重力驅動的淨水系統以及用於製造柔性可摺疊水容器的方法與流程

2023-06-27 23:55:16 2

本發明涉及一種具有柔性水容器的水淨化系統，水由重力驅動通過淨化單元。本發明還涉及通過焊接或粘接層壓件，用於製造柔性可摺疊水容器的方法。

發明背景

用於戶外探險的重力水過濾設備已經上市多年。受背包交通歡迎的是包括柔性可摺疊容器的設備，可系在樹上，並在其下端具有連接管，用於由重力驅動水通過淨化單元。某些型號在柔性容器內具有淨化單元，其它的在柔性容器外部具有淨化單元，作為管的一部分。

在美國專利號2,792,942、3,715,035、4,828,698、5,126,044和5,332,495中公開了這種包和其它重力過濾器的例子。

由於市場需求，在穩定的基礎上進行了改進，尤其因為即使產品關於操作和安全性的優點較小，仍然具有重要的有競爭性的影響。因此，具有對改進的持續要求，特別地，關於使用的安全性、耐久性和多功能性。

發明描述/內容

因此本發明的目的在於提供本領域的一種整體改進。另一目的在於提供關於使用的安全性、耐久性和多功能性的改進。用下文中說明的用於水淨化的裝置，實現這些目的。

該裝置包括柔性可摺疊水容器，該水容器具有由柔性片狀材料製成的容器壁。該容器在頂部具有入水口，通常地入水口可關閉，在容器的底部具有出水口。柔性管具有第一端和第二端，該第一端和第二端之間的長度為至少30釐米，例如至少50釐米或至少70釐米。該第一端連接至出水口，第二端連接至水淨化單元，該淨化單元包括淨化介質，用於通過重力驅使水流經水淨化單元，由此移除細菌和次微米顆粒來淨化水。例如，該淨化單元為具有多孔膜的過濾單元，該多孔膜的孔徑尺寸防止次微米顆粒和細菌，可選擇地以及病毒穿過多孔膜。

例如如國際申請WO2008/110172所說明，多孔膜過濾器的例子為一束多孔纖維膜，其中該中空纖維膜為孔隙為0.05-0.4微米的微過濾膜、或孔隙為0.01-0.04微米的超濾膜，後者不僅過濾細菌還過濾病毒。也可使用其它類型的多孔膜，例如纏繞膜。或者，還可使用吸附性材料，比如正電吸附纖維或顆粒材料以及活性炭。

優選地，在容器底部設置預過濾腔。該預過濾腔包括朝向柔性容器袋內部的開口，該開口與預過濾腔中的預過濾材料流體流動連通，用於在水進入管之前對其進行預過濾。

預過濾材料的空隙具有預定限制的孔隙，防止大於該預定限制的顆粒通過預過濾材料，但是允許較小顆粒經過預過濾材料進入管中。通常地，預定限制為特定尺寸，其選自20至100微米，例如50微米、80微米或兩者之間的數值。用於預過濾的材料的例子為金屬網、織物以及多孔紙片，例如平片材。或者，該預過濾材料為靜電型的吸附材料。這種預過濾材料保證高流速，但是防止沙和其它相對大的顆粒進入管和淨化單元中。較小的顆粒和微生物穿過預過濾材料，被淨化單元移除。

在一些實施方式中，預過濾腔包括剛性底座和剛性帽蓋，該剛性底座與剛性帽蓋例如通過相互螺旋機構或卡銷式連接，相互連接。由此在預過濾腔內形成內部空間，該帽蓋形成內部空間的頂部，其中該帽蓋設置在柔性容器袋內。從底座手動移除帽蓋使得能夠接近預過濾材料，以進行手工清洗或手動更換該預過濾材料。例如，該帽蓋具有被覆蓋的一個或多個開口，在水流進預過濾腔的內部空間之前，通常在帽蓋的下面通過預過濾材料預過濾水。在一些實施方式中，帽蓋具有設置有多個開口的上側，這些開口被預過濾材料覆蓋，該預過濾材料為側向延展的織物片或紙片，可選擇地跨越整個帽蓋是平整的。例如，該織物片或紙片設置在帽蓋的下面，這樣水必須進入開口並將由此向下流至預過濾材料。

在一些實施方式中，預過濾腔的一個或多個開口設置在柔性容器的底部之上1至5釐米的高度。因為預過濾腔的側向延展小於柔性容器底部的側向延展，在容器底部設置有圍繞預過濾腔的空間，其中雜質聚集，而不會覆蓋並堵塞過濾器。如果定期地移動或晃動容器，由此雜質被衝離具有預過濾材料的開口，尤其是如此。

