專利名稱：灌注式裝有水瓶的水過濾器的制作方法
〔相關申請〕本申請是1996年5月2日申請的美國第08/641,762號申請案(審查中)的部分繼續(xù)申請，并且要求享有1996年12月9日提出的美國第032,315號臨時申請和1997年2月6日提出的美國第60/038,826號申請。
〔技術領域〕本發(fā)明一般涉及一種水處理裝置，尤其涉及將微生物、農(nóng)藥原藥和胞囊物質或金屬物質從水中移除的裝置和方法。本發(fā)明裝置具有用于灌注式單元、管線內加壓水系統(tǒng)、或市政水處理工廠時能達到最佳化的特征。
〔技術背景〕在水中有許多種污染物，而中央水處理工廠經(jīng)常無法適當?shù)匾迫ニ械奈廴疚?。例如，用于陸上或工業(yè)的除草劑、殺蟲劑、PCB化學藥品可能由于錯誤使用、遺棄、或工廠排放而進入飲用水。環(huán)境中自然生成的無機化合物在通過石塊或土壤之后也可能進入水中，而有機化合物可能因農(nóng)藥誤用、遺棄或工業(yè)生產(chǎn)時排放而出現(xiàn)在飲用水中。
此外還有社區(qū)水處理系統(tǒng)中殘存的細菌、病毒和寄生胞囊，正逐漸出現(xiàn)問題，因為易染病者人口日漸增加，這正是1996年8月6日的安全飲用水修正法案中所特別強調的。另一份參考文獻是，“食物微生物學國際雜志”，標題為“敏感的群眾-誰正在冒大險”，1996年出版，第113-123頁。最常見的胞囊為動物排泄出來的腸梨形蟲和隱胞子蟲。在使用地表水作為主要水源的飲水系統(tǒng)中有時可以發(fā)現(xiàn)這兩種胞囊。
申請人已知現(xiàn)有技術中有很多種推薦的便攜式過濾裝置，其中使用灌注式者均未能減少微生物，而非灌注式單元聲稱可減少微生物，但其主要目的是改善水的口感、味道和/或顏色。
迪爾(DeAre)的美國專利5,076,922揭示了一種與水壺一起使用的過濾裝置，這種過濾裝置填充以常規(guī)樹脂和活性碳的組合來吸收鉛和氯，以改善水的口感和品質。然而，這種過濾裝置無法有效地減少微生物，例如細菌、病毒和胞囊。在此微生物即包含細菌、病毒和胞囊。
西頓(Ceaton)的美國專利5,116,500揭示一種便攜式凈水組，通過濾器的水在進入一個含有活性碳的螺旋結構之前先經(jīng)過無煙煤和離子交換材料。
米德(Mead)的美國專利5,308,482揭示一種可同時殺死細菌和病毒的便攜式水凈化裝置。這種過濾器在通路中提供一種殺微生物樹脂(例如碘)，以增加水與碘接觸時間，以及一個貯水槽將碘加入水中，并在過濾器之后設一活性碳單元，但此專利對于除去胞囊無任何揭示。
在減少細菌、病毒和胞囊方面，加壓水凈化裝置通常比較有效。例如，所羅門(Solomon)等人的美國專利5,205,932揭示一種在線壓力驅動式水凈化濾毒罐，其包括五個抑制細菌作用的凈化連續(xù)階段，每一階段使用不同介質聚合物球體、銅鋅合金、二氧化鎂、陰離子交換樹脂和活性碳。水處理的組合對細菌生長有阻礙，并且可以除去或大幅減少水中有機和無機污染物量。休斯(Hughes)的美國專利5,407,573同樣也揭示一種輸水管中在線配置的水過濾器，其過濾器包括多個對齊的容室，水通過第一容室(含有殺菌材料，例如碘)并進入一個接觸時間延長室，使殺菌劑與水中微生物接觸時間加長。然后，水通過一個除去殺菌的容室、一個含有使抑制細菌介質的容室，以及一個胞囊膜過濾網(wǎng)。這些裝置不是便攜式，而且不適合用于例如灌注式水壺。
1980年代的水過濾工業(yè)的特征是水過濾裝置主要是使飲用水喝起來更適入口(例如使用粒狀活性炭系統(tǒng))。由于年齡層老化以及對更健康生活更加注重，1990年代的水過濾工業(yè)比較注重除去細菌和/或有毒物質和胞囊物質，特別是針對可能因飲用未過濾的水或臟水而導致危險的各種病患(例如愛滋病)。為了避免這些問題，水過濾工業(yè)傾向于依賴系統(tǒng)，例如在排水管下方的逆項式以及在線系統(tǒng)，一般相信可以除去細菌，進而確信重力水壺式過濾器無法滿足這些目的。
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種改進的灌注式濾水器，例如設有水壺的單元。
本發(fā)明另一目的在于提供一種可使用水壺的改進的便攜式濾水器。
本發(fā)明又一目的在于提供一種可移去微生物(例如寄生胞囊、細菌和病毒)的改進的濾水器。
本發(fā)明進一步的目的在于提供一種使水與殺菌物質接觸路徑延長的改進的濾水器。
本發(fā)明再一目的在于提供一種灌注式單元，以除去水中的細菌。
本發(fā)明又一目的在于提供一種大小可調節(jié)的過濾器設計，其可用于市政水系統(tǒng)、便攜式系統(tǒng)、在線系統(tǒng)，其提供一條滿布殺菌物質的窄溝流動通道，以破壞層流并確保與進入溝道的水流和殺菌物質湍流式接觸。
本發(fā)明還有一目的在于提供一種獨特的氧化還原循環(huán)，在殺死微生物上更有效。
本發(fā)明再一目的在于提供一種改進的過濾水的方法，可以顯著地除去寄生胞囊、細菌和病毒。
本發(fā)明進一步的目的在于提供一種改進的過濾水的方法，其提供一條破壞層流的流體路徑，以防止生物膜在過濾器和水管中聚集，并利用殺菌物質與所凈化的水接觸時間延長來改進效果。
〔本發(fā)明概述〕上述目的及其他目的是通過由本發(fā)明濾水器和濾水方法來實現(xiàn)。
本發(fā)明提供一種可以凈化液體(例如水)的過濾器，其包括一個構件，此構件有一個或多個溝道，每一條溝道有一入口和一出口。在一實施方案中，每一溝布置至少一種可與流經(jīng)溝道的液體作用的物質。
該物質優(yōu)選可以殺死微生物，將其他毒素(例如某些金屬，特別是重金屬)從液體中濾除，或是將有益或需要的養(yǎng)分，包括食物，補充到水中。
為了要減少液體中的微生物，殺菌劑最好是KDF物質的任何特殊配方(典型的為55或85％銅)。這些殺菌劑提供快速起伏氧化還原循環(huán)，以有效地殺死液體中的微生物。
為得到最小型化，溝道可安排成螺旋狀(spiral或helical)，或可排成同心的數(shù)個螺旋流通路徑，這也在本發(fā)明范圍之內。
依據(jù)本發(fā)明的過濾器優(yōu)選用作重力進給的灌注式裝有水罐的過濾器單元。然而，過濾器大小可以調節(jié)，以用于市政供水系統(tǒng)、在線過濾系統(tǒng)、或其他本領域普通技術人員已知的過濾系統(tǒng)。
上述過濾器極優(yōu)選的特征在于在溝道中放置反應物質，并使溝道壁狹窄使該反應物質破壞層流，迫使液體以湍流低阻力的流動關系方式來與反應物質起更密切的相互作用。在一優(yōu)選實施方案中通過使溝道側壁相互間距離為反應物質平均顆粒尺寸厚度的一倍或二倍來實現(xiàn)破壞層流的目的。
依據(jù)本發(fā)明的另一特征在于提供一重力進給的灌注式裝有水罐的過濾器單元，其包括一個有一溝道的構件，溝道有一入口和一出口。溝道中至少有一種物質可以與經(jīng)由入口流入溝道的流體反應，使得液體在流出出口時其細菌減少。
依據(jù)本發(fā)明的又一特征在于過濾器可設在水罐中，以僅在重力下使流經(jīng)過濾器的水得到凈化，該過濾器包括一框罩，框罩有一入口讓水進入，以及一出口讓水流出過濾器。在框罩中有一多孔胞囊膜以除去水中的胞囊。
