ВОДНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2008 года по МПК B01D27/00 B01J20/20 B01D39/20 C02F1/28 

Область техники

Устройство обработки воды для обработки необработанной питьевой воды.

Уровень техники

Вода может содержать много различных видов загрязняющих веществ, включающих в себя, например, частицы, вредные химикаты и микробиологические организмы, такие как бактерии, паразиты, протозоа и вирусы. В ряде обстоятельств эти загрязняющие вещества должны быть удалены, прежде чем воду можно будет использовать. Любые вредные загрязняющие вещества должны быть удалены из воды, прежде чем она станет питьевой, т.е. пригодной для потребления.

В неразвитых странах есть смертельные последствия, ассоциирующиеся с контактом с загрязненной водой. В то же время существуют несколько факторов, которые вносят вклад в загрязненную воду, включающие в себя: возрастающие плотности населения, возрастающую нехватку водных ресурсов, отсутствие сооружений для фильтрования воды и зачастую отсутствие электричества (в том числе аккумуляторов, которые слишком дороги). В некоторых случаях дома, находящиеся рядом друг с другом в одной и той же географической местности, могут иметь большие различия в давлении имеющейся в их распоряжении необработанной питьевой воды. Также для источников питьевой воды привычно располагаться на близком расстоянии от человеческих и животных отходов, так что микробиологическое загрязнение является крупным поводом для беспокойства в отношении здоровья. В результате водного микробиологического загрязнения согласно оценкам ежегодно умирают шесть миллионов человек, половина из которых - дети в возрасте до 5 лет.

В 1987 году Управление по охране окружающей среды США (ЕРА) выпустило «Руководящий стандарт и протокол для тестирования микробиологических очистителей воды». Протокол устанавливает минимальные требования в отношении эффективности устройств фильтрования питьевой воды, которые разрабатываются для снижения отдельных вредных для здоровья загрязняющих веществ в общественных или частных источниках воды. Требования заключаются в том, что фильтрат из источника подачи воды показывает 99,99% (или эквивалентно 4 log) удаления вирусов и 99,9999% (или эквивалентно 6 log) удаления бактерий по сравнению с начальным уровнем. Согласно протоколу ЕРА в случае вирусов концентрация на входе должна быть 1×10⁷ вирусов на литр, а в случае бактерий концентрация на входе должна быть 1×10⁸ бактерий на литр. Из-за преобладания Eschericia coli (E.coli, бактерия) в запасах воды и рисков, связанных с ее потреблением, этот микроорганизм используется в качестве бактерии в большинстве исследований. Подобным же образом, бактериофаг MS-2 (или просто фаг MS-2), как правило, используется как репрезентативный микроорганизм при удалении вирусов, потому что его размер и форма (т.е. примерно 26 нм и икосаэдрическая форма) сходны со многими вирусами. Таким образом, способность фильтра удалять бактериофаг MS-2 демонстрирует его способность удалять другие вирусы.

Таким образом, некоторые из задач включают в себя обеспечение устройства водного фильтра, который может обеспечивать среднее домашнее хозяйство адекватным дневным запасом воды, пригодным для питья и приготовления пищи, когда необработанная питьевая вода загрязнена вирусами и бактериями, вода имеется в недостаточном количестве, электричество и аккумуляторы недоступны, когда существуют большие различия в давлении воды в пределах одной и той же географической местности и когда есть периоды отсутствия давления воды.

Сущность изобретения

Устройство водного фильтра для обработки необработанной питьевой воды, содержащее соединитель для обеспечения жидкостной связи между устройством водного фильтра и источником необработанной питьевой воды. Устройство водного фильтра может содержать водный фильтр низкого давления в жидкостной связи с соединителем. Водный фильтр может содержать фильтрующий воду материал. Водный фильтр может содержать F-BLR больше, чем примерно 2 log. Устройство водного фильтра может содержать корпус хранения в жидкостной связи с водным фильтром низкого давления. Устройство водного фильтра может содержать автоматический отсечной клапан в жидкостной связи с корпусом хранения. Устройство водного фильтра может содержать дозатор в жидкостной связи с корпусом хранения. Обработанная питьевая вода может поступать в корпус хранения со скоростью по меньшей мере примерно 5 мл/мин, но не выше, чем примерно 2000 мл/мин, до активации автоматического отсечного клапана, так что поток обработанной питьевой воды в корпус хранения приостанавливается. Устройство водного фильтра может быть неэлектрическим устройством водного фильтра.

Способ обработки необработанной питьевой воды низкого давления может содержать обеспечение устройства водного фильтра низкого давления. Устройство водного фильтра низкого давления может содержать соединитель для соединения с источником необработанной питьевой воды. Устройство водного фильтра низкого давления может содержать мезопористые активированные частицы углерода и корпус хранения. Способ может далее содержать перекачку необработанной питьевой воды низкого давления из источника необработанной питьевой воды низкого давления через водный фильтр низкого давления. Необработанная питьевая вода низкого давления может содержать вирусы и бактерии, так что среднее время контакта жидкости составляет более чем примерно 2 секунды. Водный фильтр может содержать F-BLR больше, чем примерно 2 log и F-VLR больше, чем примерно 1 log. Способ может также содержать наполнение корпуса хранения обработанной питьевой водой со скоростью больше, чем примерно 5 мл/мин.

Способ встраивания модульного устройства водного фильтра для обработки необработанной питьевой воды. Способ может содержать обеспечение блока модульного устройства водного фильтра. Блок модульного устройства водного фильтра может содержать водный фильтр низкого давления для обработки необработанной питьевой воды. Водный фильтр низкого давления может содержать фильтрующий воду материал и автоматический отсечной клапан для приостановки потока обработанной питьевой воды. Способ может также содержать встраивание модульного устройства водного фильтра в корпус хранения для хранения обработанной питьевой воды. Модульное водное устройство может быть неэлектрическим устройством водного фильтра.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является перспективным видом в разобранном состоянии устройства водного фильтра.

Фиг.2А является перспективным видом соединителя устройства водного фильтра по фиг.1 в «открытом положении» и частичным видом шланга соединителя устройства водного фильтра по фиг.1.

Фиг.2В является перспективным видом в разобранном состоянии водного фильтра в устройстве водного фильтра по фиг.1 и частичным видом шланга соединителя устройства водного фильтра по фиг.1.

Фиг.3 является перспективным видом в разобранном состоянии водного фильтра в устройстве водного фильтра по фиг.1.

Фиг.4 является видом снизу устройства водного фильтра по фиг.1.

Фиг.5 является видом сбоку в поперечном сечении устройства водного фильтра по фиг.1, взятым по линии А-А, причем регулятор потока изображен как Деталь-А.

Фиг.6 является частичным видом сбоку в поперечном сечении альтернативного варианта осуществления устройства водного фильтра по фиг.1, взятым по линии А-А, в котором образовано отверстие сквозь сосуд фильтра.

Фиг.7 является перспективным видом в разобранном состоянии управляющей головки устройства водного фильтра по фиг.1.

Фиг.8 является перспективным видом альтернативного варианта осуществления устройства водного фильтра по фиг.1, в котором скоба настенного крепления зафиксирована на стене.

Фиг.9 является перспективным видом в разобранном состоянии управляющей головки, водного фильтра и сосуда фильтра устройства водного фильтра по фиг.1.

Подробное описание изобретения

I. Определения

Как используется здесь, фраза «активированные частицы углерода» и их производные предназначены для обозначения частиц углерода, которые подверглись процессу, в котором карбонизированная субстанция делается более пористой.

Как используется здесь, термин «активация» и его производные предназначены для обозначения процесса, в котором карбонизированная субстанция делается более пористой.

Как используется здесь, фраза «активированные частицы углерода» или «активированные фильтрующие частицы углерода» и их производные предназначены для обозначения частиц углерода, которые подверглись процессу активации.

Как используется здесь, фразы «среднее время пребывания жидкости» и(или) «среднее время контакта жидкости» относятся к среднему времени, в течение которого жидкость находится в контакте с фильтрующими частицами внутри фильтра, по мере того как проходит сквозь фильтрующий материал, и рассчитываются как отношение объема пор фильтрующего материала к скорости потока жидкости.

Как используется здесь, фраза «осевой поток» относится к потоку сквозь плоскую поверхность и перпендикулярно к этой поверхности.

Как используется здесь, термин «основной» предназначен для обозначения фильтрующих частиц с точкой нулевого заряда выше 7.

