專利名稱：水凈化等用的筒型過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾系統(tǒng)，特別涉及一種用于過濾系統(tǒng)的新穎過濾筒(以下簡(jiǎn)稱濾筒)，該過濾筒能對(duì)可能含有顆粒物的液體提供高效的過濾作用(所說的液體以很低的速度通過過濾筒)。
在今天由技術(shù)決定一切的社會(huì)中，各種不同的裝置和系統(tǒng)均使用過濾器，特別是筒型過濾器。現(xiàn)有的用于凈化液體、蒸汽和氣體的筒型過濾器真可謂品種繁多。
通常，筒型過濾器具有一些共同的特點(diǎn)，其中包括一種過濾和/或凈化介質(zhì)(孔隙度的大小取決于實(shí)際應(yīng)用)，后者被“夾”在多孔盤形構(gòu)件(此種構(gòu)件的孔隙度大小亦取決于實(shí)際應(yīng)用)之間。設(shè)置在過濾介質(zhì)相對(duì)兩側(cè)的上述盤形構(gòu)件“夾層”，一般系安裝在空心殼體內(nèi)，這種殼體一般呈圓筒形，并設(shè)有端蓋，每一端蓋至少帶有一個(gè)供流體出入的入口(或出口)孔板，這種端蓋一般具有機(jī)械支承和保持過濾元件的雙重作用。
另一方面，端蓋可以具有許多孔，或被打孔，或覆以濾網(wǎng)，而篩孔的目或尺寸與所涉及的流體的過濾應(yīng)用有關(guān)。
在已有技術(shù)的另一個(gè)具體例子中，它包括筒型過濾器，其中纖維或其他類型的多孔濾料與活性炭一起使用，或者再在活性炭中加入其他水處理和/或凈化劑，上述全部材料均置于一個(gè)能承受水管道壓力(例如通常在私入住宅或公寓房屋中所遇到的壓力大小)的剛性殼體內(nèi)。
通常，上述濾筒被串連在輸送待處理水的管子或管道中，或者連接在水管的端部，例如可將過濾筒以可拆除的方式安裝在洗滌槽的水龍頭末端。
上述類型的過濾器需要較高的水壓才能順利地進(jìn)行(水壓一般為30磅/(英寸2)左右)。由于濾科的密實(shí)度(亦即在多孔過濾器中所出現(xiàn)的非常小的，甚至是微孔的間隙)和/或置于在這類過濾器中的炭粒的密實(shí)裝填。一種用于這類水管道中應(yīng)用的過濾器系采用由微孔燒結(jié)炭粒所組成的“炭塊”，以防止胞囊或其他細(xì)菌類污染物等通過。
另外，上述類型的過濾器不能對(duì)已被活性炭吸附的污染物提供解吸手段。例如，對(duì)于一定充填量的活性炭，僅僅極其有限量的三鹵代甲烷能被吸附。若超過這一限度，這些物質(zhì)以及其他有毒的化合物將直接通過過濾器，因而保留在供應(yīng)用戶的水中。
以下將討論筒型過濾器中所用的典型元件，以及它們的不利之處和缺點(diǎn)。
首先討論用于普通過濾筒中的多孔盤或多孔墊塊，包括紙、布和氈。
薄片狀的紙或紙狀材料以其極薄的厚度(一般約為0.2毫米至0.4毫米)而出名。
這類薄型濾紙?jiān)谟龅胶懈邼舛阮w粒物質(zhì)的流體時(shí)，則很快發(fā)生堵塞。當(dāng)流體通過濾紙時(shí)，在流體中攜帶的顆粒物往往會(huì)在濾紙的入口表面上集積，而濾紙中這類顆粒物可移入的貫穿距離非常小。因此，大小粒子同樣地相互堆積成“濾餅”，在較短的時(shí)間內(nèi)，亦即在比較少量的流體通過過濾器后，所集積的粒子會(huì)形成一道不可穿透的屏障，從而必須過早地更換過濾筒。
濾紙因其制造的關(guān)系，一般是致密的，孔很細(xì)，因此通常用作一種除去細(xì)顆粒的滿意手段，然而，細(xì)顆粒將使濾紙發(fā)生早期堵塞，由于它們的有效工作期限短，因此需頻繁地進(jìn)行更換，由此帶來冗長(zhǎng)而耗時(shí)的拆卸、移去舊過濾器、換入新過濾器，以及重新裝配。
織物濾料(一般是編織而成)也有上述同樣的缺點(diǎn)。
氈(由毛或皮，往往再與其他天然合成纖維混合，并借助于熱、水、化學(xué)試劑和壓力而粘結(jié)在一起所形成的一種布)也用來制成多孔盤或多孔墊材料，這種結(jié)構(gòu)的具體例子包括織造的聚酯纖維氈墊和聚酯纖維氈。
實(shí)際上，由于原料的物理性能以及某些制造上的局限性，多孔氈盤和多孔氈墊的厚度較之濾紙或織物濾料大得多，一般在0.5毫米至幾毫米的范?，通常覑偪平枫q胝薄疤骸鋇鬧亓浚ò凰荊├幢硎盡＞倮此擔(dān)湫偷鬧亓懇話閌敲科椒鉸朐嘉 0-12盎司。
濾料對(duì)流體流動(dòng)的阻力一般與下列因素的關(guān)(1)濾料的厚度;
(2)濾料纖維的壓縮、裝填或結(jié)合的程度;
(3)所用纖維的直徑和性質(zhì);
(4)在濾料制備過程中的篩分、化學(xué)處理、熱處理和壓力;
(5)流過過濾器的流體速度及其平均速度。過濾器中任何截面的流體速度是流量和截面積的函數(shù)，另外，流體速度亦由引起流體流動(dòng)的流體壓力所控制。
此外，在流體的某一流速下，過濾器發(fā)生堵塞所需的時(shí)間又與流體內(nèi)顆粒物的濃度，以及所攜帶的這些顆粒物的粒徑范圍及性質(zhì)有關(guān)。
在其他條件都相同的情況下，氈質(zhì)濾料(與其相應(yīng)的濾紙一樣)能有效地除去細(xì)顆粒物，而且抗堵塞的能力大于多孔濾紙，其原因如下對(duì)于一定尺寸(例如表面積)的過濾器，為了獲得與濾紙相同的水力和顆粒去除性能，氈質(zhì)濾料的厚度必須比濾料紙厚得多。與濾紙相比，由于顆粒物在氈質(zhì)濾料厚度方向的穿透深度較大，因此，在氈質(zhì)濾料內(nèi)集積的顆粒物“濾餅”分布在較大的纖維容積內(nèi)。
