抗微生物的水淨化和收集系統的製作方法
2023-12-05 16:50:06 4
專利名稱：抗微生物的水淨化和收集系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及水過濾。更具體地說，本發明涉及反滲透水過濾系統，其中橫跨濾膜的微弱的周期性的反壓力被用來避免微生物的生物負荷(bioburden)在過濾系統內聚積。
本發明的現有技術控制微生物的生物負荷的需要已導致用濾膜從各種不同的流體中除去粒子和細菌的滅菌消毒使用點。然而，重要的是為了防止微生物的生物汙穢在濾膜上遊一側累積，所用的濾膜要得到規律性的維護。在反滲透過濾器技術，這種規律性的維護通常要求更換反滲透濾膜和/或整個反滲透過濾器組件。令人遺憾的是過濾器組件可能被忽視，最終導致失敗，或甚至損害健康，取決於過濾設備的遠離程度或使用者的技能水平。
因為微生物的生物負荷在停滯的水是最普遍的，申請者已發現實現針對反滲透濾膜的生物學的汙穢的附加防範是符合要求的。所以，本發明的目的是提供一種其中有橫越濾膜的連續水流的反滲透過濾器系統。與現有技術的一般狀態相反，這需要經過過濾的水橫越濾膜的回流。雖然1997年8月19日授權給Schoenmeyr的美國專利第5,658,457號(「Schoenmeyr」)為了除去粒子慎重考慮了這種回流，但是Schoenmeyr還不能使系統能夠防止微生物的累積。具體地說，Schoenmeyr未能在就橫越膜片的實際的逆流而言必不可少的停止順流的時刻提供充分的回流壓力。因此，Schoenmeyr的裝置易受生物材料累積的影響。所以，本發明的最高目標是通過提供為橫越反滲透膜的連續水流準備的反滲透過濾器系統改善現有技術，藉此大大減少生物汙穢聚積的機會。
本發明的概述依照上述的目的，本發明--抗微生物的水淨化和收集系統--通常包括有與系統入口選擇性流體連通的過濾器入口和與水貯藏容器流體連通的過濾器出口的反滲透過濾器組件。過濾器入口通過濾膜與過濾器出口分開。至少有一部分貯藏容器被定位在濾膜上方的某個高度，以致貯藏容器的填充物在貯藏容器相對於濾膜形成水頭壓力。
截止閥插在系統入口和過濾器入口之間，以便在貯藏容器中相對於濾膜達到最小的水頭壓力時阻斷從系統入口到過濾器入口的流體傳送。在本發明的優選實施方案中，為了保證在關閉源頭水的過濾器組件時回流橫越濾膜，最小的水頭壓力至少是每平方英寸0.5磅。
水貯藏容器優選包括實質上可自由膨脹而且實質上可自由摺疊的柔性袋子，而截止閥優選包括被柔性袋子的填充物激活的機械閥。具體地說，機械閥包括閥門入口，閥門出口和柱塞，柱塞的減壓操作阻斷從閥門入口到閥門出口的流體流動。所以，截止閥進一步包括這樣安排在機械閥和柔性袋子之間的槓桿，以致該槓桿適合在充分填充柔性袋子時降低柱塞的壓力。
在本發明的至少一個實施方案中，反滲透過濾器組件被定位在完全在貯藏容器之下的空間之中，藉此為濾膜提供最大的水頭壓力。在這個實施方案中，過濾器出口在貯藏容器的底部部分穿過容器入口與貯藏容器連通。然後，同一入口還可能兼作供收集在貯藏容器中的水使用的出口。所以，可以按要求激活的、氣動的、遠程切換的或作為其組合的傳送泵也可以是為了傳送水而準備的。
增壓泵可能插在系統入口和過濾器入口之間用於低源頭壓力的應用使用。在這種情況下，停止開關適合在充分填充貯藏容器時中斷對增壓泵的供電。優選的是停止開關是被用來控制流向過濾器組件的流動的同一槓桿激活的。此外，用於並非通過過濾器組件收集的水的潔淨水入口也可能提供。在這種情況下，有完整的止回閥的減壓裝置是提供為了從收集到的水中釋放諸如二氧化碳之類的氣體。
最後，本發明的許多其它的特性、目的和優勢對於熟悉相關技術的人將是明顯的，尤其是考慮到前面的討論和下面的附圖、可仿效的詳細描述和權利要求書。
附圖簡要說明雖然本發明的範圍比任何特定的實施方案都寬得多，但是優選實施方案的詳細描述與說明性的附圖一起在下文中給出，其中同樣參考數字指的是相同的組成部分，其中
圖1用正面的透視圖展示本發明的水淨化和收集系統的優選實施方案；圖2用背面的透視圖展示圖1的水淨化和收集系統；圖3用底部的透視圖展示圖1的水淨化和收集系統；
