專利名稱：水過濾裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水過濾裝置，用于對(duì)日用水和/或飲用水進(jìn)行局部消毒，該水過濾裝置包括一過濾殼體，其設(shè)有入口接頭和出口接頭，在所述過濾殼體內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)毛細(xì)膜，毛細(xì)膜的第一端是開口的，另外一端是封閉的，所述毛細(xì)膜的第一端模鑄在膜夾持器內(nèi)，該膜夾持器封閉了毛細(xì)膜和過濾殼體之間的空間。
在現(xiàn)有技術(shù)中，凈化液體的裝置是熟知的，特別是，凈化飲用水和從所述飲用水中去除活性微生物的裝置是熟知的。一般地，現(xiàn)有的凈化飲用水的裝置很大，要占用很大的面積。通常采用的是過時(shí)的技術(shù)和過時(shí)的設(shè)備，不利于對(duì)飲用水進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬艋?。隨后，病菌或其它污染物可能會(huì)出現(xiàn)在已經(jīng)凈化過的水中。在很多情況下，要在飲用水中加入氯，以防止出現(xiàn)威脅健康的病菌。這樣做的主要缺點(diǎn)是，水的味道和氣味大大地惡化了。例如，有數(shù)種微生物，如Cyptosporidium和Giardia，對(duì)氯有抵抗作用，可在氯化過的水中生存。還可能存在的問題是，在很多地區(qū)，特別是發(fā)展中國(guó)家，根本沒有可靠的飲用水源。
由安裝在殼體內(nèi)的毛細(xì)膜局部對(duì)水消毒的裝置也是熟知的。這些裝置的缺點(diǎn)是，一方面，單位毛細(xì)膜表面積和單位時(shí)間內(nèi)以“升”表示的過濾液體的能力低，另外一方面，過濾裝置需要高的壓差才能獲得過濾作用。
根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置旨在消除上述缺點(diǎn)。為此，根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的特征在于，膜是微過濾或超過濾的具有對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)的模，孔的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，孔的直徑沿液體的流動(dòng)方向穿過膜壁逐漸減小。
由于孔結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，孔的直徑逐漸減小，穿過膜的流動(dòng)阻力大大減小，從而增加了過濾量。進(jìn)一步說，對(duì)稱的結(jié)構(gòu)延遲了膜的污染，裝置容易清洗，以進(jìn)行再利用。通過改變流動(dòng)方向就可進(jìn)行清洗，因此，可容易地從對(duì)稱的孔內(nèi)去除污染物。比水的過濾膜的孔直徑大的顆粒和分子可有效地從要凈化的液體中過濾掉。
水過濾裝置的有效性和適用性可進(jìn)一步改善，條件是膜由聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮聚合物(PES/PVP聚合物)制成。從而可獲得永久親水的膜，結(jié)合上述的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，僅需要低的壓差就可使膜具有高的過濾/滲透量，即在低操作壓差下就實(shí)現(xiàn)了高的過濾量。根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的操作壓差的范圍是0.5至4巴，在簡(jiǎn)單的方式下，實(shí)現(xiàn)了大于1000升/平方米/小時(shí)/巴的過濾量。這使得該水過濾裝置特別適合于用在水的出口如混合龍頭的出水管處，或使用在其它任何日用水源處。
另外，通過在制造過程中采用PES/PVP聚合物，可獲得非常一致的孔結(jié)構(gòu)，即孔的直徑的變化極其地小。在制造膜的過程中，孔的直徑可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生具有預(yù)定孔直徑的毛細(xì)膜。由于孔的直徑非常一致，孔的直徑的變化很小，使得毛細(xì)膜的應(yīng)用極其有效。例如，如果選擇很小的孔直徑以形成對(duì)細(xì)菌和病毒的絕對(duì)屏障，就不會(huì)再存在大直徑的孔以失去該屏障作用。對(duì)微生物的典型對(duì)數(shù)去除值大于8。
采用PES/PVP聚合物制造膜的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，所述聚合物具有很高的機(jī)械、化學(xué)和熱抵抗性能。該膜可由熱水或熱水流消毒，例如在高壓滅菌器內(nèi)進(jìn)行消毒。這是消除病菌的方式，在改變穿過膜的液體的流動(dòng)方向進(jìn)行清洗之后，膜上還可能殘留病菌。
特別是，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的孔在一側(cè)的最小直徑大約為0.01至0.3μm。通過在該范圍內(nèi)選擇孔的直徑，可獲得有效的過濾，而孔的直徑的變化比所述的范圍要小得多。把孔的直徑選擇在該范圍的下限(0.01μm)，特別是在用于醫(yī)學(xué)用途時(shí)，可產(chǎn)生對(duì)細(xì)菌和病毒的絕對(duì)屏障。另外，當(dāng)孔的直徑很接近0.01μm時(shí)，可以極其有效地過濾掉細(xì)菌降解產(chǎn)物，如致熱原(pyrogens)和內(nèi)毒素。增大孔的直徑可提高過濾量，然而，這將使直徑小于選定的孔直徑的顆粒穿過膜?？字睆揭鶕?jù)用途進(jìn)行選擇。大于0.3μm時(shí)，過濾的有效性就會(huì)下降。等于0.3μm時(shí)，根據(jù)美國(guó)食品與藥品管理局(FDA)的標(biāo)準(zhǔn)，最小的細(xì)菌，名稱為缺陷假單胞菌(Pseudomonas diminuta)，仍然可以過濾掉。