在流體壓力高的情況下，可用諸如壓制碳化硅塊和陶瓷材料之類的剛性硬燒結(jié)微孔材料代替上述的濾紙和濾墊，以從流體中除去細(xì)顆粒物。
這類剛性盤的厚度一般約為0.5毫米至幾個(gè)毫米。通常需要高壓流體才能使應(yīng)用這類微孔盤元件的過濾器順利地運(yùn)行。然而對(duì)于依靠在低壓頭下簡(jiǎn)單重力流動(dòng)的這類低壓應(yīng)用之處，則不能使用此種陶瓷型濾盤。
由于微孔濾盤是以上所述的各種類型過濾器中最薄、最硬和最少穿透的過濾器，因此在其他條件均相同的情況下，它最易被流體所攜帶的顆粒物堵塞。
本發(fā)明的特征在于提供這樣一種濾筒裝置，它能克服普通濾筒的缺點(diǎn)，并至少能滿足以下通用工況1.液體(一般為水)流過濾筒進(jìn)行凈化，與此同時(shí)，濾筒的所有部件均被加熱至較高的溫度，并維持在這一溫度下(在大氣壓下水的沸騰溫度，在海平面上約為212°F)，由于其大部分流道系通過濾筒和其內(nèi)構(gòu)件，因而就需要該濾筒能耐受這樣的溫度，并能在該溫度下進(jìn)行有效的過濾;
2.濾筒的入口側(cè)一般是通向大氣的，因而能將蒸汽，造成水污染的不希望有氣體，以及其他揮發(fā)性化學(xué)污染物(從水中放出的油，和/或從活性炭，以及碳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中解吸出來的)向外排出，并提供向該處流動(dòng)的自由通道，以使這些污染物通過濾筒排至入口側(cè)，并由此處向外排出;
3.在被凈化水的額定流量下，濾筒對(duì)液體流動(dòng)的阻力很小，例如壓降只有0.25磅/(英寸)2左右，這一數(shù)值僅僅是普通串聯(lián)連接的筒形管道過濾器壓降的1%-2%左右，由此可使本發(fā)明的濾筒能用于單靠重力及很低的壓頭而使水流過濾筒及其內(nèi)構(gòu)件之處，這樣，在壓頭極低的運(yùn)行條件下，可獲得足夠的流量;
4.水流依靠重力，向下流過濾筒及其構(gòu)件，由此本發(fā)明過濾器的入口側(cè)和出口側(cè)均可通向大氣，這樣可使被凈化的水充分地曝氣，并使不希望有的蒸汽和氣體得以排出;
5.若某一特殊的水凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求水自下至上流過過濾器及其內(nèi)構(gòu)件，則在此處所要描述的本發(fā)明另一實(shí)施例中，入口端(下端)加蓋(亦即封閉)，并裝有一根入口接管，以使入口端與大氣隔離。在這種情況下，只需要一臺(tái)低壓機(jī)械泵(也可以是熱力泵或其他類型的泵)，以克服濾筒及其內(nèi)構(gòu)件不高的總壓頭，泵的輸出約為0.2-0.3磅/(英寸)2，取決于濾筒的具體結(jié)構(gòu)及通過濾筒的額定流量。
6.在低流量時(shí)，濾筒必須能提供優(yōu)良的過濾效果，這可以通過在濾筒尺寸上的合理設(shè)計(jì)，以在保持所需的過濾能力下，達(dá)到最大的生產(chǎn)能力。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的濾筒不僅能滿足上述指標(biāo)，而且實(shí)事上已超過這些指標(biāo)。該濾筒的特征在于，它包括一個(gè)空心(最好是圓筒形)殼體，在其軸向開口端用多孔端蓋覆蓋，端蓋上孔的大小應(yīng)合適，使之在正常運(yùn)行條件下能將其內(nèi)構(gòu)件保持在應(yīng)有的位置上。由非織造的混合纖維所構(gòu)成的疏松的，基本上不受壓的氈墊/或?qū)?由幾層這種材料構(gòu)成上墊塊和下墊塊)設(shè)置在殼體的各端蓋附近，其中出口端的下墊塊厚度最好大于入口端的墊塊厚度，墊塊的性質(zhì)和厚度應(yīng)能使顆粒物比較容易穿透到墊塊的深處，借此可使顆粒物的集積基本上遍布在整個(gè)墊塊的體積內(nèi)，大大減少了堵塞現(xiàn)象和對(duì)墊塊的過早更換，并為揮發(fā)性物質(zhì)的出口和排出提供了基本上無阻礙的通道，而且使濾筒在長(zhǎng)期有效的工作期限內(nèi)，對(duì)流體流動(dòng)的阻力最過濾介質(zhì)一般是活性炭，置于上、下墊塊之間，其純度在20-50目的范圍內(nèi)，而且一般還含有少量極細(xì)的“粉末”狀炭粒炭疏松地裝填在圓筒內(nèi)，并位于上述的墊塊之間。
墊塊和過濾介質(zhì)遍布在殼體內(nèi)各處，殼體最好高一些，以便在極低流量下使用時(shí)，有利于過濾器的生產(chǎn)能力。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種新穎的過濾器結(jié)構(gòu)，這種過濾器對(duì)于(一般)在高溫下通過濾筒的流體能提供極高的過濾效率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有下述性能的新穎過濾器結(jié)構(gòu)，亦即對(duì)于以極低流量通過濾筒的流體能提供極高的過濾效率。
本發(fā)明的又一目的是提供一種新穎的濾筒結(jié)構(gòu)，其中多孔結(jié)構(gòu)能促使和有助于過濾介質(zhì)的解吸，以及促使顆粒物在過濾元件的幾乎全部體積內(nèi)積聚，從而使流體能暢通地流過過濾筒，避免過早堵塞而引起的過濾器早期更換。
通過閱讀所附的說明書及附圖，本發(fā)明的上述及其他目的將變得更為清楚。


圖1至圖3和圖6是體現(xiàn)了本發(fā)明之原理的各種濾筒實(shí)施例的剖視圖;