優選地，通過水密封膠粘或焊接連接，該底座不可移除地連接至柔性容器底部的容器壁。例如，該底座設置有平行於底部側面延展的環形凸環，並且底部的柔性容器壁連接至該環形凸環。

優選地，該底座包括連接器單元，管連接至該連接器單元使水從預過濾腔的內部空間通過連接器單元流入管中。

在一些實施方式中，該預過濾腔的內部空間形成圓環，該圓環被預過濾腔底部、從預過濾腔底部向上延伸的中心管狀凸起、以及直立壁限制，該直立壁從預過濾腔底部向上延伸，並圍繞中心管狀凸起。該圓環還被帽蓋限制，該帽蓋形成預過濾腔的內部空間的頂部。該中心管狀凸起液體流動連接至連接器單元，或為部分的連接器單元，用於使水從預過濾腔的內部空間流經中心管狀凸起，並經過連接器單元流進管中。

在一些實施方式中，內部空間從預過濾器底部到帽蓋的高度為H，並且中心管狀凸起包括用於接收來自內部空間的預過濾水的入口，其中該入口與帽蓋的距離為D，距離D小於20％的H，例如小於10％。

可選擇地，管狀凸起具有內螺紋，並且快速連接器單元旋擰固定至該內螺紋中。或者，該快速連接器單元通過卡扣配合固定至預過濾腔。該快速連接器單元包括中心通道，該中心通道具有彈性操作的彈簧鎖，用於在通道內對接並固定管的第一端。可選擇地，該管具有配合的快速連接器，雖然這並不是嚴格必要，並取決於快速連接器單元的類型。例如，該快速連接器單元具有保持件機理，繞管緊密配合而不需要快速連接器，當管插入快速連接器單元時，直接並自動地固定該管。

可選擇地，預過濾腔的內部空間含有的顆粒淨化材料包括下列中的至少一種：活性炭、離子交換樹脂、沸石、氫氧化亞鐵、三氧化二鐵、活性氧化鋁。但是，除了這種顆粒材料，最終的過濾或淨化還通過淨化單元實現。顆粒材料優選用於移除砷、氯、殺蟲劑、各種化學品以及/或重金屬殘留。

例如，內部空間包括具有顆粒淨化材料或其它淨化材料的濾筒。這種濾筒使得顆粒材料易於更換或代替。為了保證水流經另外的淨化介質，防止水直接從帽蓋經過預過濾材料，例如片狀預過濾材料，流出預過濾腔。這利用下列實施方式實現。在該實施方式中，濾筒包括不透水頂壁、可透水側壁或可透水底壁或兩者。頂壁橫跨帽蓋下的預過濾材料，用於引導水從帽蓋的開口和預過濾材料流向側壁，並流進濾筒周圍的空間，用於迫使水在進入出水口之前流經顆粒材料。

在現有技術的水淨化系統的柔性可摺疊容器中，已經觀察到容器漏水，尤其是如果容器由織物和不透水聚合物薄片的層壓件製成時，該層壓件是用於這種可摺疊容器的典型材料。漏水是不利的，因此需要更好的製造方法。在下文中描述用於製造這種柔性可摺疊水容器的好方法。該方法包括用第二部分的層壓件覆蓋第一部分的層壓件，這樣第一部分的織物鄰接第二部分的聚合物薄膜。典型地，該層壓件為不透水聚合物薄膜朝向內，織物朝向外。然後將兩個鄰接的部分焊接或膠粘在一起，由此提供第一部分的織物和第二部分的聚合物薄膜之間的第一接合。更進一步地，提供一張不透水聚合物薄膜用於將該薄膜焊接或膠粘至第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜上，由此覆蓋第一接合，用於防止水從水容器內部洩露至水容器外部。聚合物薄膜的接合可在覆蓋部分的焊接或粘接後進行或同時進行。或者，該薄膜可接合至第一部分，之後第二部分被覆蓋並接合至第一部分，也接合至該薄膜。

用於薄片的有效材料為熱塑性材料，例如熱塑性聚氨酯(TPU)和熱塑性織物，例如尼龍(聚醯胺)。熱塑性材料的其它非限制性的例子為聚酯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯化合物。