Как используется здесь, термин «одноразовый» обозначает фильтр, разработанный и произведенный для обработки от примерно 50 до примерно 200 галлонов необработанной питьевой воды или для обработки от примерно 30 дней до примерно 120 дней.

Как используется здесь, фраза «лицевая площадь» относится к площади фильтрующего материала, первоначально открытой для поступающей в фильтр воды. Например, в случае фильтров осевого потока лицевая площадь - это площадь сечения фильтрующего материала на входе жидкости, а в случае фильтра радиального потока лицевая площадь - это наружная площадь фильтрующего материала.

Как используется здесь, термин «логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR)» относится к способности фильтра удалять бактерии после потока первых 2000 объемов пор фильтрующего материала. F-BLR определяется и вычисляется как: F-BLR=-log [(концентрация Е. coli на выходе)/(концентрация Е. coli на входе)], где «концентрация Е. coli на входе» устанавливается примерно 1×10⁸ CFU/литр постоянно в течение теста, а «концентрация Е. coli на выходе» измеряется после потока примерно в 2000 объемов пор фильтрующего материала через фильтр. F-BLR имеет единицы «log» (где «log» - это логарифм). Отметим, что если концентрация на выходе ниже предела обнаружения в методе, используемом для оценки, то концентрация на входе для расчета F-BLR считается пределом обнаружения. Также отметим, что F-BLR измеряется без применения химических агентов, которые обеспечивают бактерицидные эффекты.

Как используется здесь, фраза «глубина фильтрующего материала» относится к линейному расстоянию, которое проходит поступающая в фильтр вода от входа до выхода фильтрующего материала. Например, в случае фильтров осевого потока глубина фильтра - это толщина фильтрующего материала, а в случае фильтра радиального потока глубина фильтра - это половина разности между внешним и внутренним диаметром фильтрующего материала.

Как используется здесь, фраза «объем пор фильтрующего материала» относится к общему объему межчастичных пор в фильтрующем материале с размерами более 0,1 нм.

Как используется здесь, фраза «общий объем фильтрующего материала» относится к сумме межчастичных объемов пор и объема, занимаемого фильтрующими частицами.

Как используется здесь, фраза «фильтрующая частица» предназначена для обозначения отдельного элемента или части, которые используются для образования по меньшей мере части фильтрующего материала. Например, волокно, гранула, шарик и т.д. считаются фильтрующими частицами в данной заявке.

Как используется здесь, фразы «пористость фильтра» и (или) «пористость фильтрующего слоя» относятся к отношению объема пор фильтрующего материала к общему объему фильтрующего материала.

Как используется здесь, фраза «логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR)» относится к способности фильтра удалять вирусы после потока первых 2000 объемов пор фильтрующего материала. F-VLR определяется и вычисляется как: F-VLR=-log [(концентрация MS-2 на выходе)/(концентрация MS-2 на входе)], где «концентрация MS-2 на входе» устанавливается примерно 1×10⁷ PFU/литр постоянно в течение теста, а «концентрация MS-2 на выходе» измеряется после потока примерно в 2000 объемов пор фильтрующего материала через фильтр. F-VLR имеет единицы «log» (где «log» - это логарифм). Отметим, что если концентрация на выходе ниже предела обнаружения в методе, используемом для оценки, то концентрация на входе для расчета F-VLR считается пределом обнаружения. Также отметим, что F-VLR измеряется без применения химических агентов, которые обеспечивают вируцидные эффекты.

Как используется здесь, термин «низкое давление» обозначает от примерно 1 фунта на квадратный дюйм (здесь «psi») до примерно 20 psi.

Как используется здесь, термин «водный фильтр низкого давления» обозначает водный фильтр, который вырабатывает от примерно 5 миллилитров в минуту (здесь «мл/мин») до примерно 400 мл/мин обработанной питьевой воды, когда источник необработанной питьевой воды находится под давлением по меньшей мере примерно 1 psi.

Как используется здесь, термин «макропора» предназначен для обозначения внутричастичной поры, имеющей ширину или диаметр свыше 50 нм (или эквивалентно 500 Å).

Как используется здесь, термин «мезопора» предназначен для обозначения внутричастичной поры, имеющей ширину или диаметр между 2 нм и 50 нм (или эквивалентно между 20 Å и 500 Å).

Как используется здесь, термин «устройство водного фильтра низкого давления» обозначает устройство водного фильтра, которое вырабатывает от примерно 5 мл/мин до примерно 400 мл/мин обработанной питьевой воды, когда источник необработанной питьевой воды находится под давлением по меньшей мере примерно 1 psi.

Как используется здесь, фраза «мезопористая активированная фильтрующая частица углерода» относится к активированной фильтрующей частице углерода, у которой сумма объемов мезопор и макропор может быть выше 0,12 миллилитров на грамм (здесь «мл/г»).

Как используется здесь, фраза «мезопористая и основная активированная фильтрующая частица углерода» предназначена для обозначения активированной фильтрующей частицы углерода, у которой сумма объемов мезопор и макропор может быть выше 0,12 мл/г и которая имеет точку нулевого заряда выше 7.

Как используется здесь, фраза «мезопористая, основная восстановленная кислородом активированная фильтрующая частица углерода» предназначена для обозначения активированной фильтрующей частицы углерода, у которой сумма объемов мезопор и макропор может быть выше 0,12 мл/г и которая имеет заряд нулевой точки выше 7 и имеет процент по весу технического кислорода 1,5% или менее.

Как используются здесь, термины «микроорганизм», «микробиологический организм» и «патоген» используются, заменяя друг друга. Эти термины относятся к различным типам микроорганизмов, которые могут характеризоваться как бактерии, вирусы, паразиты, протозоа и микробы.

Как используется здесь, термин «микропора» предназначен для обозначения внутричастичной поры, имеющей ширину или диаметр менее 2 нм (или эквивалентно 20 Å).

Как используется здесь, термин «объем микропор» и его производные предназначены для обозначения объема всех микропор. Объем микропор рассчитывается из объема азота, адсорбированного при относительном давлении 0,15 с использованием процесса Brunauer, Emmett and Teller (здесь "BET"; стандарт ASTM D4820-99) - процесса, общеизвестного в технике.

Как используется здесь, термин «неэлектрическое устройство водного фильтра» обозначает устройство водного фильтра, которое не использует переменный или постоянный ток для увеличения давления воды.

Как используется здесь, фраза «точка нулевого заряда» предназначена для обозначения рН, выше которого общая поверхность частиц углерода отрицательно заряжена. Общеизвестная тестовая процедура для определения точки нулевого заряда излагается ниже.

Как используется здесь, фраза «распределение размеров пор в диапазоне мезопор» предназначена для обозначения распределения размеров пор, рассчитанных как в процессе Barrett, Joyner, and Halenda (BJH) - процессе, общеизвестном среди специалистов.

Как используется здесь, фраза «радиальный поток», как правило, относится к потоку сквозь по существу цилиндрические или по существу конические поверхности и перпендикулярному к этим поверхностям.

Как используются здесь, фраза «сумма объемов мезопор и макропор» и ее производные предназначены для обозначения объема всех мезопор и макропор. Сумма объемов мезопор и макропор равна разности между общим объемом пор и объемом микропор или эквивалентно рассчитывается из разности между объемами азота, адсорбированными при относительных давлениях 0,9814 и 0,15 с помощью процесса BET (стандарт ASTM D4820-99) - процесса, общеизвестного среди специалистов.

Как используется здесь, термин «самонаполняемый» обозначает устройство водного фильтра, которое перестает обрабатывать необработанную питьевую воду автоматически, как только корпус хранения наполнен до заранее заданного уровня.

Как используется здесь, термин «удельная площадь внешней поверхности» предназначен для обозначения общей площади внешней поверхности на единицу массы фильтрующих частиц, что будет обсуждаться более подробно ниже.

Как используется здесь, термин «общая площадь внешней поверхности» предназначен для обозначения общей геометрической площади внешней поверхности одной или более фильтрующих частиц, что будет обсуждаться более подробно ниже.

Как используется здесь, термин «необработанный» обозначает воду, которая не была обработана с использованием устройства водного фильтра, описанного здесь.

Как используется здесь, термин «водный фильтр» или «фильтр» относится к структурам и механизмам соответственно для удаления и нейтрализации загрязнителей путем, например, одного или нескольких из следующего: исключение по размеру, электролиз, абсорбция, адсорбция, окисление, восстановление, химическая дезинфекция, ионный обмен и т.д.

