有比例流量通道的水过滤筒 本发明的技术领域
本发明涉及用于饮用水处理系统的过滤筒，更明确地说，涉及与预涂型过滤媒体一起使用并且有用来为过滤后的水提供或引入可溶性化合物的装置的过滤筒。本发明的现有技术
这项发明涉及在通过引证在此被并入本文的美国专利第4,857,189和RE 34,031号中揭示的那种类型的水处理筒。这些处理筒揭示一种预涂型的过滤，在这种情况下经过处理的活性碳媒体过滤水，而且在这样做的时候附着到位于筒中的袋状地多孔滤膜上。当水进入筒的入口并继续通过入口通道的时候，它经过过滤媒体，再经过隔膜，最后通过出口堆栈和出口流出。
它是通常把磷酸盐化合物添加到经过过滤的水中以减少硬水引起的水垢。在传统的应用中，添加磷酸盐是通过将固体磷酸盐化合物溶解在一小部分通过水处理筒流动的水中与过滤同时完成的。磷酸盐晶体保存在给料管中，而一小部分经过过滤的水从给料管中流过，从而溶解一些磷酸盐晶体。然后，含磷酸盐的水通过排放孔流出，进入出口堆栈，在那里与其余经过过滤的水合并。
在现有技术中，添加磷酸盐是通过使用靠一部分已经经过过滤的水供水的给料管得以实现的。“花盆组件”位于过滤筒顶端附近，开口朝上，以致重力或湍流不将过滤媒体从入口管的孔口拉出。这个花盆组件还将过滤材料藏在开口和止回阀之间。一部分经过过滤的水借助ABS管子通过花盆组件中的阀门流到给料管。管子在两端是用诸如丁酮(MEK)之类的溶剂固定，以保持管子接到花盆组件的出口和给料管的入口上。管子在任一端被压配合到接头上，然后用化学溶剂固定，以保证连接。网筛和压环用来避免磷酸盐晶体在弯曲的管道中堵塞流动路径，因此需要另一种粘结溶剂。
优选的溶剂是MEK。这种溶剂保证密封的物理连接。建立密封连接是重要的，因为水必须通过ABS管子流到给料管，而且必须经过花盆。
然而，使用诸如MEK之类的溶剂在水处理筒的制造和使用方面造成许多问题。首先，手工涂溶剂是耗费时间的。另外，在制造期间，还需要时间使黏性物干燥，从而进一步延长该程序。最后，存在这样的可能性，即用MEK液化的ABS泡沫可能形成，从而阻断在塑料管中的流动路径。零部件被固定，以便空气从中吹过将可能形成的泡沫击破。这个程序花费时间和材料。因此，存在某种需要，即在制造期间只有比较少的更容易更省时的连接要组装。
使用花盆组件和ABS管子给给料管供水要求使用一些可能不必要的零部件。这些零部件(包括花盆壳体、管子、网筛和压环)都必须通过购买、入库、储藏使其在制造期间是可用的。省略这些零部件将导致一种比较便宜而且更容易制造的过滤筒。
当过滤筒被使用时，现有技术的构造存在某种缺点。由于使用MEK溶剂，总有一些人担心它可能进入经过处理的水。由于这种类型的水过滤的目的是净化水，所以溶剂污染水的可能性是一个问题。把水送到给料管中必须在不将溶剂引入水中的情况下进行。
因此，这项发明的目的是提供一种用于汲取未经处理的水用固体化合物进行处理的水过滤筒的改进的新型给料管。
这项发明的另一个目的是提供一种改进的给料管构造，这种构造建立与过滤筒连通的流体通道，而且在制造期间装配起来更容易和更省时。
第三个目的是提供一种不需要使用化学溶剂的改进的过滤筒。
这项发明的第四个目的是提供一种零部件更少制造成本更低的改进的水过滤筒。本发明的概述
借助本发明，有关的本发明的目的都将得到满足或被超过，本发明的特点是通过塞子组件汲取预期部分的未经过滤的水以便用固体化合物进行处理的给料管。塞子组件先将水过滤和净化，然后再将它暴露以便用固体化合物进行处理。
更明确地说，本发明的特点是一种用于水处理筒的改进的给料管，它用固体化合物为通过处理筒流动的未经处理的水的滑流提供处理。给料管包括第一端和第二端，以致水的滑流通常在第二端流入给料管并在第一端流出给料管。底部的塞子组件与第二端呈操作关系，而且包括尺寸和构型都是为了给水的滑流部分提供过滤和净化而设计的多孔塞子。
在运行时，未经处理的水的滑流被多孔塞子过滤和净化。然后，它通过阀门进入给料管，在那里它与固体化合物反应。然后，经过过滤和处理的水通过排放孔流出给料管。直接把未经处理的水汲入给料管消除来对现有技术的管子、网筛、压环和花盆壳体的需要。由于水过滤筒的过滤系统比较简单，所以制造变得更迅速和更廉价。
此外，现有技术的管子是通过溶剂粘结附着到花盆组件和给料管上的。本发明由于没有这种类型的连接因此能更迅速更容易地生产。当没有溶剂粘结的连接时，既没有MEK液化的ABS溶剂泡沫阻塞水流动的机会，也无需采用特殊的程序避免水流的阻断。这些因素当中的每个因素都使本发明的给料管变得制造费用更低廉。
