水容器的製作方法

2023-12-10 08:44:52

專利名稱：水容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從水中去除雜質以提供無菌、安全的飲用水的水容器。
背景技術：
水是重的。即使在短距離內運送水，仍然是耗時且昂貴的。為了維持供應需要長的物流鏈。這個問題在軍事行動或人道主義行動中尤其明顯。如果人員選擇飲用來自周圍環境的水，則他們冒著通過攝入在水中自然生存的細菌或病毒而被疾病擊倒的危險。我們的已公布的國際專利申請W02008/037969公開了一種水瓶，其具有水過濾器，用於去除水中的沉積物和其他沉澱，並且阻擋水中大於log 6(99. 9999% )的細菌、孢囊、寄生蟲和真菌，以及大於log4(99. 99% )的病毒。一種公知的用於運載較大量水的容器，是普遍存在的「儲罐(jerrycan) 」，最初設計於第二次世界大戰爆發時，至今仍廣為效仿。雖然儲罐最初是用壓制鋼製造，但現代的儲罐目前通常是用塑料製造為5L到20L不等的尺寸。軍事和救援機構仍然廣泛地使用儲罐， 以將清潔的給水運載到需要的地方。

發明內容
根據本發明，提供了一種水容器，包括用於容納水的容器外殼，該容器外殼具有至少一個內部支撐構件，所述內部支撐構件聯接在所述容器的壁的相對的側壁部分之間以抵抗所述容器外殼的變形；水過濾器，延伸到所述容器外殼內；輸出閥，聯接到所述水過濾器；以及，用於穿過所述容器外殼的壁建立壓力差的裝置；其中所述水過濾器包括一個或多個膜，所述膜有效地實現在所述壓力差的作用下使水優先於空氣通過。在一個優選實施方案中，該容器是儲罐，優選地具有介於5升到20升之間的容量。 該儲罐優選地是用塑料材料製成的，且尤其是用水級(water-grade)高密度聚乙烯(HDPE) 製成的。塑料儲罐可用本領域公知的技術製成，例如旋轉模塑或吹模塑。然而，設想金屬儲罐同樣適合使用。此外，本發明可應用於較大的水器皿，諸如大水桶(water butt)。優選地，所述至少一個支撐構件由中空管構成，所述中空管與所述容器外殼的側壁部分成為一體。這樣，除了給外殼提供結構增強以在受負載時(尤其是在該容器被以空氣加壓時)抵抗變形之外，所述一個或多個內部支撐構件還可用於使得本發明的容器能被附接到負載運輸系統。每個空心管形成一個開口通道，所述開口通道連接相對的側壁部分， 可設想支撐杆或類似物能夠插入穿過所述開口通道。這樣的杆例如可用作輪軸，從而允許通過輪子運輸該容器。優選地，所述容器外殼的一個或多個側壁包括凹陷(indentation)的圖案，以在選定位置提供增強的結構剛性，從而在受負載時抵抗側壁的變形。這些凹陷可被配置為提供通道，所述通道用於接收圍繞所述容器周界所施用的捆帶條(strapping)。在一個優選實施方案中，所述外殼還包括一個底部，所述底部具有多個扁平的足部。優選地，所述底部包括傾斜部分，以抵抗所述底部的變形。所述側壁和頂壁中的一個或多個也可包括傾斜部分。所述底部和所述側壁中的傾斜部分提供了進一步的結構增強，以使得容器外殼能夠在負載下抵抗變形。優選地，用於建立壓力差的裝置包括一個泵。更優選地，該泵是一個手動操縱的泵。優選地，所述泵是一個活塞泵，所述活塞泵包括止回閥，空氣可通過該止回閥進入到容器中；以及，活塞軸，活塞頭可通過該活塞軸移動，以使得空氣穿過所述止回閥。在一個優選的實施方案中，所述泵是可從該裝置拆除的，以允許該儲液罐被重新充填。作為對泵的替代方案，所述容器可以僅包括一個壓力閥，用於連接到一個分立的加壓氣體源。優選地，所述容器還包括一個壓力調節器。例如，所述壓力調節器可包括一個洩放閥，被配置為如果該容器內的壓力超過一個預定水平則釋放水和/或空氣。優選地，所述輸出閥是水龍頭。優選地，所述水龍頭具有一個外部噴口，其向下成角度斜角，以在水龍頭被關閉之後促進留在該噴口之內的任何水流出。可選地，所述外部噴口可包括一個軟管接頭，用於接收可拆除的軟水管。用於本發明的優選的水過濾器適於超濾(ultrafiltration)，也即去除尺寸大於 0.01微米的所有顆粒。在另一個優選實施方案中，所述過濾器適於納米過濾或反滲透。反滲透過濾器能夠從液體中去除除純水(H2O)以外的一切(包括鹽和油)。納米過濾去除尺寸大於0. 001微米的顆粒(包括含水鹽)。水在壓力差之下穿過該水過濾器。