圖4用局部剖開的俯視平面圖展示圖1的水淨化和收集系統的自動截止閥的某些細節；而圖5用沿著圖4的5-5線截取的局部剖開的剖視圖展示圖1的水淨化和收集系統的自動截止閥的某些細節。
優選實施方案的詳細描述雖然原本熟悉這項技術的人鑑於在此提供的說明將會意識到許多替代實施方案，但是，這份詳細描述是本發明的舉例性的優選實施方案，本發明的範圍僅僅受權利要求書限制。
現在參照附圖，本發明的水淨化和收集系統10被表明通常包括用來保存經過過濾的或其它來源的純淨水的貯藏容器12，和位於在貯藏容器12下面的容器子空間41之中的反滲透(「R/O」)過濾器組件19，因為在此將更清楚。自動截止閥組件27是為控制水穿過未經過濾的水的入口11到水淨化和收集系統10的流動而準備的。如同在此進一步得到較好的理解那樣，這個流動是依照貯藏容器12中的水的數量受控的。如同在此進一步得到較好的理解那樣，上述零部件的特定的安排使R/O膜21的自動的和周期性的反衝清洗能夠被封裝在R/O過濾器組件19的膜片容器20之內。
如同在圖1和2中明確展示的那樣，貯藏容器12優選包括可自由膨脹可自由摺疊的柔性塑膠袋子。來自R/O過濾器組件19經過過濾的水可以通過組合式過濾水入口和純淨水出口13進入貯藏容器。同樣從其它裝置返回的純淨水可以通過純淨水入口14進入貯藏容器12。溢出和減壓出口15是為保證貯藏容器12不被過分填充準備的。此外，因為經過反滲透處理過濾的水通常將有高濃度的二氧化碳氣體，從而引起形成碳酸，所以溢出和減壓出口15是進一步為的二氧化碳的痕跡集中和其它的-原因酸解答的在瀰漫，提供到允許這樣的氣體在大氣壓力下從貯存的水中自由地滲出。以這種方式被貯存的水迅速回到正常的pH水平並且從此保持在非侵蝕狀態。然而，為了保持水的完整性，溢出和減壓出口15優選備有整體式單向止回閥16。
如圖1至3所示，純淨水入口14和溢出和減壓出口15適合非獨立地將貯藏容器12固定到水淨化和收集系統10的底盤36上。所以，貯藏容器備有眾多適合穿過純淨水入口孔37和溢出和減壓出口孔38與純淨水入口14和溢出和減壓出口15上的管接頭18緊密配合的完整的袋子接頭17。同樣，袋子接頭17是為穿過過濾水入口和純淨水出口孔40與組合式過濾水入口和純淨水出口13上的管接頭18緊密配合併藉此將貯藏容器12的下半部分固定到安裝在底盤36上的容器支架39上準備的。
本發明的R/O過濾器組件19通常包括封裝在容器20內的R/O膜片21和安裝在託架22上的眾多膜片容器。在本發明的關鍵方面，安裝在託架22上的膜片容器以這樣的方式固定到底盤36上，以便將膜片容器20按水平取向固定在容器託架39下面的容器子空間41中。以這種方式，如同在此將進一步得到較好的理解那樣，水在貯藏容器12中充分的水頭壓力可以是為了使R/O膜21的反衝清洗在未經過濾的水朝水淨化和收集系統10的流動被自動截止閥組件27中斷的任何時段裡都成為可能而實現的。因為與傳統的技術實踐相反，本發明打算允許純淨水在這樣的周期裡通過過濾水出口24回流到膜片容器20中，所以修改膜片容器20使之適應這種流動對於本發明也是至關重要的。具體地說，省略原本在膜片容器內提供的止回閥以其它方式防止水通過過濾水出口24返回到R/O膜21的流動是必要的。
為了實現本發明，申請者發現每天100加侖封裝的超微過濾膜片模塊可以被用在R/O過濾器組件19中。雖然熟悉這項技術的人將認可其它實質上的等價方案，但是申請者預言只要回收被維持在大約4或5比1，這種實現將允許膜片性能達到濾掉85到90％的氯化鈉和濾掉95到98％的二價離子。如同在其它的R/O設備中那樣，廢水排放管26與膜片容器20的廢水出口25流體連通。優選的是廢水排放管26是商標為「TEFLON」的毛細管限流器。