依據(jù)本發(fā)明的其他特定實施方案，本發(fā)明提供一種可以凈化液體(例如水)的過濾器。過濾器包括一框罩，框罩有一入口讓液體進入和一出口。螺旋狀過濾器構造包括一條以順時針或逆時針方向螺旋狀卷繞的螺條，以形成一中空芯，并在螺旋一端形成一出口。螺條上附著不同的殺菌顆粒?？蛘秩肟趯⒁后w經(jīng)由中空芯導入螺旋過濾器構造，而液體在螺旋卷繞螺條端部離開螺旋構造。另外，過濾器構造也可為多層同心圓筒狀或水平層。在螺旋狀過濾器構造和框罩之間設有一環(huán)狀收集室，以容納離開螺旋構造的液體。環(huán)狀收集室包括多個出口孔，離開收集室出口孔的液體則流經(jīng)一定體積的提供的過濾介質。液體流與過濾介質接觸之后經(jīng)由出口離開框罩。
殺菌物質最好包括生物活性金屬(例如銅鋅合金)或是鹵化樹脂(例如碘)或兩者。若殺菌物質含有銅鋅合金及碘，二者最好是以重復交替方式固定在螺條上，或是銅鋅合金固定在螺條的大約1/3至1/2處，而螺條其余地方則用碘，先后順序均可。若有多層，則銅鋅合金或碘包含在交替的空間中。
螺條最好是由可提供活性顆粒的聚酯(例如聚酯薄膜(mylar))、聚乙烯或其他惰性剛性材料制成，其可卷繞或模制成螺旋狀，以及過濾介質包括活性炭。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，螺旋狀過濾器構造外部形成出口處底部密封在螺旋狀過濾器構造上，使得螺旋狀過濾器構造形成一沉淀物收集器，并使螺旋狀過濾器溝道中液體的高度提高，以使流體通路中的空氣量最少。
在環(huán)狀收集室和過濾介質之間可設置一個上部多孔分隔盤，其最好是由多孔聚乙烯所形成。
在分隔盤和環(huán)狀收集室之間也可設置一擴散濾網(wǎng)，使通過出口孔進入過濾介質的液體分布在整個濾網(wǎng)的表面區(qū)域。
過濾介質優(yōu)選包含在上、下分隔盤之間。
在過濾介質下方最好設一胞囊膜，其最好是由多孔聚碳酸酯或聚酯材料所形成。多孔材料最好包括多個直徑為3微米或更小的孔。
依據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施方案，可以用一螺旋狀構造來取代螺旋狀過濾器構造。
過濾器最好是裝設在水罐中具有灌注式。
本發(fā)明還提供一種過濾液體(例如水)的方法，液體被導入過濾器中，使液體橫越長路徑而與第一和第二微生物物質至少緊密接觸一次。在離開過濾器時，液體通過一過濾介質和一胞囊膜，前后順序均可。
依據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，其選用二種或二種以上殺菌物質來提供快速變化氧化還原循環(huán)，其中氧化還原循環(huán)將水中的微菌殺死。
該二種或二種以上殺菌物質最好是銅鋅合金及碘，前后順序均可，連續(xù)或交替進行。
依據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，長路徑使用螺旋狀過濾器構造而提供，其包括一順時針或逆時針方向卷繞的螺條，以形成一中空芯，并在外部形成一出口，其中殺菌物質是由螺條定位，而液體流入過濾器芯，并由出口離開螺旋狀過濾器構造，以進入收集室。
依據(jù)另一優(yōu)選實施方案，該長路徑使用一螺旋狀過濾器構造而提供，其包括一卷繞成螺旋狀并在外部設一入口和一出口的螺條。殺菌物質是由螺條定位，而液體由入口進入過濾器，并由出口離開螺旋狀過濾器構造，以進入收集室。
依據(jù)又一優(yōu)選實施方案，該長路徑使用一螺旋狀過濾器構造而提供，其包括一卷繞成螺旋狀并在外部設一入口和一出口的螺條，液體是徑向流動。第一和第二殺菌物質是由螺條定位，而液體由入口進入過濾器并由出口離開螺旋狀過濾器構造，以進入收集室?；蛘?，該長路徑可由同心圓筒層或平面層所提供，其中液體線性流動。若不需要小型化，而且也不需或不允許有長路徑，則路徑可以是直的，亦即非螺旋狀。
本發(fā)明還提供一氧化還原循環(huán)或氧化還原方法來殺死生物有機體，生物有機體暴露在第一殺菌物質一段時間，而第一殺菌物質增加或減少圍繞在生物有機體周圍的電子數(shù)目。然后讓生物有機體暴露在第二殺菌物質一段時間，第二殺菌物質增加或減少圍繞在生物有機體周圍的電子數(shù)目。循環(huán)改變生物有機體周圍環(huán)境的電子濃度和電壓使生物有機體失活或殺死生物有機體。
第一殺菌物質最好是碘，而第二殺菌物質是銅鋅合金，例如KDF。
本發(fā)明還涉及一種制造過濾器元件的方法，其中提供一螺條支撐基片，基片上選擇區(qū)域有粘合劑，而至少一種殺菌物質和殺蟲劑與粘合劑粘合并粘合在基片上。
粘合劑可設在基片上一側或兩側。
該制造方法可進一步包括一個螺旋狀卷繞基片的步驟，以形成一螺旋狀構造，使得僅用殺菌物質或殺蟲劑來限制基片彎曲至與下一彎曲發(fā)生接觸。
本發(fā)明的另一方面在于提供制造一過濾單元的方法，其步驟包括提供一螺條支撐基片，使基片卷繞呈螺旋狀，以形成螺旋狀構造，在基片每一彎曲至下一彎曲之間形成間隙，以及在間隙中噴灑或填充殺菌物質或殺蟲劑其中至少一種。或者，螺條支撐構造可卷繞成螺旋狀，以形成有間隙的螺旋狀構造，在基片每一彎曲至下一彎曲之間形成間隙，間隙中則填充殺菌物質或殺蟲劑其中一種。
〔附圖簡介〕

圖1是依據(jù)本發(fā)明的水過濾裝置的立體分解圖。
圖2是濾水裝置嵌入一水壺的剖面圖。
圖3是沿圖1中3-3線所取的剖面圖。
圖4是沿圖1中4-4線所取的剖面圖。
圖4a是類似圖4的剖面圖，介紹依據(jù)本發(fā)明濾水裝置的另一實施方案。
圖5為濾水裝置螺條的示意圖。
圖6為本發(fā)明過濾器另一實施方案的透視圖。
圖7為依據(jù)本發(fā)明濾水器又一實施方案的透視圖。
圖8為圖7中二件式濾水器其中一件的透視圖。
圖9為用于圖8中之濾水元件的螺旋狀固定杯的透視圖。
圖10為圖9所示杯的俯視圖。
圖11為圖7實施方案的另一濾水器元件(底部)的透視12為圖11中第二件濾水器元件的過濾機構放大剖面圖。
圖13為用于圖12中第二件濾水器部分的預濾器及軌跡蝕刻或其他胞囊膜的示意圖。
圖14為一示意圖，介紹將圖13中的預濾器及軌跡蝕刻膜連接的設備。
圖15為一示意圖，部分剖開，介紹用于本發(fā)明的螺旋狀螺條的制造步驟。
圖16為一示意圖，部分剖開，介紹其中一制造步驟，其中螺條材料被擠出。
圖17是一示意圖，部分剖開，介紹一制造步驟，將KDF或其他種類殺菌物質涂覆在依據(jù)圖15或圖16中過程所制造的螺條的一面或兩面。
圖18是一示意圖，部分剖開，介紹一制造步驟，用以形成一個三螺旋，而先前已涂覆KDF或其他材料，以用作單一結構的螺旋材料。
圖19至21為示意圖，介紹本發(fā)明過濾器實施方案所用之三卷繞螺旋的其它特征。
圖22為一分解圖，介紹本發(fā)明另一實施方案，其可做為水壺中可更換式濾水筒。
圖23為依據(jù)本發(fā)明的三卷繞螺旋過濾器的端視圖。
圖24為雙三卷繞螺旋過濾器的端視圖。
