公差。

這個需求可以由不同的幾何形狀實現。外殼的圓周壁可例如從底部至頂部連續擴寬。它可替換地具有圓周壁，該圓周壁從上到下可區分成圓周頂部、圓周過渡部以及圓周底部，其中主要地，圓周過渡部提供從外殼的較小的水平剖面到外殼的較大的水平剖面的過渡。在後種情形中，入口漏斗的座部必須具有密封座，該密封座具有內圓周密封表面，該內圓周密封表面適用於以形狀配合的方式容納圓周壁的過渡部的外圓周表面。因此，這些幾何形狀的任何一個提供外殼壁的外圓周表面和座部之間所產生的改善的密封。

依據另一觀點，圓周壁在開放頂部附近較厚於底部的附近。

這有兩個優點。第一，頂部處較厚的壁增加過濾匣外殼的杯狀主體的強度。如此，即使用太大力將過濾匣推入入口漏斗的座部，過濾匣也不會有以不可控制的方式變形的傾向。第二，開放頂部附近較大的壁厚度局部增加頂部附近的壁材料的流阻，藉此防止水繞過位於過濾匣的內體積中的水處理介質。

上述的目的也由依據請求項11的用於製造過濾匣的方法達成。

該方法包含以下步驟：將活性炭顆粒與糖基黏合劑(或可選地與添加劑或其它不同於活性炭的粒狀過濾材料)混合；用混合物形成杯狀本體；將杯狀本體碳化以形成杯狀外殼；以水處理介質充填杯狀外殼；以及以蓋部關閉已充填的杯狀本體。

該方法包括不同的替代方式來從混合物得到杯狀本體。依據第一替代方式，混合的步驟包括將活性炭顆粒與糖基黏合劑混合為可模塑質量。在這個情形中，黏合劑較佳由糖蜜組成，亦即，基本上是糖和水的高黏度糖蜜。杯狀主體因而從該可模塑質量形成。可模塑材料的黏度將在混合步驟期間進行調整，並取決於成形步驟的要求可選地藉由預乾燥步驟進行調整。例如，形成杯狀主體可藉由已知方法實現，該等已知方法例如是模製成形、擠壓成形、深衝(deep-drawing)、熱成形或積層製造(3D列印)等。在另一可選步驟中，於成形之後及杯狀主體被碳化之前杯狀主體可乾燥，以便獲得足夠穩固的中間產品。

依據第二替代方式，混合步驟包括將活性炭顆粒與乾糖基材料混合成乾燥顆粒或粉末混合物。杯狀主體因而從該乾燥顆粒或粉末混合物形成。這個形成步驟包括射出成形，其中在射出成形期間在熱的作用下黏合劑溶化。依據另一替代方式的成形步驟包括燒結，其中乾燥顆粒或粉末混合物係引入模具且然後在爐中燒結。

乾燥和燒結步驟都有助於確保杯狀主體在形成步驟期間及特別是在形成步驟之後達成足夠的結構穩定性而能傳遞到以下處理步驟。在碳化步驟期間，在乾燥/燒結之後仍可溶到水中的糖失去溶解性，該措施對於獲得足夠的防水材料以達到預期的使用目的是必不可少的。

依據本方法，外殼的底壁及圓周壁較佳將從相同的材料一體成形。

最後，目的也藉由在製造過濾匣時使用糖基材料為用於杯狀外殼的黏合劑達成。如上述，糖基材料包括來自蔗糖的糖或來自任何其它類型的糖類的糖以及它們的混合物，其中，取決於處理的特別方式，低溶點的糖，例如果糖可能特別令人感興趣。

圖1顯示一種水過濾裝置10，該水過濾裝置10包含入口漏斗12，該入口漏斗12具有座體14以及具有插入座體14的重力操作的過濾匣20。入口漏斗12的座體14具有內圓周密封表面16。

過濾匣20包含外殼22，外殼22具有開放頂部24以及覆蓋開放頂部24的蓋部26。外殼22包含底壁28以及圓周壁30。圓周壁30展現外圓周表面32，外圓周表面32的底壁28附近的水平剖面小於開放頂部24附近的水平剖面。外圓周表面32從底部到頂部恆定地擴寬。圓周壁30在開放頂部24附近的厚度也厚於在底壁28附近的厚度。

在過濾匣20的外殼22的內部提供有內體積34，而水處理介質36位於內體積34中。

座部14的內圓周密封表面16係圓錐形，該圓錐形其上端處的水平剖面大於其下端處的水平剖面。它特別適於以形狀配合方式容納過濾匣外殼22的圓周壁30的外圓周表面32，藉此形成其等之間的密封。

過濾裝置10係重力操作的。除了將自來水倒入水過濾器外，不需為過濾水進行任何工作。水主要向下經由過濾匣簡單地流入箭頭11所示的重力方向並在過濾之後被收集在用於已過濾的水的容器40中。容器40亦稱為水瓶。在容器40的頂部中它容納入口漏斗12。

