專利名稱：改進(jìn)了介質(zhì)利用的過濾器及其制造和應(yīng)用方法
改進(jìn)了介質(zhì)利用的過濾器及其制造和應(yīng)用方法
本申請要求臨時專利申請?zhí)?0/846,162的優(yōu)先權(quán)，其申請日為2006 年9月20日，其公開的全部內(nèi)容在此一并作為本申請的參照。
駄領(lǐng)域本發(fā)明涉及立體結(jié)構(gòu)過濾器或"過濾塊"的構(gòu)成和形狀，及其 審隨或應(yīng)用方法。雖然過濾i央和這些方法可以應(yīng)用到很多工藝流動系統(tǒng)中， 但本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于重力流動或低壓應(yīng)用特別有益。這種優(yōu)選的過 濾士央適合表現(xiàn)改進(jìn)流動分布和壓力降，并因此改善^3I和介質(zhì)利用。
背景駄用于水過濾的立體結(jié)構(gòu)過濾器或"過濾塊"已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用很多 年。通常，這種過濾±央包括(帶有或者不帶有各種添加劑，例如鉛吸附劑) 顆?；钚蕴?GAC)和聚合物粘合劑，所以通常也稱為"碳塊"。將原料擠 壓或者壓縮到模具中形成中空、柱狀或"管狀"的±央。傳統(tǒng)的碳塊的例子 在Heskett的美國專利US3,538,020， Degen的美國專利4,664,683和 4 ,665050， "Amway"的美國專利4,753,728，禾卩Koslow的美國專利 5,019,311、 5,147,722和5,189,092中給出。圖5A-E就是具有相對較薄的壁 的、中空的圓tt^碳塊的例子。流過這些管狀活性碳塊的流體流動的路徑通常是徑向的。在從 外到內(nèi)的流動中，腔室結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件將水分布到塊的外部圓柱形表面， 并且水徑向地流過柱狀壁進(jìn)入到位于塊的中軸線處的中空軸向空間。由該 中空的軸向空間或那里提供的穿孔的管，被過濾的水根據(jù)內(nèi)部構(gòu)件和端口 的設(shè)計，在過濾i央底端或者頂端或其Pf逝處流出該塊。這些管狀過濾塊具有單一的外徑"OD"(圓柱外壁)和單一的 內(nèi)徑"ID"(圓柱內(nèi)壁)，這兩個直徑限定了一個壁厚。圓柱體積減去中空軸向空間的體積，就限定了過濾介質(zhì)的體積。這些管狀具有彼此軸向相對 的端面。這些端面一般密封于端蓋或者其它腔室或內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，以使流體
以徑向的方向流動而不是圍繞著該i央的端表面。ID、 OD和軸向長度限定了
管狀活性碳塊的表面積、體積和質(zhì)量?？梢宰兓钚蕴級K的外徑、內(nèi)徑和 長度上，以獲得介質(zhì)的特定的體積和表面積。如在上面弓間的專禾U所示出并且上面所討論的用于制造徑向流 動的活性碳塊的材料為典型的碳顆粒，顆粒范圍從12X30US目到80 X 325US目(Koslow，為O.l到3,000 和熱塑性或者熱固性粘合劑， 這些熱塑性或熱固性粘合劑在本領(lǐng)域是公知的并在上述引用的專利中有公 開公開。碳顆粒和粘合齊噘粒中可以混入其它材料，例如鉛或其它金屬還 原吸附劑。顆粒尺寸、壁厚、表面積和壓縮比都可以分別進(jìn)行調(diào)整以獲得 通過過濾器的一個理想的壓降。用較小的碳顆粒、增加密度或較厚的壁通 常會增加壓降并增加了污染物的去除。用較大的碳顆粒、較小的壓縮比或 較薄的壁通常會減少壓降并降低污染物的去除。對于圓柱形的塊，當(dāng)直徑 (OD和ID)較大時，由于流體流過該塊的可獲得的表面面積增大了，所 以可以降低壓降。 一個小ID大OD的碳塊的壓降比大ID的相同碳塊的壓 降大，因此通過該塊的流體路徑的長度較長。
用于空氣過濾的波^Jl濾片 Clapham在美國專利3,721,072中提出了一種低壓空氣過濾器， 其提供一種以波浪形式整體延伸的表面過濾片。該延伸表面的每個波浪由 沿著過濾體整體長度延伸到該過濾器外部邊界的波峰和波谷組成('072附 圖1)。 Clapham的波浪形比過濾體的整體尺寸要小的多，例如，在一個單 個的過濾體中具有十三個波浪。而且，Clapham的過濾體的寬度和長度比它 的厚度大很多，例如過濾體的長度是厚度的10倍以上(或者至少5倍以上)， 寬度也是厚度的10倍以上(或者至少5倍以上)。因此，可以認(rèn)為該Clapham 過濾體是一種波紋過濾片或者過濾板。Clapham的片狀或者板狀過濾體可以 設(shè)置在一個框架中，并圍繞著過濾體的周邊延伸，其由"金屬、玻璃、木 頭、塑料、紙板以及類似物...或與過濾器一體的被粘結(jié)的碳"制成。 Chapman在專利US6，322，615和6,056,809中公開公開了用于空氣過濾的波紋片，與在Clapham中一樣，波峰和波谷一直延伸到過濾器外 的外邊界的，該波浪形要比過濾體的整體尺寸小得多，并且該過濾體可以 認(rèn)為是一種波紋片或板。制造這種波紋過濾體的方、 ^括在帶有多個V形 工具的輥子之間滾壓過濾材料，從而在過慮體的延伸板或者片表面形成波 峰和波谷。
Gelderland， etal.，在專利US6,413,303中公開公開了由碳 和粘合劑涂覆的波紋紙片層制成的活性碳空氣過濾器。Insley等1在專利US 6,280,824中公開公開了包含過濾介質(zhì)的聚合物膜層，每層都具有波紋形狀。 Gelderland等l.和Insley等都ijftf了穿過由波紋形成的開放空間的流動(平 行于該波紋波谷)，而不是穿過波紋板(即，平行而不是垂直于每個板的平 面)。
用于水過濾的顆粒活性碳介質(zhì)無粘合劑的、帶或不帶諸如鉛吸收齊啲各種添加齊啲顆粒活性 碳(GAC)用于水過濾己經(jīng)很多年。通常將松散的顆?；钚蕴甲鳛?過濾 床"或"碳床"裝載到過濾腔室內(nèi)部的一個隔間里。該腔室及其內(nèi)部適于 把這,粒容納在隔間里(否則這，粒就會是散放的)，并適于將水引導(dǎo) 到床的入口并在床的出口處將水收集。 一禾中GAC床，tt^帶有其它顆粒介 質(zhì)或者添加劑，例如離子交換樹脂的，是用于低壓或者重力流的通常的介 質(zhì)的選擇，因為其穿娜粒床的壓降較低；在 棘中不存在粘合劑，由此， 沒有粘合劑添加到碳顆粒之間的空間內(nèi)從而妨礙流體流動。顆粒之間的空 間可以使7K流過該床時與介質(zhì)很好地接觸，并且壓力降也不像在壓縮的帶 有粘合劑形式的塊中所期望糊財羊大。這種顆?；钚蕴歼^率床的一個重要的應(yīng)用是用于重力流水罐、 玻璃水瓶、工作臺水箱和7jC冷卻器中的一次性過濾芯領(lǐng)域。這些設(shè)備可以 用于家庭、辦公室、以及商業(yè)上需要批量凈化大約2— 20升人員用7jC和廚 房用水的場合。 一般是向這些具有過率性能的設(shè)備中注入市政供應(yīng)自來水 或者鄉(xiāng)村井水，因為用戶希望去除氯或者其它污染物，或者希望總體上改 善水的味道和氣味。這些設(shè)備一直都普及，特別是考慮到強(qiáng)調(diào)健康飲水方 面以及購買瓶^7K的費用和不便。