〔實施本發(fā)明的最佳方式〕圖1至5介紹依據(jù)本發(fā)明的濾水裝置10的一個實施方案，其可有效地殺死細菌和病毒，并除去胞囊。裝置10包括一獨特的螺旋過濾器30，80，其最好包括含有第一殺菌物質的第一部分以及隨后含有第二殺菌物質的第二部分。第一和第二殺菌物質為銅鋅合金及碘，螺旋狀過濾器可以提供一獨特的還原氧化循環(huán)，讓生物有機體難以存活。
濾水裝置10還優(yōu)選包括一過濾介質64，例如活性炭和/或離子交換樹脂，以去除鉛及其他重金屬、氯、殺蟲劑或有機體，并可作為水軟化劑。在裝置10中還設有一胞囊膜70來除去水中的寄生胞囊。
本發(fā)明裝置10的獨特特征為安排很緊湊，以提供一重力進給灌注式過濾器，特別適合用于水壺，如圖2中所示。水經(jīng)由一入口12進入裝置，流經(jīng)螺旋狀過濾器30,80，與殺菌物質密切接觸，并穿過過濾介質和胞囊膜，再經(jīng)由裝置出口20離開，此時水中常見的有毒有機體大幅減少。
螺旋狀過濾器30,80的獨特結構可防止流體以層流流動。過濾器30,80通常是由一螺條形成，或其它表面覆蓋殺菌物質并卷繞成螺旋過濾器狀，其形成的溝道讓流體通過，而且溝道的機械和物理特性可產(chǎn)生湍流，以使會令細菌滋生的溝道表面的層流無法產(chǎn)生。所形成的過濾器更不利于細菌，而過濾器所造成的湍流使殺菌樹脂的殺菌效果最大。本發(fā)明該方面可適合用作為在線過濾器，其可在管道表面分布殺菌材料，或是在水管路末端(其中一例)提供一過濾器。
進一步請參閱圖1，濾水裝置10包括一入口12，一框罩11和一出口18。框罩11通常包括一外圍壁11a，一上表面11b和一下表面11c。出口18可為固定在出口管上的孔20，如圖2中所示，或者，出口18可為在下表面11c中的多個孔24，如圖1中所示。
請參閱圖2，濾水裝置10裝設在水壺25中，25可為任何傳統(tǒng)水壺，其通常包括一把手26、嘴部27和蓋子28。裝置10的設置方式使進入裝置10入口12的水在由出口18進入水壺25之前必須通過裝置10。因此，裝置10在工業(yè)界通常被稱為灌注式單元。裝置10在水壺25中設置定位可為任何傳統(tǒng)可行方式。圖2介紹其中一例，其中框罩11有一唇部13可靠在水壺25上緣25b的環(huán)形缺口25a。另一種使裝置10定位在水壺25中的方式可包括例如在水壺中形成一過濾器握持器來容納裝置10，或是在水壺底部設一支架來支撐裝置10。
水壺25最好包括一個可拆卸的貯水器29，其可靠在水壺25上緣25b，即蓋子28所靠之處。水容納在貯水器29內，通過入口12到裝置10中。貯水器29最好設一唇部29a，其可設在貯水器29下表面29b周圍，唇部29a可防止未處理的水進入水壺25。
為便于介紹，可分成一個上室14和一個下室16對過濾器予以說明。上室14罩住螺旋狀過濾器30，而下室16則容納過濾介質64和胞囊膜70。如圖1中所示，上室14由外圍壁11a所包住，而下室16則由一下框罩60罩住。然而，應該理解過濾器在結構上不需要分成上、下室14、16，本發(fā)明同時包括結構上分成上、下室的裝置(為了便利制造)和內部設一框罩來裝設過濾器元件的裝置。
螺旋狀過濾器30由一螺條32所形成，螺條32上則固設殺菌物質34。螺旋狀卷繞螺條32，不管是順時針還是逆時針，形成圖3中所示螺旋構造30。或者，螺條32可螺旋狀卷繞并在邊緣密封，形成如圖6中所示的螺旋構造80。當螺旋狀卷繞螺條32時，在其最內部留有一空間，形成一中空芯36。螺條32最內緣32a與螺條32相鄰彎曲32b之間的間隙形成一過濾器入口38。在螺條32另一端，其最外緣32c下部被密封到前一個相鄰彎曲32d，以形成一出口40，如下所述。
請參閱圖4a，螺旋狀過濾器另一實施方案為過濾器30′。如同過濾器30，過濾器30′由一螺條32′所形成，上面固設殺菌物質34′。過濾器30′的上表面31′為錐狀，而框罩11′的上表面11b′同樣為錐狀。此種結構的優(yōu)點在于流體可順暢流經(jīng)過濾器，因為錐狀較不容易在過濾器內留存空氣。類似于此，底部可為錐狀凹下，其頂點在中央，由此可讓液體在重力下朝螺旋外側流動。
螺旋狀過濾器30設在框罩11內與上表面11b及一下支撐板42接觸。螺旋狀過濾器30的上、下緣30a,30b覆蓋有食品級環(huán)氧基樹脂或聚硅氧烷，而螺旋狀過濾器30被壓靠在下支撐板42和上表面11b。由此可將螺旋狀過濾器30在其上、下表面有效密封，防止水從過濾器中滲漏。
從出口18進入過濾器裝置10的水被導入螺旋狀過濾器30的中空芯36，由于螺旋狀過濾器30其上、下緣30a,30b密封，水被迫從過濾器入口38進入螺旋狀過濾器30并由出口40離開螺旋狀過濾器30之前通過卷繞螺條32的整個長度。如圖4中所示，螺條32最外緣32c至少下半部(最好下面的4/5)密封到相鄰的前一個彎曲32d，使得出口40限制在螺旋狀過濾器30未密封的上部。密封可用(例如)一段帶子41覆蓋最外緣32c和前一個相鄰彎曲32d來完成?；蛘撸蓪⒄澈蟿?例如環(huán)氧基樹脂)涂覆在最外緣32c的下部。由于水被迫由上部離開過濾器，所以過濾器可將沉淀留在里面。
如前所述，螺旋狀過濾器是由上面固設殺菌物質34的螺條32所形成，螺條32最好是聚乙烯細片所形成，其厚度約為0.03英寸。例如，螺條32可由約8英尺長3英寸寬的聚乙烯片所形成，使得當螺條32卷繞時，螺旋狀過濾器30的總直徑大約為4.5英寸。
殺菌物質34可為銅鋅合金(由KDF流體處理公司出售)，其商標名稱為“KDF-55”。以下所列為有關KDF物質的美國專利4,642,192；5,122,274；5,135,654；5,269,932；5,198,118；5,275,737；5,314,623；5,415,770；5,433,865；5,510,034；5,599,454。KDF-55為環(huán)保署所認可的殺菌裝置。經(jīng)發(fā)現(xiàn)KDF-55可有效地除去水中重金屬，據(jù)信其由氧化還原過程所造成的離子交換而達到目的，當水流經(jīng)時使水中的重金屬附接到KDF-55介質的銅/鋅配合物。這種介質本身在使用上據(jù)信也可稍有殺菌效果?；蛘撸部梢缘庾鰹闅⒕镔|34，因碘已知其與微有機體機接觸一段足夠時間后可破壞微生物的細胞外壁。殺菌物質34亦可為其他樹脂，例如離子交換樹脂。
另一種優(yōu)選方案是使KDF和碘交替，如圖5中所示。圖5中螺條32尚未卷繞，螺條32上則涂覆粘合劑74，連續(xù)沿螺條32涂覆或條狀涂覆。粘合劑74最好是快速固定環(huán)氧基樹脂及/或美國食物藥物管理局(FDA)所認可的環(huán)氧基樹脂，例如新澤西州?？现x克(Hackensack)的Masterbond公司制造的EP21LV,EP30或EP75。然后KDF和碘通過粘合劑74而以交替條狀76,78固設在螺條32上，其中一種可能結構為使每一條76,78覆蓋螺條32長度大約一半，以提供如下文所述單一氧化還原循環(huán)。另一種可能的結構為提供多條條板76,78重復交替，如圖5所示。條板76,78覆蓋螺條32大約一半長度經(jīng)證明可使微生物暴露在單一氧化還原循環(huán)，圖5中所示結構在制造小型過濾器時有其優(yōu)點，因其增加微生物暴露的氧化還原循環(huán)數(shù)目。為了提供較濃的殺菌物質34，最好是在螺條32兩側均涂覆粘合劑和樹脂。