取消使用MEK溶剂还导致更洁净的水产品。当在制造过滤筒的过程中不使用溶剂的时候，MEK没有机会淋溶到水中。较少的污染产生更洁净的水，流出过滤筒。附图简要说明
图1是适合与本发明一起使用的水处理筒的垂直截面图；
图2是底部的塞子组件的分解图；
图3是本发明的给料管的截面图；
图4是本发明的底部塞子的壳体和笼子的透视图。本发明的详细描述
本发明提供一种在水处理筒中使用的给料管，它不需要使用位于顶端附近的花盆组件、管子、网筛或连接环和相关联的溶剂连接。依照本发明的给料管接受通过截留在多孔塞子中的过滤媒体、阀门流入该管的水。
通常，对水进行处理和过滤的目的是使它适于饮用。人们将理解，为了与打算用于消费的水一起使用，在各个零部件的构造中所有的化学药品和材料必须遵从诸如食物药品管理局之类适当的代理的要求。不使用这样的材料在许多情况下将导致依照本发明性能令人满意的给料管或过滤筒，但是产品水的使用将受到可适用的水质管理条例的限制。
现在参照图1，通常用10表示的水处理筒被展示出来，而关于水的流动的一般的解释将予以描述。筒10属于为了与在此通过引证被并入本文的美国专利第3,746,171号中的过滤头一起使用而设计的那种类型。然而，本发明的过滤系统预期能与任何过滤系统一起使用。
水处理筒10有至进水管14的进水口12，在那里未经过滤的水流入筒10。水按照通常用箭头13表示的方向流过筒10。当水离开进水管14的时候，它遇到藏在水处理筒10里面通常用16表示的过滤装置。有许多技术上已知的适合这种类型的过滤筒的过滤装置16。优选的过滤装置16包括成粒状的活性碳、起皱的滤膜、炭精块、碳床、或径向流动的粒状碳床。
在某些情况下，两种以上过滤方法被组合起来，产生一种效率更高的过滤装置16。在大多数优选的筒10中，除了起皱的隔膜18之外，诸如碳混合物17之类的媒体被用来一起形成过滤装置16。水的净化是用碳混合物17完成的。隔膜18是多孔过滤材料制成的打褶的袋子。当水流经隔膜18的时候，隔膜通过袋子外侧上的管孔捕集碳混合物把水和碳混合物17分开。这是被称为预涂的程序。
有碳混合物17的隔膜18的预涂层作为优选的过滤系统的整体部份，保证水在通过隔膜之前与微粒碳紧密接触。碳预涂层还提供附加的过滤，捕集在一片片接触隔膜18的碳混合物17之间的污染物粒子。然后，经过过滤的水从隔膜18经过钮扣口21流入通向出水口22的出口堆栈20。在优选的实施方案中，进水口12和出水口22是彼此同心的，但是预期的其它安排在这项技术中是众所周知的。
当渴望处理一部分流过筒10的水的时候，水的主流遵从上述的流动路径，但是滑流遵从不同的路径。由于过滤筒10内的压力差，滑流是经过通常用24表示的给料管转移的，而不是通过隔膜18流向出口堆栈20和出水口22。可溶性化合物26被藏在给料管24里面并且在水经过该管的时候处理滑流。在流过给料管24之后，水的滑流部分和主流部分在通过出水口22离开之前在出口堆栈20中再次合并。
给料管24允许水的滑流部分与固体化合物26反应。水与固体化合物26的反应包括诸如把一部分固体化合物溶解或淋溶到水中之类的物理反应和诸如中和酸或碱以改变水的pH值之类的化学反应。在进入与固体化合物26接触的滑流中的水与主流相比已改变了性质。许多固体化合物26适用于水处理。例子包括为了减少水垢的形成使柠檬酸或磷酸盐溶解、为了减少细菌的生长将银淋溶到水中、或为了改变水的pH值用酸或碱处理。为了减少水垢，磷酸盐化合物是一种普遍使用的添加剂而且是优选的固体化合物26。最优选的固体化合物26是十水合焦磷酸钠(TSPP H2O)。购自Mallinckrodt化学公司的代码为No.7956的食品级的十水合焦磷酸钠是最优选的固体物质，因为它迅速地溶解并且容易形成饱和溶液。
如图1和3所示，给料管24有第一端28、第二端30和通常呈圆筒形的壁32。在第一端28和第二端30之间安放固体化合物26的补给品，优选呈颗粒或片剂形式。第一端28朝向筒10的顶部33，而且通常是比较靠近钮扣口21的末端。另外，第一端28与障碍物34和排放孔或孔35呈操作关系。通常用36表示的底部的塞子组件位于第二端30。