如同在圖2至5中明確展示的那樣，本發明的自動截止閥組件27通常包括適合依照水在貯藏容器12內的高度通過操縱杆28機械操作的常開閥門32。如同在附圖中展示的那樣，未經過濾的水的正常流動是通過未經過濾的水入口11經中間管線到閥門32的入口33。只要貯藏容器12不是滿的或幾乎滿的，水就通過閥門32自由地從出口34流出，經塑膠管流到膜片容器20的未經過濾的水的入口23。於是，純淨水橫穿R/O膜片21並且從膜片容器20的過濾水出口24，經所提供的塑膠管和四通接頭45(其作用在此將進一步變得更明顯)以及組合式過濾水入口和純淨水出口13流入貯藏容器12。如同在其它的R/O設備中那樣，不橫穿R/O膜片21的廢水從膜片容器20的廢水出口25經限流的廢水排放管26流出。
當貯藏容器12被裝滿的時候，作為橫在底盤36上形成的槓桿支點31上的槓桿的操縱杆28起關閉閥門32的作用。明確地說，當柔性貯藏容器12被裝滿時，對操縱杆28的延伸臂29施加水平壓力，從而通過橫在支點31上的操縱杆28的操作臂30的槓桿作用導致與閥門32結合的柱塞35的減壓。柱塞35的減壓關閉閥門32，從而中斷流向R/O膜片容器20的水流。雖然熟悉這項技術的人將認可許多可能的變化，但是申請者已經發現優選的將是使自動截止閥組件27適合在填充貯藏容器12時對柱塞35形成大約40psi的壓力。以這種方式，利用在市場上容易買到的膜片閥，大約60psi的線壓力可以被輕易地中斷。
如同先前描述的那樣，本發明的貯藏容器12通常包括可自由膨脹和自由摺疊的柔性塑膠袋子。依照本發明的優選實踐，貯藏容器12具有保存大約5加侖水的尺寸。此外，自動截止閥組件27適合在貯藏容器被填充到大約80％的容量(大約4加侖)的時候關閉閥門32。以這種方式，在任何貯藏容器12被充滿的時候在膜片容器20內部形成在R/O膜片21上產生微弱的反壓的大約0.5到1psi的水頭壓力。雖然為了在R/O膜片21上產生充分的反壓用於清洗，如同在附圖中展示的那樣確定膜片容器在容器子空間41中的方向對於本發明是至關重要的，但是必須避免過高的水頭壓力。所以，提醒執行工程師為了防止R/O膜21的分層應該將反壓維持在5psi或5psi以下。
如同先前提及的那樣，四通接頭45在R/O過濾器組件19和與貯藏容器12接口的組合式過濾水入口和純淨水出口13之間提供流體連接。以這種方式，到貯藏容器12的單一的孔口可以被用來填充貯藏容器12以及分發其中的純淨水。所以，來自四通接頭45的一種連接被安排成與傳送泵48的入口49流體連通。然後，傳送泵48的出口50被連接到泵送純淨水出口46上。在本發明的優選實施方案中，傳送泵48包括由壓力開關操作的、周期性間歇工作的、自動啟動的正排量泵。這樣的泵可按照其型號402-140-033購自California州Santa Anna市的Shurflo PumpMfg.Co.。如同熟悉這項技術的人將領會到的那樣，泵送純淨水出口46可以被連接到這樣的裝置上，該裝置可能需要純淨水，但是缺乏內部的泵送裝置。為了給內部有泵的裝置提供純淨水，對四通接頭45的剩餘連接被直接通過流體連接到重力流純淨水出口47上。
然而，在按需激活傳送泵48的替代實施方案中，熟悉這項技術的人將認可氣動泵或許便於在那些本發明的水淨化和收集系統10與冷飲機之類的機器一起使用的應用中使用。在這樣的應用中，一部分碳酸氣被簡單地轉移，以驅動傳送泵。同樣，成本較低的葉輪或渦輪泵可以通過提供遠程激勵開關被利用。在一種實踐中，這樣的遠程開關可以包括操作通往用戶機器的入口閥的靠近螺線管線圈放置的磁性簧片開關。螺線管的動作將引起簧片開關的關閉和傳送泵的操作，儘管事實是不需要為用戶機器提供實際的接口配線。
儘管前面的描述是本發明的優選實施方案的範例，但是熟悉相關技術的人將承認根據這些描述、附圖和權利要求書可能很容易出現許多變化、變更、調整、替代方案之類的東西。例如，增壓泵43可以在未經過濾的水的入口11和R/O過濾器組件19之間提供，以便在可能缺乏用於操作R/O過濾器組件19的充分的正向壓力的低壓應用中使用。在這種情況下，提供常閉的迷你型開關51，如圖1、2和4所示，用來依照水在貯藏容器12中的高度控制對增壓泵43的電力傳送。具體地說，隨著貯藏容器12變滿，操縱杆28頂著增壓泵開關51操作，打開開關51，藉此中斷從電源44到增壓泵43的電力供應。