Как используются здесь, фраза «материал водного фильтра» или «фильтрующий материал» предназначена для обозначения совокупности фильтрующих частиц. Совокупность фильтрующих частиц, образующая фильтрующий материал, может быть либо гомогенной, либо гетерогенной. Фильтрующие частицы могут быть равномерно или неравномерно распределены (например, слои разных фильтрующих частиц) внутри фильтрующего материала. Фильтрующие частицы, образующие фильтрующий материал, также не обязательно должны быть идентичной формы или размера и могут обеспечиваться либо в свободной, либо в сцепленной форме.

II. Устройство водного фильтра

Числа с одинаковыми последними тремя цифрами представляют одинаковые или сходные элементы по всем чертежам (например, 122, 1122, 2122 или 020, 1020, 2020).

Как показано на фиг.1, вариант осуществления изобретения может быть устройством 20 водного фильтра, которое может содержать соединитель 22 для соединения с источником необработанной питьевой воды, шланг 24 соединителя для приведения соединителя 22 и управляющей головки 34 в жидкостную связь, водный фильтр 26 для обработки необработанной питьевой воды, сосуд 28 фильтра для содержания водного фильтра 26, корпус 30 хранения для хранения обработанной питьевой воды, обработанной водным фильтром 26, крышку 32 корпуса хранения для накрывания корпуса 30 хранения, дозатор 36 для разлива обработанной питьевой воды, хранящийся в корпусе 30 хранения, скоба 38 настенного крепления для крепления устройства 20 водного фильтра, регулятор 39 потока (показан на фиг.5) для управления потоком питьевой воды через устройство 20 водного фильтра и (или) дисплей 40 срока службы для отображения срока службы водного фильтра 26.

А. Шланг

Как показано на фиг.1, шланг 24 соединителя может жидкостно соединять соединитель 22 и управляющую головку 34. Шланг 24 соединителя может быть различной длины и диаметра. Шланг 24 соединителя может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, и т.д.

В. Соединитель

Как показано на фиг.2А и 2В, соединитель 22 может содержать тело 42 соединителя, ручку 44 соединителя, клапан, входное отверстие 46 соединителя, первое выходное отверстие 48 соединителя и второе выходное отверстие 50 соединителя. Входное отверстие 46 соединителя может быть разъемным образом (например, прикреплено трением, прикреплено резьбой, прикреплено болтом, прикреплено винтом, закреплено, пристегнуто, прищелкнуто и т.д.) или постоянным образом (например, сплавлено, склеено, припаяно, приварено, приварено горячей плитой и т.д.) соединено с источником необработанной питьевой воды (например, водопроводным краном городского типа, линией под раковиной, установленным на крыше резервуаром и т.д.) для введения необработанной питьевой воды в устройство 20 водного фильтра. Первое выходное отверстие 48 соединителя может быть соединено со шлангом 24 соединителя. Второе выходное отверстие 50 соединителя также может иметь резьбу для присоединения аэратора, быстро разъединяющегося крепления для посудомоечной машины и т.д. Ручка 44 соединителя может использоваться для направления (путем поворота на 90 градусов) потока необработанной питьевой воды таким образом, что пользователь может выбирать между немедленным использованием необработанной питьевой воды через второе выходное отверстие 50 соединителя («открытое положение», показанное на фиг.2А) и обработкой необработанной питьевой воды через первое выходное отверстие 48 соединителя («закрытое положение», показанное на фиг.2В).

Соединитель 22 может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно и т.д.

С. Водный фильтр

Как показано на фиг.3, водный фильтр 26 может содержать корпус 52 фильтра, входное отверстие 54 фильтра, выходное отверстие 56 фильтра и материал 58 водного фильтра. Далее, как описано в патентной заявке США №60/473.271, водный фильтр 26 может иметь первую трубку 60, вторую трубку 62 (которая может поддерживаться ребрами 63) и третью трубку 64 (более детально объяснено ниже, см. фиг.6).

Корпус 52 фильтра может покрывать конечные части материала 58 водного фильтра. Корпус 52 фильтра может быть цилиндрическим, однако он может иметь различную форму и размер. Корпус 52 фильтра может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно и т.д. Альтернативно корпус 52 фильтра может образовывать четкий отсек, который содержит материал 58 водного фильтра.

Входное отверстие 54 фильтра может быть частью открытого материала 58 водного фильтра (например, частью угольного блока), или предварительным фильтром 120, покрытым корпусом 52 фильтра с обоих концов. То есть вода может поступать в водный фильтр 26 через открытую часть материала 58 водного фильтра или через предварительный фильтр 120.

Выходное отверстие 56 фильтра может быть круглым отверстием, концентрическим и коаксиальным с продольной осью 68 водного фильтра 26. Входное отверстие 54 фильтра и выходное отверстие 56 фильтра могут быть различного размера и ориентированы любым образом, который лучше всего служит применению. Таким образом, входное отверстие 54 фильтра и выходное отверстие 56 фильтра могут быть расположены рядом (например, делить одно и то же отверстие), по соседству (например, делить одну и ту же поверхность или один и тот же конец) или на удалении друг от друга (например, располагаться на противоположных концах).

Материал 58 водного фильтра может содержаться внутри корпуса 52 фильтра. Материал 58 водного фильтра может быть в форме блока, при этом блок материала 58 водного фильтра может иметь сердцевинную область 70.

Примеры материала 58 водного фильтра описаны в патентах США №№2.167.225, 2.335.458, 4.172.796, 4.493.772, 4.764.274, 4.025.438, 4.094.779, 5.679.248, 6.274.041, 6.337.015 и в патентных заявках США №09/935.810, 09/935.962, 09/628.632, 09/832.581, 09/832.580, 09/736.749, 09/574.456, 09/564.919 и 09/347.223. Например, материал водного фильтра может включать в себя - но не ограничивается ими - один или комбинацию углеродов (например, активированный углерод, включая основной мезопористый древесный активированный углерод, такой как трубка пористого углерода, или блок пористого углерода, или порошок углерода, или частицы, спеченные с полимерным связующим веществом и т.д.), ионообменный материал (например, в форме шариков смолы, плоских фильтрационных мембран, волокнистых фильтрационных структур и т.д.), цеолитовые частицы или покрытия (например, насыщенные серебром), полиэтилен или микроволокнистые либо полученные выдуванием из расплава стеклянные сети с измененным зарядом, окись глинозема, диатомовая земля и т.д.

Материал 58 водного фильтра может содержать от примерно 7 граммов (здесь «г») до примерно 600 г, от примерно 15 г до примерно 300 г, или от примерно 30 г до примерно 170 г активированных частиц углерода (как описано в патентных заявках США №№10/464.210 и 10/464.209) для обработки необработанной питьевой воды низкого давления. Активированные частицы углерода могут иметь объемную плотность от примерно 0,2 г/мл до примерно 0,8 г/мл, от примерно 0,3 г/мл до примерно 0,7 г/мл, или от примерно 0,35 г/мл до примерно 0,65 г/мл. Активированный углерод может быть сформирован в блоки с помощью процессов, описанных в патентах США №№4.664.673; 4.859.386; 5.019.311; 5.189.092; 5.249.948; 5.679.248; 5.679.248; 5.928.588; 5.976.432; и в заявке WO 98/43796 в соответствии со следующими спецификациями блоков активированного углерода:

Скорость потока: от примерно 5 мл/мин до примерно 100 мл/мин на дюйм длины блока при 10 psi.

Целевое время наполнения: от примерно 20 минут до примерно 10 часов для 3000 мл обработанный питьевой воды при 10 psi.

Размеры:

Длина блока: от примерно 2 дюймов до примерно 6 дюймов.

Внешний диаметр: от примерно 1,5 дюймов до примерно 4 дюймов.

Внутренний диаметр: от примерно 0,3 дюймов до примерно 1 дюйма.

Минимальное среднее время контакта жидкости: по меньшей мере примерно 3 секунды.

