TW201138938A - Hollow fibre liquid filter - Google Patents

Description

201138938 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種經由具有由內而外流動（i n s i d e -out flow )之中空纖維隔膜過濾裝置來過濾液體的方法。 詳言之，本發明係有關於一種由飮用者的嘴的吸力所操作 的過濾裝置來過濾水的方法。本發明亦有關於一種具有嘴 件的中空纖維液體過濾裝置。 〇 【先前技術】 中空纖維被使用在各式濾水裝置中，例如大型的公立 的水廠或可攜式濾水裝置中。 濾水器的一種可能的中空纖維構造被揭露在美國專利 第US 4,435,289號中，其中多孔性的中空纖維是由一設置 在該等纖維的兩端之硬化樹脂來予以支撐及密封的。水在 該等纖維之被支撐的開口端處流入該等纖維的內部體積中 Q 且在流經該等中空的纖維的隔膜壁時被過濾。此水流是一 由內而外的水流，且濾出液（filtrate)會堆積在該等纖維 的內部空間中。此等纖維係藉由讓水向前沖過該等纖維的 內部體積來加以清洗’亦可結合一向後沖洗’如同在由

Vestergaard Frandsen提申並讓渡給 Vestergaard SA的國 k 專利申請案WO 2008/ 1 1 0 1 72號中所描述者。中空纖維的 兩端被放在罐裡的其它系統被揭示在美國專利申請案 US2003/0 1 643 3 3號及國際專利申請案W02008/1 01 1 59號中 201138938 另一種普遍的構造包含一彎折的纖維束’該纖維束的 兩端被支撐在一頭件中’該等纖維從該頭件處向下延伸至 一室中，水從該室被供應以進行過濾。此原理被使用在大 量或小量的水設施中’譬如描述在美國專利第4636307號 、第5160673號、或第7081201號中者’以及被用在個人用 的飮用吸管中，譬如描述在W001/41607號中者。另一個 例子被例示在W02008/101159號中。 此原理亦以個人飲用吸管的形式被揭露’譬如像是在 歐洲專利E P 1 2 3 5 5 0 2 B 1中所揭示者。此飲用吸管具有用來 經由該飲用吸管吸水的嘴件及一束彎折的微型中空纖維’ 它們的兩端被支撐在一位於該嘴件下的頭件內。藉由來自 飮用者的嘴的吸吮動作，水從飲用吸管的外側經由該等中 空纖維的隔膜壁流入到該等纖維的內部體積中。經過過濾 的水從該等纖維之內部體積經由在該頭件內的開口端而被 釋放於一向上的方向上並通過在該頭件上方的嘴件。 揭示於歐洲專利EP1235502B1中的飲用吸管具有下文 詳細解釋之此等纖維所遭遇到問題。中空纖維是親水性的 ，用以能夠有效率地輸送水通過隔膜。親水性暗指當隔膜 壁是濕的時，空氣無法，或很難通過隔膜壁。這樣的結果 是會有空氣被包陷在纖維周邊的體積中的風險，而這將會 降低水流量，因爲被包陷的空氣會讓水無法有效率地通過 該等隔膜。 這個問題是習知的且此問題的解決方案已被提出，例 如藉由包括數根疏水性纖維，如在美國專利第463 6 3 07號 201138938 中所描述的。然而，此解決方案在生產上更爲複雜且昂貴 〇 提供一簡單的解決方案是所想要的。 該寺纖維可具有一被支擦在一頭件中的開口端及一延 伸至一上游水室中的閉合端，而不是使用延伸至一上游室 中的彎折纖維，例如在歐洲專利申請案EP093 83 67號中所 揭示者以及在歐洲專利EP1235502B1中提到的。此原理與 Q 上面提到的原理類似且遭遇到相同的問題。 一種稍微不同的構造被揭露於美國專利申請案第 2009/078625號中，其中兩束彎折的中空纖維束被設置在 單一罩殼內且彎折部分係彼此相對。水向下流經該等中空 纖維之上開口及裝在罐中的端部並流經該等纖維之彎折的 隔膜部分。