典型的這種重力流過濾設(shè)備以較小的、 一次性的和可替換的濾 芯為特征，其該濾芯插入設(shè)備內(nèi)可以正常使用幾周。這些設(shè)備和/或為這些設(shè)備設(shè)計的過濾器的例子公開公開在外觀設(shè)計專利416,163、外觀設(shè)計專利 398,184、美國專利5,873,995、美國專利6,638,426和美國專利6,290,646。 用于這些設(shè)備的濾芯包含全部或大部分上包括顆粒介質(zhì)床的過濾介質(zhì)。在重力流或者低壓系統(tǒng)中，首要關(guān)心的是過濾器內(nèi)的良好的流 動分布，因為流動分布影響過濾效率和污染發(fā)生的"突破"的時間，并從 而影響過濾器應(yīng)該進(jìn)行更換的時間。因為這些過濾系統(tǒng)通常不帶有任何用 于監(jiān)控過濾效率或者突破點的裝置，最多也就有測量通過該過濾器總水量 的裝置，所以，重要的是保持良好的流動分布，以使介質(zhì)使用最大化，并 由此可以使對于給定容積的過濾水的過濾效率最大化。如果在過濾器使用 壽命內(nèi)在任何時間發(fā)生溝流，另口么過濾器的過濾效率和/或有效過濾容積會 降低，如果再不更換過濾器那么過濾后水的質(zhì)量會降低。在重力流動或低壓系統(tǒng)中，例如7jC罐、玻璃水瓶、工作臺水箱 中流過過濾器的合適的水^I也是首先要關(guān)注的，，首要關(guān)心的，因為這會 影響來自新7K注入設(shè)備的過率水使用的快慢。這些設(shè)備通常放在冰箱內(nèi)或 工作臺上，因此，它們的總體積設(shè)計成適合于這樣的空間并且適于搬運的 重量。這種設(shè)備的用戶通常都不想花很長時間等水過濾。所以，流過過濾 器的合理流 于消費者的滿意度和獲得市場上的競爭優(yōu)勢是恨重要的。 由于這些水過濾設(shè)備大部分通常都是僅僅利用重力使水流過過濾器，那么 獲得適當(dāng)?shù)耐ㄟ^過濾器的流速就存在問題，尤其是考慮到有效地去除污染 物和過濾器長壽的目的。高流速低壓力降的目標(biāo)將會驅(qū)使設(shè)計朝著短(淺 薄)的顆粒過濾介質(zhì)床發(fā)展，但是在沒有突破的情況下有效地去除污染物 和長壽的目標(biāo)將會驅(qū)使設(shè)計向相反的方向，朝著長(深)顆粒過濾介質(zhì)床 發(fā)展。而且，因為所涉及的用在過濾器中的碳基顆粒介質(zhì)往往會存在輕微 的疏水性，所以，獲得足夠大流速也是有問題的。因此，雖然對于良好的 流動分布和合適的流速需要水一介質(zhì)的良好接觸，但介質(zhì)實際上會阻止被 其要過率的水浸濕。由此，用于水罐設(shè)備的傳統(tǒng)過濾器通常包括大約2—6英寸深的 顆粒介質(zhì)床。，在將過濾器安裝到這些7jC罐設(shè)備時，由這些設(shè)備和過濾器制 造商所推薦的重要的步驟是預(yù)洗滌和預(yù)潤濕步驟。這些步驟涉及洗滌過濾 器，然后將洗滌好的過濾器浸入到水中浸泡幾分鐘，之后再將該過濾器插 入設(shè)備。制造商將這些步驟解釋為去除殘留在洗滌好的過濾器中的碳微粒的步驟和潤濕顆?；蛘咛碱w粒介質(zhì)以便在將濾芯安裝到設(shè)備之后獲得較好 的流動分布和^I的步驟。發(fā)明人相信，尚有余地來改善用于諸如水罐、玻璃水瓶和工作
臺水箱等重力流水過濾設(shè)備中的過濾器和用于低壓系統(tǒng)(如30psi或者更低)
中的過濾器。發(fā)明人相信，本發(fā)明立體形狀的過濾器或者"過濾塊"的實 施例對于所述的重力流或低壓系統(tǒng)和/或比重力流或者低壓系統(tǒng)更寬泛的應(yīng) 用場合都是有效的。通過提供改進(jìn)了的流動分布、流量、污染物的降低/去 除、性能連暖性、禾P域耐用度，本發(fā)明設(shè)備和方法的j雌的實施例可以滿 足很多過濾應(yīng)用和流動系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在第一組實施方式中，本發(fā)明包括一種具有多個子塊的立體結(jié) 構(gòu)過濾塊，每個所述的子塊包括了環(huán)繞并限定了用于接收流體的空腔的過 濾介質(zhì)壁，并且每個所述子i央通過構(gòu)成過濾塊的過濾介質(zhì)連接到至少另一
個所述子塊。本發(fā)明還包J雜隨和/或應(yīng)用戶;M立體結(jié)構(gòu)過濾塊的方法。在第二組實施方式中，本發(fā)明包括一種具有多個子塊的立體結(jié) 構(gòu)過濾塊，每個所述子i央包括環(huán)繞并限定用于接收流體的空腔的過濾介質(zhì) 壁，并且每個所述子±央通過粘合劑、聚合物粘結(jié)劑、熔融和在所述子塊中 已存在的粘合劑的再固體化和/或其它直接將給定的子±央附著到另一個子塊 的方式連接到至少另一個所述子塊。在第二組實施方式中的直接附著方式 并不包括通過過濾器殼體組件、夾子或者扣件的夾住、接合或扣緊。在上面所述第一和第二組實施方式中的每組中，多子±央過濾±央 可以包括一個過濾介質(zhì)主體，其內(nèi)設(shè)有多個空腔(無論該主體是否還包括 外缺口/空隙:/空隔，這將在本發(fā)明后面描述)。由此，該過濾塊主體也可以 描述為多芯過濾塊，通過去除材料或者將該主體制模成帶有所述空腔的， 而使其在多個位置上"帶芯"。在上面所述第一和第二組實施方式中的每組中，優(yōu)選的各包括 多重子塊的過濾塊都可以通過在一個過濾塊內(nèi)提供多個內(nèi)空腔和至少一個 外缺口來形成，其中所述內(nèi)空腔和外缺口每個都延伸倒該塊的深處。凹槽 與介質(zhì)空隙相比是非常大的，與在過濾i央主體中的缺陷或者其它不規(guī)則之 處相比也是大的。如在本發(fā)明后面所描述的，用于模制過濾塊的缺口常常是位于過濾塊的底部，以便從模具中分離，但是缺口 (包括空隙、空隔或 者凹陷)也可以位于過濾塊的其它部分/表面。 {雄的是，所述缺口 (們)延伸到過濾塊內(nèi)的距離至少為與其
相鄰的子±央的長度的1/3，更優(yōu)選的是，1/3至7/8。這樣，考慮到過濾塊中
的子±央基本上沿著整個過濾±央延伸，優(yōu)選的是，至少一個缺口延伸到過濾
塊內(nèi)的深度等于相應(yīng)過濾塊尺寸的約1/3-7/8 (更j腿1/2-7/8)。例如，如果 缺口軸向延伸到過濾塊內(nèi)，優(yōu)選的是該缺口的深度等于該過濾塊軸向長度 的1/3-7/8處。再如，如果缺口徑向延伸到過濾塊內(nèi)，4爐的是該缺口的深 度等于該過濾i娃徑的1/3-7/8處。通過延伸到該塊的深處，fM空腔和缺 口 (們)可以在該塊的深處提供用于流體流入或流出該過濾塊的口。在從 內(nèi)向外的流動中，所述多個內(nèi)空腔使流入的流體流進(jìn)該過濾塊內(nèi)的深處， 達(dá)到子塊的介質(zhì)，所述至少一個外缺口使得可以從在子塊之間的區(qū)域中的 子塊收集流出的流體。在從外向內(nèi)的流動中，所述至少一個外缺口使入流 水能夠從多子±央之間區(qū)域到達(dá)每個子±央，所述多個內(nèi)空腔使得能夠從位于 過濾塊內(nèi)部深處的子i央收集流出的流體。內(nèi)空腔的橫截面或端面可以包括D