Материал 58 водного фильтра, содержащий активированные частицы углерода, может давать устройству 20 водного фильтра возможность обрабатывать примерно 100% всей необработанной питьевой воды, поступающей в устройство 20 водного фильтра через соединитель 22. Единственная вода, которая может быть потеряна (то есть которая поступает в устройство 20 водного фильтра и не обрабатывается) - это та вода, которая может остаться в соединителе 22, шланге 24 соединителя и сосуде 28 фильтра, когда сосуд 28 фильтра извлекается для замены водного фильтра 26 (потерянная вода может составлять менее чем 0,5% по сравнению с объемом необработанной питьевой воды, обработанной водным фильтром 26 в течение его срока службы). Таким образом, примерно вся (100%) необработанная питьевая вода, которая поступает в устройство 20 водного фильтра через упомянутый соединитель 22, доступна для питья из корпуса 30 хранения.

Как упомянуто выше, водный фильтр 26 может также содержать предварительный фильтр 120. Предварительный фильтр 120 может предотвращать засорение материала 58 фильтра, особенно в географических местностях, где существует высокий уровень частичного или органического загрязнения (включающего в себя бактериальный шлам). Предварительный фильтр 120 может включать в себя - но не ограничиваться ими - один или комбинацию полипропилена, полученного выдуванием из расплава, нетканого полимера, микро-стекловолокна, нетканого целлюлозного фильтрующего материала и т.д. Предварительный фильтр 120 может состоять из одного или множества слоев.

Водный фильтр 26 может иметь F-BLR более чем примерно 2 log, более чем примерно 3 log, более чем примерно 4 log и более чем примерно 6 log, a F-VLR может быть более чем примерно 1 log, более чем примерно 2 log, более чем примерно 3 log и более чем примерно 4 log. Далее, водный фильтр 26 может, в дополнение к указанным выше F-BLR/F-VLR, иметь производительность от примерно 5 мл/мин до примерно 2000 мл/мин, от примерно 25 мл/мин до примерно 1000 мл/миг, или от примерно 50 мл/мин до примерно 400 мл/мин, при обработке необработанной питьевой воды низкого давления.

(i) Пример 1 материала водного фильтра

Примерно 18,3 г мезопористого Nuchar® RGC и основного активированного порошка углерода (с D_V.0,5 равным примерно 45 нм) от компании MeadWestvaco Corp. города Ковингтон, Вирджиния, смешивается с примерно с 7 г связующего вещества из полиэтилена низкой плотности (LDPE) FN510-00 Microthene® компании Equistar Chemicals, Inc. города Цинциннати, Огайо, и примерно 2 г 70 алюмосиликатного порошка Alusil® компании Selecto, Inc., города Норкросс, Джорджия. Смешанные порошки затем переливаются в круглую алюминиевую форму с внешним диаметром примерно 3 дюйма (примерно 7,62 сантиметра (здесь «см»)) и глубиной примерно 0,5 дюймов (примерно 1,27 см). Форма закрывается и помещается в нагретый пресс с пластинами, удерживаемыми при температуре примерно 204°С в течение 1 ч. Затем форме позволяют остыть до комнатной температуры, открывают ее и вынимают фильтр осевого потока. Характеристики фильтра следующие: площадь поверхности: примерно 45,6 квадратных сантиметров (здесь «см²»); глубина фильтра: примерно 1,27 см; общий объем фильтра: примерно 58 мл; пористость фильтра (для пор свыше примерно 0,1 нанометра (здесь «нм»)): примерно 0,43; и объем пор материала фильтра (для пор свыше примерно 0,1 нм): примерно 25,5 мл (при измерении ртутным порозиметром).

(ii) Материал водного фильтра, пример 2

Примерно 26,2 г кокосового микропористого и основного активированного порошка углерода (с D_V.0,5 равным примерно 92 нм) смешивается с примерно с 7 г связующего вещества из полиэтилена низкой плотности (LDPE) FN510-00 Microthene® компании Equistar Chemicals, Inc. города Цинциннати, Огайо, и примерно 2 г алюмосиликатного порошка Alusil® компании Selecto, Inc., города Норкросс, Джорджия. Смешанные порошки затем переливаются в круглую алюминиевую форму с внешним диаметром примерно 3 дюйма (примерно 7,62 см) и глубиной примерно 0,5 дюймов (примерно 1,27 см). Форма закрывается и помещается в нагретый пресс с пластинами, удерживаемыми при температуре примерно 204°С в течение 1 ч. Затем форме позволяют остыть до комнатной температуры, открывают ее и вынимают фильтр осевого потока. Характеристики фильтра следующие: площадь поверхности: примерно 45,6 см²; глубина фильтра: примерно 1,27 см; общий объем фильтра: примерно 58 мл; пористость фильтра (для пор свыше примерно 0,1 нм): примерно 0,44; и объем пор материала фильтра (для пор свыше примерно 0,1 нм): примерно 25,5 мл (при измерении ртутным порозиметром).

D. Сосуд фильтра

Как показано ранее на фиг.1, сосуд 28 фильтра может иметь форму для окружения водного фильтра 26 (который может быть соединен с управляющей головкой 34, как показано на фиг.5 и как описано в заявке США №60/473.271) и для разъемного соединения (например, прикреплено трением, прикреплено резьбой, прикреплено болтом, прикреплено винтом, закреплено, пристегнуто, прищелкнуто, и т.д.) и жидкостной герметизации с управляющей головкой 34 или другой частью устройства 20 водного фильтра таким образом, что сосуд 28 фильтра может быть в жидкостной связи с управляющей головкой 34. Уплотнительные кольца, u-образные манжеты, другие эластомерные перемычки или прокладки и т.д. (не показаны) могут быть использованы для достижения жидкостной герметизации. Сосуд 28 фильтра может быть «легко открываемым», так что среднестатистический взрослый способен присоединять и отсоединять его от управляющей головки 34, используя только свои руки (то есть без каких-либо инструментов), так что только от примерно 5 дюйм-фунтов (здесь «дюйм-ф») до примерно 100 дюйм-ф, от примерно 7 дюйм-ф до примерно 50 дюйм-ф или от примерно 10 дюйм-ф до примерно 30 дюйм-ф вращающего момента требуется для его открытия. Альтернативно сосуд 28 фильтра может быть полностью или частично вынут из устройства 20 водного фильтра путем нажатия кнопки (не показана), так что кнопка отпускает фиксатор (не показан) или петлю (не показана), которая держит сосуд 28 фильтра в прикрепленном положении к устройству 20 водного фильтра. Кнопка может альтернативно воздействовать или вызывать воздействие сосуда 28 фильтра, так что он отсоединяет фиксатор или петлю.

Сосуд 28 фильтра может быть в форме капсулы, иметь открытый первый конец 76, закрытый второй конец 78 и внутренний объем 80. Сосуд 28 фильтра может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы и их сплавы, стекловолокно и т.д.

Сосуд 28 фильтра может иметь продольную ось 82 и может быть ориентирован вертикально при присоединении к управляющей головке 34. Далее, как показано на фиг.4, сосуд 28 фильтра может быть расположен в передней части и (или) в комбинации передней и боковой частей, областях А2, A3 и А4 (то есть примерно передние 75% устройства 20 водного фильтра) напротив задней части, области А1 (то есть примерно задних 25% устройства 20 водного фильтра).

Расположение спереди или сбоку и (или) легкое открытие могут повысить удобство смены водного фильтра 26 для потребителя. Дополнительно, чем меньше элементов потребителю приходится разбирать, чтобы сменить водный фильтр 26, тем меньше вероятность загрязнения внутренних частей устройства 20 водного фильтра. Когда сосуд 28 фильтра расположен спереди и (или) сбоку и легко открывается, он может быть присоединен и (или) отделен, и фильтр 26 может быть заменен таким образом, что устройство 20 водного фильтра может остаться в том же положении, как и при использовании потребителем (что может нормально быть с дозатором 36 по направлению к пользователю, и может включать в себя крепление устройства 20 водного фильтра на стене или его помещение на поверхности прилавка).

Внутренний объем сосуда 28 фильтра может быть от примерно 75 миллилитров (здесь «мл») до примерно 3000 мл, от примерно 150 мл до примерно 2000 мл, или от примерно 300 мл до примерно 1500 мл. Как показано на фиг.5, расстояние L1, высота сосуда 28 фильтра, может быть от примерно 5 сантиметров (здесь «см») до примерно 75 см, от примерно 7 см до примерно 50 см или от примерно 10 см до примерно 25 см. Диаметр сосуда 28 фильтра может быть от примерно 2 см до примерно 40 см, от примерно 4 см до примерно 20 см или от примерно 6 см до примерно 12 см.