作爲一多餘的手段，一第二過濾器被一由外而 內的水流橫貫，之後該水流經由該第二過濾器的開口端離 開該過濾器。此系統面臨的問題是，被輸送通過該第一過 Q 濾器進入到介於兩過濾器之間的中間室的空氣會累積並阻 礙正常的液流。 【發明內容】 本發明的目的爲提供一種改良的中空纖維液體過濾器 ，例如濾水器。詳言之’本發明的目的之一是要提供一用 用簡單的手段來避免空氣被卡在過濾器中之具有中空纖維 液體過濾器的飲用吸管。 此目的可用依據下文所述之過濾裝及過濾液體的方法 201138938 來達成。 一種過瀘裝置被提供，其包含一液體入口及一液體出 口及一連接至該液體出口用以輸送液體至該液體出口的導 管。該導管只包含單束中空纖維。該支撐件被密封地連接 至該導管，藉以界定一艙室於該支撐件與該液體出口之間 。每一中空纖維具有一圍繞一內室之微孔式隔膜，用來在 該液體流經該等隔膜時從該液體過濾出微顆粒。每一纖維 要不是具有一被支撐在該支撐件內的開口端及一在一延伸 離開該支撐件的導線束（strand )內的封閉端就是每一纖 維的兩端都被支撐在該支撐件內且具有一迴轉部分其延伸 離開該支撐件。該等封閉端或迴轉部分從該支撐件朝向該 液體出口延伸至該艙室中。 該液體流被防止進入該液體入口，液體流經由該等纖 維的開口端進入該等纖維的內室，從該內室經由該等隔膜 進入該艙室及從該艙室經由該液體開口離開該導管。 與上述的美國專利申請案第2 009/07 8 62 5號相反地， 該裝置只包含單一中空纖維束，因而能夠當沒有使用閥口 來讓空氣逃逸或沒有插入疏水性纖維使得該系統只具有親 水隔膜的纖維時，避免將空氣包陷在一中間室內。 當該歐洲專利第EP 1 23 5 5 02B1的液流被逆向時，將空 氣包陷的風險被大幅地降低，因爲在該等中空纖維內的室 的體積總和比在該等纖維周圍的艙室內的體積要小很多。 如果該過濾裝置的液體入口係朝下予以定向的話，則 本發明特別有用。在此例子中，包陷空氣只會發生在該等 -8- 201138938 中空纖維的內室中’它的體積相當小’空氣很容易經由該 等疏水隔膜逃逸’這在實用上不論該等中空纖維的親水性 如何，該等中空纖維讓空氣流過的量很小。 有利地，該液體出口被設置一嘴件，其被作成可以放 置在一飲用該液體的飮用者的嘴巴內的形狀。藉由飮用者 的嘴在該嘴件施加的吸力，液體可被抽吸通過該過濾裝置 0 0 具有該嘴件的該過濾裝置構成一飲用吸管。當該嘴件 係朝上定向且該支撐件係相對於該嘴件被朝下定向使得該 等纖維從該支撐件向上延伸時，該支撐件的作用如一底座 。液體從該液體入口向上流，經過纖維的開口端進入纖維 的內室，從該等內室通過該等隔膜進入該艙室並從該艙室 通過該嘴件進入飲用者的嘴巴。 此飮用吸管與描述於歐洲專利第ΕΡ 1 23 5 5 〇2Β1中的飲 用吸管的不同處在於該等纖維在該導管中之上下顛倒（ 〇 upside-down )的配置，使得本發明的纖維具有一由內而 外（inside-out)的液流，其與歐洲專利第ΕΡ 1 2 3 5502B1 的系統的由外而內（outside-in)的液流相反。詳言之， 該等封閉端或迴轉部分係從該支撐件朝向嘴件延伸進入該 艙室中。藉此簡單的改變，本案申請人在實驗中發現發明 的系統不再有將空氣包陷的問題，不論該等纖維是乾是濕 、是空的、或是部分塡充水或全部塡充水。 相對於歐洲專利第E P 1 2 3 5 5 0 2 B 1的此一液流改變亦藉 由用嘴將留在該艙室內之已過濾的水回吹通過該等隔膜來 -9 - 201138938 有效率地回洗（backwashing )該等中空的纖維，藉以延 長該產品的過濾壽命。先前技術之超量構造（ circumvented configuration )提供一具有可逆沖洗（ backflushing )水的艙室’該逆沖洗水的體積比該等纖維 的內室的體積總和大，因此有很多水可用於逆沖洗。 