用於形容容器壁的可摺疊這個詞用於描述一種柔性片材，該柔性片材可摺疊或柔性壓縮至較小尺寸，例如為了適合放入背包。

附圖說明

本發明將參照附圖進行更詳細闡述，其中

圖1為兩種水淨化系統的照片；

圖2為具有淨化單元的管的更詳細照片；

圖3為水容器的a)立體圖和b)俯視圖；

圖4為預過濾腔的a)底部立體圖、b)頂部立體圖、和c)透視橫斷面圖；

圖5為在a)現有技術系統中水容器的焊接技術草圖和b)本發明系統中水容器的焊接技術草圖；

圖6為淨化單元的實施例；

圖7為另一預過濾腔的圖像。

具體實施方式

圖1示出了水淨化系統1，其包括柔性水容器2a、2b，例如所示的含水量為12升和5升，還包括管3和淨化單元4。該管3在其第一端5具有快速連接器，用於快速並容易地連接至柔性水容器2a、2b。該柔性水容器2a、2b具有配置帶子7的扭曲的上部6，該帶子7包括具有兩個可鬆開的配合連接部的插塞連接頭8。

圖2示出連接至管3的下端9時的淨化單元4。該淨化單元4包括髒水入口10和淨水出口11，該淨水出口11具有淨水出水閥12。如果水供至柔性水容器2a、2b中，水將通過管3流進淨化單元4的上部，穿過淨化單元4內的淨化介質，在淨化後通過淨水閥12和淨水出口11離開淨化單元4。典型地，淨化單元內的淨化介質包括過濾系統，例如微孔膜，可選為中空多孔毛細管，其中水流經保有次微米顆粒和微生物的孔，該微生物包括細菌和囊孢，可能還有病毒，這取決於薄膜，例如微濾膜或超濾膜的孔徑。

圖6圖示出這種淨化單元4的例子。參照圖2和圖6，淨化單元4具有回衝功能，用於清潔這種具有膜的過濾系統，該膜為中空毛細管16，該中空毛細管16具有嵌入毛細管兩端的樹脂塞19中的多孔膜壁20。或者，毛細管16在它們的第二端封閉，僅在它們的第一端嵌入，或毛細管可彎曲，其彎曲部分遠離樹脂塞延伸。由內向外流動或由外向內流動都可實施。

回衝球13連接在淨化單元4旁邊，並流體流動連接至中空多孔毛細管16的下遊側17，該回衝球13在淨化過程中充滿淨水。通過手動擠壓該回衝球13，迫使淨水流出回衝球13，由此從毛細管16的下遊側17穿過毛細管16回衝至毛細管16的上遊側18。這種回衝可引起膜16的上遊側18的微生物以及其他顆粒鬆散。為了排出該物質，淨化單元4在其下端具有衝洗閥14。開啟該衝洗閥14引起向前的衝洗，這時水從管3經過髒水入口10沿膜的上遊側18，經過衝洗閥14流出衝洗出口15。

圖3a示出了柔性水容器2a、2b的立體圖，該柔性水容器2a、2b不具有帶子，並且其上部6為非扭曲狀態。柔性水容器2a、2b的平底部22具有快速連接器單元21，用於與管3的第一端5處的快速連接器配合，以與管3連接。該快速連接器單元21為預過濾腔23的一部分，緊緊固定至柔性水容器2a、2b的底部22。

由圖3b所呈現，當柔性水容器2a、2b的上部6為非扭曲狀態時，該上部6具有上開口24，在圖3b中，從上開口24以俯視視角對預過濾腔23進行展示。該上部6包括材料的套筒25，該套筒25比柔性水容器2a、2b的側壁26更硬，並具有孔眼27用於與圖1所示的帶子7連接。

圖4a、4b、4c展示了預過濾腔23，其包括帽蓋28和底座29，該帽蓋28具有內螺紋30，該底座29設置有具有相應外螺紋的直立壁39，使得帽蓋28旋至該底座29上，但是其他連接也可作為替代選擇。該帽蓋28包括開口31，該開口31由被中心支撐物35所支撐的輻條34限定。該開口31的下面覆蓋有預過濾材料32，比如平整的多孔紙片或織物片，其防止相對粗粒度的顆粒進入預過濾腔29的內部空間33。如果使用織物，可是機織物或非織造織物，例如由聚合物纖維製成。

預過濾材料31具有預定限制的孔隙，防止大於預定限制的顆粒經過預過濾材料32，但是允許較小的顆粒穿過預過濾材料32進入管3中。因此，預過濾材料不同於淨化單元4的淨化介質，例如中空膜毛細管16，因為預過濾材料32僅保留較大顆粒，但是預過濾材料32不保留微生物和次微米顆粒。典型地，預定限制為選自10至120微米的區間內的特定尺寸，例如100微米，這樣僅允許小於100微米的顆粒和微生物通過。例如，預過濾器為具有孔的網，其最小孔徑尺寸在10與100微米之間。預過濾器具有的孔隙防止大於預定限制的顆粒通過，其中該預定限制選自上至100微米的區間內間隔，例如10至100微米，如果預過濾系統包括多孔網或多孔膜，並且在預過濾腔中具有活性炭作為更進一步的預過濾步驟，該預過濾器尤其有用。如果預過濾腔的內部空間33不包括這種活性炭，區間的上限可以更大，例如120微米。優選的區間為，可選擇地，50至120微米。