依據這個實施例，當過濾匣20放置在入口漏斗12時位於座部14的上方的蓋部26和圓周壁30的頂部42界定可滲透未過濾的水的入水口。進入外殼22的內體積34的水接觸水處理介質36且在界定的處理時間之後經由出水口離開內體積。

當過濾匣20放置在入口漏斗12中時，底壁28和圓周壁30的底部44位於座體14的下方。底壁28和圓周壁30的底部44從而界定過濾匣20的出水口，已過濾的水從該出水口進入容器40。處理時間由延伸於座部14下方的過濾匣20的長度調整且進一步由底壁28和圓周壁30的底部44的壁厚度調整。

圓周壁30的頂部42延伸於入口漏斗12的座部14的上方的優點係用於插入及移除的過濾匣20可容易握緊而無須額外的手柄。

依據圖2的第二實施例不同於第一實施例之處係在於：過濾匣20的高度較低，使得沒有圓周壁30的部分延伸於座部14的上方及下方。因而，僅蓋部26界定入水口且底壁28界定過濾匣的出水口。縮減的整個高度旨在使外殼更緊湊並從而也節省材料。

依據圖3的第三實施例不同於第一實施例之處係在於：過濾匣20的圓周壁30從上到下區分成頂部42、過渡部46以及底部44，其中主要地，過渡部46提供從外殼22的底部處的較小水平剖面至外殼22的頂部處的較大水平剖面的過渡。僅過渡部46的外圓周表面有助於密封，因為入口漏斗12的座部14的內圓周密封表面16適用於以形狀配合的方式容納過渡部46的外圓周表面。

可毫不猶豫地將使用後之過濾匣丟棄、焚化或堆肥。雖然活性炭及沸石本身不能堆肥，但它們對環境無害。

10:過濾裝置 12:入口漏斗 14:座部 16:內圓周密封表面 20:過濾匣 22:外殼 24:開放頂部 26:蓋部 28:底壁 30:圓周壁 32:外圓周表面 34:內體積 36:水處理介質 40:容器 42:圓周壁的頂部 44:圓周壁的底部 46:圓周壁的過渡部

本發明將參照圖式中所顯示的示例詳細說明，在該等圖式中以下被顯示： 圖1係顯示依據本發明的水過濾裝置的第一實施例之垂直剖面圖； 圖2係顯示依據本發明的水過濾裝置的第二實施例之垂直剖面圖；以及 圖3係顯示依據本發明的水過濾裝置的第三實施例之垂直剖面圖。

10:過濾裝置

11:重力方向

12:入口漏斗

14:座部

16:內圓周密封表面

20:過濾匣

22:外殼

24:開放頂部

26:蓋部

28:底壁

30:圓周壁

32:外圓周表面

34:內體積

36:水處理介質

40:容器

42:圓周壁的頂部

44:圓周壁的底部

Claims (12)

1. 一種過濾匣(20)，包含具有開放頂部(24)的杯狀外殼(22)及覆蓋該外殼(22)的開放頂部的蓋部(26)，該外殼(22)包含底壁(28)及與該底壁(28)一體成形的圓周壁(30)， 其特徵在於： 該底壁(30)及圓周壁(30)包含活性炭及黏合劑。
2. 如請求項1之過濾匣(20)，其中該黏合劑係不含塑料的碳化材料。
3. 如請求項2之過濾匣(20)，其中該黏合劑由糖基材料製成。
4. 如請求項1至3中任一項之過濾匣(20)，其中該蓋部(26)由不含塑料的織物製成。
5. 如請求項4之過濾匣(20)，其中該蓋部(26)由不織布製成。
6. 如請求項1至5中任一項之過濾匣(20)，其中該杯狀外殼(22)至少部分充填有無機離子交換材料。
7. 如請求項6之過濾匣(20)，其中該離子交換材料包含一個以上的沸石。
8. 如請求項1至7中任一項之過濾匣(20)，其中該圓周壁(30)具有外圓周表面(32)，該外圓周表面(32)靠近該底壁(28)的部分的剖面比靠近該開放頂部(24)的部分的剖面小。
9. 如請求項1至8中任一項之過濾匣(20)，其中該圓周壁(30)靠近該開放頂部(24)的部分比靠近該底壁(30)的部分厚。
10. 一種水過濾裝置(10)，包含具有用於過濾匣(20)的座部(14)及具有如請求項1至9中任一項的過濾匣(20)的入口漏斗(12)，該入口漏斗(12)的座部(14)具有適用於以形狀配合方式容納該圓周壁(30)的外圓周表面(32)的內圓周密封表面(16)。
11. 一種用於製造過濾匣(20)的方法，包含以下步驟： 將活性炭顆粒與糖基黏合劑混合； 用該混合物形成杯狀本體； 將該杯狀本體碳化以形成杯狀外殼(22)； 以水處理介質(36)充填該杯狀外殼(22)；以及 以蓋部(26)關閉已充填的該杯狀本體。
12. 一種糖基材料的用途，係在過濾匣(20)的製造中使用該糖基材料作為用於杯狀外殼(22)的黏合劑。

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