對於可適當作用之可攜式飲用吸管存在很大的需求， 用以降低農村地區的人們飲用不安全的水，因爲飲用不安 全的水意謂著增加感染到以水爲散播媒介的疾病的風險。 該飲用吸管可被作得很精巧且加上其嘴件的長度介於1 5至 3 0公分之間且寬度介於2至4公分之間。 典型地，該支撐件將用典型的裝罐（potting)方法來 製造，使得該支撐件包含一樹脂，該等纖維的開口端被埋 設於該樹脂中。 爲了要防止大的微粒進入該等纖維中，該飲用吸管可 包含一液體入口其具有多個位在該支撐件的上游側（其與 下游側相反）的預過濾器，該等纖維從該下游側延伸至該 艙室內。非必要地，此一預過濾器是一篩網或織物過濾器 或它們的組合。例如，該預過濾器的篩孔大小或孔洞大小 可被定爲5微米用以將比5微米大的微粒過濾掉。 雖然該飲用吸管主要是被設置來藉由過濾掉微粒及微 生物來淨化水，但它亦可被用於其它液體，特別是極性液 體。 依據本發明的裝置亦可設置有用來消滅在該艙室中包 括細菌及病毒在內的微生物的抗菌劑。該抗菌劑可包含生 -10- 201138938 物靜電（biostatic)及/或殺生物劑用以防止微生物的增生 或甚至殺死或以其它方式抑制或消滅在該艙室內的微生物 。詳言之，當實施一嘴吹是逆沖洗時，微生物會經由該液 體出口被逆向導入到該艙室內，微生物會在該艙室中增生 並成爲健康的風險。而且，在數個使用者共用該裝置的例 子中，抗菌特性可降低這些使用者之間的感染風險。 典型地，只在該艙室中介於該支撐件與該液體出口之 0 間提供抗菌劑就已足夠，但抗菌劑亦可以非必要地被提供 在該支撐件的第二側上朝向該液體入口的上游部內。 抗菌劑的許多不同的選擇被揭露在由Vestergaard Frandsen提申並讓渡給Vestergaard SA的國際專利申請案 W0 2008/067817號中。依循 WO 2008/067817的一些原理 ，該抗菌劑來源可被包括在該導管的內壁中或被設置在該 導管的內壁上或可以是設置在該艙室內的一分離的來源。 而且，該嘴件可以是抗菌的。非必要地，該等隔膜亦可被 Q 設置一抗菌劑。 有利地，該過濾裝置配備有一用來提供該飲用者的營 養微量元素的營養源，例如維他命及包括鹽及金屬本質的 礦物質在內的礦物質。 包含營養源的濾水器是習知的，例如揭露在W0 03/0 11769號中者。關於包含營養源的過濾裝置，下面的 方法在一般基礎上是很有用的且並不侷限於上面所描述的 過濾裝置及方法。 該方法包含識別多種過濾裝置的潛在使用者，及用不 -11 - 201138938 同的群組限定的（group-specific )群組特徵來將該等潛 在使用分成不同的群組。此外’該等營養微量元素的不同 成分依據群組特徵加以選擇。例如，一個群組也許是需要 捕充鐵的孕婦，而另一群組可包含需要特別維他命的青少 年。亦可根據地理條件來組成一個群組，例如在農村地區 的一個村莊內主要需要第一組特定營養的人，而另一村莊 則需要另一營養成分。 具有不同的群組限定的營養成分種類之不同的群組限 定的緩慢分解的營養源被設置在該等過濾裝置中以用於多 種上段落所述的群組。除了營養源的種類（它是群組限定 的）之外，不同的過濾裝置可以是相同的。 如果該群組是使用相同的濾水裝置的一個家庭或更大 的群組的話，該方法可被成功地用作爲家庭濾水裝置或一 更大規模的濾水裝置。 在飲用吸管典型地是由單一個人使用的這個事實上， 該原理可以個人爲規模來加以應用。因此，可針對個人實 施分析，且一關於營養物釋出予以個人化的飲用吸管形成 一個人化的營養源飲用吸管。 此方法可被應用到任何配備一營養源的過濾裝置，包 括依據先前技術的過爐裝置在內，且它可如上所述的方法 及裝置來加以應用。 【實施方式】 圖1及圖2例示依據發明的過濾裝置，但它係以用來飲 -12- 201138938 用液體，典型地爲水，的飮用吸管的形式被示。