圖4是圖2的濾筒結(jié)構(gòu)的頂視圖;
圖5是圖1中濾筒實(shí)施例的頂視圖;
圖7是圖6中濾筒實(shí)施例的頂視圖;
圖8是濾筒的剖面圖，用于說明本發(fā)明濾筒的運(yùn)行和優(yōu)點(diǎn)。
首先參照?qǐng)D1至圖5，其中圖1至圖3是本發(fā)明三個(gè)不同實(shí)施例的剖面圖，圖4是圖2所示濾筒的頂視圖，而圖5是圖1和圖3所示濾筒的頂視圖。
在圖1至圖3的各圖中，用“A”標(biāo)記的圓筒的一端構(gòu)成欲被凈化的水的入口;而用“B”標(biāo)記的另一端構(gòu)成濾筒的出口。
圖1所示的過濾筒的實(shí)施例系用于凈化裝置中，其中入口A和出口B通向大氣。例如，本發(fā)明可以極其方使地用于申請(qǐng)?zhí)枮?54，571，申請(qǐng)日為1987年5月27日的共同待(審)批的專利申請(qǐng)文件(該專利申請(qǐng)亦轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，此處引用僅供參考)中所述的水凈化裝置中。欲被凈化的水靠重力向下流入凹進(jìn)在過濾筒外殼1內(nèi)的上蓋2，通過蓋2上的一系列小孔2a和預(yù)定厚度的纖維過濾墊塊4后，繼續(xù)向下流動(dòng)通過過濾介質(zhì)6，這種過濾介質(zhì)可以是諸如活性炭床，或者是與另一種試劑相混合的炭床，所說的另一種試劑，如硅藻土，磨細(xì)的石灰石，或者是為解決被凈化水的特殊污染問題而專門添加的其他凈化劑?；钚蕴浚蛘呋钚蕴亢吞砑觿?若用添加劑的話)系疏松地裝填在筒體中，因此，借助于重力和集積在凹蓋2上水的壓力，被凈化的水繼續(xù)向下流動(dòng)，通過另一個(gè)纖維過濾墊塊5和底蓋3的小孔3a，穿過小孔3a的水成滴流狀，構(gòu)成出口端B。
按照本發(fā)明中凈化被污染的飲用水的方法，收集水滴，然后通過熱力泵或其他的泵送手段等，將其從出口端重新送回入口端A，在凈化過程完成前，需將上述過程循環(huán)幾次，在過濾運(yùn)行期間，被處理水的溫度升高至水的沸點(diǎn)溫度。上述共同待批專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?54，571，申請(qǐng)日為1987年5月27日)中對(duì)實(shí)施該法的具體操作和裝置作了更為詳細(xì)的描述。
圖2所示的本發(fā)明之實(shí)施例，其所起的作用類似于通過圖1實(shí)施例所獲得的效果，但在濾筒中另行設(shè)有中心孔道7，管11則延伸通過該孔道。所設(shè)的管11系作為從濾筒裝置下面輸送上來的熱水和蒸汽的管道，其安裝的位置應(yīng)合適，以致當(dāng)被凈化的水被泵抽出管11的上端時(shí)，又能在其重力作用下，向下流動(dòng)，或者當(dāng)水被強(qiáng)迫向上泵送通過管11后，則又轉(zhuǎn)為向下的方向，流向入口區(qū)A，然后如上所述那樣，通過濾筒及其所有的內(nèi)部構(gòu)件(參見圖1)。
圖4是具有中心孔道7的濾筒頂視圖，管11通過孔道7，向上輸送熱水和蒸汽，最終下落在頂蓋2上。
圖3表示本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，其中入口A端和出口B端與圖1和圖2中所示的布置相反。液體通過管道8引入，最初在封閉的底12和板3a之間的區(qū)域積聚，并繼續(xù)增加，以至液面上升通過孔3a和板3，再依次通過墊塊5、活性炭6、墊塊4、板2中的孔2a，最終超過殼體1的蓋9，此處，液體溢流過蓋，沿著殼體1的邊向下流入一只容器中予以收集，所收集的液體一般系供再加熱，并通過熱力泵或機(jī)械泵等，經(jīng)由管道8再送回濾筒中。以上這種類型的實(shí)施例亦在前述的共同待批專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?54，571，申請(qǐng)日為1987年5月27日)中作了詳細(xì)描述(此處引用，僅供參考)。以上所述濾筒的構(gòu)件將在下面作更為詳細(xì)的描述。
過濾墊塊4和5是松軟(flossy)層，與普通的設(shè)計(jì)相比，由于它們的結(jié)構(gòu)和尺寸特點(diǎn)，特別是從獲得的操作特性曲線的觀點(diǎn)來看，這種墊塊具有鮮明的新穎和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。
本文所用的絮棉(floss)系定義為一種松散的纖維材料，或者也可稱之為(纖維型)毛墊塊，其中“毛”(亦即纖維毛、塑料毛和鋼絲棉等)是一種非織造的纖維絲團(tuán)，也可以是動(dòng)物毛或其他的天然纖維和/或大量的合成纖維(如塑料纖維)。
本發(fā)明中所用的墊塊或?qū)虞^之普通墊塊厚、且軟得多，而且必定更為疏松，因此，比起該領(lǐng)域中已知的硬質(zhì)燒結(jié)石、薄紙盤和氈盤來說，則更易被顆粒物穿透。
因此，若與前述同類型的普通材料相比，在其他條件下均相同時(shí)，本發(fā)明的松軟層因其物理狀態(tài)的不同而產(chǎn)生了完全意想不到的效果，由此，本發(fā)明的松軟層提供了一種具有下述性能的過濾元件，即在過濾器的長(zhǎng)期有效使用期限內(nèi)，最不易堵塞，且對(duì)流動(dòng)的阻力最小。纖維的疏松布置對(duì)流體流動(dòng)的阻力非常小，而且由于過濾過程中所用的流體流動(dòng)的有限壓力，因而不會(huì)導(dǎo)致位移、變形或斷裂現(xiàn)象。
