HK1136264A - 水纯化装置 - Google Patents

Description

水纯化装置

技术领域

本发明涉及除去水中杂质的装置。本发明还涉及可以任何方向工作的流体分配器。

背景技术

当没有可用的饮用水源时，人们通常会携带装有饮用水的水瓶或其他容器。人们预先将瓶装满以获得安全的饮用水。

但是，这种做法存在很多问题。很难甚至经常不可能保证他们用来装入瓶中的水的质量。人们需计算他们离开最近的饮用水源的时间，随身携带旅途上合适用量的水。人们能够携带的水量很有限。但所需的水量会受到旅途时间延长以及条件改变(例如，天气变热时他们会需要消耗更多的水)的影响。在极端条件下，无法获得饮用水会导致死亡。

而且，如果人们选择饮用周围环境的水，他们就会有化学物质中毒或者因摄入水中天然存在的细菌或病毒而病倒的风险。此外，如果人们只能获得盐水，饮用盐水的后果会很严重。饮用海水会导致脱水，从而造成癫痫发作、昏迷和脑损伤。极端条件下，肾会逐渐受损并丧失功能。这就会导致死亡。

现有的一种杀灭水中的细菌和病毒的方法是使用消毒片(化学消毒剂)。然而，该法不能除去有害的化学物质。此外，即使是严格按照使用说明行事，仍存在有细菌或病毒未被杀灭的风险。这是因为它们通常定居于悬浮在水中的消毒剂无法穿透的颗粒物内。因此，这种方法无法被成功地放心用于保护饮用者，并且会使他们容易生病或死亡。而且，这些化学消毒剂留在水中会造成饮用者的口腔内残留有臭味或令人讨厌的味道。此外，有些人对这些化学消毒剂不耐受。

另一种现有的水纯化方法是使用便携式初级滤器。然而，虽然有些便携式装置能达到可接受的安全除菌水平，但他们不能除去病毒，原因是滤器孔径太大。滤器的孔径是使待滤物质通过的孔的直径。并且它们也不能将化学物质去除到可接受的水平。此外，他们不能对水脱盐。

由于现有的用于携带水或纯化水的所有方法均不能实现充分的过滤以保证水的安全饮用，因此它们都不令人满意。

常规的液体运载器领域中存在的另一个难题是，要分配液体时，一般都必需以特定的方向放置运载器。这会使得运载器在各种情况下的使用很不方便。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种除去水中杂质的装置，该装置包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个滤器和一个出口；

对所述液体储器加压从而使得当出口开放时压差促使水流沿流体通路流过滤器至出口处的工具，

其中所述滤器的孔径小于或等于25纳米。

在一个优选的实施方案中，本发明提供一种含有一个超微孔(ultra-fine)滤器的水瓶。水在压力下通过该滤器。这可使水通过的滤器孔径比储器不加压时可能通过的孔径更小。因此本发明可使用一般并不用于便携装置的现有滤器类型。

孔径小于或等于25纳米时足以除去液体中大部分微生物，包括病毒，由此提供安全的饮用水和比先前可获得的便携式水过滤系统更有效的系统。但，出于进一步安全性的考虑，本发明优选的实施方案的孔径小于或等于20纳米，更优选地，孔径小于或等于15纳米。

本领域已知，一种材料的孔径实际上是该材料上各孔(或洞)的单个孔径的平均值，因为任何含有许多孔的材料的各个孔径不可避免地会有一些差异。优选的用于本发明的滤器具有严格限定的孔径分布，从而使得最大孔径和平均孔径之间的差异最小。优选地，孔径分布的标准差小于平均孔径的30％，更优选地，小于平均孔径的15％。在本发明优选的实施方案中，所述滤器的最大孔径小于或等于30纳米，更优选地，小于或等于25纳米，最优选地，小于或等于20纳米。在其他实施方案中，所述最大孔径甚至可以更低，以实现例如纳滤或反渗透。

用于本发明的优选的滤器适于超滤，即可除去所有粒径大于0.01微米的颗粒。在另一个优选的实施方案中，所述滤器适于纳滤或反渗透。反渗透滤器能除去液体中除纯水(H₂O)外的所有物质(包括盐和油)。纳滤可除去粒径大于0.001微米的颗粒(包括水溶液中的盐)。

所述滤器可由多个子滤器形成。子滤器彼此之间可完全相同或者在任何参数上不同。例如，子滤器的孔径沿流体通路可以越来越细(孔径逐渐变小)。

根据需要，可以在流体通路中放置其他滤器。

优选地，本发明的装置可通过任何大小的压差过滤水。例如，一个优选的实施方案的工作压差优选地大于10kPa，更优选地为50kPa-1500kPa，更优选地为100kPa-1000kPa，更优选地为150kPa-300kPa。