圖1爲具 有彎折的纖維之飮用吸管的示意圖，及圖2爲具有一端封 閉的筆直的纖維之飮用吸管的示意圖。 該飲用吸管包含一具有出口 2的嘴件1其被作成可被放 入到液體飲用者的嘴巴內的形狀。一中空導管3具有一連 至該嘴件1的密封連接4或與嘴件一體形成。在該導管3內 設置一支撐件5。該支撐件5延伸橫越該導管3並與導管3的 內壁6形成密封。 該支撐件5具有一第一側7及一相反的第二側8。該組 件1、該導管3及該支撐件5形成並界定一艙室9。 多個中空纖維10的一端11被埋設在該支撐件5中，藉 以形成一迴圏部分，如圖1所示，其由該支撐件5的第一側 7朝向該嘴件1延伸出並進入該艙室9中。 在另一構造中，如圖2所示，該等纖維是筆直的且每 一纖維具有一從該第一側延伸離開的封閉端。 該支撐件5典型地是用裝罐方法來製造，其中纖維10 的端部1 1被埋設在一流體樹脂中，該樹脂然後被硬化以形 成固態支撐件5。 一或多個（在此實施例中是兩個）固持件I2，13被緊 固至該導管3。該等固持件I2，13包含預過濾器，例如在 一織物過濾器1 4的上游的粗篩過濾器15，用以防止大的微 粒進入該進水口 16及該等中空纖維1〇。 該圖例係以該飲用吸管已準備好可使用的方位來顯示 ，其中該吸管的下端被置於一液體中’典型地爲水中’ -13- 201138938 且使用者的嘴對該嘴件施加吸力。 上述裝置的功能於下文中予以詳細說明。當該吸管首 次被放置在水中且吸力被施加至嘴件時，具有過濾器14 ’ 15的下部及纖維10的內室將被塡出空氣。當該等纖維是乾 的時，空氣可從隔膜壁逃逸’且水將流入該等隔膜的內室 中。篩網過濾器1 5防止大的微粒進入到進水口 1 6。小的微 粒被織物過濾器1 4抓住使得只有微生物及微型顆粒經由該 入水口及纖維1 〇的開口端11進入到纖維1 〇的內室中。該水 在一由內而外的運動中經由該等隔膜被過瀘，使得微生物 留在纖維1 0的內室中，且乾淨的水流入到在纖維1 0外面的 艙室9中。該乾淨的水從該艙室通過該出口 2被吸入到該嘴 件1中。 當該飮用吸管沒有使用時，來自進水口 16的水會在一 向下的方向上流出該吸管。使用者亦可藉由吹氣來壓擠剩 下來的乾淨水從該艙室9倒退通過該過濾器，藉以用該經 過過濾的水來逆沖洗該系統以進行清潔。 有一些水將因爲毛細管現象而留在該等纖維內，讓該 吸管隨時可供下一次使用，除非該吸管的收藏時間過長使 得在內室中的水乾掉。如果該等隔膜是乾的話，則空氣可 從隔膜逃逸，使得開始程序與上述首次使用的情形相同。 即使是在該等隔膜仍然是濕的且空氣存在該等內室中 的例子中，被包陷在該等纖維的內室中之相當少量的空氣 可相當容易地從隔膜逃逸，因爲疏水性並不會完全停止空 氣的輸送。 -14 - 201138938 本發明的系統顯著地減少被包陷的空氣量，使得當該 飮用吸管在使用時空氣的逃逸能夠很快速地發生，而隔 膜是否是濕的完全無關，這讓本發明的系統相較於習知的 飮用吸管而言更具多變性。 雖然本發明的功能已經以水爲例加以描述，但本發明 對於其它液體，特別是極性液體，同樣適用。 0 【圖式簡單說明】 本發明將參考附圖在下文中更詳細地予以描述，其中 圖1爲具有彎折的纖維之飮用吸管的示意圖’ 圖2爲具有一端封閉的筆直的纖維之飲用吸管的示意 圖。 【主要元件符號說明】 1 :嘴件 〇 2 :出口 3 :導管 4 :密封連接 5 :支撐件 6 :內壁 7 :第一側 8 :第二側 9 :艙室 :中空纖維 -15- 201138938 1 1 :端部 1 2 :固持件 1 3 :固持件 1 5 :篩網過濾器 1 6 :進水口 1 4 :織物過濾器 -16-

Claims (1)