與該容器未被加壓時水可穿過的過濾器相比， 這允許水穿過更為細密的過濾器。一個小於或等於25納米的孔徑足以從液體中去除大部分微生物物質，包括病毒， 從而提供安全飲用水和一個比以前可用的更為有效的可攜式水過濾系統。然而，為了更為安全，本發明的優選實施方案具有小於或等於20納米的孔徑，以及更優選地具有小於或等於15納米的孔徑。如本領域中所知，材料的孔徑實際上是材料中孔(或洞)的個體尺寸的平均值，因為不可避免的是，包括大量的孔的任何材料在這些個體尺寸方面將存在一些差異。用於本發明的優選的過濾器，具有緊密限定的孔徑分布，以使得在最大孔徑和平均孔徑之間的差被最小化。優選地，孔徑分布的標準偏差小於平均孔徑的30%，更優選地是小於平均孔徑的 15%。在本發明的優選實施方案中，該過濾器具有小於等於30納米的最大孔徑，更優選地， 小於或等於25納米，且更優選地小於或等於20納米。在其他實施方案中，最大孔徑可以甚至更小，以執行例如納米過濾或反滲透。優選地，本發明的水容器將通過任何大小的壓力差來過濾水。例如，優選實施方案的工作壓力差優選地大於IOkPa,更優選地在50kPa-1500kPa的範圍內，更優選地在 100kPa-1000kPa的範圍內，更優選地在150kPa_300kPa的範圍內。本發明的水過濾器優選地是膜過濾器。它優選地包括至少一個親水膜。親水膜對於水有吸引效果，因此水會比其他液體和氣體更優先地穿過它們。這樣，不僅僅是改進了由優選實施方案提供的過濾，而且甚至當該過濾器未被完全浸沒在液體中時仍可使用該過濾
ο優選地，所述膜是毛細管中空纖維膜。這些膜用於過濾水，因為只有小於它們孔徑的顆粒才能夠穿過它們。所述纖維膜可包括碳或者其他化學元素，或者反滲透膜。在該過濾器中可包括不同類型的過濾膜的組合。這些可以包括超濾、納米過濾和反滲透膜。一旦水在壓力差的作用下進入了毛細管膜的壁，則沿著其管狀結構將被傳輸到輸出部。由此，水可在沿著膜壁的任意點進入並達到輸出部，同時還得到過濾。優選地，該過濾器基本沿著該容器外殼的整個長度延伸，從而保證任何水均與所述膜相接觸。優選地，該過濾器沿著所述容器的長度的70%以上延伸，更優選地在80%以上，更優選地在90%以上。這意味著，當穿過該外殼的壁在該容器外殼的內部和外部環境之間存在壓力差，且輸出閥打開時，該容器內的水就將穿過所述過濾器流至輸出閥，而基本不管該裝置的取向。優選地，該水過濾器包括一個環形外殼，所述環形外殼具有外壁，該外壁具有多個穿過其的洞。在本發明的一個優選實施方案中，該過濾器是基本圓柱形的。優選地，所述洞分布在所述過濾器的基本整個長度上。該過濾器優選地可從該容器拆除。這允許根據需要來清潔和更換該過濾器。


現在將參考附圖詳細描述本發明的一個實施例，附圖中圖1是具有局部剖面的儲罐的立體圖；圖2是圖1的儲罐的截面圖；圖3是圖1的儲罐的高程視圖；圖4是圖1的儲罐的一個端視圖；而圖5是圖1的儲罐的底部的局部視圖。
具體實施例方式圖1和2示出了根據本發明設計的儲罐10。儲罐10包括一個容器外殼11，其具有四個側壁12-15、一個底部16，以及一個頂部17。儲罐10包括一個手動泵單元18和一個水濾芯19，它們被置於外殼11之內；以及一個外部安裝的水龍頭20，其聯接到水濾芯19。 承載手柄21是與頂部17 —體成型的。在構成時，儲罐10被密封，而且既是水密性的又是氣密性的。水濾芯19優選地是屬於提交於2007年9月25日的國際專利申請PCT/ GB2007/003623(國際公布號W02008/037969)中所描述的類型。這種類型的過濾器由中空纖維膜22的陣列(matrix)製成，該中空纖維膜通常具有能夠進行超濾的平均孔徑(pore size)。正因為如此，濾芯19對於去除細菌、病毒、孢囊、寄生蟲、真菌和所有其他的水生病原體都是有效的。事實上，這樣的過濾器從水中去除所有的微生物物質，以提供安全、無菌的飲用水。在本發明的優選實施方案中使用的優選的纖維膜22阻擋水中大於log6(99. 9999% )的細菌、孢囊、寄生蟲和真菌，以及阻擋水中大於log4(99. 99% )的病毒。纖維膜22還從水中移除沉積物和其他沉澱。手動泵單元18提供了所需的穿過該儲罐10的壁的壓力差，從而當水龍頭20打開時，驅動水穿過所述中空纖維膜22的壁，且之後沿著纖維膜22的長度到達纖維膜在水龍頭 20處的開口端部。