在以下描述的實(shí)施例中，將可參照低水壓、液體(亦即被凈化的水)重力流動(dòng)的具體應(yīng)用。雖然以下結(jié)合出的例子是描述水的過濾，但應(yīng)明白，本發(fā)明可適用于各種各樣的流體應(yīng)用，亦即適用于液體、氣體和蒸汽(單獨(dú)或混合狀態(tài)下)的過濾。
圖6和圖7表示一個(gè)典型的過濾筒裝置，它包括上松軟層21和下松軟層22，上、下松軟層結(jié)構(gòu)相同，均為聚酯纖維棉或聚酯毛的形式，由波形混合纖維構(gòu)成。在較佳的實(shí)施例中，下墊塊22的厚度大于上墊塊21。然而，根據(jù)具體的液體應(yīng)用(有效壓力)和由液體所攜帶的懸浮顆粒物濃度，厚度的大小可在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)，若有需要，可使上、下層的厚度大致相同，這對(duì)濾筒的操作特性并無大的顯著影響。
實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所用的絮棉墊塊由聚酯纖維制成，直徑在某一范圍內(nèi)，平均值在0.0005至0.0007英寸(約10微米)之間，每根纖維的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其直徑，其長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)，最好為0.25-3.0英寸左右，絮棉墊塊一般是由長(zhǎng)度和直徑均在上、下限之間的纖維所組成的混合物。
所用的纖維材料一般由制造廠家提供，系成疏松卷裹的未壓實(shí)的“氈墊”形式，其未經(jīng)壓縮的厚度約為20毫米。
以上所述的這種類型的壓緊的松軟層的比重約為0.00066克/立方厘米。壓緊成氈墊的這類材料相當(dāng)于每平方碼約重2盎司的氈。
圖5所示實(shí)施例的組裝方式如下圓形下墊塊(或?qū)?22由4層聚酯棉氈組成，因而完全填滿了圓形端蓋25的內(nèi)徑。然后將圓筒形殼體24的下端壓入下蓋25中，并用力裝緊，以使凸緣23將絮棉墊22的邊緣部分壓緊在蓋25的內(nèi)表面和圓筒殼體24的外表面之間，基本上防止了水或任何其他液體從蓋25、殼體24和墊塊22的邊緣部分所形成的密封處泄漏。如果蓋25和筒體24均由聚丙烯制成，則可通過熱點(diǎn)焊或其他方式，使蓋25與圓筒24進(jìn)行密封。
然后將較細(xì)粒徑的炭粒(例如20×50目，包括含量為百分之幾的極細(xì)碳粒，稱之為粉末)疏松地裝填在過濾墊塊22之上的筒體24中，由此使過濾介質(zhì)達(dá)到某一高度，相當(dāng)于將筒體24充填至其容積的85%(如圖6所示)。應(yīng)當(dāng)指出，在炭的重量所產(chǎn)生的壓力下，聚酯棉墊塊22被壓縮至其原來厚度的一半左右，亦即其厚度以未壓縮時(shí)的7或8厘米左右的原始厚度減少至4厘米左右。
濾筒裝置的上部用三層剪切成圓盤形的聚酯棉材料所構(gòu)成的墊塊(或?qū)?密封，該墊塊基本上占據(jù)了上端蓋26的內(nèi)徑，然后將上端蓋26推入筒體24上端的凸緣23，并予以密封(安裝方式基本上與以上所述的將端蓋25和墊塊22安裝在筒體24下端所用的方法相同)。此處所用的“筒形”定義為基本上是有規(guī)則的任何截面形狀，如方形、長(zhǎng)方形、橢圓形成或任何多邊形(如五邊形、六邊形、八邊形等)。
接著，將濾筒安裝在水凈化裝置的合適位置內(nèi)(參見前述申請(qǐng)?zhí)枮?54，571，申請(qǐng)日為1987年5月27日的專利申請(qǐng)文件)。
在某些液體和水的凈化應(yīng)用中，在濾筒入口端，特別是在端蓋26處設(shè)置一個(gè)整體式漏斗附件27是方便的，以在此處形成不漏液體的密封。
濾筒的重力流動(dòng)運(yùn)行如下(例如可參見圖6)如圖中箭頭28所示方向流動(dòng)的水被送入漏斗附件27中，并流動(dòng)和穿過濾筒中的各種多孔材料，最終如箭頭30所示方向流出多孔端蓋25。當(dāng)流量增加，以至超出預(yù)定值時(shí)，送入漏斗27中的水開始上升，最后充滿漏斗，直至水面達(dá)到漏斗27的頂邊，這一液面高度用H表示，亦即圖6中所示的自濾筒裝置的底面以上的高度。
參照?qǐng)D8，本發(fā)明之過濾器的抗堵塞性能可解釋如下攜帶顆粒38的流體(液體或氣體)F系通過包括多孔入口板26、入口絮棉墊塊21、流體處理介質(zhì)(例如活性炭)31、出口絮棉墊塊22和出口多孔板25在內(nèi)的夾層結(jié)構(gòu)流動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中業(yè)已發(fā)現(xiàn)，粒經(jīng)很大的顆粒物32趨向于積聚在上板26上;大粒徑顆粒物33趨向于通過上板26中的孔26a，而被捕集在絮棉墊塊21的入口表面;中等粒徑的顆粒物34向絮棉墊塊21中移動(dòng)一小段距離;小粒徑顆粒物35若未被前面的纏結(jié)纖維層捕集，則將更進(jìn)一步移入絮棉墊塊中，直至捕集為止;而粒徑非常小的顆粒物36將繼續(xù)通過絮棉墊塊21，并被流體F攜帶，直至捕集在墊塊21與凈化和過濾介質(zhì)11之間的界面37上。
應(yīng)當(dāng)著重指出，由于各種粒徑的顆粒選擇性地捕集地厚絮棉墊塊的徑向不同高度上，因而對(duì)欲被除去的顆粒物提供了很大容積的捕集空間。