型、圓形、三角形、多邊形或其它形狀。所述至少一個外缺口可以包括一 個或多W夾槽、孑L、十字形縫或者其它凹陷、空隙隙或者空隔。所述至少一個外缺口設(shè)置在塊的外表面上，以分開多個子塊的 部分，在所述多個子塊的所述部分的夕卜表面(這對寺定的外表面為"面對" 外缺口的面)之間提供一個空間，用于使流體從該過濾i央的中心軸或其附 近的區(qū)域或者不在該過濾塊的外周沿/周線處的子塊的其它區(qū)域，流出或進(jìn) 入所述子塊。以這種方式，所有的或基本上所有的每個子塊的過濾介質(zhì)都 可以接觸到流體進(jìn)行過濾，而不僅僅是接觸位于該過濾±央外周沿/周線附近 處的介質(zhì)。所述第一組具體實施方式
，包括那些既具有多個內(nèi)空腔又包括 至少一個外缺口的，優(yōu)選由模制工藝或者其它同時形成多個子塊或者優(yōu)選 所有子塊的工藝制成。然而，由于優(yōu)選的子塊結(jié)構(gòu)和空腔和缺口穿透到過 濾塊的深處，這些優(yōu)選實施方式的這種模制或者其它形成方式存在著一些 特別的問題。除非在很多實施方式中做特定的適應(yīng)性改動，疵點、洞、撕 裂或者損壞的子i央壁，禾口/或其它在該塊中的缺陷都可能在該過濾塊與模具/ 工具分離的過程中產(chǎn)生。由于具有均勻流動分布的過濾i央是這些實施方式的一個重要目標(biāo)，所以這樣的缺陷通常是不能接收的。因此，發(fā)明人提供 了在塊形狀上的改進(jìn)，以使該塊能夠以正確的方式從該模具或者其它成形 工具上脫除。該改進(jìn)可以包括子塊定向為圍繞中心軸線成"束"、使那些空 腔和(那些)擊夫口的形狀和直徑適合于將垂直于過濾塊從^莫具上取下的方 向延伸的的薄部分減至最少、以及錐形俗傾斜化塊的表面，包括外周邊表 面和/或內(nèi)空腔表面，禾口/嗽卜缺口表面。這些改進(jìn)4超濾塊的很多實施例， 包括其所有子塊，能夠同時在單獨的一個模具中制造。這些改進(jìn)使得在一 個小"包"(水過濾罐或其它設(shè)備中的小殼體和小"腳印")中獲得較大的 介質(zhì)體積的目標(biāo)得以實現(xiàn)，并且壓力降小，流動分布良好，加上耐用性和 性會鏈慣性。在所述第二組實施方式中，包括那些既具有多個內(nèi)空腔又具有 至少一個外缺口的， 一些或全部子塊可以用不同的模具、在不同的時間和/
或通過不同的工藝纟莫制或成形，然后將子±央與一個或多個相鄰子±央直接連 接。通過采用直接連接，而不是通過殼體組件、夾子或扣件將子i央相互連 接，在子塊之間的材料很少或者沒有材料(例如僅僅是膠水、粘合劑和/或 粘結(jié)劑)。因為在子塊之間的空間沒有被殼體部件、夾子或者扣件所占據(jù)， 這種直接連接的方式也使在一個小"包"(7jC過濾罐或其它設(shè)備內(nèi)的小殼體 和小"腳印")中獲得較大的介質(zhì)體積的目標(biāo)得以實現(xiàn)，并且壓力降小，流 動分布良好，而且具有耐用性和性會鏈慣性。。本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)過濾塊的的整體過濾i央可以有許多不同的尺 寸和形狀，這種過濾塊的所述多個子±央也可以有許多不同的子塊尺寸和形 狀。優(yōu)選的過濾塊可以認(rèn)為是三維的而不是片狀、板狀或通常的二維的。 同樣，優(yōu)選的i央尺寸是這樣的，艮卩，不認(rèn)為它們是"褶狀"或"波紋狀" 的片或板。 ^^實施方式的過濾±央包括活性碳微粉顆粒、粘結(jié)齊微粒和選 擇的添加劑，這些形成了所述的多子塊。優(yōu)選的選擇添加劑為金屬去除添 加劑，例如，鉛吸附靴掃鉛劑，如AlusiFM或ATSTM或砷除去添加劑。本 發(fā)明的過濾器的一些實施方式在從水中去除可溶和/或顆粒狀的鉛方面會是 有效的。作為一種選擇，可以用活性碳纖維與粘結(jié)劑來替代碳微粉顆?；?與碳微米4/顆粒一同形成立體結(jié)構(gòu)。同樣，可以用其它過濾或處理介質(zhì)來替 代活性ra?；蚶w維，或輔助活性i^頁?；蚶w維。
每個內(nèi)空腔的開口可以位于一個共用的第一軸向端或在該端附
近，子i央優(yōu)選從該共用端大致相互平行地延伸，并且優(yōu)選呈束地圍繞，或
者X寸稱地圍繞塊的中心軸線，而不是在一個單獨的平面上。在這樣的實施 方式中，入流出流(取決于該應(yīng)用是從外向內(nèi)還是從內(nèi)向外的流動)將會 在進(jìn)入或者離開過濾塊的同時或大約同時或接近同時進(jìn)入或離開所述多個 空腔。在所述塊中心軸線上或其附近，在相反的第二軸向端可以設(shè)置一個
或多個外部缺口，用于在所述第二軸端或其附近分開子i央。這樣的設(shè)置可
以通過如下方式來提供，例如將所述子塊們模制或者以其它方式成形在一
個單一的單元化的過濾塊中，或者直接將子i刺門連接成一個對蟲的過濾塊。
作為一種選擇，其它實施方式可以包括一個單體的內(nèi)空腔，其 沿著該過濾塊的軸向長度進(jìn)一步分支成多個空腔。在這樣的實施方式中， 通常會在包括分支成多個空腔的過濾塊區(qū)域中提供一個外缺口 。這種過濾 塊的實施方式可以描述為在過濾塊的一部分包括多個子塊，而不是全部或 者大體上全部由所述子塊形成該過濾塊。在這樣的實施方式中，入流或出 流(取決于該應(yīng)用是從外向內(nèi)還是從內(nèi)向外的流動)會在與流體進(jìn)入或離 開該過濾塊不同的時間進(jìn)入或離開所述多個空腔，因為流過過濾塊的滯留 時間會包括流術(shù)帶留在過濾塊的單體空腔區(qū)域內(nèi)的時間。雖然在本發(fā)明中可以包括其它子i央和內(nèi)空腔的設(shè)置，但優(yōu)選的 是沿著流動路徑有一些對稱，使得進(jìn)入多子塊中的一個子塊的流體會被過 濾或者處理得與進(jìn)入其它子塊的流體相同或非常相似。所以，優(yōu)選的是， 過濾i央包括多個關(guān)于一入口或(使流體平行地流過子塊的)入流分配器對 稱設(shè)置的子i央，。 的是，這些子i央里具有量和形狀都相同或相近的介質(zhì)。
上述的形狀或形式，以及其它形狀和形式都在本發(fā)明的保護(hù)范 圍內(nèi)，并且對于讀者來說，在閱讀本發(fā)明說明書、附圖和權(quán)利要求后是顯 而易見的。


附圖1A-F分別是本發(fā)明多芯塊的一個實施例的透視圖、前視 圖、側(cè)視圖、俯視圖、仰視圖和軸向橫截面視圖(沿著在圖1D中的1F-1F 線)。附圖1G為附圖1A-F的實施方式的一個透視圖，其中加上了用于將過濾塊的一端密封于一個殼體結(jié)構(gòu)的粘合珠或環(huán)。附圖1H-J是附圖1A-G的實施例的側(cè)視圖、前視圖和透視圖，
虛線示出了隱藏著的結(jié)構(gòu)。附圖1K和L為附圖1A-J所示實施例的透視橫截面視圖，該截 面垂直于將過濾塊的兩個子i央分開的平面截取。附圖1L包括虛線所示的隱 藏著的結(jié)構(gòu)。附圖1M和N是附圖1A-L所示實施例的橫截面透視圖，該截
面是沿著將過濾塊的兩個子塊分開的平面截取的。附圖2A-F分別是本發(fā)明的多芯塊的另一個實施例的透視圖、前 視圖、側(cè)視圖、俯視圖、仰視圖和軸向橫截面視圖。附圖3A-F分別是本發(fā)明的多芯塊的再一個實施例的透視圖、軸
向橫截面視圖、俯視圖、仰視圖、前視圖和側(cè)視圖。附圖4A-E分別是本發(fā)明的多芯塊的再一個實施例的透視圖、