提供如上面所述的水濾芯19，允許使用者使用來自廣泛源頭(包括開放的水源) 的水，有效地使其成為對於飲用為安全的水。適於隨同本發明使用的纖維膜都是市面有售的，例如可使用來自諾芮特(Norit) (www. norit. com)的X-How(TM)毛細管膜。所述中空的纖維超濾膜22對於屏蔽所有混濁物、細菌以及病毒都是有效的。水濾芯19與底部16鄰接，且通過一個螺帽壓力接頭(compression fitting) 23 可拆卸地附接到容器10的頂部。此架構的一個好處在於，雖然當就位時被完全密封，但水濾芯19隨時可被拆除以供清潔或更換。這樣，如果水濾芯19在某些方面損壞，則不需要更換整個儲罐10。在附圖中所示的手動泵單元18優選地屬於提交於2007年9月25日的國際專利申請PCT/GB2007/003623(國際公布號W02008/037969)中所詳細描述的類型。它通過螺帽壓力接頭M被附接到儲罐10，以保證流體密封。類似於水濾芯19，整個泵單元18被設計為可從儲罐10拆除。在此優選實施方案中示出的泵是一個簡單的1 1泵，其中使用者為致動泵所需要克服的壓力與該容器中的壓力相等。然而，根據本發明的泵可以使用棘輪系統或齒輪系統。這些機構允許更簡單地手動致動泵18(從而允許容器內的壓力可被增加到比原本情況更高的水平)。儲罐10還包括一個附加的碳過濾器25，水可先經過該碳過濾器然後再離開通過所述水龍頭。已知碳過濾器對於從水中移除化學物是有效的。在該優選實施方案中所使用的碳過濾器25是活性碳過濾器，儘管如此可採用其他類型的碳基過濾器(如木炭過濾器)。為了從水中去除雜質，從容器外殼11中拆除泵18，然後將未處理的水倒入儲罐 10。接著將泵18重新附接到容器外殼11，且將泵手柄沈解鎖並反覆地將其從退回位置移動到閉合位置，從而通過活塞軸觀使活塞頭27上下移動。這具有如下效果迫使空氣穿過止回閥四，從而增加容器11內的壓力。當使用者打開水龍頭20時，內部壓力迫使水穿過水濾芯19內的中空管膜22且最終通過水龍頭20從容器11中流出以供使用者收集。該外殼11還包括位於水龍頭下方的一個凹口 36，其允許用來自儲罐10的清潔的水容易地充填其他容器(諸如標準的軍隊發行的水瓶以及其他盛水裝置)。該儲罐10具有多個內部支撐構件30，其在容器11的相對的側壁部分13、15之間延伸，從而在容器載有水且通過空氣被加壓時提供增強的容器壁變形抗性。如所示，每個支撐構件30由一個中空管31構成，所述中空管與容器外殼11的側壁部分13、15是一體的。 所述中空管31的輪廓為具有5°的傾斜角(pitch angle) θ的凹面形式。這個形狀類似於三維拱形。凹面設計將負荷均勻地分散，以將應力分散到更大的表面面積，從而增強了由支撐構件提供的剛性。傾斜角可以根據需求進行選擇。中空支撐構件30允許將儲罐10附接到負載運輸系統。具體地，每個中空管31提供了一個開口通道，該開口通道連接了相對的側壁部分13、15，可設想支撐杆或類似物可被插入穿過該通道。這樣的杆例如可用作輪軸，從而允許通過輪子運輸該容器。容器外殼11的側壁12-15被成型為帶有凹陷32的圖案，以在選定位置提供增強的結構剛性，從而在受負載時抵抗側壁的變形。這些凹陷32被配置為提供通道，所述通道用於接收圍繞容器11的周界所施用的捆帶條(未示出)。如圖3和4中所示，端壁12、14和頂壁17包括傾斜部分33。傾斜部分33提供了進一步的結構增強，以允許容器外殼11在受到負荷時尤其是當在容器的壁的兩側建立了壓力差時抵抗變形。此實施例中的傾斜角θ介於3°到7°之間，但這些可根據需要改變。 這些傾斜角也允許儲罐11被楔入緊湊空間中，例如車輛中。如圖5所示，底部16具有多個扁平的足部34，被配置為抵抗底部16的變形。底部16具有傾斜部分35，其也幫助底部16在負載下抵抗變形。常規的儲罐被成型為具有一個凹入的底部，已經發現，當儲罐被增壓時，該底部易於「吹脹(blow out)」，以使得該儲罐不能保持直立。本發明的儲罐10被設計為使得所述底部的在負載下最容易變形的區域位於所述多個足部34的高度上方。底部16的形狀被設計為允許外殼11在負載下有一個必然的膨脹度，同時抵抗足部34的變形，以防止儲罐10翻倒。所示的該配置中的多個足部34 也使得儲罐11易於製造。它們沿起模方向(in the line of draw)構造，這降低了模塑工具所需的複雜度，從而降低了生產總成本。