預過濾腔23的內部空間33形成為圓環，其向下被預過濾腔底部41限制，向中心被從預過濾腔底部41向上延伸的中心管狀凸起42限制。徑向向外被直立壁39限制，該直立壁39從預過濾腔底部41向上延伸，並圍繞中心管狀凸起42。該圓環向上進一步被具有預過濾材料32的帽蓋28限制，該帽蓋28形成預過濾腔23的內部空間33的頂部。該中心管狀凸起42與連接器單元21流體流連接，用於使水從內部空間33經過中心管狀突起42，然後經過連接器單元21流進管3中。

預過濾腔29的內部空間33可用於各種另外的淨化介質，該淨化介質例如為吸附介質，比如但不限於活性碳、或化學預處理劑，比如但不限於釋放滷素，特別是氟或碘的離子交換樹脂或離子交換劑。優選地，在預過濾腔中另外的淨化介質是顆粒的。該另外的淨化介質可為直接填入預過濾腔中的顆粒材料。或者，另外的淨化介質處於濾筒中，插入預過濾腔的內部空間，更便於使用者更換。

如展示的一樣，圓環狀的內部空間33從預過濾底部41至帽蓋28的高度為H。與中心管狀凸起42結合的快速連接器單元21包括用於接收來自內部空間33的預過濾水的入口43，其中該入口43與帽蓋之間的距離為D，該距離小於H的20％，例如小於10％。以這種方式，保證預過濾水充滿圓環，該圓環可選擇進一步具有淨化介質。

為了在柔性水容器2a、2b的底部22和預過濾腔23之間提供一種可靠緊密的連接，該底座29焊接或粘接至平底部22的容器壁材料。為了適當的連接，底座29設置有在具有螺紋30的直立壁39旁邊的凸環37。以這種方式，底座23很大程度與柔性水容器2a、2b的底部22齊平。

可移除的帽蓋28設置在柔性水容器2a、2b內的事實減少了洩露的風險，因此優於現有技術系統，現有技術系統中螺紋帽蓋設置在柔性水容器的外部和下面。

在底座29的快速連接器單元21固定至流體密封螺紋36。如圖4a所示，快速連接器單元21包括具有側滑部的插塞連接頭，該側滑部設置為彈性滑進以及滑出凹快速連接器單元21，並設置為處於快速連接器單元21內時，阻擋管3的快速連接器5，當滑部彈性推至快速連接器單元內時，將管的快速連接器5鬆開。

因此，水僅通過快速連接器單元21離開柔性水容器2a、2b。如果管3的快速連接器5連接至快速連接器單元21，水將充滿管並流至管3相對端的淨化單元。但是，如果管3沒有通過快速連接器5連接至快速連接器單元21，優選通過閥(未示出)，例如止回閥或通過將管3的第一端5插入快速連接器單元21進行開啟的閥，來阻擋快速連接器單元5的中心通道40。

如圖所示，預過濾腔23的橫向延展小於水容器2a、2b的底部22的橫向延展，預過濾腔23的帽蓋28上的開口30的高度，例如在水容器2a、2b的底部22上方1至5釐米之間。由此在底部22上，在預過濾腔23周圍設置有環形空間，用於聚集預過濾腔旁邊含雜質的水，防止沉澱在底部22的雜質進入開口30。特別地，如果容器2a、2b被移動或搖晃，水的湍流將使得雜質從帽蓋28的上表面移除，這導致通過預過濾材料32的流量增加。

圖7示出了預過濾腔23的另一實施方式。帽蓋28具有替代的方形開口31。在內部空間33中，預過濾腔23具有含另外淨化介質52的濾筒53。該濾筒53設置在多孔預過濾材料32下方，並包括頂壁54，防止水直接通過開口流進中心通道40，該中心通道40通向出水口60，使水流出預過濾腔23。或者，水在預過濾材料32和頂壁54之間側向流動，直至水到達濾筒的可透水側壁55，如箭頭56所示，在該可透水側壁55處進入濾筒，在通過中心通道40和出水口60離開預過濾腔之前，與另外的淨化介質例如活性炭接觸。