本发明的滤器优选地为膜过滤器。它优选地包括至少一个亲水膜。亲水膜可吸引水，因此比起其他液体和气体，它们更易使水通过。由此，不仅本发明优选的实施方案提供的过滤得到改进，而且甚至还可以在滤器不完全浸入液体中时使用该滤器。

本发明的膜过滤器材料的表面积优选地大于0.05m²，更优选地大于0.1m²，更优选地大于0.2m²，更优选地大于0.25m²。一个优选的表面积为约0.3m²。所述表面积优选地小于1m²。

所述膜优选地为毛细管膜。优选地，它们还是半透膜。所述膜的作用是滤过水，同时仅粒径小于其孔径的颗粒可通过它们。纤维膜可包括碳或其他化学元素，或者反渗透膜。所述滤器中可包含不同类型的滤器膜的组合。它们可包括超滤、纳滤和反渗透膜。

当水一进入毛细管膜时，它就会沿其管样结构被输送至出口。因此，水可在沿膜的任何点进入，并到达出口处，并且同样被过滤。

优选地，所述滤器基本上沿液体储器全长分布，以确保储器中的所有液体接触该膜，并使液体优先于气体通过。优选地，所述滤器沿超过70％的液体储器全长分布，更优选地超过80％，更优选地超过90％。这就意味着，当储器和外部空气之间存在压差并且出口开放时，无论该装置处于哪个方向，储器内的液体都会流过滤器到达出口处。因此，在优选的实施方案中，本发明允许液体在任何方向上从储器中分配出来。

优选地，所述出口包括一个限流器。在一个优选的实施方案中，所述出口为一个具有开放状态和关闭状态的出口嘴，其中当该出口嘴处于开放状态时，可从该装置获得液体。

优选地，所述加压工具包括一个泵。更优选地，所述泵为手动操作泵。或者，也可使用其他加压方式，例如压缩气体或化学反应物。

优选地，所述泵为包括一个单向阀和一个活塞筒的活塞泵，所述单向阀可使空气由其通入储器内，活塞头穿越所述活塞筒移动从而使空气通过单向阀。

在一个优选的实施方案中，所述泵可从该装置上拆卸下来以使得可将该液体储器重新填充。

在一个优选的实施方案中，所述活塞筒贯穿滤器。优选地，所述液体储器、所述滤器和所述活塞筒基本上为圆柱形，并且基本上具有同一个中心轴。本发明的这些优选的部件提供了一个紧凑的装置，由此改进该装置的便携性。

优选地，所述滤器包括一个环形外壳，所述外壳具有一个外壁，所述外壁具有多个穿过它的孔。在本发明的一个优选的实施方案中，所述滤器基本上为圆柱形。优选地，所述孔基本上沿滤器全长分布。

所述滤器优选地可从该装置上拆卸下来。这使得可根据需要对滤器进行清洗和更换。

本发明还可包括一个可观察该装置的内容物的目视指示器。例如，可在该液体储器中设置一个透明窗口。

优选地，本发明包括一个压力调节器。例如，所述压力调节装置可包括一个当储器中压力超过预定水平时被调整以适于释放液体和/或气体的排放阀。

优选地，所述膜沿液体储器全长的至少90％分布。而且，膜在与该全长垂直的平面上的外周周长界定出的面积优选大于或等于该平面上液体储器的50％的面积。例如，所述膜可围绕所述液体储器，或者如果置于储器内部时，基本上延伸穿过整个储器。这有助于确保液体可在任何时间与膜接触。

本发明的原理被发现在除水过滤器以外的其他情况下也是有益的。例如，用于喷漆、芳香剂和香水等的分散器通常要求在既定的方向上持用该分散器，特别是当储器内的液平面很低时。

根据本发明的第二方面，提供了一种流体输送装置，包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个或多个膜和一个出口；和

用于对所述液体储器加压的工具，

其中所述流体通路被排布成使得在出口处于开放状态时由压差促使液体流沿所述流体通路流过所述一个或多个膜至出口处；

并且其中所述一个或多个膜和所述液体储器被排布成使所述储器中的液体在几乎任何方向上都可接触膜，并且所述一个或多个膜被调整以适合使液体优先于气体通过。

本发明的所述第二方面可使流体在任何方向上从流体输送装置中分配出来。其应用不限于水的提取，而是可用于任何液体。同样，所述压力也不必是由空气提供，而是可由任何气体提供。此外，如果所述装置并不要求用于过滤，则膜的孔径也不必受到除去该装置中任何颗粒物的要求的限制。还可以基于如下变量根据具体的装置要求选择孔径：液体粘度、膜的表面积和施加的压力等。

优选地，所述一个或多个膜基本上沿所述液体储器的全长延伸。

所述用于对液体储器加压的工具可包括机械装置，例如泵。或者它们可包括在装配该装置前或装配期间对该液体储器预加压。此外，也可考虑对该储器加压的其他方式，例如化学方式。