前視圖、側(cè)視圖、俯視圖、仰視圖和軸向橫截面視圖。附圖5A-E是現(xiàn)有技術(shù)的圓柱狀的活性碳過濾塊的兩個相對側(cè) 視圖、俯視圖、仰視圖和軸向橫截面視圖。附圖6A-E是杯狀過濾塊的透視圖、側(cè)視圖、俯視和仰視圖以 及橫截面視圖。附圖7A和B是本發(fā)明的過濾i央包含在一個腔室中時的實施方 式的示意圖，其中附圖7A示出了一種從內(nèi)向外的流動的實施方式，而圖 7B示出了一種/A^卜向內(nèi)流動的實施方式。這些示意圖包括了基本上從上到 下流過濾芯筒的流動，這可以用于重力流的情形，但是在其它情況下，可 以采用其它的濾芯筒定向和流動方向。附圖8A-E分別是本發(fā)明過濾i央一個替代實施方式的前視圖； 橫截面透視圖(垂直于子±央之間的平面)；橫截面透視圖(在子i央之間的平 面上)；仰視圖；對角地穿過過濾塊的橫截面透視圖。這些附圖示出了過濾 土勤卜部缺口內(nèi)的加強(qiáng)筋或隔段，這些加強(qiáng)筋或隔斷用于增働加強(qiáng)過濾塊的。附圖9A-D分別是本發(fā)明過濾塊的另一個實施例的透視圖、俯 視圖、第一橫截面透視圖和第二橫截面透視圖，該過濾±央包括一個位于第 一端的單體空腔，該單體空腔在沿其長度大約一半處分成(連通于)兩個 空腔，這種過濾塊的第一端沒有膠水槽，而是一個平的端面，以便密封于一殼體或內(nèi)部結(jié)構(gòu)。附圖9C中的橫截面圖是沿著橫向平面(垂直于將兩個 子±央分開的平面)截取的，而附圖9D中的視圖是在所述分開子塊的平面上 截取的。附圖IOA和BG分別是本發(fā)明過濾塊另一個實施例的透視圖和 橫截面透視圖，該實施例與附圖9A-D所示的實施例相似，只是過濾i央具有 環(huán)繞其第一端的S交水槽。附圖11A-C分別是透視圖、橫截面透視圖(垂直于子i央之間的 平面)和沿著子塊之間的平面的橫截面透視圖。附圖12A和B示出了本發(fā)明的多子i央過濾塊的可替換的實施 例，包括進(jìn)入到過濾i央內(nèi)的缺口，其中缺口延伸到過濾塊的側(cè)面，而不是 過濾塊的底部。這樣，這些過濾器的子±央就聯(lián)接/連接起來，而不是分開/隔 開。
具體實施例方式優(yōu)選實施方式的目的包括在濾芯筒、殼體或"包裝"總體積給 定的情況下，使立體結(jié)構(gòu)過濾介質(zhì)的容積最大化，同時使過漱處理流體與 所述立體結(jié)構(gòu)介質(zhì)之間良好地接觸，并提供低壓力降、減少污染物和合適 的流速。本發(fā)明多子塊的立體結(jié)構(gòu)過濾塊的實施方式部分或全部實現(xiàn)了這 些目的。 4雄的過濾塊可以認(rèn)為^H維過濾器，而不是片或者板狀過濾 器。多個內(nèi)空腔和優(yōu)選一個或多個外缺口可以使水或者其它流體流入三維
過濾塊的深彬內(nèi)部，從而iM地可以達(dá)到全部或者大體上全部每個子塊的
介質(zhì)上。因此，(這些)缺口往往在過濾塊中心區(qū)域或其附近延伸到過濾土央 內(nèi)，以在子i央之間樹共流體^A的空間。(這些)缺口的形式可以是槽、孔、 凹陷或沿著子塊的大部分在子塊之間設(shè)置的其它空間或間隙。通過提供這 些結(jié)構(gòu)和改進(jìn)，這些優(yōu)選的實施方式使在內(nèi)空腔之間不存在顯著的介質(zhì)無 用區(qū)域。否則這樣的的介質(zhì)的區(qū)i或會是無用的，因為它們不具有有效的流 體進(jìn)入或流出，并且還會占據(jù)過濾芯筒內(nèi)的空間，卻不會瀏顯著的過濾/處 理能力作出貢獻(xiàn)。以這種方式，大體上所有的子塊的過濾介質(zhì)都可以接觸 到流體進(jìn)行過濾7處理，而不是僅僅位于該±央外部周沿/周圍的^逝介質(zhì)。
參照附圖，這些附圖示出了本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)過濾塊的多個實施方式，這些實施方式不是唯一的。在所示出的實施方式中，每個空腔的開 口都設(shè)置在一個共用第一軸向端上，該子塊從該共用第一軸向端大致相互
平行地延伸，但是im呈束狀環(huán)繞或?qū)ΨQ分布地環(huán)繞塊的中心軸線，而不
是在一個單獨的平面上。在所示出的實施方式中， 一個單體空腔沿著該過 濾塊的軸向長度分支成多個空腔。 一個單體空腔的開口可以設(shè)置在塊的第 一軸向端，而多個空腔始于沿著該塊的長度的某一點或多個點，這些多個 空腔的閉合端(或帽端)通常位于與所述單體空腔開口相對的第二軸向端 或其附近。
一個或多個外缺口、空隙、或空隔可以設(shè)置在，例如，在所述
第二端的塊中心軸上或其附近，用于將在所述第二端及其附近的子i央分開。 在這些類型的多子i央結(jié)構(gòu)中每一個中，要注意的是內(nèi)空腔包括一個封閉順 蓋端，所以，流體可能不流過任一個所述空腔，沒有流過過濾/處理介質(zhì)的
至少一部分就流出過濾塊，即，沒有流過介質(zhì)的壁。戶;Mi寸閉或帽蓋包括，
例如，以一個介質(zhì)壁或過濾芯筒殼體的一部分或過濾器內(nèi)部構(gòu)件例如一個 平板或其它密封部件*^寸閉空腔的一端。作為一種選擇，盡管在附圖中沒有示出，發(fā)明人們想象出本發(fā)
明過濾塊的這樣的實施方式，其一端具有第一組多個空腔，這些多個空腔 在沿著塊長度大致中部處分支成不同數(shù)量和形狀的第二組所述空腔。第一 組多個空腔的那些開口位于過濾器第一軸向端，而封閉的或帽蓋住的第二 組空腔通常位于過濾塊的相對的一端。這樣，本發(fā)明的實施方式可以包括 相當(dāng)數(shù)量的內(nèi)空腔分支，優(yōu)選與外缺口一起，至少在第二組空腔的子±央之 間的過濾塊的戶腿第二端處掛共這些子塊之間的空間/空隙，以在第二端或 其附近分開這些子塊。這樣，從上面所述內(nèi)空腔的例子可以看出，優(yōu)選實施方式的多
子土央形式可以包括(例如) 一種具有多子±央過濾單元的過濾塊，這些多子 塊過濾單元一直沿著該過濾i央長度延伸，； 一種帶有第一軸向端區(qū)域的過濾
±央，該區(qū)±或包括一個單獨的過濾單元(它本身可以認(rèn)為是一個子塊)，轉(zhuǎn)變
成包括多子塊的一中間或第二軸向區(qū)端區(qū)域；或一種過濾塊，其第一軸向 端包括多子塊，并轉(zhuǎn)變成包括不同多子塊的中間或第二軸向端區(qū)i或。發(fā)明 人們想象，{腿的過濾器會具有少至兩個子±央至約10個子塊，但是，就在 制造時控制質(zhì)量和產(chǎn)品的耐用性而言，2 -5個子塊的過濾器很可能更為有
效。在每種情況下，tm使子i央彼此一體化并/或直接彼此連接，這樣即不需要殼體也不需要外殼部件、過濾芯筒部件(例如通常由塑料或金屬制成 的)和夾子來將這些子±央保持在一起，因此，優(yōu)選使子塊之間不存在任何 殼像罩^/內(nèi)部組件/夾子。以這種方式， 沒有所述的殼術(shù)罩勞內(nèi)部組 件/夾子來占據(jù)過濾塊的內(nèi)部空間。本發(fā)明的過濾塊的整體形狀可以是或不是圓柱形(在橫截面和/ 或端面上可以是或不是圓形)，也可以是正方形、橢圓形、三角形或其它形 狀橫截面或端面。優(yōu)選的過濾塊可以認(rèn)為是三維立體結(jié)構(gòu)，并且可以描述 為具有相同量級的三維尺寸，似或可以描述為大體上非平面的或大體上非