同樣，諸如電池組或交流電適配器之類的電源44可以是為操作傳送泵48和/或增壓泵43準備的。此外，底盤36優選備有眾多安裝狹孔42，藉此本發明的水淨化和收集系統10可以輕易地安裝到框架、牆壁、相關的裝置或類似的東西上。總之，因為本發明的範圍比任何特定的實施方案寬得多，所以前面的詳細描述不應該被解釋成本發明範圍的限制，本發明的範圍僅僅受權利要求書的限制。
權利要求
1.一種抗微生物的水淨化和收集系統，所述的系統包括具有與系統入口選擇性流體連通的過濾器入口和過濾器出口的反滲透過濾器組件，所述的過濾器入口和所述的過濾器出口被濾膜分開；與所述的過濾器出口流體連通的水貯藏容器，所述的貯藏容器至少有一部分定位在所述濾膜上方的某個高度，以致所述貯藏容器的填充物在所述的貯藏容器中相對於所述的濾膜形成水頭壓力；以及插在所述的系統入口和所述的過濾器入口之間的機械式截止閥，所述的截止閥適合在所述的貯藏容器中相對於所述的濾膜達到最小的水頭壓力時阻斷從所述的系統入口到所述的過濾器入口的流體傳送，所述的最小的水頭壓力是每平方英寸至少0.5磅。
2.根據權利要求1的水淨化和收集系統，何在所述的水貯藏容器包括柔性袋子。
3.根據權利要求2的水淨化和收集系統，其中所述的柔性袋子是實質上可自由膨脹的和實質上可自由摺疊的。
4.根據權利要求2的水淨化和收集系統，其中所述的截止閥包括機械閥。
5.根據權利要求4的水淨化和收集系統，其中所述的機械閥包括閥門入口，閥門出口和柱塞，所述柱塞的減壓操作阻斷從所述的閥門入口到所述的閥門出口的流體流動。
6.根據權利要求5的水淨化和收集系統，其中所述的截止閥進一步包括槓桿，所述的槓桿被安排在所述的機械閥和所述的柔性袋子之間，以致所述的槓桿適合在充分填充所述的柔性袋子時降低所述柱塞的壓力。
7.根據權利要求6的水淨化和收集系統，其中所述的反滲透過濾器組件定位於完全在所述的貯藏容器之下的空間之中。
8.根據權利要求7的水淨化和收集系統，其中所述的過濾器出口在所述貯藏容器的底部部分通過容器入口與所述的貯藏容器連通。
9.根據權利要求6的水淨化和收集系統，所述系統進一步包括插在所述的系統入口和所述的過濾器入口之間的增壓泵。
10.根據權利要求9的水淨化和收集系統，所述系統進一步包括增壓泵停止開關，所述的增壓泵停止開關適合在所述的貯藏容器被充分填充時中斷對所述增壓泵的供電。
11.根據權利要求10的水淨化和收集系統，其中所述的增壓泵停止開關被所述的槓桿激活。
12.根據權利要求6的水淨化和收集系統，所述系統進一步包括用於遞送來自所述貯藏容器的水的傳送泵。
13.根據權利要求12的水淨化和收集系統，其中所述的傳送泵是按需求激活的。
14.根據權利要求12的水淨化和收集系統，其中所述的傳送泵是氣動的。
15.根據權利要求12的水淨化和收集系統，其中所述的傳送泵是遠程切換的。
16.根據權利要求6的水淨化和收集系統，其中所述的貯藏容器進一步包括用於並非通過所述的過濾器組件收集的水的純淨水入口。
17.根據權利要求16的水淨化和收集系統，其中所述的貯藏容器進一步包括用於從被收集的水中釋放氣體的卸壓裝置。
18.根據權利要求的水淨化和收集系統17，其中所述的壓減輕包括止回閥，所述的止回閥適合防止將汙染物引入所述的貯藏容器。
全文摘要
抗微生物的水淨化和收集系統(10)包括具有與系統入口(11)選擇性流體連通的過濾器入口和與用來貯藏濾液的水貯藏容器(12)流體連通的過濾器出口(13)的反滲透過濾器組件(19)。至少有一部分貯藏容器定位在濾膜上方的某個高度，以致貯藏容器的填充物在貯藏容器中相對於濾膜形成水頭壓力，從而使濾液能夠通過它回流。機械式截止閥(27)插在系統入口(11)和過濾器入口之間，從而在貯藏容器中相對於濾膜達到最小的水頭壓力時阻斷其間的流體連通。
文檔編號B01D61/10GK1489488SQ02804376
公開日2004年4月14日 申請日期2002年1月30日 優先權日2001年1月31日
發明者羅伯特·S·博斯克, 羅伯特 S 博斯克 申請人:羅伯特·S·博斯克, 羅伯特 S 博斯克