所述一个或多个膜可不必用作滤器，但应使液体优先于气体通过。所述装置被装配成，无论所述储器所处方向如何，都能使所述一个或多个膜总能接触所述液体储器中的液体。在一个实施方案中，所述液体储器的侧壁基本上被所述一个或多个膜覆盖。

根据本发明的第三方面，提供了一种除去水中杂质的装置，所述装置包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个滤器和一个出口；和

一个对所述液体储器加压从而使得当出口处于开放状态时压差促使水流沿所述流体通路流过滤器至出口处的泵，所述泵包括：

一个可使空气经由其被泵入所述液体储器的单向阀；和

一个可使活塞头穿过其移动从而使空气经所述单向阀泵入的活塞筒，其中

所述活塞筒基本上被所述滤器包围。

本发明第三方面的优选实施方案提供了一种包含滤器的便携水瓶，所述水瓶具有紧凑的、人体工程学的设计。所述活塞筒穿过滤器中央，使得能有效利用装置内部空间并且提供了一种用于泵运行的稳定布置。它还使得能将滤器表面积优化而不会干扰活塞的作用或位置。

优选地，所述第三方面的滤器沿液体储器全长工作，并使液体优先于气体通过。

附图说明

现参照附图具体描述本发明的一个实例，其中

图1示出了一个本发明的装置；

图2示出了图1的装置的一个截面图；

图3示出了一个可用于本发明的优选的实施方案的可更换滤筒的截面图；

图4示出了一个可用于本发明的优选的实施方案的泵的细节截面图；

图5示出了本发明的一个喷雾器的截面图。

具体实施方案

以下具体说明涉及本发明的一个具体实施方案，其中利用本发明的有益效果以提供一个包含一个能由被污染的水源提供饮用水的有效水滤器的水瓶。然而，还预料了本发明的其他用途，并且通过下文的描述会逐渐清楚这些用途。本发明可用于需要从加压储器中分配出液体的任何情形。例如，本发明的有益效果使得一种用于喷漆的容器可以以任何方向工作。具体而言，虽然以下实施方案中描述的半透膜是用于过滤的，并且下文中这些半透膜是作为所述“滤器”的一部分，但本发明的基本原理同样适用于并不依赖于过滤的作业中。

图1示出了一个根据本发明设计的水瓶。该水瓶包括一个用作液体储器的容器10，它一端与帽50和盖60相连，另一端与活动式底座30相连。手柄40在底座30上整体成形，但沿容器10的轴有一定的自由度。制造好的该水瓶为水和空气密封性的。图1还示出与水瓶相连用于便携的带70。

图2示出了图1的水瓶的截面图。从图2可见，滤筒20被置于容器10内。滤筒20与底座30相邻，并且与帽50以螺纹54可拆卸连接。提供了各种食品级的密封装置12以使滤筒20与帽50和底座30之间为水和空气密封性的。

手柄40与泵相连，泵包括活塞筒42和活塞头44，活塞头贯穿整个活塞筒42。当底座30与容器(如图2所示)相连时，活塞筒42贯穿滤器20的中央空心部。在该实例中，底座30以螺纹与容器10可拆卸连接，并且具有食品级密封装置以确保该连接为水和空气密封性的。

手柄40与活塞头彼此相对固定，从而使手柄42活动时能有效使活塞筒42内的活塞头移动。活塞筒42的远端包含一个单向阀46，它使得活塞头44移进活塞筒42推动空气进入容器10内，由此增加容器10内的压力，而活塞头远离活塞筒的远端移动时不会削弱施加的压力。

考虑所述手柄40可包括可储存个人物品的空腔。手柄40在不使用时也可锁入底座30(例如，通过合适设计的由手柄向底座伸出的突出体)。

虽然图中所示实施方案使用了手动泵机构来对容器加压，但本领域技术人员应能意识到对容器加压的其他方式也可用于本发明。例如，可以使用压缩气体或使容器变形的装置。例如，容器自身可为柔性的以使使用者能通过挤压容器施加压力。

本发明实施方案中所示的泵为一个简单的1:1的泵，因为使用者运行泵所必须克服的压力等于容器内压力。然而，可将棘轮或齿轮系统用于本发明的泵。这些机构使泵的手动运行更为容易(从而能使容器内压力升高至比以其他方式可能达到的水平更高的水平)。

如图2所示，滤器通过螺纹52以帽50封口。帽50有效用作一个嘴，并包括一个抗损管口52，它在关闭状态下是液封的，从而使液体不能通过嘴50。当管口52处于开放状态时，液体可通过嘴50。在该优选的实施方案中，管口52可通过相对其轴的转动而被锁定为关闭状态(如图2所示)。当嘴50和滤器20被封成如图2所示的状态时，液体只能通过滤器20进入嘴50。