Высота сосуда 28 фильтра (или водного фильтра 26 в случае использования корпуса 52 фильтра в качестве сосуда 28 фильтра) может быть менее 75%, менее 50%, или менее 25% высоты устройства 20 водного фильтра (расстояние L2, высота устройства 20 водного фильтра, может быть от примерно 5 см до примерно 80 см, от примерно 10 см до примерно 40 см, или от примерно 20 см до примерно 30 см). Таким образом, если устройство 20 водного фильтра устанавливается на плоской поверхности (например, на поверхности прилавка), дно сосуда 28 фильтра (или водного фильтра 26 в случае использования корпуса 52 фильтра в качестве сосуда 28 фильтра) может быть от примерно 1 мм до примерно 70 мм, от примерно 3 до примерно 50 мм или от примерно 5 до примерно 25 мм от плоской поверхности, так что сосуд 28 фильтра (или водный фильтр 26 в случае, когда корпус 52 фильтра используется как сосуд 28 фильтра) может легко извлекаться из устройства 20 водного фильтра.

Альтернативно, как описано в патентной заявке США №10/424.200, сосуд 28 фильтра может полностью заключать в себе водный фильтр 26 таким образом, что водный фильтр 26 физически соединяется с сосудом 28 фильтра, и сосуд 28 фильтра физически соединяется с управляющей головкой 34, обеспечивая сосуду 28 фильтра и водному фильтру 26 жидкостную связь с управляющей головкой 34. Такой сосуд 28 фильтра может вместо открытого первого конца 76 иметь одно или несколько меньших отверстий, которые обеспечивают ему жидкостную связь с управляющей головкой 34.

Альтернативно корпус 52 фильтра может использоваться как сосуд 28 фильтра таким образом, что корпус 52 фильтра заключает в себе, а не покрывает материал 58 фильтра, так что корпус 52 фильтра разъемно соединяется (например, прикрепляется трением, прикрепляется резьбой, прикрепляется болтом, прикрепляется винтом, закрепляется, пристегивается, прищелкивается и т.д.) и жидкостно герметизируется с управляющей головкой 34 или другой частью устройства 20 водного фильтра, так что водный фильтр 26 может иметь жидкостную связь с управляющей головкой 34. В таком применении сосуд 28 фильтра может быть одноразовым. Одноразовые сосуды 28 фильтра могут быть непрактичны в экономически депрессивных географических местностях, поскольку стоимость устройства 20 водного фильтра часто повышается при таком использовании.

Водный фильтр 26 может располагаться внутри сосуда 28 фильтра, так что сосуд 28 фильтра отделяется от управляющей головки 34, водный фильтр 26 остается внутри внутреннего объема сосуда 28 фильтра. Как описано в патентной заявке США №60/473.271 и как показано на фиг.6, сосуд 6028 фильтра может иметь отверстие для пробки 82, расположенное на его втором конце, таким образом, что образуется отверстие 86 сквозь сосуд 6028 фильтра. Уплотнительное кольцо 84 может окружать отверстие 82 для пробки, или третью трубу 64, или водный 6026 фильтр таким образом, что третья труба 64 или водный фильтр 6026 и отверстие 82 для пробки сосуда 6028 фильтра соединяются герметично. Таким образом, когда сосуд 6028 фильтра отделяется от управляющей головки 34 и наполняется необработанной питьевой водой, он может быть поднесен к раковине в вертикальном положении, и водный фильтр 6026 может быть извлечен из него, разгерметизируя отверстие 82 для пробки, позволяя необработанной питьевой воде выйти из отверстия 86 сосуда 6028 фильтра.

Е. Корпус хранения

Как ранее показано на фиг.1, корпус 30 хранения может иметь открытую верхнюю часть 31 для получения обработанной питьевой воды, закрытую нижнюю часть 33 и внутренний объем 35. Корпус 30 хранения может также иметь отверстие на своей нижней части 33 для вмещения дозатора 36. Корпус 30 хранения может иметь форму для вмещения заранее заданного количества обработанной питьевой воды. Корпус хранения может иметь любую форму, способную удержать заранее заданное количество обработанной питьевой воды. Корпус 30 хранения может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно и т.д.

Корпус 30 хранения может иметь вертикально расположенное окно 88 для отображения уровня обработанной питьевой воды, содержащейся в корпусе 30 хранения. Другие средства, такие как трубка с поплавком (например, цветной шарик-поплавок), также могут использоваться для указания уровня обработанной питьевой воды в корпусе 30 хранения.

Корпус 30 хранения или его часть может отдельно извлекаться из устройства 20 водного фильтра, так что он извлекается без какого-либо другого компонента устройства 20 водного фильтра, прикрепленного или содержащегося внутри него. Корпус 30 хранения можно тогда более легко очищать, поскольку никакой другой компонент устройства 20 водного фильтра не помешает части корпуса 30 хранения быть очищенной, и поскольку корпус 30 хранения можно будет располагать любым образом, который потребитель находит наиболее удобным для его очищения. Далее, когда корпус 30 хранения извлекается, можно использовать очистители, которые иначе не были бы использованы, потому что очистители перемещались бы во внутренние части управляющей головки 34, если бы корпус 30 хранения очищался очистителями, будучи прикрепленным к устройству 20 водного фильтра. Однако когда корпус 30 хранения извлекается, такие очистители могут быть использованы, и корпус 30 хранения может быть тщательно промыт. Когда корпус 30 хранения извлекается, другие компоненты также становятся открытыми и более легкими для очищения.

Корпус 30 хранения может удерживать от примерно 0,5 литров (здесь «л») до примерно 20 л, от примерно 1 л до примерно 12 л или от примерно 2 л до примерно 6 л обработанной питьевой воды. Его вместимость позволяет его потребителям получать воду в те периоды, когда нет давления воды. Среднее домашнее хозяйство потребляет от примерно 4 литров в день (здесь «л/день») до примерно 10 л/день обработанной питьевой воды для приготовления пищи и питья.

F. Крышка корпуса хранения

Как ранее показано на фиг.1, крышка 32 корпуса хранения может использоваться для полного или частичного накрывания открытого конца корпуса 30 хранения. Крышка 32 корпуса хранения может предотвращать загрязнение загрязнителями объема обработанной питьевой воды, накопленной в корпусе 30 хранения. Крышка 32 корпуса хранения может быть полностью снимаемой или может оперативно прикрепляться (например, быть подвешенной на петлях, раздвижной и т.д.) к корпусу 30 хранения.

G. Управляющая головка

Как показано на фиг.7, управляющая головка 34 может содержать корпус 90 управляющей головки, отсечной клапан 92, шланг 94 управляющей головки и (или) крышку 96 управляющей головки. Управляющая головка 34 может осуществлять жидкостную связь водного фильтра 26 с корпусом 30 хранения, так что эти два объекта находятся в жидкостном сообщении, и так что часть управляющей головки 34 находится внутри внутреннего объема корпуса 30 хранения и (или) сосуда 28 фильтра. Часть корпуса 90 управляющей головки, которая может находиться внутри внутреннего объема корпуса 30 хранения, может иметь открытую нижнюю часть, так что по мере того как обработанная питьевая вода в корпусе 30 хранения поднимается, она может также подниматься внутри корпуса 90 управляющей головки и может соприкасаться с отсечным клапаном 92 внутри корпуса 90 управляющей головки.

Отсечной клапан 92 может содержать поплавок 98 и (или) стопор 100 и оболочку 101 стопора, присоединенную к его основной части. Стопор 100 может останавливать поток обработанной питьевой воды в корпус 30 хранения (более детально объяснено ниже). Отсечной клапан 92 может альтернативно включать в себя диафрагму, поршень с пружиной, которая реагирует на давление воды полного бака, двигая стопор, и т.д. (не показано). Как было ранее показано на фиг.5, управляющая головка 34 может содержать первое входное отверстие 102 управляющей головки и второе входное отверстие 104 управляющей головки, и первое выходное отверстие 106 управляющей головки и второе выходное отверстие 108 управляющей головки. Второе входное отверстие 104 управляющей головки и второе выходное отверстие 108 управляющей головки могут быть соединены шлангом 94 управляющей головки. Отсечной клапан 92 может заключаться внутри корпуса 90 управляющей головки, так что крышка 96 управляющей головки закрывает его. Поплавок 98 может быть гибко (например, шарнирно) соединен с корпусом 90 управляющей головки, так что по мере того как обработанная питьевая вода поднимается внутри корпуса 90 управляющей головки, поплавок 98 может подниматься, и стопор 100 и оболочка 101 стопора могут жидкостно герметизировать второе выходное отверстие 108 управляющей головки, тем самым останавливая поток воды в корпус 30 хранения. Управляющая головка 34 может быть изготовлена из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно, резину и т.д.