片狀的。例如， 的實施方式的軸向長度可以是過濾±娃徑的1/3-10倍 (更{微1/3-5倍于直徑，最f腿l-5倍于直徑)。對于這些計算，由于很多 塊的直徑是漸縮的，可以使用最大的直徑。對于非圓柱形塊，軸向長度優(yōu) 選是寬度的1/3-10倍(更優(yōu)選1/3-5倍于寬度，最優(yōu)選1-5倍)，并優(yōu)選是 深度的1/3-10倍于(更{腿1/3-5倍于深度，最j雄l-5倍于深度)。同樣，每個過濾子塊的形狀可以是在橫截面和/或端面上為圓 柱形、圓錐形、或正方形、橢圓形、三角形、或其它形狀。每個子塊都包 括一個介質(zhì)壁，該壁{雄圍繞一個空腔的至少4個邊， <腿5個邊，該空 腔也可以稱為在過濾塊中的內(nèi)部中空空間，其設(shè)置成與進(jìn)入到過濾芯筒的 流體入口或離開過濾芯筒的流體出口流體連通。換句話說，多個介質(zhì)壁相 互連接或成為一個整體，因此，使得每個空腔的四邊被包圍著，作為一種 選擇，在一端由介質(zhì)壁圍著。這些限定了子塊的介質(zhì)壁優(yōu)選不一直相互連 接到該塊的端部，而是i雌沿著至少它們的長度的一部分由外缺口隔開。 所述缺口可以通過那些子塊的主要部分之間的槽、孑L、或其它形狀的外凹 口、凹陷、空隔、或空隙來提供，包括那^t寺意在制模工藝或其它制造整 體過濾±央的方法中制成的，也包括那些在將子±央相互直接連接的過程中特 意在子塊之間留出的。
的結(jié)構(gòu)包括至少空腔的一端是封閉的，優(yōu)選通過徑向延伸 的一個介質(zhì)壁。該徑向的過濾壁的厚度足以封閉(實際上是"密封")各空 腔，并/或很好地過濾任何流過其中的流體。通過使徑向過濾壁至少具有于 與軸向過濾壁相同的厚度，流體容易徑向流過大致軸向的過濾鵬，但是， 如果流體軸向流過徑向過濾壁，流體將會恰當(dāng)?shù)氐玫竭^濾。在大多數(shù)實施 方式中，產(chǎn)生內(nèi)部面積的空腔壁并不在i央形狀的整體長度上凸出，因此，徑向過濾壁而不是一殼體或內(nèi)板、帽或密封件用來封閉空腔的一端。在不 太優(yōu)選的實施方式中，空腔在塊形狀的全長上凸出，這時將會需要一個額 外的密封板、帽或其它密封件來保持經(jīng)過軸向過濾壁的徑向流動?，F(xiàn)在具體參見各附圖，這些圖中示出了多個(但不是僅限于這
些)本發(fā)明的多子i央過濾塊的實施例，其可以與在附圖5A-E中的中空圓柱 狀過濾塊和在附圖6A-E中的杯狀過濾塊的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較。在附圖1A-N中的過濾i央10可以描述為"雙子i央"過濾塊，其 中兩個子i央ll、 13中的每個可以稱為大致半圓柱狀或大致D字形子i央。過 濾塊10大致為圓柱形，優(yōu)選具有一個漸縮的外軸向表面12，其外徑從頂端 到底端由大變小漸縮，并具有兩個在±央內(nèi)軸向延伸的大致為D字形的內(nèi)空 腔14。兩空腔14具有D字形的開口 16，并都在頂端，空腔iM在其全長 上ttit保持大致D字形，但是，對于^^傾斜的內(nèi)壁或空腔表面18， D字 形橫截面的尺寸朝著空腔的底端變小。ttt的是，空腔壁的(18， 18')兩 側(cè)都傾斜/漸縮，以使其更容易從模具中去除。 一個形式為槽22的外缺口延 伸至跌的底部夕卜表面(沿著過濾i央10的長度大約延伸一半)，以產(chǎn)生±妨卜 表面的槽表面部分24，進(jìn)一步將兩個子±央分開，使水進(jìn)入到子±央之間(或 者是水從塊的外部SA塊(由外向內(nèi)的流動)，或者是水流出i央(由內(nèi)向外 的流動))。如在橫截面視圖中所示最大的優(yōu)勢，在這個實施方式和后面描 述的其它實施方式中可以注意到，(那些)外缺口延伸到子i央之間的過濾體 內(nèi)，因此，也可以描述為延伸至仔塊空腔之間的過濾體內(nèi)。 —個唇緣、坑或其它環(huán)形結(jié)構(gòu)26 4雄環(huán)繞塊的頂端，作為接受 粘合劑(G)的凹陷，該粘合齊鵬來將過濾器的頂端密封到一個濾芯筒的殼 體部件，這樣，就可以防止水從過濾器頂端的周圍流過。該塊結(jié)構(gòu)，結(jié)合 粘合劑或其它密封可以不需要在過濾器頂端設(shè)置一個與濾芯筒殼體分開的 塑料板。這樣，水的流動就可以控制，例如在從內(nèi)向外的流動情況下，水 只在空腔開口 16皿入，并且基本上徑向流過( )所有大致軸向的塊 壁(如圖1F中以31、 32、 33、 34示出)，而且也通常大致軸向地流過徑向 壁(如圖1F中以35和36示出)。在,"卜向內(nèi)的流動盼瞎況下，水只是從 外表面(12和24)進(jìn)入，并且大致徑向地流過軸向壁(31、 32、 33、 34) 向內(nèi)流入那些空腔14，并且通常也會軸向流過徑向壁35、 36，進(jìn)入那些空 腔14。
附圖1A-N中的±央，在其 (但不是唯一的)的形式和尺寸 中，具有一約1.95英寸的外徑、 一約0.26英寸的最小壁厚度和約3英寸的 長度。這使得體積約為5.41立方英寸，而且通過內(nèi)空腔14的壁18、 18鄰 外空腔槽22的壁24上增加了的表面積。附圖2A-F的過濾塊200包括多個大致圓柱形子塊201、 202、 203 、 204，它們之間通過一個介質(zhì)頂板206相互連接，該板具有通向空腔 211、 212、 213、 214的開口。在子± 體形成的實施方式中，頂板206不 是一個分開的結(jié)構(gòu)，而是與多子±央形成一個整體。在直接連接的實施方式 中，頂板206和一些或全部子塊可以分開形成，然后通過粘合齊喊如本發(fā) 明前面所討論的其它直接連接手段直接相互連接。這樣，在所述每個子塊 直接連接于至少另一個所述子塊的情況下，在所述子塊和所述至少另外一 個子塊之間存在可能一個縫或接口，其包括了一個薄層或粘合劑、膠水、 ，融和再固化粘，U。這個薄層會位于在附圖2A-F中所示出的頂板206 和子塊201、 202、 203、 204之間的縫/接口。在橫截面上，如沿著線2F-2F所示，可以看到只有兩個子塊202、 204和只有兩個空腔212、 214。塊200包括子±央之間的一個開口/空隔(通 道220， 一個外缺口的例子)，其可以使水進(jìn)入到子±央之間，優(yōu)選或者對于 從外向內(nèi)流，可以到達(dá)相互"面對"的子塊部分的外表面，甚至進(jìn)入到子 土央之間的區(qū)域，或者用于從內(nèi)向外流出子±央后收集子±央之間的水。在j皿(但不是唯一的)的形式和尺寸中，塊200的主要外徑 約1,95英寸、長度約3英寸、最小壁厚約0.26、體積約5.6立方英寸，而且 由于內(nèi)空腔211、 212、 213、 214和通道220，表面積增加了很多。附圖3A-F所示的塊300包括了三個介質(zhì)子±央301 、 302、 303 (在 橫截面上，每個大致為圓的三分之一)，這些子±央在頂部306連接在一起， 該頂部具有通向空腔311、 312、 313的開口 308。正如上面關(guān)于塊200所描 述的，頂部306可以與子±央一體和域可以直接連接到子±央上。在橫截面上， 沿著線3B-3B看去，只看到一個子塊303的橫截面， 一個子塊302的背景， 并且只看到一個空腔313。同樣，在子塊之間存在一個開口或空隔(在該實 施方式中，槽320帶有槽臂321、 322、 323，它們是外缺口的一^j列子)， 其可以使水進(jìn)入子塊之間，優(yōu)選的是，或者對于從外向內(nèi)的流動來說，可 以到達(dá)子塊的外表面上相互"面對"的部分，甚至進(jìn)入到子i央之間的區(qū)域，或者在從內(nèi)向外流出子塊后收集子塊之間的水。