因此，在其他條件相同的情況下，本發(fā)明的大容積絮棉過濾墊塊較之按照普通技術(shù)制造的過濾器能捕集更多的流體中所攜帶的顆粒物(以總量計(jì)，如重量)，因此確保了有效使用期限的相應(yīng)增加。
而且，由于大顆粒先被除去，絮棉過濾墊塊21中較深的層可用來捕集和集識(shí)較細(xì)的顆粒，因此不存在在單一的薄層上形成顆粒物的“濾并”，以至堵塞過濾器，及由此造成的妨礙流動(dòng)的現(xiàn)象。
有些很細(xì)的顆粒(微米級(jí)或亞微米級(jí)粒徑)將繼續(xù)移動(dòng)通過介質(zhì)21，并被捕集在所提供的較長(zhǎng)通道上的某一位置。捕集很細(xì)粒子的作用或者幾乎全是機(jī)械性的(亦即粒子被捕集在纖維的網(wǎng)絡(luò)中，或者捕集在粒狀材料的狹孔中);或者歸因于吸附在諸如活性炭之類過濾介質(zhì)的億萬個(gè)小炭孔中的現(xiàn)象。
實(shí)際上，出口絮棉墊塊22也相當(dāng)厚，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，出口端的墊塊之所以最好比入口端的厚，其原因如下1.似乎大多數(shù)流體過濾用的凈化試劑(活性炭、礬土、離子交換樹脂、砂和其他磨碎或粉碎的物料)一般都含有少量的，但占的相當(dāng)比例的極細(xì)顆粒。
如果沒有出口絮棉墊塊22，則流過過濾器的流體會(huì)帶走這些小顆粒，以至實(shí)際上這些來自過濾介質(zhì)31的顆粒會(huì)污染出口流體40。因此，厚的出口墊塊對(duì)捕集這些顆粒是極其有效的。
2.在被過濾和凈化的流體中所攜帶的任蝸縛帕?，若未被前脣鼓过滤层捕集，则栽r瘓換牧魈遄鈧樟鞒雎送睬?，会又x岵都諦趺薜嬋 2的最后幾層中。
參照?qǐng)D6，T代表濾筒裝置的厚度或高度。相應(yīng)地，上絮棉墊塊21的厚度約占高度T的20%，過濾介質(zhì)31的厚度約為T的50%，而下絮棉墊塊22的厚度約為T的30%。
多孔端板25和26的厚度并不重要，這些板可由任何合適厚度的穿孔(供流動(dòng)的孔)材料制成，根據(jù)需要，可以是金屬篩網(wǎng)或其他類型材料的篩網(wǎng)形式。多孔板25和26的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下即由這些多孔端蓋所產(chǎn)生的流動(dòng)的阻力與纖維墊21和22，以及過濾介質(zhì)31所引起的總阻力相比，應(yīng)當(dāng)僅僅是它們的一小部分。端蓋25和26使墊塊保持在其合適的工作位置上，應(yīng)當(dāng)明白，由于流量相當(dāng)?shù)停乙驂|塊易于被流體流動(dòng)通過，所以墊塊不會(huì)變形，亦不會(huì)穿過入口端或出口端的孔。
過濾裝置的直徑D取決于具體運(yùn)用時(shí)的流量。若所希望的通過過濾裝置的流量(例如水)越大，則所需的過濾面積亦越大。液體流動(dòng)狀態(tài)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是通過過濾器的流體速度(在給定的例子中為液體)應(yīng)當(dāng)僅僅為0.6厘米/秒左右，因此速度是很低的。在以下所給出的例子中，直徑D為1.4T。
應(yīng)當(dāng)指出，低流速將提高過濾和凈化效率，其原因是，在低速下，流體在過濾器中的“停留”時(shí)間增加，這樣就克服服了因進(jìn)入濾筒進(jìn)行過濾和凈化的流體的高動(dòng)能而導(dǎo)致顆粒難以沉積在多孔材料的網(wǎng)絡(luò)或孔隙中的問題。
通過實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)，對(duì)具有下述尺寸的原型濾筒進(jìn)行了評(píng)價(jià)
H-濾筒與漏斗的總高度，96毫米;
D-筒體的內(nèi)徑，112毫米;
T-筒體內(nèi)部的軸向長(zhǎng)度，70毫米;
t-每一多孔端蓋的厚度-3毫米。
濾筒兩端蓋的外表面之間的距離為3+70+3＝76毫米。直徑D既可以是圓筒的直徑，也可看作是“筒”截面積的平均直徑。
多孔端蓋各開有16個(gè)孔，每一孔的直徑為8毫米，這些孔系均勻和對(duì)稱地排例在端蓋平面上。
在濾筒裝置內(nèi)裝填了450厘米3(約重240克)的20×50目的活性炭。
在濾筒封閉時(shí)，上絮棉墊塊略被壓緊，其厚度約為0.2T，此處是14毫米。
在炭重量的作用下，下絮棉墊塊被壓縮至18毫米(0.25×70＝18毫米)左右。
在使用時(shí)的浸濕狀態(tài)下(特別是用熱水和沸水)，絮棉墊塊的厚度較之其干燥時(shí)的厚度減少20%左右。
當(dāng)漏斗27中水位達(dá)到其頂部時(shí)，則通過具有上述尺寸的濾筒的水，其最大流量為4升/分(每分鐘1加侖左右)。
使水通過過濾器的水力壓頭相當(dāng)于高度H，在本例中為96毫米水柱。此高度相當(dāng)于濾筒兩端的壓力降，若用另一與此相當(dāng)?shù)膯挝槐硎?，則僅為0.14磅/英寸2，事實(shí)上，對(duì)于約為1加侖/分的流量來說，這一壓降數(shù)值是非常小的。
過濾器的水流速度平均為0.7厘米/秒，與以上所述的速度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則相符。