Поскольку стопор 100 автоматически останавливает поток воды через устройство 20 водного фильтра, потребитель может включить источник необработанной питьевой воды и посвятить себя другим делам, потому что потребитель может положиться на то, что устройство 20 водного фильтра остановит фильтрацию необработанной питьевой воды, как только будет достигнуто полное наполнение корпуса 30 хранения, таким образом предотвращая ситуацию переливания через край (это свойство делает устройство 20 водного фильтра самонаполняемым).

Н. Дозатор

Как ранее показано на фиг.1, дозатор 36 может быть герметично соединен (используя уплотнительные кольца 117) с отверстием в нижней части 33 корпуса 30 хранения. Дозатор 36 может разливать обработанную питьевую воду, хранящуюся внутри внутреннего объема корпуса 30 хранения. Дозатор 36 может содержать корпус 110 дозатора, ручку 112 дозатора, входное отверстие 116 дозатора и выходное отверстие 118 дозатора. Ручка 112 дозатора (путем поворота, переворота, отодвигания и т.д.) может быть использована для направления потока обработанной питьевой воды.

Дозатор 36 может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно и т.д.

I. Скоба настенного крепления

Как ранее показано на фиг.1 и как показано на фиг.8, скоба 8038 настенного крепления может быть сформирована для присоединения к плоской стене или шкафу, и для разъемного соединения с корпусом 8030 хранения. Присоединение к скобе 8038 настенного крепления может находиться на задней, боковой, верхней и (или) нижней части водного фильтра 8026. Скоба 8038 настенного крепления может быть изготовлена из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя - но не ограничивающихся ими - один пластик или их комбинацию, металлы или их сплавы, стекловолокно, резину и т.д.

J. Регулятор потока

Как ранее показано на фиг.5 (Деталь А), регулятор 39 потока может быть корпусом, составляющим второе выходное отверстие 108 управляющей головки, так что диаметр отверстия, расстояние L3, может быть диаметром от примерно 0,2 мм до примерно 6 мм, от примерно 0,4 мм до примерно 3 мм, или от примерно 0,7 мм до примерно 1,5 мм. Регулятор 39 потока может быть любым заранее заданным отверстием, способным ограничивать скорость потока для поддержания среднего времени контакта жидкости на уровне по меньшей мере примерно 3 секунды, по меньшей мере примерно 4 секунды и (или) по меньшей мере примерно 5 секунд при давлении до примерно 100 psi. Регулятор 39 потока может дополнительно быть шлангом, имеющим заранее заданный диаметр, промывателем потока, сделанным из гибкого материала, снижающего размер отверстия по мере увеличения скорости потока, и т.д.

Шланг 24 соединителя, входное отверстие 46 соединителя или первое или второе выходное отверстие 48 и 50 соединителя, или первое или второе выходное 102 или входное 104 отверстие управляющей головки могут иметь размер для замедления потока воды под более высоким давлением через устройство 20 водного фильтра, не оказывая воздействия на поток воды низкого давления через устройство 20 водного фильтра. Регулятор 39 потока может быть любой частью внутри герметичной части системы, которая создает понижение давления. Регулятор 39 потока предусматривает работоспособность устройства 20 водного фильтра (то есть устройство 20 водного фильтра наполняет корпус 30 хранения со скоростью по меньшей мере 5 мл/мин) при низком давлении и в то же время его эффективность при более высоком давлении.

К. Индикатор срока службы

Как ранее показано на фиг.1, устройство 20 водного фильтра может содержать дисплей 40 срока службы для указания оставшегося или истекшего срока службы водного фильтра 26. Дисплей 40 срока службы может располагаться на крышке 32 корпуса хранения, однако он может располагаться в любом месте устройства 20 водного фильтра, чтобы быть видным потребителю. Дисплей 40 срока службы может быть отрывным календарем, жидкокристаллическим дисплеем, светоизлучающим диодом, лампочкой и т.п. Дисплей 40 срока службы может быть таймером, где срок службы водного фильтра 26 основывается на времени (т.е. он указывает конец срока службы водного фильтра 26, основываясь исключительно на времени, безотносительно к объему воды, обработанной водным фильтром 26) или основывается на объеме (т.е. он указывает конец срока службы водного фильтра 26, основываясь на объеме воды, обработанной водным фильтром 26).

Конец срока службы водного фильтра 26 может отображаться появлением или исчезновением символов (например, дождевых капель, крестиков и т.д.) и (или) разноцветных световых сигналов (например, красных, желтых, зеленых и т.д.). Дисплей 40 срока службы может быть возвращен в исходное состояние путем вставления или извлечения нового водного фильтра 26, или кнопкой сброса, переключателем, рычагом и т.д. Дисплей 40 срока службы может запитываться переменным током, постоянным током, батареей (включая в себя батареи с длительным сроком эксплуатации), солнечной энергией и т.д.

III. Тестовые процедуры

А. Тестовая процедура BET

Удельная площадь поверхности и распределение объема пор BET измеряются с использованием метода поглощения азота, как описанный в ASTM D 4820-99, путем многоточечного поглощения азота, при примерно 77 К с помощью анализатора площади поверхности и размера пор Coulter SA3100, производимого компанией Coulter Corp., Майами, Флорида. Этот процесс также может обеспечивать объемы микропор, мезопор и макропор.

В. Тестовая процедура точки нулевого заряда

Водный раствор KCl примерно 0,010 М изготавливается из реагента сорта KCl и из воды, которая только что дистиллирована под аргоновым газом. Вода, используемая для дистилляции, деионизируется путем последовательного обратного осмоса и обработки ионного обмена. Объем примерно 25,0 мл водного раствора KCl перемещается в шесть колб примерно 125 мл, каждая из которых снабжена стопором из матового стекла 24/40. Микролитровые количества стандартизованных водных растворов HCl или NaOH добавляются в каждую фляжку, так что первоначальный рН варьируется между примерно 2 и примерно 12. рН каждой колбы затем фиксируется с использованием рН-метра модели Orion 420A с электродом модели Orion 9107BN Triode Combination pH/ATC, производимого Thermo Orion Inc., Беверли, Массачусетс, и называется «первоначальный рН». Примерно 0,0750±0,0010 г активированных частиц углерода добавляются к каждой из шести колб, и водные суспензии размешиваются (при примерно 150 оборотах в минуту), при этом они закупориваются на примерно 24 часа при комнатной температуре, прежде чем зафиксировать «итоговый рН».

С. Тестовая процедура процента технического кислорода по весу

Процент технического кислорода по весу измеряется с использованием элементного анализатора Perkin Elmer Model 240 (модификация кислорода; компания PerkinElmer, Inc.; Уэллсли, Массачусетс). Метод основывается на пиролизе пробы в потоке гелия при примерно 1000°С над платинированным углеродом. Пробы углерода высушиваются за ночь в вакуумной печи при примерно 100°С.

D. Тестовая процедура ORP

ORP измеряется с использованием платинового окислительно-восстановительного электрода Model 96-78-00 компании Orion Research, Inc. (Беверли, Массачусетс) и следуя стандарту ASTM D 1498-93. Процедура включает в себя суспендирование примерно 0,2 г углерода в примерно 80 мл водопроводной воды и считывание показания электрода, в мВ, после примерно 5 мин легкого помешивания.

Е. Тестовая процедура F-BLR

Корпуса фильтров осевого потока с мезопористым углеродом изготавливаются из Teflon® и состоят из 2 частей, т.е. крышки и основания. Обе части имеют внешний диаметр примерно 12,71 см (примерно 5'') и внутренний диаметр примерно 7,623 (примерно 3''). Крышка встречно установлена в основании компрессионным уплотнением с помощью уплотнительного кольца (примерно 3'' в диаметре и примерно 1/8'' толщиной). Входные и выходные шланговые зубчатые соединители вплетены в крышку и основание примерно 1/16'' NPT трубчатыми нитями. Направляющая перегородка из нержавеющей стали примерно 1/2'' толщиной на примерно 23/4'' OD (с отверстием примерно 3/16'' на стороне входа и примерно 6'' ситом на стороне выхода) встречно установлена в крышку корпуса. Функция направляющей перегородки - распределение входящего потока по всей поверхности фильтра. Крышка и основание корпуса сцеплены таким образом, что существует компрессионное уплотнение, скрепляющее фильтр с корпусом. Крышка и основание держатся вместе с использованием четырех зажимов примерно 1/4''.