優(yōu)選螺條32繞緊以足以使液流通過并提供適當凈化，其可形成螺旋狀過濾器30或螺旋狀過濾器80，而螺條圈與圈之間的分隔是由其上設置殺菌物質的厚度隔開。換言之，只有殺菌物質34限制螺條圈與圈的接觸。它有多項優(yōu)點，其一，可使用長螺條確保水通過加長的路徑而與殺菌物質接觸。此外，圈的繞緊度只允許小量的水穿過圈與圈之間，由此保證使水及其污染物在流經(jīng)螺旋狀過濾器時充分暴露在殺菌物質下。若要改進水通過過濾器的流動速率，可在螺條相鄰圈之間嵌入間隔顆粒。
螺旋狀過濾器30任選可利用卷繞螺條32成螺旋狀制成，并將噴涂樹脂或以其他方式嵌入結構中。
另一種制造螺條32的方式為使用一條可彎曲薄聚乙烯管，并在其內表面噴涂粘合劑。管子可填充殺菌物質34使樹脂粘附在粘合劑上。在過量樹脂由管子釋出后，管子可被彎折卷繞成螺旋狀。
在螺旋狀過濾器30與框罩11內表面52之間設有一環(huán)狀收集室50，下表面42設有多個出口孔54(最好設在外圍邊緣)?；蛘?，下表面42可為一多孔膜。流出螺旋狀過濾器30的水被留在收集室50中，以與已溶在其內的殺菌劑接觸更長時間，直到其經(jīng)由出口孔54離開下室16。
請參閱圖4，下室16包括多個容納在框罩11中的圓筒狀或盤狀過濾器元件。進一步，在上室14下表面31正下方直接設有一擴散濾網(wǎng)62，由多孔聚乙烯制成，當水經(jīng)由邊緣出口孔54進入下室16時可使水沿著整個擴散濾網(wǎng)62的表面積分布，以使流經(jīng)下室16的水更均勻分布。
由上、下多孔分隔盤66、68而固定在兩側的過濾介質64設置在擴散濾網(wǎng)62下方。過濾介質64最好是具有離子交換顆?；蚱渌镔|的活性炭，因而得以有效地除去鉛和其他重金屬及在螺旋狀過濾器中已使用的碘、氯、殺菌劑及有機質。離子交換物質也可作為水軟化劑。
一層由聚碳酸酯制成的相當薄的胞囊膜70被設置在下分隔盤68之下，并由一多孔盤72保護。胞囊膜70由一固定環(huán)71固定緊靠多孔盤72，固定環(huán)71則是固定在胞囊膜70上方并且與胞囊膜70接合。胞囊膜在制造時為先照射再以酸蝕刻產(chǎn)生有所需直徑的孔尺寸?？椎闹睆阶詈脼?微米或更小，讓流體得以未受胞囊膜影響的速率流動，一個適宜的實例是保麗特克斯公司(Poretics)制造的胞囊膜。胞囊膜70將水中的腸梨形蟲等胞囊濾除。
依設計因素不同，例如需要的出口18的型式，多孔盤72可為與框罩11下表面11c分開的元件，如圖4中所示，這種結構可提供足夠空間給出口18，其可為固定在一出口管的孔的形式，如圖1中所示?；蛘撸嗫妆P72可形成框罩11的下表面11c，在這種結構中，多個出口孔24可在多孔盤72中形成，以節(jié)省過濾器裝置的空間。
經(jīng)由出口孔54進入下室16的水進入擴散濾網(wǎng)62并且沿著擴散濾網(wǎng)62整個表面分布。在離開過濾器裝置10出口18之前，水流經(jīng)上分隔盤66，過濾介質64，下分隔盤68，胞囊膜70，以及最終的多孔盤72。
包括外圍壁11a及上、下表面11b,11c的框罩可由EPA(環(huán)保署)或FDA所認可的任何適合于與可裝瓶的水接觸的適當材料制成，例如聚乙烯。
上述的螺旋狀過濾器30,80提供一獨特且有優(yōu)點的氧化還原循環(huán)。單獨使用時，KDF-55殺菌樹脂除去鉛及其他重金屬、氯、殺蟲劑及有機質，并減少細菌數(shù)目。碘通常用來殺病毒。然而，當順序使用時，KDF-55配以碘，可提供獨特的氧化還原循環(huán)，已發(fā)現(xiàn)可有效地減少細菌及病毒的濃度。
在還原氧化過程中，流動時與KDF-55粒子緊密接觸的水減少，亦即生物有機體中電子增加。由于碘對電子有親和力，與碘接觸的流體被氧化，亦即生物有機體失去電子。生物有機體很敏感，而其氧化還原狀態(tài)由微妙的平衡所維持。過度的還原或氧化會破壞有機體中大部分的蛋白質。盡管細菌和病毒可以承受其還原/氧化環(huán)境中的逐漸變化，而有機體與之接觸更難以承受螺旋狀過濾器中還原/氧化循環(huán)，這是理論上成立的。因此將細菌暴露在KDF-55然后再暴露在由碘所激發(fā)的氧化過程可以加強殺菌。
另外理論上成立的是螺旋狀過濾器中水的螺旋狀流動方式產(chǎn)生一電場，可以加強殺菌并引起一靜電分離效果，以將污染粒子(包括胞囊)推出水懸浮液。進一步如前所述，螺旋狀過濾器元件可以順時針或逆時針方向螺旋卷繞。由于流體流動時在其流動路徑長度中發(fā)展出一電位，當流動路徑為螺旋狀時會發(fā)展出第二個軸向電場。依據(jù)電場力的右手法則，螺旋移動的電子會在帶電的粒子(細菌、病毒、胞囊或其他液體中要被凈化的帶電雜質粒子)施加一軸向取向力。視流體流經(jīng)螺旋狀過濾器的方向(順時針或逆時針)，施加在帶電粒子上的力可為朝流體入口或出口方向。第二電場的作用可將帶電粒子推向流體溝道的一邊或另一邊，粒子移動的實際方向取決于電場取向和粒子電荷。因此通過改變流體流動方向(順時針或逆時針螺旋)，可實現(xiàn)所需效果。還可依次序設置順時針及逆時針螺旋過濾器，以得到懸浮體中的帶正電和帶負電粒子的凈化效果，也屬本發(fā)明范圍之內。因此本發(fā)明的過濾器的靜電分離物理原理可使其得以獨特地除去任何懸浮液中的帶電粒子，例如細菌、病毒或寄生胞囊。另外，當流體通過過濾器的流動速率加快時其分離效果增加，因為電場的磁化與流動速率成正比，使本過濾器的設計特別適用于在線高流動應用場合。
類似于此，本領域技術人員應了解較小的過濾器所提供的流動路徑較短，因而降低了過濾器的靜電分離效果。因此在一小型過濾器中，最好是利用多個交替設置的KDF及碘的條狀76,78(圖5)來提供多個還原/氧化循環(huán)，以抵銷小型過濾器中靜電分離效果的損失。
在一狹小溝道中提供一段相繼直接相鄰步驟的碘和KDF特征足以使殺菌效果達到最大，使得所使用的碘只殘余一點或不剩，不會或幾乎不會釋放到所處理的流體中。這是特別有利的，因為EPA及其他有關濾水器法規(guī)要求制備攝取用水的普通要求的水處理系統(tǒng)其碘不得長期高于一定標準，以避免長期中毒。
如上所述，已對一原型裝置做廣泛測試來決定該裝置作為微生物凈水器的潛力，測試結果很特別。所用的測試系統(tǒng)做得和EPA文件(測試微生物凈水器的指引標準及議定書，其內容引入本文供參考)中之規(guī)范非常接近，所用水為底特律去離子水，再加入AOAC人造硬水來得到上述文件中所述“平常測試用水”的化學性質。水的化學性質具體包括PH值7.5±0.5；TOC≤5ppm；混濁度1NTU，溫度21±1℃；以及TDS:320ppm。
每天以5加侖的水測試該裝置，連續(xù)30天，或是總測試100加侖水量。水經(jīng)由裝置入口以每分鐘100毫升的速率泵入，每天測試16小時，每一循環(huán)開機8分鐘，關機32分鐘。雖然在EPA文件測試議定書中對于灌注式單元并無明確規(guī)定，但如下所述本裝置的測試條件相信是嚴格的考驗(以其評估的100加侖水量)。