雖然多孔紙盤或多孔氈盤能設(shè)計(jì)成在相對(duì)地小的壓頭損失或壓降下，通過相同流量的水，但這必須通過增加紙盤或氈盤的孔隙度，才能達(dá)到上述目的，以便能使用與以上所述的原型裝置相同直徑D的過濾墊塊。為了保持相同的墊塊直徑，必須降低過濾器的水力阻力，并增加其孔隙度。但由于要使紙和氈的結(jié)構(gòu)非常薄，且纖維間有大的孔隙，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于被過濾和凈化的水中所攜帶的小顆粒污染物來說，則完全失去過濾效果。至于燒結(jié)陶瓷型盤，實(shí)際上不可能將其設(shè)計(jì)成適合本發(fā)明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。
此外，活性炭或其他粒狀試劑事先必須進(jìn)行嚴(yán)格的分選，以除去細(xì)顆粒，其原因是細(xì)顆粒能穿過過濾器和下墊塊，而作為污染物質(zhì)進(jìn)入被過濾和欲被凈化的水中，而且這些細(xì)顆粒會(huì)被水流攜帶著，與其他“處理過”的水一起通過炭床和薄而多孔的過濾墊塊。
綜上所述，以上描述的該技術(shù)領(lǐng)域中可得到的普通結(jié)構(gòu)過濾器，若使之達(dá)到本發(fā)明的效果，則必然帶來對(duì)流體流動(dòng)的高阻力，或?qū)е录?xì)顆粒物穿透，或者由于形成顆粒阻擋層，而造成堵塞現(xiàn)象，凡此種種，說明此種結(jié)構(gòu)的過濾器是不現(xiàn)實(shí)的，或?qū)嶋H上根本不能使用。
通過比較可以看出，本發(fā)明之濾筒業(yè)已證明了它的可靠性，并能令人滿意地減少那些引起水的濁度，不希望有的氣味，以及令人不快和討厭的味道。同時(shí)由于其在高溫下運(yùn)行，因而能夠產(chǎn)生無任何微量生長(zhǎng)細(xì)菌的水。此外，這種過濾器結(jié)構(gòu)可使許多毒性有機(jī)化合物的濃度降低至異常低的水平，并大大降低毒性重金屬的濃度。而且，使造成水質(zhì)變硬的高濃度礦物質(zhì)也大為減少。
由于上述本發(fā)明之過濾器的獨(dú)特結(jié)構(gòu)及其使用的溫度范圍(按照本發(fā)明的方法，系通過沸騰的熱水或蒸汽)，揮發(fā)性化合物大量地發(fā)生解吸，因而使活性炭較之一般封閉在濾筒內(nèi)的活性炭能自由地吸附更多的高分子量有機(jī)物。本發(fā)明濾筒結(jié)構(gòu)的開口孔型設(shè)計(jì)更有助于這些解吸物質(zhì)排入大氣。
過濾器的壓降僅為0.25磅/平方英寸左右，此值較之炭管道過濾器的一般壓降低得多(亦即僅是其的一個(gè)小的分?jǐn)?shù))，而后者在額定生產(chǎn)能力下，壓力需達(dá)20磅/平方英寸左右，因此其壓降約為本發(fā)明所遇到的壓降的80倍。
在以上揭示中，意味著留有可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變、變化和變換的余地，在某些情況下，將可以使用本發(fā)明的一些特點(diǎn)，而并不相應(yīng)地使用其他特點(diǎn)。為此，所附的權(quán)利要求書按照與本文所描述的發(fā)明的原理和范圍相一致的方式，作一寬范圍的解釋是恰當(dāng)?shù)摹?br> 權(quán)利要求
1.一種過濾裝置(以下簡(jiǎn)稱裝置)，它包括(1)一個(gè)具有出、入口的殼體；(2)覆蓋所說入口處的第一層松軟纖維濾料；(3)覆蓋所說出口處的第二層松軟纖維濾料；(4)活性炭過濾介質(zhì)，系疏松地置于所說的第一層和第二層濾料之間，所說的過濾介質(zhì)，以及第一層和第二層濾料的孔隙度可使物質(zhì)能從炭粒中解吸，并通過所說的第一和第二層濾料自由地逸出而排入大氣中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括一個(gè)容器(holder)，用以安裝所說的過濾裝置，該容器在所說的出、入口處有許多孔，以便于水從中流過，所說孔的流阻較之所說的第一層和第二層濾料的流阻小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說的第一層和第二層松軟纖維濾料，以及所說炭粒的孔隙度選擇的大小應(yīng)足以有利于水在較低的壓降下，從入口處流過過濾裝置而到達(dá)出口處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于壓力的大小僅僅取決于重力，而使流體流過過濾器的壓頭系取決于該裝置的高度，即由所說的入口和出口之間的距離來度量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所說裝置的高度不大于20厘米左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說的容器是一只空心的，大致呈筒形的殼體，所的殼體的上、下端分別稱為所說的入口和出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所說的入口端和出口端分別包括許多孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所說的孔的直徑約為1厘米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于它還包括一個(gè)空心的管形構