權利要求
1.一種水容器，包括用於容納水的容器外殼，該容器外殼具有至少一個內部支撐構件，所述內部支撐構件聯接在所述容器的壁的相對的側壁部分之間以抵抗所述容器外殼的變形；水過濾器，延伸到所述容器外殼內；輸出閥，聯接到所述水過濾器；以及，用於穿過所述容器外殼的壁建立壓力差的裝置；其中所述水過濾器包括一個或多個膜，所述膜有效地實現在所述壓力差的作用下使水優先於空氣通過。
2.根據權利要求1所述的容器，其中所述容器具有介於5升到20升的容量。
3.根據權利要求1或2所述的容器，其中所述容器外殼是用水級高密度聚乙烯(HDPE) 製成的。
4.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述至少一個內部支撐構件是由中空管構成的，所述中空管與所述容器外殼的側壁部分成為一體。
5.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述容器外殼的一個或多個側壁包括凹陷的圖案，以在選定位置提供增強的結構剛性，從而在受負載時抵抗所述側壁的變形。
6.根據權利要求5所述的容器，其中所述凹陷被配置為提供通道，所述通道用於在使用中接收圍繞所述容器周界所施用的捆帶條。
7.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述容器外殼還包括一個底部，所述底部具有多個扁平的足部。
8.根據權利要求7所述的容器，其中所述底部、側壁和頂壁中的一個或多個包括傾斜部分，以抵抗所述底部的變形。
9.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述用於建立壓力差的裝置包括一個泵。
10.根據權利要求9所述的容器，其中所述泵是可拆除的，以便於重新填充所述容器外
11.根據權利要求1到8中任一所述的容器，其中所述容器包括一個壓力閥，用於連接到一個分立的加壓氣體源。
12.根據任一前述權利要求所述的容器，還包括一個壓力調節器。
13.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述輸出閥包括一個水龍頭。
14.根據權利要求13所述的容器，其中所述水龍頭具有一個外部噴口，該外部噴口向下成角度傾斜，以在所述水龍頭被關閉之後促進留在所述噴口之內的任何水流出。
15.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述水過濾器被配置為去除尺寸大於 0. 01微米且優選地大於0. 001微米的所有顆粒。
16.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述水過濾器包括至少一個親水膜。
17.根據權利要求16所述的容器，其中所述至少一個膜是毛細管中空纖維膜。
18.根據權利要求16或17所述的容器，其中所述過濾器基本沿著所述容器外殼的整個深度延伸，保證當所述外殼處於豎立位置時任何水均與所述膜接觸。
19.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述水過濾器是可拆除的濾芯。
20.根據任一前述權利要求所述的容器，其中所述容器外殼是儲罐。
21.根據權利要求1到19中任一所述的容器，其中所述容器外殼是大水桶。
全文摘要
儲罐(10)，包括容器外殼(11)，所述容器外殼(11)具有四個側壁(12-15)、底部(16)和頂部(17)。所述儲罐(10)包括手動泵單元(18)和置於所述外殼(11)之內的水濾芯，以及一個外部安裝的水龍頭(20)，所述水龍頭(20)聯接到所述水濾芯。承載手柄(21)是與頂部(17)一體地成型的。當構成時，該儲罐(10)被密封，且既是水密性的又是氣密性的。該容器外殼(11)包括至少一個內部支撐構件(30)，所述內部支撐構件由中空管(31)構成，所述中空管(31)與所述側壁(13，15)成為一體。
文檔編號C02F1/00GK102574702SQ201080047810
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月7日
發明者麥可·普裡查德 申請人:麥可·普裡查德