在優(yōu)選(但不是唯一的)的形式和尺寸中，塊200的主要外徑 約1.95英寸、長度約3英寸、最小壁厚約0.26英寸、體積約631立方英寸， 而且由于內(nèi)空腔311、 312、 313和外空腔320 (槽部分321、 322、 323)表 面積增加了許多。在附圖4A-E中的塊400包括了四個介質(zhì)子塊401、 402、 403、 404 (在橫截面上每個大致為四分之一圓)，這些子土央在頂部406連接在一 起，該頂部具有通向空腔411、 412、 413、 414的開口 408。正如上面關(guān)于 塊200和300所描述的，頂部406可以與子塊一體和/或可以直接連接到子 ±央上。在橫截面上，沿著線4E-4E看去，只能看到兩個子塊401、 403和兩 個空腔411、 413。同樣，在子±央之間存在一個開口或空隔(在本實施方式 中，槽420帶有槽臂421、 422、 423、 424)，其可以使水進(jìn)入到子±央之間， 優(yōu)選的是，或者對于從外向內(nèi)的流動來說，可以到達(dá)子塊上相互"面對" 的部分的外表面，甚至進(jìn)入到子±央之間的區(qū)域，或者在內(nèi)向外流出子i央后 收集子塊之間的水。在優(yōu)選(但不是唯一的)的形式和尺寸中，塊400的主要外徑 約1.95英寸、長度約3英寸、最小壁厚約0.260、體積約6.42立方英寸，而 且由于內(nèi)空腔411、 412、 413、 414和外部空腔420 (槽壁421、 422、 423、 424)表面積增加了很多。附圖5A—E示出了現(xiàn)有技術(shù)的活性碳塊500的圓筒形結(jié)構(gòu)。需 要注意的是，在這個圓筒形i央500中，內(nèi)部表面大體在形狀上與夕卜部表面 相匹配；也就是說，內(nèi)部表面是圓柱面，外部表面也是圓柱面。無論是在 內(nèi)部還是在外部，塊500都沒有額外的空腔、空腔表面或缺口以增加流體 的接觸表面積。附圖6A-E示出，可以在圓筒形i處加一個"底部"，形成一個 具有軸向圓筒形壁和一個徑向底壁的標(biāo)準(zhǔn)單杯狀過濾i央600。需要注意的 是，在這個杯狀±央600中，內(nèi)表面大體與外表明相匹配；也就是說，內(nèi)表 面是杯狀，外表面也是杯狀。無論是在內(nèi)部還是在外部，塊600都沒有附 加的空腔、空腔表面或缺口以增加流體的接觸面積。另一方面，本發(fā)明優(yōu)選的過濾塊具有附加的空腔、空腔表面和 缺口/空隔/空隙以增加流體接觸面積。對于給定的活性碳材料體積和規(guī)定的過濾芯筒體積、殼體容積、或"包裹"體積，按照本發(fā)明多個實施方式的 多子±央過濾塊的形狀將會增加入口禾咄口的表面積(優(yōu)選兩個都增加)。例 如對于在重力流動水罐或箱中的過濾芯筒， 一個重要的設(shè)計特征是將該罐 或箱內(nèi)濾芯筒或者過濾器殼體所占據(jù)的整體空間(也可以稱作過濾器"包 裹"體積)最小化。因此，將該包裹體積最小化同時提供了良好的過濾性 能和壽命以及^t的^01的本發(fā)明實施方式有益于所述罐或箱的應(yīng)用。附圖7A和7B分別示意性地示出過濾芯筒殼體H內(nèi)的多子塊 過濾器的一個實施例的從內(nèi)向外的流程和從外向內(nèi)的流程。在每個示意圖 中，標(biāo)記為"I"的表面是那些被認(rèn)為是過濾塊內(nèi)表面的部分(或"內(nèi)表面 面積"或"空腔表面積")。標(biāo)記為"E"的表面是那些被認(rèn)為是過濾±央外表 面的部分；要注意的是這包括缺口的表面，并且它與外表面其它部分流體 M。標(biāo)記為"S"的表面是那^I十X寸腔室密封的表面或其它用于控制流體 流動或者防止流體旁通的密封結(jié)構(gòu)。要注意的是流體入口分布和流體出口 都示意性地畫出，包括多個入口孔"IP"和多個出口孔"OP"，而入口和出 口分配器/孔可以以多種方式設(shè)計，這些對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以理 解的。附圖8A-E示出了過濾塊800的一個，但不是唯一的實施例， 其包括一個支撐物822或隔斷，其分開成或延伸為所述缺口空間。過濾±央 800與在附圖1A-M中的過濾塊10相似，只是支撐物810在缺口空間的一 部分內(nèi)的兩子±央之間延伸并連接該兩子±央。如在附圖8C中最清楚地看出的， 這個支撐物810大體上沿著子塊的全部長度延伸，但是在支撐物810的每 一側(cè)仍然由一^Nf央口將子i央分開/隔開。這樣，可以說有兩個大體上沿著子 ±央全長延伸到過濾±央800 (從過濾塊的底部和側(cè)面)內(nèi)的缺口 821、 822。 支撐物810的加強(qiáng)有助于防止過濾±央子±央突然折斷或者其它形式的損壞， 因為存在該兩^1^夫口，所述支撐物810 im地不能顯著地減少流體itA到 缺口的表面。支撐物810伏選為薄的且薦蹄，以使其X寸缺口表面面積的沖 擊(減小)最小化。附圖9A-D描述了本發(fā)明的過濾塊900的一個替換實施例，該 過濾塊的一端帶有一單體的空腔911，該空腔在過濾±央部分全長的地方展開 成兩個空腔912、 913。這個過濾i央900可以描述為在戶;M第一端有一個單 獨的過濾單^/子塊，而在過濾±央900的相反的一端具有兩個子塊901、 902，其中第一子塊901的空腔911與其它子塊902、 903的空腔912、 913流體連 通。這樣，這是一個分支空腔裝置的例子。附圖10A和B描述了一個過濾i央1000，其與在附圖9A-D中的 塊900相同，只是塊1000具有環(huán)繞±央頂部的膠水凹環(huán)1026。這個凹環(huán)可以 接收膠7jC或其它的密封劑，以密封殼體或內(nèi)部元件，控制流體流動。附圖11A-C描述了一種用于較短腔室的替代的過濾i央1100實施 形式，其中塊1100和它的子塊1101、 1102的寬度(W)要大于它們的高度 (T)。這個塊1100在一個第一端具有兩個D字形空腔1111、 1112，而在相 反的第二端具有一個槽U22(缺口的另外一個例子)，將兩個子i央1101、 1102 部分分開。附圖12A和12B描述了多芯、多子i央過濾塊的替換實施方式 1200、 1300，其中提供了多個空腔來形成多個子塊，也提供了若干缺口， 以進(jìn)一步將子塊分開，來提供進(jìn)入到過濾塊內(nèi)部區(qū)域的額外的流體入口。 所述缺口的形式是子±央之間的空隙或空隔，其位于大致沿著子塊的長度方 向的半路的區(qū)域內(nèi)，但不在子塊的底部。這些過濾塊是一些(但是僅僅這 些)這樣的的實施方式，其包括了在過濾器的一端以外的其它地方延伸到 過濾塊內(nèi)的缺口。這些缺口/空隙y空隔可以描述為延伸到過濾i央一側(cè)/多側(cè)或 徑向延伸到過濾塊內(nèi)。這樣，可以看出，在一些實施例中，缺口可以延伸 到過濾塊的中心區(qū)域，但并不延伸到一細(xì)長的過濾塊的任意一端。要注意 的是，過濾塊1200的底端包括了一個連接各子塊的實心的底板，其中在一 些實施方式中，在底板與子±央之間具有一縫/界面，其內(nèi)優(yōu)選具有一層直接 將底板連接于子塊的粘合劑、膠水、娜融和/或再固化粘結(jié)劑。需要注意 的是過濾塊1300的子塊的底劍，衝本地相互連接，而不是包括膠粘或粘 結(jié)的纟溆界面。很多(但不是全部的)多子±央立體結(jié)構(gòu)過濾器的實施方式采用 活性碳和熱固粘合劑，并且ftt的粘合劑的重量百分比范圍大約5到70， 活性碳加上添加齊啲重量百分比的范圍是從大約95到30。更為j雄的是， 很多實施方式包括了 10—50的重量百分比的粘合劑和90到50重量百分比 的活性碳加添加劑。按照本發(fā)明的實施例的過濾i央(例如重力流或低壓過濾塊)的 一啊寺另時雌的組分是30—50重量百分比的粘合劑、28—52重量百分比的粉末 ?；钚蕴?、18—22重量百分比的除鉛介質(zhì)，其中粘合劑、活性