測試水的克雷伯氏菌(ATCC#33257)的濃度高于1×107cfu/100ml，測試過程中的總測試結果達到1×1012,EPA議定書所要求的對數(shù)還原值為6對數(shù)值(每毫升1×105個到低于每10毫升1個)。每個測試天均對流入物和流出物濃度做測量。
Q-Beta病毒是用來作為動物病毒(例如脊髓灰質炎病毒)的模型，噬菌體Q-Beta的直徑為25毫微米，做為測試脊髓灰質炎病毒的濾除十分理想。脊髓灰質炎病毒屬于小去氧核糖核酸病毒科，而在這科中有超過200種動物病毒的大小為24至30毫微米。類輪狀毒(在EPA議定書中規(guī)定的另一種病毒)的直徑為80毫微米，因此可濾除Q-Beta病毒的裝置可輕易地將之濾除。
Q-Beta病毒的測試與EPA議定書中使用的周期性測定很相似。該裝置在20天測試期間被測定10次，其濃度大于每毫升有1×105病毒(10倍于EPA議定書中對脊髓灰質炎病毒和輪狀病毒的規(guī)定)。EPA議定書要求病毒減少為4對數(shù)值(從每毫升有1×104個到每毫升低于1個)。流入水及流出水中的病毒濃度(斑形成單元，plague forming units,pfu/ml)是使用Q-Beta宿主大腸菌來測量。
該單元去除病原胞囊的能力則是使用人體病原隱擔子孢子卵囊測定。該單元在20天測試期間被測定5次，其濃度從每公升4.7×105至7.3×105個卵囊。檢測極限(利用螢光染色法工藝)為每公升流出水中卵囊數(shù)目為300個。EPA議定書中對病原胞囊要求減少3對數(shù)值，然而過濾器在流出水內的卵囊少到無法測得，這使過濾器的還原功效為3至5對數(shù)值。
測試結果見表1，在20個測試操作下未檢測到存活的克雷伯氏菌，因其平均對數(shù)減少為大于8對數(shù)，比EPA議定書要求的減少數(shù)至少高出2對數(shù)，所以清楚地表明本裝置可安全地用于濾除飲水中的潛在的病原細菌。
在減少A-Beta病毒及病原原蟲隱擔子孢方面也很出色。如表2所示作為脊髓灰質炎病毒模型的病毒的數(shù)目減少了6對數(shù)以上，而隱擔子孢子卵囊則減少了至少3對數(shù)(見表3)，超出測試系統(tǒng)極限大約2對數(shù)，在寄生胞囊方面可減少3至5對數(shù)。
這些測試結果符合甚至超過EPA文件的規(guī)定結果，因此，本發(fā)明裝置經(jīng)證明可以安全地凈化未知品質的水。
簡言之，文中所述濾水裝置明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術的過濾器，螺旋狀過濾器提供的還原/氧化循環(huán)可獨特有效地減少細菌數(shù)目，如公開的測試結果所證明的那樣。螺旋狀過濾器加上殺菌物質、過濾介質床、胞囊膜的組合可顯著降低或除去水中可能存在的常見的有毒有機體。
對于本領域技術人員而言，上述濾水裝置可加以變化，例如，可提供一個傳統(tǒng)層式(同心或水平式)過濾器來取代螺旋狀過濾器。如同螺旋過濾器的狀況，這種層式過濾器會提供足夠長的水流動路徑，以大幅增加與內部殺菌物質的接觸時間。這種層式過濾器也可提供文中所述還原/氧化循環(huán)。這些變化仍屬本發(fā)明范圍。
上述圖1中所述過濾器10實施方案使用一單螺旋，內設單一流動路徑，路徑上布置如KDF和/或碘，其安排方式如上所述。依據(jù)本發(fā)明的另一特征，其可提供多個螺旋，如圖20,23及24所示，以提高流過過濾器的總流動速率(正比于螺旋數(shù)目)。在圖20的優(yōu)選實施方案中使用三個螺旋100，其內形成三條螺旋狀溝道100′，其長度例如可為24英寸，高度可為3英寸(在垂直方向)，而寬度(即溝道相對側壁101之間的間隔)等于布置在側壁上的KDF粒子的平均顆粒大小的1至2倍。
布置在溝道側壁101上的KDF物質最好為粒狀，作為粗KDF重量百分比，按重量表示最少為百分之31的顆粒尺寸。如上所述，粒子可為固著在螺旋上的環(huán)氧基樹脂，也可使用非溶性膠，例如熱熔膠(最好為無毒性)，一種適用的熱熔膠的實例為FPC725All-Temp，其成份為烴樹脂及乙烯-乙酸乙烯酯，經(jīng)實驗，發(fā)現(xiàn)這種膠可有效地加速KDF粘合在形成螺旋元件的襯底材料上的過程。
在另一優(yōu)選實施方案中，每一個襯底元件101由3寸×24英寸聚乙烯片或聚酯薄膜(mylar)片所制成。當使用膠來將KDF粘合到襯底101上時最好是使用聚酯薄膜，因其熔點比聚乙烯高，而且在使用熱熔膠時比較不會扭曲變形。
小顆粒尺寸KDF材料優(yōu)選以熱熔膠粘合在厚度約在0.005至0.0075英寸之間的聚酯薄膜襯底材料片101上。
在又一優(yōu)選實施方案中，其不用熱熔膠或其他粘合劑或是聚酯薄膜襯底片，而是利用已知擠出技術成型聚乙烯或聚丙烯片。當熱KDF物質升到接近擠出材料熔點時，KDF物質被灌注并隨后輥壓到半熔融的聚乙烯或聚丙烯襯底上，因而按此方式粘合在該材料上面?；蛘?，熱KDF顆粒物質可以被壓在已經(jīng)冷卻的聚乙烯或聚丙烯襯底材料上。
圖7至13介紹另一過濾器110優(yōu)選實施方案，其第一部分112內有KDF三螺旋114，下面為第二部分116，內設一炭床118(見圖12)、一預濾器120及一軌跡蝕刻膜122。此二部分112,116最好是彼此可拆離。(例如螺接或嵌合)以進行第二部分116的經(jīng)常性更換，因為含有KDF螺旋114的第一部分(或螺旋握持器)壽命較長。
KDF螺旋114最好是裝設在一圓筒狀杯124(圖9)中，其有一封閉底部(例如用圓盤126以熱封或其他方式固定在圓筒底緣)，其與圓筒內側壁128密合或稍微松接。杯狀握持器124嵌入直徑較大圓筒狀螺旋握持器112底部(先打開上端)，以使第一部分上壁132中之液流入口130對正螺旋114的中心134，確保要過濾的流體先進入螺旋中心再流經(jīng)三條螺旋狀溝道流動路徑100其中一條到出液口136(圖20)，出液口136在螺旋徑向最外尾部邊緣的尾端。流體向上流出杯124上邊緣138進入位于杯124外圓筒狀表面140與螺旋握持器112內圓筒狀表面142之間的環(huán)狀區(qū)域而離開螺旋114。如圖10中所示，封閉杯124底端的圓盤126上形成有多個在圓周等距設置的垂片144，其最好以徑向相對位置配對，使每一對的外徑等于螺旋握持器112的內徑。垂片144可粘固在第一部分內壁142上以使杯124位于其中。相鄰垂片144之間的空間146形成排液孔，讓離開螺旋144的液體得以向下流入過濾器110的第二部分116。
上述安排的優(yōu)點可確保整個螺旋狀溝道100′浸在流體中，以防止KDF或其他反應材料在使用期間之間干掉。因為KDF物質(例如)干掉時會失去其作用。
螺旋狀握持器114外圍下部可設螺紋148來與第二部分116圓筒狀內壁152的上邊緣中形成的內螺紋150(見圖7,8,11)螺合。第一及第二過濾器部分112,116一起形成過濾筒110，其頂端可設一水壺或以其他方式使用，對于本領域技術人員而言在閱讀說明書之后是可以理解的。