在推薦的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的過濾殼體由塑料制成，該塑料的耐熱溫度大于100℃。該水過濾裝置的使用溫度可高于100℃，在其它目的中，該裝置也可加熱以進(jìn)行消毒。
特別是，制造過濾殼體的塑料是聚砜。所述塑料的耐熱溫度大于150℃，可由所述塑料用簡(jiǎn)單的方式制造過濾殼體。
在水過濾裝置的有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，在過濾殼體的入口接頭處設(shè)有至少兩個(gè)擋板，所述擋板相對(duì)于要過濾的液體的流動(dòng)方向傾斜地安裝。這樣，可始終產(chǎn)生進(jìn)水紊流，防止形成可堵塞膜的大的空氣泡。從而進(jìn)一步改善了裝置的過濾性能。
特別是，根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的制造方法，所述裝置設(shè)有毛細(xì)膜，該毛細(xì)膜具有第一端和第二端，其特征在于，毛細(xì)膜的第二端由熱密封方法封閉。通過該方法，毛細(xì)膜可由簡(jiǎn)單、快速和可靠的方式進(jìn)行封閉。該封閉方法的優(yōu)點(diǎn)還有，毛細(xì)膜中不需引入其它的材料，該其它的材料可能損害水過濾裝置的特性。
下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地說明，其中，唯一的附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的一個(gè)推薦實(shí)施例。
在附圖中，過濾殼體由標(biāo)記10表示。過濾殼體10設(shè)有入口接頭11和出口接頭12。在過濾殼體10內(nèi)設(shè)有一組毛細(xì)過濾膜20，其第一端21模鑄在膜夾持器30內(nèi)。在第一端21處，毛細(xì)膜有開口，而在另外一端22，毛細(xì)膜是封閉的。過濾殼體10可由硬質(zhì)材料如聚砜(polysulphone)、PVC或金屬制成，但也可由柔性材料制成。在后一情況下，水過濾裝置可在彎曲狀態(tài)下使用。在所示的實(shí)施例中，過濾殼體10包括一筒形元件。
在所示的實(shí)施例中，膜20的第一端21嵌入樹脂如環(huán)氧或聚氨脂內(nèi)，該樹脂用作膜夾持器30。在另外一端22處，毛細(xì)膜20由熱密封方法封閉，即在夾緊的同時(shí)加熱。這是封閉毛細(xì)膜的有效而可靠的方法。也可由樹脂塞對(duì)每個(gè)毛細(xì)膜20進(jìn)行封閉。與第一端21類似的是，毛細(xì)膜20的第二端也可嵌入樹脂內(nèi)；然而，毛細(xì)膜20的第二端也可由樹脂封閉。
在過濾殼體10的入口接頭11處，設(shè)有兩個(gè)斜置的擋板40。這樣，要過濾的液體總產(chǎn)生紊流，以防止在液體流內(nèi)產(chǎn)生任何空氣的聚集。這樣，膜不會(huì)被氣泡堵塞，以更有效地進(jìn)行過濾。
毛細(xì)膜20的孔具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該孔的直徑沿液體的流動(dòng)方向逐漸減小，也就是說，最大的孔直徑位于所示實(shí)施例的毛細(xì)膜的外側(cè)。應(yīng)該注意，液體也可以從內(nèi)側(cè)向外穿過毛細(xì)膜，在該情況下，最大的孔直徑位于毛細(xì)膜的內(nèi)側(cè)。這樣，毛細(xì)膜外側(cè)的流動(dòng)阻力減小，在相同數(shù)目的毛細(xì)膜的情況下，可實(shí)現(xiàn)較高的流速。
已經(jīng)看出，由于該對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，過濾性能比采用對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)的情況要好得多。例如，流動(dòng)阻力要小得多。該優(yōu)點(diǎn)部分來自該對(duì)稱結(jié)構(gòu)和膜的永久親水特性，特別是，膜的材料是聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮聚合物(PES/PVP聚合物)，這種膜不容易被污染物堵塞，因此，在較低的操作壓力下就可實(shí)現(xiàn)高的處理能力，特別是，可達(dá)1000升/平方米/小時(shí)/巴以上。在毛細(xì)膜使用了一段時(shí)間以后，可以進(jìn)行很好地清洗，該優(yōu)點(diǎn)來自于孔的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，清洗方法是改變流動(dòng)方向，然后，毛細(xì)膜可再使用。
在所示實(shí)施例中，毛細(xì)膜20外側(cè)的孔的直徑大約為1μm，在毛細(xì)膜20的內(nèi)側(cè)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，孔的直徑大約為0.01至0.3μm。尺寸大于上述直徑范圍的顆粒可有效地從要過濾的飲用水中過濾掉?？椎闹睆椒秶€可比上述的范圍小得多。另外，毛細(xì)膜可在0至120℃的溫度下很好地使用。
特別是，該水過濾裝置可在水的出口中或出口處使用，水的出口可以是混合龍頭(mixing tap)。一般地，這樣的龍頭每分鐘可提供10升水，所需的膜的表面積大約為0.1平方米。該表面積由大約150個(gè)毛細(xì)膜實(shí)現(xiàn)，每個(gè)毛細(xì)膜的外徑為大約1.2mm，內(nèi)徑為大約0.8mm，對(duì)稱結(jié)構(gòu)的孔的最小的直徑是0.1μm，這是在要過濾的水中具有少量病毒時(shí)最常采用的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，膜的數(shù)目在100至200的范圍內(nèi)，根據(jù)采用的膜的數(shù)目，所述膜的長(zhǎng)度在30至15cm之間。已經(jīng)看出，對(duì)于特定數(shù)目的毛細(xì)膜，根據(jù)過濾殼體的尺寸，水過濾裝置的總能力都可達(dá)到最大值。