帽50还可包含一个附加的碳过滤器56，它通过其内所含的螺旋装置58与帽50的结构相连。该装置被装配以确保液体通过帽50离开瓶子之前流过碳过滤器56。已知碳过滤器能有效除去水中化学物质。或者，或附加地，可将不同的滤器引入帽50。例如，已知树脂滤器为有效脱盐滤器。这类或者其他类型的滤器也可被引入滤筒20。

优选的实施方案中使用的碳过滤器为活性炭滤器，但也可以使用其他的基于碳的滤器，例如木炭滤器。

利用被称为吸附的过程的碳过滤法是一种特别有效的除氯技术。通过该材料还可除去杀虫剂、除草剂和其他有机污染物(特别是挥发性有机物)。

碳还可除去水中的三卤甲烷。三卤甲烷是公共供应的水中的一类由于氯和分解的有机物相互作用生成的化学物质。这些化学物质已知具有致癌性，在地方供应的水中存在高水平的这类物质在近年来引起诸多关注。

活性炭纤维(称作ACF)或其他碳的形式(例如粉末状)可通过以下方法制备：在活化气体气氛下，通常在蒸气和/或二氧化碳和/或氨气氛下，在升高的温度下活化碳化材料。碳化纤维是通过在惰性气氛下碳化聚丙烯腈、苯酚树脂、沥青或纤维素纤维制备而成。这类方法在本领域中是公知的。

活性炭和——特别是——已知的活性炭纤维，具有吸附有机物的优良吸附能力并且能出色地除去水中的氯。本发明还使用了本领域公知的标准活性炭纤维滤器，或者本发明可使用经改进的活性炭纤维滤器。

经改进的活性炭材料的实例已公开于US 4,831,011、US4,366,085和US 5,705,269中。

活性炭基质可提供例如杀菌、阳离子交换、阴离子交换、重金属复合物形成或其他所需特性。

虽然图中所示实施方案的管口52是通过直接远离滤器20而运行，但可以考虑用于从该装置获得液体的其他装置。例如，可以使用一种可变阀装置，该阀在沿螺纹运动时或关闭或开放。

该装置还可包含一个预滤器(图2未示出)。在一个优选的实施方案中，该预滤器为覆盖容器10的下端(当底座30、手柄40和泵50均卸下时)的筛网形式。该筛网可在合适的位置包含线性切割线，从而使得底座30、手柄40和泵与滤器相连时，泵可容易地通过筛网。或者，可在将筛网从该装置拆下后再连接底座30、手柄40和泵。预滤器被设计成在用滤筒20去除更小的颗粒、细菌和病毒前能去除去水中的可见杂质和较大的微小杂质。

为了除去液体中的杂质，将底座30(以及手柄20和泵)从容器拆下，并将未经处理的液体(经预滤器)倒入容器内。然后，将底座30、手柄40和泵重新连接到容器上，如图1和2所示，泵手柄42反复从回缩状态运动到靠近状态，从而使活塞头44穿过活塞筒上下移动。这样就推动空气通过单向阀46，由此增加容器内的压力。

对容器10加压后，使用者通过移动管口52远离容器本体10将帽50打开。压力推动水通过滤器20(经孔55)进入帽50，最后流出瓶，由使用者收集。流经滤器20后，可认为液体能安全使用(例如用作饮用水)。优选的实施方案的流速为在引导压差0.25bar下约2.5升/分。

图3示出了一个优选的实施方案的滤筒20。所示滤筒包含一个基本上环性的外壳22，其中置有纤维膜24。外壳22的外壁有许多孔，使得水从容器进入纤维膜24。这些纤维基本上为柔性管形式，并且管的侧壁为半透性的。水经外壁进入纤维膜24的多孔性侧壁而被过滤。然后水流经纤维膜进入接收室28。滤过的水到达接收室28后，经如图2所示的帽流出至使用者。如图2所示，纤维膜是由滤筒上端的树脂层26支撑，这样既确保了纤维膜的正确位置和方向，又提供了防止未经纤维膜的水流入接收室的封锁功能。

显然，半透膜上的孔越小，从液体中滤出的颗粒也就越小。在优选的实施方案中，这些孔小到足以实现超滤，即它们小到足以去除液体流中的病毒。液体例如水在没有足够压力时无法通过孔径如此小的滤器，本发明提供了引入这种压力的装置。可以考虑的其他类型的过滤有纳滤和反渗透。

该滤器可有效除去细菌、病毒、包囊、寄生虫、真菌和所有其他水生病原体。事实上，滤器可除去水中的所有微生物。因此可向使用者提供安全的饮用水。

适用于本发明的纤维膜可通过商业途径获得，例如可以使用从Norit(www.norit.com)购买的X-flow(TM)毛细管膜。这种中空纤维超滤膜能有效筛除所有浑浊度、细菌和病毒。