第一及第二部分112,116螺合在一起不是很重要，內、外螺紋148，150以上述方式設置也不重要，也可以用其他型式的鎖固機構，例如插銷式。在有些應用場合，過濾器110的二個部分可同時更換，第一和第二部分112,116也可固定在一起。
在上述另一優(yōu)選實施方案中，最好將螺旋114底緣154密封在形成杯底部的圓盤126上，以防止流體由在螺旋下緣下方徑向流動而旁路通過螺旋狀流動溝道100′。
在另一過濾器110優(yōu)選實施方案中，第一部分112用于重力進給，裝設水壺的結構，并且其額定尺寸為外徑3.75英寸，高度33/8英寸，其圓筒及圓盤元件最好是由厚度為1/8英寸的丙烯酸坯料制成，當然也可有其他材料及尺寸。第二(或下面的)過濾器部分116也可為圓筒狀構造，額定外徑為4.5英寸，高度為11/8英寸。
請參閱圖11至14，第二過濾器元件116內可設一系列多層。第一層或最上層160可為尼龍編織或其他型式的液體可滲漏粗材料，其最上端形成一空腔162以容納例如松散裝于其中的顆粒炭及離子交換樹脂118。如圖12中所示，空腔162底部由一薄膜夾層120,122及124所形成。炭床118厚度最好為1/2～3/4英寸。薄膜夾層最好有一軌跡蝕刻膜122(亦即胞囊膜)來去除三微米大小的胞囊，在軌跡蝕刻膜上方設有一ACNS預濾器120，以去除會對軌跡蝕刻膜造成束縛和妨礙的某些沉淀物，可以理解可任意使用一個或多個預濾器。
本發(fā)明重要的優(yōu)選特征是發(fā)現(xiàn)為軌跡蝕刻膜122在用于重力進給環(huán)境中時(例如在數(shù)英寸水的重力作用下)其流動速率良好且可操作。就發(fā)明人所知，傳統(tǒng)工業(yè)是將軌跡蝕刻(edge)膜用于加壓的在線系統(tǒng)，其中認為高壓流動對于流體以適當速率通過薄膜很重要。本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)為軌跡蝕刻膜可于上述低重力流動狀態(tài)下使用從而被認為是新穎的，因為發(fā)現(xiàn)通過重力進給薄膜122的流動速率為比估計值高出約20倍。
此外可構成僅由一條或更多的上述型式的軌跡蝕刻膜122所構成的過濾器，以僅在重力進給環(huán)境中去除胞囊膜也是在本發(fā)明范圍內。
預濾器120的外圍及軌跡蝕刻膜122可密封在第二部分116的圓筒狀內壁中，或是由圖12中所示多孔尼龍編織襯底盤164所定位及支撐。
預濾器120和軌跡蝕刻膜122在潮濕時有兩種不同的膨脹系數(shù)，預濾器120膨脹，而軌跡蝕刻膜122實際上是收縮，因此二者在潮濕時是以相反方向不相平衡地移動。依據(jù)本發(fā)明的另一特征，有需要在預濾器120和軌跡蝕刻膜122二者潮濕且各自膨脹及收縮時將二者彼此緊壓接觸。由于潮濕材料組合通常很困難，依據(jù)本發(fā)明另一方面的一個優(yōu)選的制造方法是將預濾器120及軌跡蝕刻膜122的周緣固定在圓筒環(huán)狀支撐物上之前將二者拉伸。一經(jīng)拉伸，預濾器及軌跡蝕刻膜可再被加濕并固定在一起。
當這些材料平坦表面組合在一起之后，將空氣從這些平坦表面之間去除很重要，否則，陷在里面的空氣會堵塞預濾器和軌跡蝕刻膜之間的流體路徑。為了預防空氣陷在這些表面之間，可將這些材料浸在流體中。然而優(yōu)選的制造方法為使用一個可壓縮材料制成的凸圓頂165，該壓縮材料適合于初始與二材料中心接髑，然后逐漸將空氣徑向往外壓出，因圓頂系漸漸徑向往外與材料外部接觸，這種制備方法請參閱圖14。圓頂165可由可伸展膜壓縮式材料167所形成，其可在加壓空氣作用力下在箭頭A方向膨脹。
圖15至21是工藝流程，介紹制造KDF涂覆的螺條材料的不同新穎工藝。雖然在另一優(yōu)選實施方案中已揭示僅使用KDF顆粒物質作為螺旋114中的活性材料，但應理解也可用處理水或其他流體的其他物質來取代KDF或與KDF一起使用，以達到所需功效。例如，KDF和碘可在上述過濾器10的螺條上相繼相鄰的間隔上交替設置。甚至可以用比KDF更好的顆粒物質來去除工業(yè)用水、住宅用水、市政用水或其他類型處理過的水流。
圖15所示為使用聚乙烯或聚丙烯螺條材料(例如厚度約為20-30密耳)所預先成型的卷狀物172，其慢慢從具有水平旋轉軸線的轉軸展開。然后將熱熔膠174噴在展開材料172的上表面和/或底面上，并且由上、下滾軸176(例如鋁制)而沿著表面均勻地分布。
或者，熔融的聚乙烯或聚丙烯可如圖16中所示擠出成型為片狀條板。
依據(jù)圖15或圖16所示的方法，KDF熱顆粒物質176最好是灌注在螺條172上表面然后利用一對壓輥178將之輥合、固結或粘合在螺條172表面。然后可使用一適當轉動機構(細節(jié)未示出)來輕拂螺條172(在將壓輥178分開到縮合位置之后)，使過量KDF顆粒從螺條表面掉落，而且最好是回收。然后將額外的KDF物質176涂覆在剛剛露出的螺條另一面，以在延伸的壓輥178下方做壓合接觸。
在某些場合中可能需要僅將KDF物質176涂覆在螺條172一側，螺條另一面則無任何材料。在另一些場合中可能需要在螺條一側涂覆KDF物質176，另一側則涂覆另一種物質(例如碘)。此外也可在螺條一側沿長度方向相繼間隔提供一種以上物質，這也在本發(fā)明范圍之內。對本領域技術人員而言，可在閱讀上述說明之后即了解如何將所揭示的制造方法加以變化來達到另外的不同設計選擇。
應理解最好使用熱KDF物質176在預先成型螺條表面，以確保與表面固結。當使用聚乙烯或聚丙烯材料時，KDF顆粒176最好先預熱到約350°F。即使是利用剛擠壓成型聚乙烯或聚丙烯材料，有必要先將KDF材料預熱，以確保與螺條表面的適當固結。
圖18介紹了為將三條或三條以上螺條(依圖15-17中的方法所制造)卷繞成三螺旋型式114的工藝流程。已涂覆材料的三螺條進入一導引機構180，其可將螺條側緣對齊。這些螺條交錯的引端182被分別導入三個呈圓周間隔的固定槽184，其形成于一鼓狀表面長度上，而鼓狀表面有一垂直于并列放置的螺條縱軸的旋轉軸L。在此也提供粘膠噴嘴(細節(jié)未示出)，以將熱熔膠顆粒或其他型式的粘膠顆粒186沿著螺條寬度方向的軸向間隔位置和沿著螺條長度方向的縱向間隔位置涂覆，以使多螺條粘結在一起，形成多條螺條繞卷，可用于形成在此所述的多螺旋114(如圖19中所示)。
在上述實施方案中，聚酯薄膜的厚度最好在0.005至0.075英寸之間用作片狀螺條襯底材料，已發(fā)現(xiàn)約0.075英寸厚度的聚酯薄膜最好，因為它在加熱時扭曲不大，有良好拉伸性，并且不會輕易伸長。
KDF顆粒176大約為0.1-0.8mm，最好是0.5mm。
圖20是說明已組合三螺旋KDF圓筒100或114的透視圖，如上所述，螺旋狀圓筒114的頂端和底端分別密封到一聚乙烯盤126，該盤被加熱到熔融的聚乙烯可固結在螺旋邊緣的溫度，以在螺旋狀溝道100′之間形成密封流動路徑。所形成的構造(圖21)可簡便地落入圖9中過濾器110實施方案的固定杯124里面。
圖20中所示的三螺旋卷繞114的最外表面也最好依上述獨特制造方法涂覆KDF或其他物質。依此方式，當水離開螺旋而與杯壁的圓筒狀內表面接觸時，外部涂覆的螺旋壁在螺旋和杯內壁之間產(chǎn)生一分離，以防止流動的限制。