圖7還示出了圖4c的螺釘頭36的替代物。該替代的快速連接器單元21包括卡扣配合57，其中在中心管狀凸起42的上緣58周圍彈性設置保持件57。當快速連接器單元21被推至管狀凸起42中，並彈性張開以圍繞上緣58抓緊時，該彈性保持件57被擠在一起。墊圈59，此處也示為O型環，提供了緊密配合。快速連接器單元21包括具有側面滑部50的插塞連接頭，該側面滑部50設置為滑進以及滑出該凹快速連接器單元21，並設置為當快速連接器推入快速連接器單元21內時，通過相應的可移動邊緣51，阻擋具有快速連接器的阻擋管3第一端5。當具有邊緣51的可移動滑部50柔性推進快速連接器單元21中時，手動推動滑部50將管3的快速連接器從快速連接器單元21脫離。

如另一種未示出的替代結構，預過濾腔不具有中心凸起42，但是具有相似的快速連接器單元21，該快速連接器單元21設置在預過濾腔23外，並朝向下。這個替代結構中的預過濾腔23的內部空間33為圓柱形而不是圓環形。

圖5a示出了柔性水容器的壁26』的現有技術焊接原理。該壁包括織物47和聚合物薄片48，作為層壓件49。如箭頭44所展示，當一塊層壓件49焊接或粘接至另一塊具有織物47』和聚合物薄片48』的層壓板49』時，水可通過兩層薄片48、48』之間的織物47』滲出。要強調的是在圖中，為了展示，織物47、47』和薄片48、48』之間的距離進行了誇大，因為織物47、47』和薄片48、48』相互緊鄰。

圖5b示出了柔性水容器2a、2b的優選焊接原理，該柔性水容器2a、2b由織物47、47』和不滲水薄膜48、48』的層壓件49、49』製成，該織物47、47』例如機織尼龍織物，該不滲水薄膜48、48』例如熱塑性聚氨酯薄膜。在這種情況下，額外水密封性薄片45設置為覆蓋在焊縫46上。額外水密封性薄片45在一個層壓件49上具有第一連接區域46，在另外的層壓件49』上具有另一連接區域46』，從而將一個層壓件薄片48與其他層壓件49』的薄片48』連接。以這種方式，獲得水的緊密密封，防止洩露。所闡述的原理不僅用於柔性水容器的側壁，還用於底部22。

附圖標號

1 水淨化系統

2a、2b 柔性水容器

3 管

4 淨化單元

5 具有快速連接器的管3的第一上端

6 容器2a、2b的上部

7 帶子

8 具有兩個可鬆開的配合連接器部分的插塞連接頭

9 管3的第二下端

10 淨化單元4的髒水入口

11 淨化單元4的淨水出口

12 淨化單元4的淨水出口閥

13 回衝球

14 衝洗閥，其在淨化單元4的底部

15 衝洗出口

16 中空多孔膜毛細管

17 毛細管16的下遊側

18 毛細管的上遊側

19 用於置持毛細管16的樹脂塞

20 毛細管壁

21 用於與快速連接器5配合的快速連接器單元

22 柔性水容器2a、2b的底部

23 預過濾腔

24 柔性水容器2a、2b的上開口

25 柔性水容器2a、2b的套筒

26 柔性水容器2a、2b的側壁

27 用於連接帶子7的套筒25的孔眼

28 預過濾腔23的帽蓋

29 預過濾腔23的底座

30 帽蓋28和底座29之間的螺紋

31 帽蓋28的開口

32 預過濾材料

33 預過濾腔29的內部空間

34 限定帽蓋28中的開口31的輻條

35 對輻條34的中心支撐物

36 預過濾腔23的底座29的快速連接器21的螺紋

37 底座29的凸環

38 水容器2a、2b的凸環37和平底部22之間的焊接或粘接

39 底座29的直立壁

40 形成出水口的中心通道

41 預過濾腔29的底部

42 中心管狀凸起

43 與中心管狀凸起42結合的快速連接器單元21的入水口

44 指示滲水的箭頭

45 額外水密封性薄片

46 焊縫

47 壁26、26』的織物

47』 額外水密封性薄片45的織物

48 壁26、26』的聚合物薄片

48』 額外水密封性薄片45的聚合物薄片

49 層壓件

49』 作為額外水密封性薄片45一部分的第二層壓件45

50 快速連接器單元21的側面滑部

51 滑部50的邊緣

52 另外淨化介質

53 另外淨化介質52的濾筒

54 濾筒53的頂壁

55 濾筒53的可透水側壁

56 水流

57 用作彈簧鎖的保持件，

58 中心管狀凸起42的上緣

59 O型墊圈