由所示水過濾裝置過濾過的水中去除了污染物和病菌，如細(xì)菌和病毒。從而得到了可靠的飲用水，通過在飲用水中加入氯和其它溶液，在碳吸收劑的聯(lián)合作用下，可進(jìn)一步去除不好的氣味和味道。該水過濾裝置的使用壽命長(zhǎng)，可以清洗和再利用。在用于水龍頭時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置可作為龍頭的一部分，也可把該水過濾裝置連接在水龍頭上，例如，可由螺紋或卡口連接方式，這樣，水過濾裝置也可用作出水管。也可把該水過濾裝置安裝在建筑如房屋的主水管上。很明顯，水過濾裝置的尺寸必須適當(dāng)。
本發(fā)明并不僅僅局限于上述的實(shí)施例。在本發(fā)明的構(gòu)思和所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，該水過濾裝置可由多個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，每個(gè)這樣的實(shí)施例都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種水過濾裝置，用于對(duì)日用水和/或飲用水進(jìn)行局部消毒，該水過濾裝置包括一過濾殼體，其設(shè)有入口接頭和出口接頭，在所述過濾殼體內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)毛細(xì)膜，毛細(xì)膜的第一端是開口的，另外一端是封閉的，所述毛細(xì)膜的第一端模鑄在膜夾持器內(nèi)，該膜夾持器封閉了毛細(xì)膜和過濾殼體之間的空間，其特征在于膜(20)是微過濾或超過濾的具有對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)的模，孔的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，孔的直徑沿液體的流動(dòng)方向穿過膜壁逐漸減小。
2．如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，其特征在于膜(20)由聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮聚合物制成。
3．如權(quán)利要求1或2所述的水過濾裝置，其特征在于根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的孔在一側(cè)的最小直徑為0.01至0.3μm。
4．如權(quán)利要求1至3其中之一所述的水過濾裝置，其特征在于過濾殼體(10)由塑料制成，該塑料的耐熱溫度大于100℃。
5．如權(quán)利要求4所述的水過濾裝置，其特征在于制造過濾殼體(10)的塑料是聚砜。
6．如上述權(quán)利要求其中之一所述的水過濾裝置，其特征在于在過濾殼體(10)的入口接頭(11)處設(shè)有至少兩個(gè)擋板(40)，所述擋板(40)相對(duì)于要過濾的液體的流動(dòng)方向傾斜地安裝。
7．如上述權(quán)利要求其中之一所述的水過濾裝置，其特征在于包括在供水管或諸如混合龍頭的水出口的出水管內(nèi)。
8．一種毛細(xì)過濾膜(20)，如上述權(quán)利要求其中之一所述，是水過濾裝置的一部分。
9．如上述權(quán)利要求8所述的毛細(xì)過濾膜，作為吸管。
10．如權(quán)利要求1至7其中之一所述的水過濾裝置的制造方法，所述裝置設(shè)有毛細(xì)膜，該毛細(xì)膜具有第一端和第二端，其特征在于毛細(xì)膜(20)的第二端(22)由熱密封方法封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水過濾裝置,用于對(duì)日用水和/或飲用水進(jìn)行局部消毒,該水過濾裝置包括一過濾殼體(10),其設(shè)有入口接頭(11)和出口接頭(12),在所述過濾殼體(10)內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)毛細(xì)膜(20),毛細(xì)膜的第一端(21)是開口的,另外一端(22)是封閉的,所述毛細(xì)膜(20)的第一端(21)模鑄在膜夾持器內(nèi),該膜夾持器封閉了毛細(xì)膜(20)和過濾殼體之間的空間。膜是微過濾或超過濾的具有對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)的模,孔的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的,孔的直徑沿液體的流動(dòng)方向穿過膜壁逐漸減小。膜由聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮聚合物(PES/PVP聚合物)制威。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用,具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的孔在一側(cè)的最小直徑為0.01至0.3μm。
文檔編號(hào)B01D61/18GK1232408SQ97198576
公開日1999年10月20日 申請(qǐng)日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月7日
發(fā)明者約翰·J·沙爾施圖爾 申請(qǐng)人:普賴姆水系統(tǒng)股份有限公司