(gòu)件，延伸通過所說的殼體，用于向上輸送水，使之通過所說的筒形殼體而到達(dá)設(shè)置在所說殼體入口處上方的該管形構(gòu)件的出口孔，使水能離開所說的管形構(gòu)件，并在重力作用下，降落在所說的入口處，并由此向下穿過過濾裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所說的管形構(gòu)件延伸通過所說的第一層和第二層濾料，并通過含有所說炭粒的區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所說的管形構(gòu)件基本上位于所說筒形殼體的縱向軸線上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的第一層和第二層濾料分別包含一層松軟的纖維物質(zhì)，其未壓縮時(shí)的比重約為0.010克/立方厘米。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所說的第一層和第二層濾料分別含有至少一層比重如權(quán)利要求12所述的物料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于所說的第二濾層的厚度大于所說的第一濾層的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所說的纖維材料是由拉絲的聚酯纖維構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所說的纖維材料的未壓縮厚度約為2厘米。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的殼體出口垂直地位于所說的入口上面，所說的殼體包括將水引入所說入口的部件，由此，引入殼體的水充滿該過濾裝置，隨著水上升通過所說的過濾裝置，與此同時(shí)進(jìn)行過濾，最終當(dāng)過濾裝置被水充滿至發(fā)生溢流時(shí)，則水通過所說的出口，由此，過濾后的水沿著殼體的側(cè)壁流下。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于對(duì)于通過過濾裝置的液流阻力很低，以至壓降僅為0.25磅/平方英寸，以確保水能無阻礙地流過，所說的低流阻歸因于第一濾層和第二濾層的孔隙度，以及過濾介質(zhì)在所說殼體內(nèi)的疏松裝填。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一和第二纖維濾層系由未織造的纖維松散地混合而成，在普通串聯(lián)連接在管道中的筒型過濾器所遇到的壓力水平的約為5%以下的壓力值下，能提供足夠的顆粒物過濾效率，而且濾層不會(huì)發(fā)生位移和/或斷裂。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于炭粒的低充填密度，及第一和第二纖維濾層的高孔隙度足以在水基本上處于沸點(diǎn)下通過過濾裝置時(shí)，使活性炭上吸附的污染物能基本上自由地解吸下來，并從所說過濾裝置的入口和/或出口逸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于能使顆粒物結(jié)團(tuán)的材料與炭粒相混合。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于將一種材料與碳粒相混合，以抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于由硅藻土、石灰石和氧化銀所組成的這一組中的至少一種添加劑與炭粒相混合。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說第一濾層和第瞬愕目紫抖茸愎淮?，而疏松装填的虅密度足箟耐，覟?zāi)略詮似骷偷畝疃髁肯攏蓯寡雇沸∮ .5磅/平方英寸左右的水通過過濾裝置的孔隙。
25.一種水凈化裝置，它包括權(quán)利要求1所述的過濾裝置，以及與之組裝在一起的“槽”(Vessel)該槽用以安裝設(shè)置在該容器底上的所說的過濾裝置，并收集通過所說過濾裝置及其出口的水;所說的“槽”有一靠近并位于所說殼體入口上面的口，以使所說的過濾裝置散發(fā)出的揮發(fā)性物質(zhì)能逸出所說的過濾裝置和所說的槽而排入大氣。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的殼體呈筒形，高度為T，平均截面尺寸或直徑為D，而D的大小為0.5T至2T，或是T數(shù)值的好幾倍。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于D＝1.4T。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于第一和第二過濾墊塊的累計(jì)高度約為0.5T。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于所說殼體內(nèi)的炭粒層高度約為0.5T。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于封閉殼體的端蓋上每一個(gè)孔的孔徑約為1厘米，且均勻分布在所說的端蓋上。