在該優(yōu)選實施方案中，聚酯薄膜或聚乙烯螺條片在涂覆FPC熱熔膠時每英尺(直線)需要約3至6克膠。依KDF物質176顆粒大小不同，在螺條表面每平方英寸大約需0.5至2.5克KDF物質來覆蓋，但此范圍并非用以限制本發(fā)明，在本發(fā)明范圍之內仍可有不同型式的覆蓋濃度。
圖22中所示為另一實施方案，其在灌注式水壺(例如商標名為BritaTM出售的產(chǎn)品)中特別有效。此實施方案用于灌注式水壺儲水槽內的小型可替換式濾罐。這些濾罐比目前所有的濾罐在去除細菌、病菌和胞囊方面更有功效。如圖22中所示，可替換濾罐200包括一塑料頂部202和一塑料底座204，二者扣接在一起，或者，二者202和204可熔接。此外，底座204可包括一空箱206，內裝活性炭和/或其他物質，包括離子交換樹脂。在底座204內部設一螺旋狀過濾器元件208，其底部以一密封盤210密封，密封盤210也可固設一薄膜。底座204的目的是使水位維持在最高，使過濾器元件208可整個保濕。
在螺旋狀元件208外徑與底座204內徑之間有一徑向間隙。
密封盤210可由任何典型注塑塑料所制成，例如聚乙烯或聚丙烯，密封盤210的材料與底座204相同。
大約在底座204縱向中點處設有一徑向間隔器或薄膜支撐器212，徑向間隔器212也可稱為薄膜支撐器，而薄膜支撐器212是一塑料模制元件。如圖22中所示，薄膜支撐器212從約底座204中點延伸到底部。薄膜支撐器212幾乎為圓筒狀而有一些不規(guī)則，例如褶狀物，以提供間隙讓水流通。
螺旋狀元件208高約3英寸，而底座204高約2.5英寸。
如圖22中所示，薄膜208向外延伸到底座204之外。水流方向為向下穿過螺旋214中心，并穿過由螺旋(順時針或逆時針)所形成的溝道216。
頂部202的內表面與薄膜過濾器208呈密封關系。
水被導經(jīng)頂部202進入過濾器螺旋構件208的中心，并以順時針或逆時針方向通過螺旋到螺旋構件208外徑與底座204內徑之間的區(qū)域。該區(qū)域可填充過濾介質，例如炭。之后，水向下流入空箱206。頂部204有一通氣孔讓外界與螺旋和薄膜之間的空間呈氣壓平衡。
螺旋狀構件208由一螺條片材料制成，優(yōu)選是寬3英寸，長6英寸至12英寸或更長。螺條為不透氣材料，其涂覆有聚酯薄膜或魔術帶類(velcro-like)可握持粒狀物質的材料。因此，螺條將導引沿其長度做螺旋狀流動而不能穿透。
如圖23所示，其中的過濾器元件208稱為三螺旋構造，應理解螺旋數(shù)目可為大于1的任何數(shù)目，最好是在1到10之間，因為大于10過濾器就太大了。
如圖23所示，三層螺條片材料250,252,254彼此圍繞卷繞，形成三條螺旋狀路徑。螺旋狀構造的目的是提供一緊湊結構讓流體流經(jīng)。路徑長度可隨螺旋層數(shù)變化，而且路徑長度對直徑或單元的圓周的比例也有不同。
以下以三種代表性螺旋構件尺寸介紹該比例。
三卷繞的聚酯薄膜三條帶，若每一條帶長為2英尺，圓周長為8英寸，而直徑為2.5英寸。每一螺旋每一英尺長路徑的圓周長為5.5英寸，直徑為1.5英寸。每6英寸長路徑圓周長為4.25英寸，直徑為13/8英寸。
上述比例是要使用一種附接到聚酯薄膜螺條上的特殊顆粒尺寸。若在螺旋上使用引導材料會使螺旋或大或小，因螺旋是在每一層螺旋之間卷繞。引導材料可有較開放的路徑及較低阻力，在壓力一定下流速較高。較低引導性材料在壓力一定下形成的流速較低。
制造出較高螺旋來降低阻力而其他尺寸保持不變可改進流速。因為高度正比于每一流動路徑的截面積。
視流體實際流經(jīng)螺旋的功效和均一性而定，環(huán)繞螺旋的底座204可以除去，例如，若發(fā)現(xiàn)流經(jīng)螺旋上部的流速快于底部者，即可除去底座204。底座204的目的是要保濕過濾器元件208，然而有可能需要在適當點設孔來使流經(jīng)螺旋的液流以最優(yōu)化(均勻性)方式流動。
另外要考慮的是螺旋元件208可以上下倒置而使流動反向。例如若流動方向為逆時針，而過濾器元件為倒置，則流動方向為逆時針。理論上，考慮到這樣的事實，北半球時以逆時針為佳，南半球時以順時針為佳，說明某種構造會比另一種效果更好。
至目前為止，水的流動路徑被導向通過螺旋元件208的中心并由該處徑向向外流動?；蛘?，水可由過濾器元件208的外直徑方向徑向向內流動。這兩種安排可互相比較，在流動性質功效上應相當。
如前所述，可在螺旋208內進行氧化還原電位循環(huán)過程，其可由在流體流動路徑上設具有不同氧化還原電位(布置在壁上)物質而實現(xiàn)。
制造螺旋過濾器元件208可置放一條或多條帶，其端部交錯，然后繞一心軸卷繞。此螺旋過濾器元件可由一條或多條帶所形成，每增加一條帶即增加一條溝道。增加帶和溝道可改進流動阻力及流經(jīng)螺旋的流動(呈正比)。在評估路徑總長度對直徑和由螺旋所形成的圓筒圓周的比例時，路徑總長度應視為所有個別流動路徑的路徑長度總和，因為單一6英尺路徑長螺旋卷繞的直徑與三條二英尺路徑長螺旋卷繞的直徑是一樣的。卷繞后的帶端部應密封，可使用熱熔膠涂覆在端部并且加壓而將螺旋狀過濾器元件端部密封，然后稍微壓入每一條溝道而達到密封。端部密封很重要，否則流體可能會從螺旋一部分跳過與其鄰近的溝道。若有滲漏，該單元的功效大減。
每一條聚酯薄膜帶涂有KDF,KDF帶每一條上面的顆粒度可以變化，例如KDF55可為引導材料，然后KDF55通過一系列篩孔而所有顆粒尺寸小于30號者被收集，即根據(jù)美國第30號系列，即泰勒28號等級濾網(wǎng)，其篩孔為595微米或0.0234英寸。制造含KDF的螺條是將涂覆有熱熔膠的聚酯薄膜置于粒狀KDF55(尺寸小于第30號篩孔者)床中，然后將KDF加熱到約425至450°F。然后以一輥子對KDF加壓使KDF壓嵌入表面的熱熔膠里面?；蛘?，不用聚酯薄膜和熱熔膠涂覆，可用聚乙烯，但KDF必須壓實一點，而且要更小心不要加熱過度而致使聚乙烯扭曲。應理解涂覆上的顆粒度(顆粒大小)可以變化而得到不同流動速率及功效，尤其是應用場合不同時。
圖23中所示的三螺旋構造還可以三至四英寸碘形成作為引導材料，之后為六至九英寸KDF物質，以提供一個氧化還原循環(huán)。
圖24中所示為在三螺旋中的三螺旋，最內部螺旋可涂覆碘(可按上述不同方式)；而最外部的螺旋可涂覆KDF物質(同樣可按上述方式)。這些分開的螺旋構造只能允許各單獨的三螺旋以一種材料制成，而不是上述圖23中單一螺旋的改變形式。
上述設計可用來處理水和其他不同市場和工業(yè)過程中的其它物流。例如，本發(fā)明的獨特過濾器可用于將瓶裝水廠。在已成型裝瓶工廠中，依據(jù)本發(fā)明的原理所制造的過濾器也可用于某些外國慣用的便攜式水裝置，以及在商業(yè)飛機上補充機上新鮮水(水源是從不同外埠取得)。其他方面的應用包括由卡車定點運送的水。
某些國家的民用水常常只有在某些預定時段取得。例如，在一些第三世界國家中，每天只有二小時能經(jīng)由市政加壓管路系統(tǒng)取得用水，這種現(xiàn)象會導致供應管路真空，而吸入污水及其他污染物。因此，本發(fā)明的濾水器裝置正適用于這種系統(tǒng)。