碳和除鉛介質(zhì)的總和等于100%。附圖1A-N所示的形狀的過濾塊由大約40 重量百分比的粘合劑(GUR2122tm)、大約38重量百分比的粉末活性碳和 大約22重量百分比的除鉛介質(zhì)(AlusilTM)制成。所采用的活性碳的尺寸分 布如下約10—30微米的D10;約70—100微米的D50;約170—200微 米的D90。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些制成附圖1A-N的形狀的塊在水過濾中實施恨有效， 所獲得的除鉛結(jié)果滿足飲用水中f始量的最新NSF標(biāo)準(zhǔn)53 (小于10ppb的 鉛，也就是可溶和顆粒狀鉛的總量小于10ppb)，同時也可以獲得每4—7分 鐘1升的水過濾流量。值得注意的是，提供這些良好性能的多子±央過濾塊 只有約2英寸夕卜徑和約3英寸的軸向長度，在一個立體結(jié)構(gòu)中僅僅包含了 粘合劑、活性碳和鉛吸附劑，并且不含有任何離子交換樹脂或沸石(通常 用于在重力流過濾器中去除金屬)。這樣盼性能導(dǎo)致了用于水罐或其它重力 流設(shè)備的過濾芯筒的總的尺寸為直徑小于3英寸，在長度小于5英寸，例 如，滿足用于鉛去除的最新NSF標(biāo)準(zhǔn)53。發(fā)明人也相信，應(yīng)用多子塊過濾 器的實施例，可以在很長的過濾器使用壽命中獲得這些性能。為了在戶;M立體結(jié)構(gòu)中形成所述介質(zhì)組分，可以將這些介質(zhì)組
分和(幾種)粘合劑放置在一個模具中，并且可以例如用活塞或重物壓在 該混合物上，并加熱，使粘合劑發(fā)粘，足以粘住介質(zhì)顆粒，這樣，當(dāng)冷卻 的時候就可將它們一起保持在立體結(jié)構(gòu)內(nèi)。 一般在400—500。F的爐子中加
熱約30 ^H中將會有效地將混合物加熱到所需的粘合劑粘合程度。i^的是，
但不是必需的，在加熱之前、加熱過程中、禾卩/或加熱之后進(jìn)行擠壓。優(yōu)選 的是，艦擠壓將混合物的體積減小大約10—20%，但這不是一成不變的， 往往會增大(例如，10—40%)或減小擠壓范圍。組分的混合可以通過各 種方法進(jìn)行，優(yōu)選地結(jié)果為粘合劑散布在其它組分之間，以將這些組分有 效地連接在立體結(jié)構(gòu)內(nèi)?？梢允褂枚喾N粘合劑，例如，熱塑性粘合劑、熱掛性粘合劑、 聚烯烴、聚乙烯、聚乙烯鹵化物、聚乙烯酯、聚乙烯醚、聚乙烯硫酸酯、 聚乙烯磷酸酯、聚乙烯胺、聚酰胺、聚酰亞胺、聚氧二唑、聚三唑、聚碳 二亞胺、聚砜、聚碳酸酯、聚醚、聚亞苯基氧化物、聚酯、聚芳酯、酚醛 樹脂、三聚氰胺甲酸樹脂、脲甲酸樹脂、醋酸乙烯共聚物，以及它們的共 聚物和互聚物和它們的衍生物和組合物。
為了使通過粘合齊隨^/結(jié)塊的碳或碳加添加齊啲面積最小化，
優(yōu)選的粘合劑的熔融指數(shù)小于5g/min，更優(yōu)選小于lg/min，該指數(shù)通過 ASTM D1238或DIN 53735在190°C以及15公斤的條件下測定。特別優(yōu)選 的粘合齊懼有小于或等于O.lg/min的熔融指數(shù)(上面所述的ASTM D1238 或DIN 53735)。粘合劑可以從這些范圍中選擇，特別皿自熔融指數(shù)小于 lg/min的組和小于或等于0.1 g/min的組，這些組具有足夠的粘合力將介質(zhì) 顆粒在立體結(jié)構(gòu)中粘合在一起，但是還要保持未覆蓋/未結(jié)i央過濾介質(zhì)的表 面積較高的百分比并可以用于有效的過濾。進(jìn)而，所選擇的粘合劑優(yōu)選留 下很多在立體結(jié)構(gòu)中敞開的空隙的空間/通道；換句話說，所需要的是不使 粘合劑完全填充到介質(zhì)顆粒之間的空隙內(nèi)。理想的是具有大量的孔，如果 與大量的塊的表面積(大量的表面積意味著該塊的裸露表面，包括上述空 腔，優(yōu)選也包括上述缺口)結(jié)合，這，選的實施方式可以有效地將流體 向該塊的介質(zhì)上輸送，有效地使流體流過多孔的塊，并有效地使流體流出 塊中的介質(zhì)。多子塊的立體結(jié)構(gòu)塊的實施方式可以應(yīng)用于液體過濾，也可以 應(yīng)用于空氣或者其它氣體材料的過濾。雖然在附圖中的過濾塊和在其中所 用的術(shù)語都是按照"上"或"下"來描述或示出的，但過濾器不限于這些 定向；各種定向、殼體、內(nèi)構(gòu)件和流程，只要是本領(lǐng)±或技術(shù)人員在看到本 說明書和附圖后可以理解的，都可以采用。雖然上面給出了優(yōu)選的例子，但也可以采用其它的尺寸和類型 的介質(zhì)組分，而且本發(fā)明不必限于包括活性碳的過濾±央?？梢杂迷诒景l(fā)明 的多子塊型來補(bǔ)充或附加或取代活性碳的替代的介質(zhì)是有的，只要其具有 多孔性和法除污性。進(jìn)而，在以本發(fā)明的一些或全部過濾塊型形成的過濾 或處理介質(zhì)中，存在著不需要用粘合劑 接顆粒或粉末的。盡管上面參考特定的手段、材料和實施方式描述了本發(fā)明，可 以理解的是，本發(fā)明不限于這些公開的特例，而是可以擴(kuò)展到在下述權(quán)利 要求的較寬范圍內(nèi)的所有可替換等同物。
權(quán)利要求
1、一種包括多子塊的立體結(jié)構(gòu)過濾塊，每個所述子塊具有圍繞并形成用于接收流體的空腔的過濾介質(zhì)壁，每個所述子塊通過制成過濾塊的過濾介質(zhì)與至少一個其它子塊連接。
2、 一種如權(quán)禾腰求1的過濾塊，其特征在于具有過濾入流可到達(dá)的 外表面和由多個所述空腔形成的內(nèi)表面，所述外表面在所述空腔之間具有 至少一個進(jìn)入過濾塊的缺口 ，使得被導(dǎo)向外表面和所述至少一個缺口的流體流過戶，過濾介質(zhì)壁，iSA所述空腔，并流出過濾塊。
3、 一種如權(quán)禾腰求1的過濾塊，其特征在于在過濾塊中具有由多個所述空腔形成的內(nèi)表面，這些空腔是被過濾入流可以達(dá)到的，過濾±央還具 有一外表面，該外表面具有至少一個在所述多個空腔之間進(jìn)入過濾塊的缺 口，其中被導(dǎo)向內(nèi)表面的流體流過所述過濾介質(zhì)壁，在所述的外表面和所 述至少一^^夫口處流出過濾塊。
4、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于制成過濾塊的材料選自活性碳粉末、活性碳顆粒、除鉛添加劑、除砷添加劑、以及一種或多種粘 合劑。