1. 201138938 七、申請專利範圍： 1 . 一種過濾液體的方法，該方法包含：提供一過濾裝 置其具有一液體入口及一液體出口及一導管其密封地連接 至該液體出口以輸送液體至該液體出口；該導管包含一束 中空纖維；其中一支撐件被密封地連接至該導管，藉以界 定一艙室於該支撐件與該液體出口之間；其中每一中空纖 維具有一包圍一內室的微孔型隔膜用來在該液體流經該等 隔膜時從該液體過濾出微粒；每一纖維要不是具有一被支 撐在該支撐件內的開口端及一在一從該支撐件延伸出去的 導線束（strand )內的封閉端，就是每一纖維的兩端都被 支撐在該支撐件內且具有一從該支撐件延伸出去的迴轉部 分；其中該等封閉端或迴轉部分從該支撐件朝向該液體出 口延伸至該艙室中；該方法包含提供一該液體經過該液體 入口及經過該等纖維的開口端進入該等纖維的內室，從該 等內室經過該等隔膜進入該艙室及從該艙室經過該液體開 Q 口離開該導管的液流，其特徵在於該裝置只包含單一中空 纖維束。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法包含將 該過濾裝置定向成該液體入口朝下。 3 .如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法包含 提供該液體出口具有一嘴件及用飲用者的嘴在該嘴件處提 供一吸力用以將該液體吸引通過該過濾裝置。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中該方法包含藉 由一嘴巴吹氣動作來將該液體壓擠回到該過濾裝置中以逆 -17- 201138938 沖洗（b a c k f 1 u s h i n g )該等中空纖維。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法包含識 別多種過濾裝置的潛在使用者，用不同的群組限定的（ group - sp ecific )群組特徵來將該等潛在使用者分成不同的 群組，依據該等群組特徵來選擇營養微量元素的不同成分 ，及將包含不同的群組限定的營養成分之緩慢分解的營養 源提供給該等過濾裝置之多個不同群組限定種類的群組。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中至少一些群組 只包含一個群組成員，且該方法包含提供一具有個人化的 營養源的個人化過濾裝置。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該液體是水且 該等微粒包含微生物。 8 . —種用於任何上述申請專利範圍的方法的液體過濾 裝置，其中該裝置包含一液體入口及一液體出口及一密封 地連接至該液體出口以輸送液體至該液體出口的導管；該 導管只包含單一中空纖維束；其中一支撐件被密封地連該 導管，藉以界定一艙室於該支撐件與該液體出口之間；其 中每一中空纖維具有一包圍一內室的微孔型隔膜用來在該 液體流經該等隔膜時從該液體過濾出微粒；該等纖維要不 是具有一被支撐在該支撐件內的開口端及一在一從該支撐 件延伸出去的導線束（strand )內的封閉端’就是該等纖 維的兩端都被支撐在該支撐件內且具有一從該支擦件延伸 出去的迴轉部分；該液體過濾裝置在該液體出口處具有一 嘴件，該嘴件被作成用來放到該液體飲用者的嘴內的形狀 -18- 201138938 ，其特徵在於該等封閉端或迴轉部分從該支撐件朝向該嘴 件延伸至該艙室中。 9 .如申請專利範圍第8項之液體過瀘裝置，其中該裝 置只具有具疏水性隔膜的纖維。 1 〇.如申請專利範圍第8或9項之液體過濾裝置，其中 該艙室設置有用來防止該艙室內包括細菌及病毒在內的微 生物增生的生物靜電（biostatic)。 1 1 .如申請專利範圍第8項之液體過濾裝置，其中該艙 室設置有用來殺死或抑制該艙室內包括細菌及病毒在內的 微生物的抗菌劑。 1 2 .如申請專利範圍第8項之液體過濾裝置，其中該過 濾裝置亦包含一用於人類的營養源。 -19-