悬于水中的物质会导致混浊，称之为浑浊度。这种现象可由粘土、泥沙、微生物和有机及无机物导致。浑浊度以“浑浊度单位”表示。读数大于5个单位的浑浊度可被容易观察到。处理后的饮用水的浑浊度水平应在0.05-0.3浑浊度单位。

由本发明除去的病原体包括细菌、原生动物、孢子、病毒、包囊和蠕虫。饮用水的排泄物大肠杆菌的限度为每100毫升(mL)水样中一个生物。

在本发明优选的实施方案中，膜上的孔小于15纳米。更优选地，它们小于10纳米。这就确保了可过滤水中的病毒和细菌。滤膜优选地为亲水性的，从而使得相对于空气(或任何其他气体)，水(或任何其他液体)能优先通过它们。或者，或附加地，所述装置被设计成能使基于油的液体物质通过滤器，滤膜可为亲油性的(吸引油)。因此，当液体和气体的混合物接触滤器并且容器内的压力升高时，液体(被吸引至滤膜表面)优先于气体被推过滤器。

膜材料的亲水性和疏水性与材料的表面张力相关。表面张力比较的基本意义在于发现具有较低表面张力值的液体通常会在表面张力值较高的材料上展开。

材料的表面张力值越高，该材料的亲水性就越高。所述滤器中使用的膜优选为亲水性膜。亲水性膜比疏水性膜显示出更高的抗污染能力。污染水性介质的颗粒多为疏水性的。

例如，膜的表面张力优选地大于25达因/cm，更优选地大于30达因/cm，更优选地大于35达因/cm。

膜优选地包含选自如下的材料：聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚偏1，1-二氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酸酯、聚丙烯腈、纤维素、醋酸纤维素、以及它们的混合物、掺合物和共聚物。

优选的膜滤器材料选自聚砜、聚醚砜、聚偏1，1-二氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、纤维素、醋酸纤维素、它们的混合物、掺合物和共聚物。

特别优选的膜过滤器材料包括聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮的掺合物。聚醚砜(PES)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)掺合物高度抗氧化(对于氯>250,000ppm小时，对高锰酸盐和臭氧耐受)，耐受较宽范围的pH(2-12连续处理，清洗的pH<1)，显示出抗油脂性，并且具有高亲水性。

虽然在有些实施方案中滤器可以是亲油性的，但在其他情形下，需要将起始水中的油滤除。例如，这在需要从被油污染过的起始水源获得饮用水时非常有利。亲水性和非亲油性滤器改进了起始水源的油滤除，因为水比油更易接近该滤器，由此优先流出。

用于本发明的优选实施方案的膜截留水中的细菌、包囊、寄生虫和真菌的截留值大于log6(99.9999％)，病毒的截留值大于log4(99.99％)。该膜还可除去水中的沉淀和其他沉积物。

在某些实施方案中，滤筒20包含多个纤维膜层，每个层滤除液体中不同大小的颗粒物。该膜也可由非纤维材料(例如陶瓷)形成。

在本发明优选的实施方案中，滤筒的环形外壳22的外壁有多个孔。这些孔优选地沿滤筒20的全长分布。这样，无论装置处于何方向，都可从该装置获取水(因为水总能接触纤维膜24)。由于水优先于空气流过滤膜，因而打开帽50总能使水优先于空气滤过并将其提供给使用者，并因此减小储藏区域内的压力。因此，只要任何液体接触滤器就能使用该装置(即不需要将滤器完全浸入液体中)。所以，由于滤器优选地基本延伸穿过所述容器全长，该装置可以任何方向进行工作，这是因为不论方向如何，液体总会在某些区域接触滤器。

这种液体优先于空气的释放还可用于提供一种由在任何方向上的装置工作产生的喷雾。这种装置的运作类似于图中所示实施方案，但是使用一个经改变的帽以确保液体以喷雾的形式从该装置释放。

如图3所示的外壳22绕滤筒20的环形侧壁(内壁和外壁)延伸，并且覆盖末端的壁，特别是底端(即与接收室26的位置相对的一端)。还应理解，该滤筒还可在其内壁上再包含一个保护层。在装配装置时(例如将活塞筒42置于穿过滤筒20中央的位置时)，它可保护脆弱的纤维膜免受损害。

外壳22上的孔可包括筛网，从而使得液体中较大的颗粒在到达滤膜前就被除去。这样就在液体进入滤膜本身之前提供了一个预过滤过程(附加于或替换由上述预滤器提供的预滤)

如图2所示，滤筒可拆卸地连于该装置的复原态位置。这种结构的一个优点是，虽然在原位完全被封闭，但滤筒可在任何时间被拆卸进行清洗或更换。由此，如果滤筒以某种方式被损坏，也不必更换整个装置。