雖然上述濾水器優(yōu)選用于重力進給式裝設水壺的單元，但對于本領域技術人員而言，本發(fā)明的過濾器也可用于其他本領域已知的灌注式及在線系統(tǒng)，上文中已有簡述。
依據(jù)本發(fā)明原理所構成的過濾器已發(fā)現(xiàn)還可用于其他領域。例如，螺旋狀KDF線性過濾器可用于工業(yè)污水處理來除去鉛?？捎闷渌褪降牟牧洗鍷DF除去其它種金屬。
應理解此螺旋構造最適用于提供最小型的結構。以本發(fā)明的非螺旋狀構造來處理水及其他排出物流也在本發(fā)明范圍之內，其中溝道壁布署KDF和其他物質，其溝道相對的側壁相當靠近，其間隔約為在溝道壁上的顆粒物質的厚度的一倍或二倍。這種獨特的安排可預防層流發(fā)生在溝道側壁之間，確保湍流及液體的適當擴散來與布署在溝道壁上的物質發(fā)生完全作用接觸。
在灌注式或裝設水壺過濾器中僅提供KDF和/或碘而僅減少細菌的過濾裝置也在本發(fā)明范圍之內。
對于本領域技術人員而言，本發(fā)明完全滿足上述目的，這是顯而易見的。在閱讀上面說明之后，本領域技術人員可對本發(fā)明不同觀點做不同變化及等效取代。因此，本發(fā)明保護范圍應由所附權利要求范圍及其等效所限定。
權利要求
1．一種凈水過濾器，包括一框罩，其包括一個進水的入水口和一個出水口；一個螺旋狀過濾器構造，包括一個螺旋狀卷繞螺條，以形成一中空芯并在外部形成一出口，該螺條包含一第一殺菌物質及一第二殺菌物質，該入水口導引流體流經(jīng)螺旋狀構造中空芯，和水在該出口離開該螺旋狀構造；一個環(huán)狀收集室，設在螺旋狀過濾器構造與該框罩之間，并可容納離開螺旋狀構造的水，該環(huán)狀收集室包括多個出口孔；以及一種過濾介質，水離開環(huán)狀收集室出口孔后流入該過濾介質并與過濾介質接觸，并由框罩出水口離開框罩。
2．一種凈化液體的過濾器，包括一框罩，其包括一個液體進入的入液口和一個出液口；一個過濾器構造，其包括一個上面固設有一第一殺菌物質及一第二殺菌物質的卷繞構造，該過濾器構造適合容納由入液口進入的液體，并允許實質上所有液體流經(jīng)卷繞構造整個長度，以與第一和第二殺菌物質進行延長的密切接觸，該過濾器構造包括一出口將液體導出該過濾器構造；一個集液室，適于容納來自該出口的液體，該集液室包括多個出口孔；以及一種過濾介質，液體經(jīng)由出口孔進入并通過過濾介質。
3．根據(jù)權利要求2所述的過濾器，其中該卷繞構造為螺旋狀(spiral)。
4．根據(jù)權利要求2所述的過濾器，其中該卷繞構造為螺旋狀(helical)。
5．一種濾水方法，包括以下步驟將水導入一過濾器，使液體流經(jīng)一個安排成螺旋狀的溝道，并與第一和第二殺菌物質進行至少一次循環(huán)的密切接觸；以及使液體流經(jīng)該過濾器。
6．一種殺滅生物有機體的還原/氧化方法，包括以下步驟(a)將第一和第二殺菌物質置入一條螺旋狀溝道中；(b)使生物有機體曝露在第一殺菌物質一段時間，第一殺菌物質使生物有機體內的電子數(shù)目增加；(c)使生物有機體曝露在第二殺菌物質一段時間，第二殺菌物質使生物有機體內的電子數(shù)目減少；其中循環(huán)地增加和減少生物有機體內的電子數(shù)目將生物有機體殺死。
7．一種凈化液體的過濾器，包括(a)一個過濾器容器，其包括一入液口和一出液口，一由其間延伸的縱向軸；(b)一個過濾器，其設置在該過濾器容器中，該過濾器有一條安排成預定幾何形狀的細長溝道；以及(c)一活性顆粒物質，其設置在該溝道中，至少有部分活性顆粒物質黏合在該溝道的內壁上。
8．根據(jù)權利要求7所述過濾器，其中該活性顆粒物質包括一第一殺菌物質及一第二殺菌物質，二者交替設置在該溝道內。
9．根據(jù)權利要求8所述過濾器，其中該溝道安排成螺旋狀(spiral)。
10．根據(jù)權利要求8所述過濾器，其中該溝道安排成螺旋狀(helical)。
11．根據(jù)權利要求1所述過濾器，其中該螺條內壁布置該第一和第二殺菌物質。
12．根據(jù)權利要求2所述過濾器，其中該卷繞構造內壁布置該第一和第二殺菌物質。
13．根據(jù)權利要求5所述方法，其中流經(jīng)溝道的液體與布置在溝道壁上的第一和第二殺菌物質進行至少一次循環(huán)的密切接觸。
14．根據(jù)權利要求5所述方法，其中該液體在該溝道中與沿著溝道長度交替設置第一和第二殺菌物質區(qū)接觸。
15．根據(jù)權利要求6所述方法，其中流經(jīng)溝道的液體與布置在溝道壁上的第一和第二殺菌物質進行至少一次循環(huán)的密切接觸。
16．根據(jù)權利要求7所述過濾器，其中該活性顆粒物質是黏合固定在溝道內壁上。
17．根據(jù)權利要求7所述過濾器，其中溝道的相對側壁的間隔等于活性顆粒物質粒子二表面層的厚度。
18．一種過濾器，適合置于水壺中以僅靠重力作用下將流經(jīng)過濾器的水凈化，該過濾器包括一框罩，該框罩包括一個使水流入的入水口和一個出水口；以及設置在該框罩內的多孔胞囊膜，以將水中的胞囊去除。
19．一種過濾器，包括一構件，其界定一條有一入口和一出口的溝道，溝道上布置有至少一種可與流經(jīng)溝道的液體作用的物質。
20．根據(jù)權利要求19所述過濾器，其中該物質為離子交換樹脂。
21．根據(jù)權利要求20所述過濾器，其中該樹脂為KDF物質。
22．根據(jù)權利要求20所述過濾器，其中該樹脂為碘。
23．根據(jù)權利要求20所述過濾器，其中該樹脂包括依序相鄰的KDF和碘。
24．根據(jù)權利要求19所述過濾器，其中該溝道安排成螺旋狀(spiral或helical)。
25．根據(jù)權利要求19所述過濾器，其中包括多條溝道。
26．根據(jù)權利要求25所述過濾器，其中該溝道安排成螺旋狀(spiral或helical)。
27．一種重力進給式附有水壺灌注式過濾器裝置，其包括一構件，該構件界定一條有一入口和一出口的溝道，該溝道包括至少一種物質可與由入口流入溝道的流體反應來達到使液體離開出口時其微生物數(shù)目減少的作用。
28．根據(jù)權利要求27所述過濾器，其中該溝道為螺旋狀(spiral或helical)。
29．根據(jù)權利要求28所述過濾器，其中包括多個螺旋。
全文摘要
一種重力進給灌注式濾水器(10),包括一框罩(11),一螺旋狀過濾器(30,80),包括殺菌物質及一環(huán)狀收集室。在螺旋狀過濾器及收集室下方設有數(shù)個多孔分隔盤、過濾介質(64)及一胞囊膜(70)。本裝置(10)可明顯有效地降低過濾水中細菌、病毒及胞囊的數(shù)目。濾水裝置可以放大以用于市政用水及其他系統(tǒng)。流動路徑的構造可為有最小寬度且布置活性顆粒物質的窄溝道,以改進濾除及處理效率,同時使流動阻力最低。螺旋狀設計則使其在有限空間內布置更緊湊。布置顆粒物質的溝道破壞層流,并創(chuàng)造出不利于細菌污染物(例如牙醫(yī)水處理管路中常見的生物膜)生長的環(huán)境。
文檔編號C02F1/50GK1221355SQ97195406
公開日1999年6月30日 申請日期1997年5月2日 優(yōu)先權日1996年5月2日
發(fā)明者B·R·莫扎耶尼 申請人:Btl國際責任有限公司