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的殼體包括(1)一個(gè)兩端敞口的筒形容器;(2)一對(duì)多孔端蓋，每一端蓋包含一個(gè)法蘭(flange)，套在所說筒殼相應(yīng)的端部。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于所說的第一濾層和第二濾層的邊緣部分分別被壓緊在所說筒殼的嵌入端和所說的端蓋之間，以在此處形成一個(gè)不漏流體的密封。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于所說的端蓋和筒殼均由塑料制成。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于所說的端蓋系點(diǎn)焊在筒殼上。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于所說的塑料是聚丙烯。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于所說端蓋中的一個(gè)設(shè)有一個(gè)整體式漏斗部分，當(dāng)流過過濾器的液體流量達(dá)到過濾器的最大額定流量時(shí)，可使液體在與所說漏斗相連接的一個(gè)端蓋表面上積聚。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的第一濾層和第二濾層分別包括未經(jīng)壓縮的松軟層，而該松軟層包含未織造的纖維。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于所說纖維的平均直徑約為8-12微米。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于所說的平均直徑最好約為10微米。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于所說纖維的長(zhǎng)度約為0.25-3.0英寸。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于所說纖維的長(zhǎng)度約為0.25-3.0英寸。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于所說松軟層的比重約為0.0005-0.00075克/立方厘米。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于所說松軟層的比重最好約為0.00066克/立方厘米。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于所說松軟層包括成波形的未織造的纖維，后者疏松地分布在所說的層上，以提供非常高的孔隙度，足以使流體中所攜帶的顆粒物能通過所說的墊塊而穿透至所說層的深處，以使顆粒物集聚在所說層的相當(dāng)大體積內(nèi)，以防止過濾層過早堵塞。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其特征在于，當(dāng)通過的流量小于1.0厘米/秒時(shí)，所說纖維的大孔隙度和松疏混合基本上維持原狀，并足以防止松軟層中纖維發(fā)生位移。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其特征在于，當(dāng)流入松軟層的液體施加于該層的壓降小于1.0磅/平方英寸時(shí)，所說纖維的大孔隙度和松散的混合基本上維持原狀，并足以防止松軟層中纖維發(fā)生位移。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其特征在于，當(dāng)流體施加在所說松軟層上的壓降約小于1.0磅/平方英寸時(shí)，所說纖維的大孔隙度和松散的混合基本上維持原狀，并足以防止松軟層中纖維發(fā)生位移。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于所說容器端蓋上的孔大至足以使其對(duì)流體所產(chǎn)生的阻力小于所說的第一和第二濾層，以及所說過濾介質(zhì)的相應(yīng)阻力。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的裝置，其特征在于所說孔的孔徑小至足以在流體的流速保持在1.0厘米/秒的情況下，能防止松軟的濾層變形或被擠入所說的孔內(nèi)。
全文摘要
一種過濾筒裝置，它包括裝填在上、下過濾墊塊之間的過濾介質(zhì)，該過濾墊塊由非織造的混合纖維疏松地堆積而成，而纖維的長(zhǎng)度較之直徑大得多。上述墊塊和過濾介質(zhì)設(shè)置在兩端有蓋的筒形殼體內(nèi)，蓋上的孔足以在正常流量下，使液體和氣體能自由通過，同時(shí)基本上防止了上、下墊塊發(fā)生位移。所說的過濾會(huì)質(zhì)最好是粒度約為20×50目的炭粒，并疏松地裝填在殼體內(nèi)。上下過濾墊塊和過濾介質(zhì)遍布在濾筒的整個(gè)內(nèi)徑上，而濾筒的直徑較之其厚度大得多，以至在額定流量下的壓降很低。
文檔編號(hào)B01D24/00GK1032112SQ88104759
公開日1989年4月5日 申請(qǐng)日期1988年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月31日
發(fā)明者安東尼·佩蘭尼 申請(qǐng)人:純水科學(xué)國(guó)際有限公司