虽然未在图中示出，但该装置可包括一个目视指示器以使使用者能辨别该容器中的内容物。例如，该目视指示器的形式可以是容器侧面的透明窗口。在一个优选的实施方案中，事实上，容器的整个侧壁基本上都是半透明的。

本发明在该容器内部还可包含一个压力调节器。例如，可在容器壁上提供一个阀，它会以预定的压力开放以使气体或液体排出而不通过滤器。如果液体被排出，它可被虹吸到该装置所含的另一个区室，或者完全脱离该装置。其他压力调节系统可包括向用户指示容器内压力已达到某个水平或者一旦压力达到该水平就能使泵(或其他加压装置)失效的装置。

图4示出了一种可能的压力调节装置，该图还更具体地显示出了单向阀。如图所示，单向阀46为蘑菇形。当泵头44被导入泵筒42时，泵筒42中的压力导致单向阀的侧边轻轻上抬，使得空气经泵筒42上的孔48进入容器10。当泵头44被移开时，单向阀46的侧边缩回而盖住孔48以防止气体逸出容器10.

压力可通过一个置于泵头44末端通道内的滚珠轴承441调节。滚珠轴承441通过一个弹簧442偏向泵头44的末端。当向容器10施压时，滚珠轴承441根据施加的压力沿通道回缩一定距离。如果施加的压力达到预定的最大水平，滚珠轴承441则回缩到一定程度以使空气通过逃逸通道443并进入泵筒42，由此防止向容器10施加额外压力。使弹簧442回缩所需的压力取决于弹簧442的长度和弹簧常数(根据胡克定律)。由此调节了可向容器施加的最大压力。

密封环444被用来保证当头44穿过活塞筒42向上移动时空气被推入装置中。在上脊445上提供了沟或槽，上脊445将密封环固定在原位以确保当泵头44从泵筒42回缩时，空气可进入泵筒42中泵头44以上区域，从而避免该区域形成真空，避免泵头44被拔出。

考虑到压力调节的利用的一个实例为反渗透。反渗透滤器能除去水中的盐。然而当储藏区的水过滤时留在储藏区的水会逐渐被浓缩。这就增加了盐堵塞滤器的可能性，由此缩短了滤器的使用寿命。因此，提供一种防止这种可能性产生的装置是有利的。

还可有利地调节会导致滤器膜任何损坏的施加于装置上的压力。例如，如果滤器逐渐堵塞，则以高压将水推过滤器会不安全，因为污染物也可能被推过滤器。

在某些情形下，可在容器内以及滤器周围有益地形成液体流。已发现这样可减小滤器膜逐渐堵塞并因此失效的速度。在一个实例中，以给定压力(例如，通过压力调节装置)进行的放液可被改变以形成合适的液流。

交叉流过滤法不同于常规的死端过滤，它具有被流动液体连续冲刷的过滤表面。流入的液体的一部分流过滤器成为滤液或者渗透液。流入的液体的另一部分继续流过滤器介质，并以浓缩物或截留液形式流出滤器。沿管壁的流动液体的剪切会尽可能减小过滤表面上的固体堆积。因此交叉流过滤提供了近稳定状态操作的可能性。对于常规的死端过滤，过滤速度随固体层的堆积而减小。在交叉流过滤中，流入的液体的方向与滤器表面平行，从而使累积的固体通过流动力而被连续冲走。

本发明为此目的利用了中空纤维滤膜以处理含悬浮物的大体积水。中空纤维膜具有很好的过滤效能，并且能使大面积的滤膜包含于单位体积中。

交叉流过滤是一种压力驱动的过滤法，其中行进液体与膜表面平行流动。在10磅/平方英尺(psi)至100psi的压力下，滤液流过膜并以澄清渗透物的形式流出。被排斥的物质被截留并收集以丢弃或回收。膜的效能通过渗透流量和组分金属的截留进行测量。

除了孔径之外，孔构造对于膜的效能也和重要。常规的滤器具有不规则形状的孔，这样的孔会使颗粒聚集在滤器横截面内狭窄和裂隙处。滤膜孔为不对称的，形状类似倒锥形，并且进液侧的直径较小，透过侧的直径较大(图3)。由于任何通过孔的颗粒继续不受阻止而不会在膜内聚集，因此UF膜孔不会堵塞。因此，这些滤器容易清洗并且价格低廉，常规清洗使得可以实现在很长的时间内重复使用。在适当的操作和维护下，UF膜能工作多年而不需更换。