Фильтр устанавливается внутри корпуса, и вода, загрязненная примерно 1×10⁸ CFU/л Е. coli, протекает насквозь со скоростью потока примерно 200 мл/мин. Общее количество поступающей воды может быть примерно 2000 объемов пор материала фильтра или более. Используемые бактерии Е. coli - это АТСС #25922 (American Type Culture Collection, Роквилль, Мэриленд). Исследование Е. coli может проводиться с использованием метода мембранного фильтра согласно процессу #9222 20-го издания «Стандартных процессов исследование воды и сточных вод» (Standard Processes for the Examination of Water and Wastewater), изданных Американской Ассоциацией Здравоохранения (АРНА), Вашингтон, округ Колумбия. Можно использовать другие исследования, известные среди специалистов (например, COLILERT®). Предел обнаружения (LOD) - примерно 1×10² CFU/л при измерении с помощью метода мембранного фильтра и примерно 10 CFU/л при измерении с помощью метода COLILERT®. Вытекающая вода собирается после протока примерно первых 2000 объемов пор материала фильтра, исследуется для подсчета присутствующих бактерий Е. coli, и F-BLR рассчитывается с использованием определения.

F. Тестовая процедура F-VLR

Корпуса фильтров осевого потока с мезопористым углеродом те же, что и описанные выше в тестовой процедуре F-BLR. Вода, загрязненная примерно 1×10⁷ PFU/л MS-2, протекает сквозь систему корпус/фильтр со скоростью потока примерно 200 мл/мин. Общее количество поступающей воды может быть примерно 2000 объемов пор материала фильтра или более. Используемые бактериофаги MS-2 - это АТСС# 15597В (American Type Culture Collection, Роквилль, Мэриленд). Исследование MS-2 может быть проведено в соответствии с процедурой С.J. Hurst, Appl. Environ. Microbiol., 60 (9), 3462 (1994). Можно использовать другие исследования, известные среди специалистов. Предел обнаружения (LOD) - примерно 1×10³ PFU/л. Вытекающая вода собирается после протока примерно первых 2000 объемов пор материала фильтра, исследуется для подсчета присутствующих бактериофагов MS-2, и F-VLR рассчитывается с использованием определения.

IV. Пример устройства водного фильтра

Примерно 37 г мезопористого и основного активированного порошка углерода Nuchar® RGC от компании MeadWestvaco Corp. города Ковингтон, Вирджиния, смешивается с примерно с 14 г связующего вещества Microthene® из полиэтилена низкой плотности (LDPE) FN510-00 компании Equistar Chemicals, Inc. города Цинциннати, Огайо, и примерно 4 г алюмо-силикатного порошка Alusil® 70 компании Selecto, Inc., города Норкросс, Джорджия. Смешанные порошки затем переливаются в круглую алюминиевую форму. Форма закрывается и помещается в нагретый пресс с пластинами, удерживаемыми при температуре примерно 204°С в течение 1 ч. Затем форме позволяют остыть до комнатной температуры, ее открывают, и вынимается материал 58 фильтра. Характеристики материала 58 фильтра включают в себя: внешний диаметр примерно 5,08 см, диаметр сердцевины 1,6 см, длина фильтра 6,35 см и объем фильтра 116 мл.

Материал 58 фильтра накрывается корпусом 52 фильтра, как описано выше (с использованием термоплавкого безрастворного клея), образуя водный фильтр 26, как описано выше. Водный фильтр 26 устанавливается на управляющую головку 34, как описано выше. Сосуд 28 фильтра прикрепляется к управляющей головке 34, как описано выше.

Входное отверстие 46 соединителя присоединяется к источнику необработанной питьевой воды, и потребитель включает источник необработанной питьевой воды. Необработанная питьевая вода, содержащая 1×10⁶ вирусов на литр и 1×10⁷ бактерий на литр, поступает во входное отверстие 46 соединителя через тело 42 соединителя, обходя первое выходное отверстие 48 соединителя, соединенное со шлангом 24 соединителя, и обходя остальную часть устройства 20 водного фильтра, и затем сквозь второе выходное отверстие 50 соединителя.

Потребитель поворачивает ручку 44 соединителя на девяносто градусов, из открытого положения в закрытое положение, так что клапан соединителя направляет поток необработанной питьевой воды в первое выходное отверстие 48 соединителя и сквозь него вместо второго выходного отверстия 50 соединителя. Необработанная питьевая вода затем перемещается по шлангу 24 соединителя в первое входное отверстие 102 управляющей головки, затем в сосуд 28 фильтра, наполняя сосуд 28 фильтра и поступая в водный фильтр 26 через входное отверстие 54 фильтра. Необработанная питьевая вода затем радиально поступает в материал 58 водного фильтра и радиально протекает сквозь материал 58 водного фильтра, обрабатывается (бактерии уменьшаются на 6 log, и вирусы уменьшаются на 4 log) и затем поступает в сердцевинную область 70, к и через выходное отверстие 56 фильтра.

Обработанная питьевая вода затем вытекает из выходного отверстия 56 фильтра, через первое выходное отверстие 106 управляющей головки, затем по шлангу 94 управляющей головки, затем через второе входное отверстие 104 управляющей головки, затем через второе выходное отверстие 108 управляющей головки в корпус 30 хранения.

Обработанная питьевая вода затем наполняет внутренний объем 35 корпуса 30 хранения, встречаясь с дозатором 36, который находится в закрытом положении, так что поток воды не может пройти сквозь него. Обработанная питьевая вода продолжает наполнять корпус 30 хранения, так что она также начинает покрывать корпус 90 управляющей головки, пока не поднимется поплавок 98, тем самым поднимая стопор 100 в позицию, которая жидкостно герметизирует второе выходное отверстие 108 управляющей головки, тем самым останавливая поток обработанной питьевой воды в корпус 30 хранения, пока не накопится достаточно давления, чтобы остановить поток необработанной питьевой воды в устройство 20 водного фильтра.

Обработанная питьевая вода разливается через дозатор 36 путем перемещения ручки 112 разливного устройства в открытое положение, так что обработанная питьевая вода поступает во входное отверстие 116 дозатора, через тело 110 дозатора и сквозь выходное отверстие 118 дозатора.

Поступившая через дозатор обработанная питьевая вода может собираться в контейнере.

V. Модульные блоки

Как показано на фиг.9, устройство 20 водного фильтра может использоваться как модульный блок, который может содержать соединитель 22, управляющую головку 34, водный фильтр 26 и (или) сосуд 28 фильтра. Один и тот же модульный блок может быть соединен разъемно (например, прикреплен трением, прикреплен резьбой, прикреплен болтом, прикреплен винтом, закреплен, пристегнут, прищелкнут и т.д.) или постоянно (например, сплавлен, склеен, припаян, приварен, приварен горячей плитой и т.д.) с различными корпусами хранения (например, 30). Таким образом, изготовитель может производить один и тот же модульный блок для встраивания в ряд различных корпусов хранения (например, один и тот же модульный блок может помещаться в корпуса хранения, имеющие различные внутренние объемы, цвета, формы, признаки и т.д.). Также потребитель может взаимозаменяемо использовать один и тот же модульный блок с различными отсеками хранения (например, корпусами хранения для поверхности прилавка, корпусами хранения для холодильников и т.д.).

Настоящее изобретение может дополнительно включать в себя информацию, которая сообщит потребителю, словами и (или) картинками, что использование изобретения обеспечит выгоды, ассоциирующиеся с устройством 20 водного фильтра, также обеспечивая вышеуказанные выгоды при минимальной скорости потока для заранее заданного количества галлонов. Эта информация может включать в себя заявление превосходства над другими устройствами водного фильтра и продуктами. Соответственно, использование упаковок вместе с информацией, которая сообщит потребителю, словами и (или) картинками, что использование изобретения обеспечит отдельные и связанные выгоды, как ранее упомянуто выше. Информация может включать в себя, например, рекламу в любом из обычных материалов, а также утверждения и значки на упаковке, или самом устройстве 20 водного фильтра, для информирования потребителя.

Все документы, цитируемые выше, включены в текст посредством ссылки; цитирование любых документов не следует толковать как признание того, что они являются прототипами в отношении данного изобретения.