5、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于包括至少一種粘合劑，其按著ASTM1238或DIN53735標(biāo)準(zhǔn)在190。C和15公斤壓力下測定的熔融 指數(shù)小于或等于0.1g/min。
6、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于所述子塊總體上為圓柱形。
7、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于所述子塊總體上為半圓 柱形。
8、 一種如權(quán)利要求1的過濾±央，其特征在于所述子塊的橫截面總體 上為三角形。
9、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于僅包括兩個子塊。
10、 一種如權(quán)禾腰求1的過濾塊，其特征在于僅包括三個子i央。
11、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于僅包括四個子塊。
12、 一種包括多子塊的立體結(jié)構(gòu)過濾塊，每個所述子塊具有圍繞并形成用于接收流體的空腔的過濾介質(zhì)壁，每個所述子塊通過選自粘結(jié)劑、膠 水和粘結(jié)齊扱它們的組合的材料直接連接于至少另一個戶脫子塊。
13、 一種如權(quán)利要求12的過濾塊，其特征在于具有過濾入流體可到 達(dá)的外表面和由多個所述空腔形成的內(nèi)表面，所述外表面在所述空腔之間 具有至少進(jìn)入過濾塊的缺口 ，使得被導(dǎo)向外表面和所述至少一個缺口的流 體流過臓過濾介質(zhì)壁，進(jìn)入所述空腔，并流出該過濾塊。
14、 一種如權(quán)利要求12的過濾塊，其特征在于在過濾塊中具有由多 個所述空腔形成的內(nèi)表面，這些空腔是被過濾入流可到達(dá)的，，過濾±央還具 有一外表面，該外表面具有至少一個在所述多個空腔之間進(jìn)入過濾塊的缺 口，被導(dǎo)向內(nèi)表面的流體流過所述過濾介質(zhì)壁，在所述的外表面和所述至少一個缺口處流出該過濾塊。
15、 一種如權(quán)利要求12的過濾塊，其特征在于制成過濾±央的材料選自活性碳粉末、活性碳顆粒、除鉛添加劑、除石申 添加劑、以及一種或多種粘合劑。
16、 一種如權(quán)利要求1的過濾塊，其特征在于包括至少一種粘合劑，其按ASTM1238或DIN53735標(biāo)準(zhǔn)在19(TC以及15公斤壓力下的測定的熔 融指數(shù)小于或等于0.1g/min。
17、 一種立體結(jié)構(gòu)過濾塊，具有在過濾塊中的多個空腔和用于與過濾 芯筒的流體入口和出口流體連通的內(nèi)表面，該過濾土央還具有一外表面，該 外表面具有至少一個延伸到該過濾塊內(nèi)的缺口，所述缺口位于至少兩個所 述空腔之間，使得在從外向內(nèi)的流動中流入所述空腔并流過過濾塊的流體， 在包括所述至少一個缺口在內(nèi)的外表面上流出該過濾i央，并使得在從外向 內(nèi)的流動中流入過濾塊，并流過包括所述缺口在內(nèi)的外表面的流體，經(jīng)過 所述空腔流出過濾塊。
18、 一種如權(quán)利要求17的過濾塊，其特征在于戶，空腔總體上相互 平行地延伸到過濾塊內(nèi)，所述至少一個缺口總體上與這些空腔平行地延伸 到過濾塊內(nèi)。
19、 一種如權(quán)利要求17的過濾±央，其特征在于所述多子±央通過模塑 過濾塊一體地形成在該過濾塊內(nèi)。
20、 一種如權(quán)利要求17的過濾塊，其特征在于所述多子i央分別形成， 并通雌自粘結(jié)劑、膠水、粘結(jié)劑及它們的組合的材料直接連接在一起。
21、 一種如權(quán)利要求17的過濾±央，其特征在于戶，空腔的橫截面選 自圓形、半圓形、D字形、三角形、矩形和正方形。
22、 一種如權(quán)利要求17的過濾塊，其特征在于該過濾塊的總體外形 選自圓柱形、錐形、三角形、矩形和正方形。
23、 一種如權(quán)利要求17的過濾塊，其特征在于該過濾塊的外表面包括過濾塊的外部軸向壁，該壁呈漸縮狀，使得該i央底部的整體直徑比頂部的小。
24、 一種如權(quán)利要求17的過濾塊，其特征在于由所述的空腔形成的內(nèi)表面呈錐狀，使得每個空腔底部的總體直徑小于頂部的。
25、 一種如權(quán)利要求17的過濾i央，其特征在于具有一個在該塊的第一端敞口的單體空腔，所述單體空腔沿著塊的軸向長度分支成多個空腔。
26、 如權(quán)利25的一種過濾塊，其特征在于所述多個空腔在與所述單體空腔相對的一端封閉或蓋住。
27、 一種如權(quán)利要求15的過濾塊，包括除鉛介質(zhì)。
28、 一種過濾流體的方法，該方飽括提供一種包括多子塊的立體結(jié)構(gòu)過濾塊，每個所述子i央包括過濾介質(zhì) 壁，這些過濾介質(zhì)壁圍繞并形成了一個用于接收流體的空腔的，每個所述 子±央通過制成過濾塊的過濾介質(zhì)與至少一個其它子±央連接；通過向子塊的 空腔提供所述流體，使得流體穿過所述壁，并在所述過濾塊的外表面收集 過濾后的流體，或者向過濾塊的外表面提供所述流體，使得流體穿過所述 壁并在所述的空腔中收集過濾水，來使流體經(jīng)過過濾塊的壁，以過濾所述 流體。
29、 一種如權(quán)利要求28的方法，其特征在于所皿濾塊的夕卜表面包 括在每個子塊的至少一部分與一個鄰近子i央之間的空隙，所述在外部表面 收集過濾后的流體進(jìn)一步包括在所述空隙內(nèi)收集過濾后的流體。
30、 一種如權(quán)利要求28的方法，其特征在于所述過濾塊的外部表面 包括在每個子塊的至少一部分與一個鄰近子i央之間的空隙，所述向過濾塊 的外部表面劍期/M流體進(jìn)一步包括將戶，流體掛共到戶，空隙。
31、 一種如權(quán)利要求28的方法，其特征在于所皿濾進(jìn)一步包括通 過使流體穿過戶艦壁降低過濾流體中的牽始量至少于lOppb。
全文摘要
帶有多個子塊的多濾芯立體結(jié)構(gòu)過濾介質(zhì)塊，其可以通過提供一個帶有多個內(nèi)空腔的塊來形成，這些內(nèi)空腔延伸到塊的深處，使水可以流入到該過濾塊的內(nèi)部深處，以接觸子塊的介質(zhì)(在空腔位于該塊的入口處的情況下)，或使水可以從每個過濾子塊收集(在空腔位于塊的出口處的情況下)。在該塊的外表面上也可以提供一個或多個缺口/空隔/空隙，其在子塊部分之間延伸并分開這些部分，使得大體上一個子塊的全部過濾介質(zhì)都可以接觸到流體用來進(jìn)行過濾。這樣，一個過濾塊就可以在一個很小的濾芯筒或包體積中包含大量介質(zhì)，該過濾塊顯示出良好的流動分布和低壓降。該過濾塊的子塊可以一體地一起形成過濾塊，或者也可以直接連接，例如，優(yōu)選不帶有任何罩蓋，或從內(nèi)部將子塊夾住或緊扣在一起。
文檔編號B01D39/20GK101534922SQ200780042936
公開日2009年9月16日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者布魯斯·D·塞斯基, 羅杰·P·里德 申請人:Omnipure濾清器有限公司