可使用中空纤维构型的膜。中空纤维膜是通过将聚合物挤出成管状而制备的。中空纤维抗通道堵塞。中空纤维可反向脉冲，或经受逆流条件，以实现污垢的最佳去除。

如前所述，本发明的原理可用于其他的应用。具体而言，通过提供一个或多个适于使液体优先于气体通过的基本上沿容器全长延伸的膜(例如，亲水性或亲油性膜)，容器内储存的液体可通过施压而经过膜被转移至出口处，而不论容器的方向如何。而且，可通过这种方式选择一种液体而不选择另一种液体(例如非亲油性的亲水膜能从油中分离出水)。如上述实施方案所示，可手动施压，或者该容器可被预加压。

不同于上述的过滤作业，设计成能在任何方向上进行工作的分配器不必限于任何既定的孔径，因为它不需要除去液体中既定大小的颗粒。所述孔径可另外基于考虑了液体粘度的优选流速、滤器表面积和容器内的压力来选择。

虽然所示的上述实例中的膜是包含于容器中，但反向的布置也是有效的。即容器可被膜包围。这样，液体可保持在由膜包围的区域中。

图5示出了可以以任何方向进行工作的喷雾分配器100的实例。膜120设置在分配器外壁的内部，将液体储器140限定在膜120以内。将气体和液体的混合物置于液体储器内，并施加一个高于外部空气的压力。

膜120和分配器外壁之间的区域限定出一个转移区130，帽110封住转移区的顶部使其与外部空气隔离。当打开帽时，液体储器和外部空气间存在压差，从而推动液体透过膜进入转移区，最终经过帽从该装置放出。

图5所示的膜使液体优先于气体通过，并且完全包围该液体储器。由此，不论装置在何方向上，当打开帽时，该装置都会排出水。替换的布置方式可保证当装置处于任何方向时，一个或多个膜能接触液体。例如，直线型的装置可具有多个分离的膜，这些膜基本上沿每个角的全长分布。

图5示出了仅单个的膜。但也可考虑侧壁可有例如由具有不同粒径的膜组成的多个层。不同于上述的水过滤器的上下文中所述的膜，图5所示的膜并不是中空管形式的膜。但也可考虑中空管也可用于这种情况(并且可以考虑上文水过滤器的情形中也可设置其他的配置方式)。类似地，膜不必与壁整合，而是独立于壁。

在某些实施方案中，膜为中空管形式，并且只是将现有技术的装置中存在的常规提取管替换掉。由此降低了生产在任何方向上都能工作的分配器的成本。当将中空膜置于分配器中时，其柔性可使其按需要放置于其中。例如，它可挤推侧壁。

还发现，如果膜壁上的孔小到足以将流过膜的水离子化，一种有益的毛细管样作用可有助于将液体转移穿过转移区。

虽然图5所示的分配器为预加压的，但可使用许多其他技术导入容器和外部空气之间的压差。例如，可以使用上文水过滤器中描述的那种泵。或者，可以使用化学方式，或者装置的侧壁可具有柔性，使得使用者可通过挤压该装置施压。

得益于本发明的不依赖方向作用的应用包括但不限于喷漆、喷雾芳香剂、厨房产品和香水。常规的这些装置会在剩余液体量少时在大多数方向上失效，这是因为它们需要液体在特定的点进入引液管。

Claims (57)

1.一种除去水中杂质的装置，该装置包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个滤器和一个出口；

对所述液体储器加压从而使得当出口处于开放状态时压差促使水流沿流体通路流过滤器至出口处的工具，

其中所述滤器的孔径小于或等于25纳米。

2.根据权利要求1的装置，其中所述孔径小于或等于20纳米。

3.根据权利要求1的装置，其中所述孔径小于或等于15纳米。

4.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器被调整而适于使水优先于空气输送。

5.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器包括一个或多个膜。

6.根据权利要求5的装置，其中所述一个或多个膜具有亲水性。

7.根据权利要求5或6的装置，其中所述一个或多个膜为毛细管膜。

8.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器被调整而适于除去水中的盐。

9.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器被调整而适于除去水中的油。

10.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器基本上沿液体储器全长延伸。

11.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述滤器包括一个环形外壳，该外壳具有一个外壁，该外壁包含多个穿过它的孔。

12.根据权利要求10的装置，其中所述孔基本上沿滤器全长分布。

13.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述出口包括一个限流器。

14.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述出口包括一个出口嘴，该出口嘴具有开放状态和关闭状态。