Хотя проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, для специалиста очевидно, что различные иные изменения и модификации могут быть произведены без отхода от сущности и объема изобретения. Поэтому оно предназначено для охвата в прилагаемой формуле изобретения всех подобных изменений и модификаций, находящихся в пределах объема данного изобретения.

Изобретение относится к фильтрам для обработки воды, преимущественно для удаления бактерий и вирусов. Устройство водного фильтра для обработки питьевой воды содержит соединитель для обеспечения жидкостной связи между водным фильтром и источником необработанной питьевой воды. Устройство содержит водный фильтр низкого давления, содержащий фильтрующий воду материал, который содержит мезопористые активированные фильтрующие частицы углерода. Водный фильтр имеет логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR) выше, чем примерно 2 log и логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR) выше, чем примерно 1 log. Устройство содержит корпус хранения в жидкостной связи с водным фильтром низкого давления. Устройство содержит автоматический отсечной клапан для остановки потока обработанной питьевой воды в корпус хранения. Устройство содержит дозатор для разлива обработанной питьевой воды из корпуса хранения. Обработанная питьевая вода может поступать в корпус хранения со скоростью по меньшей мере примерно 5 мл/мин, пока не активируется автоматический отсечной клапан, так что поток обработанной питьевой воды в корпус хранения приостанавливается. Технический результат - эффективная очистка воды от микробиологических загрязнений без использования электрических устройств. 5 н. и 39 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство водного фильтра для обработки необработанной питьевой воды, содержащее:

(a) соединитель для обеспечения жидкостной связи между упомянутым устройством водного фильтра и источником необработанной питьевой воды;

(b) водный фильтр низкого давления в жидкостной связи с помощью упомянутого соединителя с упомянутым водным фильтром низкого давления для обработки необработанной питьевой воды, причем упомянутый водный фильтр содержит материал водного фильтра, содержащий мезопористые активированные фильтрующие частицы углерода, упомянутый водный фильтр имеет логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR) более чем 2 log и имеет логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR) выше чем примерно 1 log;

(c) корпус хранения в жидкостной связи с упомянутым водным фильтром низкого давления, причем упомянутый корпус хранения предназначен для хранения обработанной питьевой воды, обработанной упомянутым водным фильтром;

(d) автоматический отсечной клапан в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый отсечной клапан предназначен для остановки потока обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения; и

(е) дозатор в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый дозатор предназначен для разлива обработанной питьевой воды из упомянутого корпуса хранения;

отличающееся тем, что обработанная питьевая вода поступает в упомянутый корпус хранения со скоростью, по меньшей мере, примерно 5 мл/мин, но не выше чем примерно 2000 мл/мин, пока не активируется автоматический отсечной клапан, так что поток обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения приостанавливается, и при этом упомянутое устройство водного фильтра является неэлектрическим устройством водного фильтра.

(a) соединитель для обеспечения жидкостной связи между упомянутым устройством водного фильтра и источником необработанной питьевой воды;

(b) водный фильтр низкого давления в жидкостной связи с помощью упомянутого соединителя с упомянутым водным фильтром низкого давления для обработки необработанной питьевой воды, причем упомянутый водный фильтр содержит материал водного фильтра, содержащий мезопористые активированные фильтрующие частицы углерода, упомянутый водный фильтр имеет логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR) более чем 2 log и имеет логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR) выше чем примерно 1 log;

(c) сосуд фильтра в жидкостной связи с упомянутым соединителем, причем упомянутый сосуд фильтра предназначен для содержания упомянутого водного фильтра;

(d) корпус хранения в жидкостной связи с упомянутым водным фильтром низкого давления, причем упомянутый корпус хранения предназначен для хранения обработанной питьевой воды, обработанной упомянутым водным фильтром;

(e) автоматический отсечной клапан в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый отсечной клапан предназначен для остановки потока обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения; и

(f) дозатор в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый дозатор предназначен для разлива обработанной питьевой воды из упомянутого корпуса хранения;

отличающееся тем, что обработанная питьевая вода поступает в упомянутый корпус хранения со скоростью по меньшей мере примерно 5 мл/мин, но не выше, чем примерно 2000 мл/мин, пока не активируется автоматический отсечной клапан, так что поток обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения приостанавливается, и при этом приблизительно 100% необработанной питьевой воды, которая поступает в упомянутое устройство водного фильтра через упомянутый соединитель, обрабатывается упомянутым устройством водного фильтра, при этом упомянутое устройство водного фильтра является неэлектрическим устройством водного фильтра, и при этом, по меньшей мере, часть упомянутого сосуда фильтра прикрепляется с возможностью снятия к передней или боковой части упомянутого устройства водного фильтра.

(a) соединитель для обеспечения жидкостной связи между упомянутым устройством водного фильтра и источником необработанной питьевой воды;

(b) водный фильтр низкого давления в жидкостной связи с помощью упомянутого соединителя с упомянутым водным фильтром низкого давления для обработки необработанной питьевой воды, причем упомянутый водный фильтр содержит материал водного фильтра, содержащий мезопористые активированные фильтрующие частицы углерода, упомянутый водный фильтр имеет логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR) более чем 2 log и имеет логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR) выше чем примерно 1 log;

(c) сосуд фильтра в жидкостной связи с упомянутым соединителем, причем упомянутый сосуд фильтра предназначен для содержания упомянутого водного фильтра;

(d) регулятор потока в жидкостной связи с упомянутым водным фильтром низкого давления, причем упомянутый регулятор потока предназначен для управления потоком питьевой воды через устройство водного фильтра;

(e) корпус хранения в жидкостной связи с упомянутым водным фильтром низкого давления, причем упомянутый корпус хранения предназначен для хранения обработанной питьевой воды, обработанной упомянутым водным фильтром;

(f) автоматический отсечной клапан в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый отсечной клапан предназначен для остановки потока обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения; и

(g) дозатор в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый дозатор предназначен для разлива обработанной питьевой воды из упомянутого корпуса хранения;

отличающееся тем, что обработанная питьевая вода поступает в упомянутый корпус хранения со скоростью, по меньшей мере, примерно 5 мл/мин, но не выше, чем примерно 2000 мл/мин, пока не активируется автоматический отсечной клапан, который находится в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, так что поток обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения приостанавливается, при этом упомянутое устройство водного фильтра является неэлектрическим устройством водного фильтра, и при этом, по меньшей мере, часть упомянутого сосуда фильтра прикрепляется с возможностью снятия к передней или боковой части упомянутого устройства водного фильтра, при этом упомянутый регулятор потока регулирует поток необработанной питьевой воды так, что среднее время контакта жидкости выше 2 с при давлении жидкости вплоть до 827 кПа.

(а) обеспечивают устройство водного фильтра низкого давления, содержащее соединитель для соединения источника необработанной питьевой воды, водный фильтр низкого давления, содержащий мезопористые активированные угольные частицы, и корпус хранения и автоматический отсечной клапан в жидкостной связи с упомянутым корпусом хранения, причем упомянутый отсечной клапан предназначен для остановки потока обработанной питьевой воды в упомянутый корпус хранения;

(b) пропускают неочищенную питьевую воду низкого давления из источника необработанной питьевой воды низкого давления через упомянутый водный фильтр низкого давления, причем упомянутая необработанная питьевая вода низкого давления содержит вирусы и бактерии, так, что среднее время контакта жидкости выше примерно 2 с, причем упомянутый водный фильтр имеет F-BLR более чем 2 log и F-VLR выше чем примерно 1 log; и

(c) наполняют корпус хранения обработанной питьевой водой при скорости больше, чем примерно 5 мл/мин.

(a) обеспечивают блок модульного устройства водного фильтра, содержащего:

(i) водный фильтр низкого давления для обработки необработанной питьевой воды, причем упомянутый водный фильтр содержит материал водного фильтра и имеет логарифмическое удаление бактерий фильтром (F-BLR) выше чем примерно 2 log, и логарифмическое удаление вирусов фильтром (F-VLR) выше чем примерно 1 log; и

(ii) автоматический отсечной клапан для остановки потока обработанной питьевой воды; и

(b) встраивают упомянутое модульное устройство водного фильтра в корпус хранения, причем упомянутый корпус хранения предназначен для хранения обработанной питьевой воды;

при этом упомянутый блок модульного устройства водного фильтра является неэлектрическим устройством водного фильтра.