15.根据权利要求14的装置，其中所述出口嘴包括一个抗损管口。

16.根据前述权利要求任一项的装置，其中所述用于对所述液体储器加压的工具包括一个泵。

17.根据权利要求16的装置，其中所述泵为活塞泵，包括

一个可将空气泵入液体储器的单向阀；和

一个活塞筒，其中活塞头穿越该活塞筒移动从而使空气经所述单向阀泵入。

18.根据权利要求17的装置，其中所述活塞筒基本上被所述滤器包围。

19.根据权利要求18的装置，其中所述液体储器、所述滤器和活塞筒基本上为圆柱形，并且同轴。

20.根据权利要求15-19任一项的装置，其中所述泵可手动操作。

21.根据前述权利要求任一项的装置，还包括一个用于显示所述装置的内容物的目视指示器。

22.根据前述权利要求任一项的装置，还包括一个压力调节器。

23.根据权利要求22的装置，其中所述压力调节器包括一个阀，所述阀被调节以适于防止所述液体储器中的压力升高至超过预定水平。

24.前述权利要求任一项的装置，其中所述出口之前有另一个滤器。

25.根据权利要求24的装置，其中所述另一个滤器为碳过滤器。

26.一种流体输送装置，包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个或多个膜和一个出口；和用于对所述液体储器加压的工具，其中

所述流体通路被设置成可在出口处于开放状态时由压差促使液体流沿所述流体通路流过所述一个或多个膜至出口处；并且其中所述一个或多个膜和所述液体储器被布置成使所述储器中的液体在几乎任何方向上都可接触膜，并且所述一个或多个膜被调整以适合使液体优先于气体通过。

27.根据权利要求26的装置，其中所述一个或多个膜基本上沿液体储器全长延伸。

28.一种除去水中杂质的装置，包括权利要求24或权利要求25的流体输送装置，其中所述膜的孔径小于或等于25纳米，并且所述膜用作滤器。

29.根据权利要求28的装置，其中所述孔径小于或等于20纳米。

30.根据权利要求28或29的装置，其中所述孔径小于或等于15纳米。

31.根据权利要求28-30任一项的装置，其中所述滤器被调整以适于使水优先于空气输送。

32.根据权利要求26-31任一项的装置，其中所述一个或多个膜具有亲水性。

33.根据权利要求26-32任一项的装置，其中所述一个或多个膜为毛细管膜。

34.根据权利要求28-33任一项的装置，其中所述滤器被调整以适于除去水中的盐。

35.根据权利要求28-34任一项的装置，其中所述滤器被调整以适于除去水中的油。

36.根据权利要求28-35任一项的装置，其中所述滤器基本上沿滤器全长延伸。

37.根据权利要求28-36任一项的装置，其中所述滤器包括一个环形外壳，所述外壳具有一个外壁，所述外壁包含多个穿过它的孔。

38.根据权利要求37的装置，其中所述孔基本上沿滤器全长分布。

39.根据权利要求26-38任一项的装置，其中所述出口包括一个限流器。

40.根据权利要求26-39任一项的装置，其中所述出口包括一个出口嘴，所述出口嘴具有开放状态和关闭状态。

41.一种除去液体中杂质的装置，所述装置包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个滤器和一个出口；和

一个对所述液体储器加压从而使得当出口处于开放状态时压差促使液体流沿所述流体通路流过滤器至出口处的泵，所述泵包括：

一个可使空气经由其被泵入所述液体储器的单向阀；和

一个活塞筒，其中活塞头穿过活塞筒移动从而使空气经所述单向阀泵入，其中

所述活塞筒基本上被所述滤器包围。

42.根据权利要求41的装置，其中所述液体储器、所述滤器和所述活塞筒基本上为圆柱形，并且同轴。

43.根据权利要求41或42的装置，其中所述滤器从所述出口基本上沿所述液体储器全长延伸。

44.根据权利要求41或43的装置，其中所述出口包括一个限流器。

45.根据权利要求41-44任一项的装置，其中所述出口包括一个出口嘴，所述出口嘴具有开放状态和关闭状态。

46.根据权利要求41-45任一项的装置，其中所述泵可手动操作。

47.根据权利要求41-46任一项的装置，其中所述滤器包括多个膜。

48.根据权利要求47的装置，其中所述膜为中空半透膜。

49.根据权利要求48的装置，其中所述滤器膜基本上沿滤器全长延伸。

50.根据权利要求41-49任一项的装置，其中所述滤器包括一个环形外壳，所述外壳具有一个外壁，所述外壁包括多个穿过它的孔。

51.根据权利要求50的装置，其中所述孔基本上沿滤器全长分布。

52.根据权利要求41-51任一项的装置，还包括一个可显示所述装置的内容物的目视指示器。

53.根据权利要求41-52任一项的装置，还包括一个压力调节器。

54.根据权利要求53的装置，其中所述压力调节器包括一个阀，所述阀被调节以防止所述液体储器内的压力升高至超过预定水平。

55.根据权利要求41-54任一项的装置，其中所述出口之前有另一个滤器。

56.根据权利要求55的装置，其中所述另一个滤器为碳过滤器。

57.一种除去水中杂质的装置，所述装置包括：

一个由液体储器界定出的流体通路，一个滤器和一个出口；

对所述液体储器加压从而使得当出口处于开放状态时压差促使水流沿流体通路流过滤器至出口处的工具，

其中所述滤器的病原体截留值为至少log4。