优选与壁32一起整体成形的障碍物34防止滑流中的水在给料管24和出口堆栈20之间自由流动。水流受优选相对给料管24的轴线以某个倾斜角配置并且穿过给料管和出口堆栈20之间的障碍物34延伸的排放孔35的直径的控制。障碍物34可能是给料管24或出口堆栈20的一部份，它也可能是装配在两者之间的独立的零部件。出口堆栈20、给料管24和障碍物34之间的任何连结都优选是密封的，以防止未经过滤的水进入滑流。在替代方案中，出口堆栈20、障碍物34和给料管24可能是由整体构造制成的。
优选的是，给料管24在固体化合物26和排放孔35之间也有筛子37。筛子37优选是由化学上惰性的材料制成的网筛或滤布。塑料是优选的材料，聚丙烯单丝布是最优选的。筛子37的格子尺寸或孔隙度应该小到足以防止固体化合物26的粒子堵塞排放孔35，又大到足以使水经过给料管24的流速不下降。筛子37位于在排放孔35和固体化合物26之间的任何地方。排放孔35穿过障碍物34的精确位置是可变的。只要滑流中的水流不受损害，它可以被安置在障碍物34上的任何位置。排放孔35优选相对于水流通过给料管24的一般方向以某个角度放置。这种安排不仅消耗较少的空间，而且在筛子37靠近排放孔35致使过多的网筛37或固体化合物26的积聚可能阻碍水流动的情况下避免堵塞排放孔35。优选的是排放孔35的角度α大于450，而且最优选50o≤α≤60o。然而，只要排放孔不被筛子37或固体化合物26阻塞，任何角度α都可能被采用。
现在转到图2和4，通常用36表示的底部的塞子组件具有带顶端40和底端42的壳体38。底部塞子组件36与给料管24的第二端30呈操作关系。片语“呈操作关系”倾向于意味着两个部份彼此直接接触。当来自底部塞子组件36的经过过滤的水直接流入给料管24的时候，保持装置连接的溶剂粘结可以被取消。
术语“顶部”和“底部”指的是筒10的优选操作方位，顶部33在垂直取向的最高处。在底端42是加厚的环形轮缘44，通常是圆筒形的本体部分45，它把轮缘44与在顶端40的笼子46连接起来。本体45应该具有这样的尺寸和构型，以致它与给料管24的第二端30密封。将本体45密封到给料管24上的优选方法是焊接，例如声波熔接、旋转熔接、振动熔接、热板熔接或借助任何其它的不用溶剂的塑料粘结方法。本体部分48的上壁47包括为笼子46形成坐位的锥形的扁平45。因此，本体部分45与笼子46流体连通。
笼子46保护并包围止回阀50。虽然任何类型的止回阀50都可以采用，但是诸如被水流推开的挡板阀或狭长切口之类的简单设计是优选的。虽然挡板类的阀门是优选的，但是阀门50预期是技术上已知的任何类型的将在非常低的开阀压力下打开的阀门。挡板阀是优选的阀门50，因为它成本低和易于制造。诸如弹簧球阀或密封垫阀之类的其它阀门也是适用的。优选的是止回阀50有安装在本体48的上壁47的凹穴中的边缘50＇。
笼子46是为了防止可溶性化合物26的粒子卡在止回阀50中妨碍阀门正常操作而设计的。任何允许水流出而阻止固体化合物26进入阀门50的设计都可能被用于笼子46。例如，表面上的狭缝形的小开口51、由任何相容的材料(包括金属、塑料等)的制成的筛子或网孔都是适当的。当使用优选的化合物26(十水合焦磷酸钠)的晶体的时候，业已发现大约0.020英寸宽的开口51允许水流入给料管24，但阻止固体晶体流出。
水凭借压力通过多孔塞子52进入底部塞子组件36。如果过滤装置16包括在水中的细微粒碳混合物17，那么塞子52应该是用有大管孔的粗糙材料制成的，这些管孔将捕获碳混合物而且阻止重力和湍流驱逐之。这些管孔还具有这样的尺寸，以致塞子52将不会被碳混合物17塞满致使水不能够流过。任何多孔过滤材料都可能被用于塞子52，碳、陶瓷或诸如聚乙烯或聚丙烯之类的塑料是优选的，而多孔的聚乙烯是最优选的。
优选的多孔塞子52将在它的管孔中累积不定量的碳混合物17，从而模拟隔膜18上的碳混合物17的涂层，提供附加的水过滤。用来制造多孔塞子52的优选的材料包括炭精块、多孔陶瓷或诸如聚乙烯或聚丙烯之类的多孔塑料，而多孔的聚乙烯是最优选的。然而，为多孔塞子52选择材料将取决于过滤装置16和预期的滑流流速。多孔塞子52的尺寸和构型适合装在底部塞子组件36里面。
任何方法都可能被用来固定多孔塞子52，但优选的是提供为将多孔塞子保持在适当的地方而配置的孔口衬套60。孔口衬套60是为了装配在本体45定义的空腔里面和提供可接受的进入给料管24的滑流水的流速而配置的。使用孔口衬套60的允许改变多孔塞子52的尺寸和形状，无需重新设计整个底部塞子组件36。当多孔塞子52比衬套60的整个横截面小的时候，衬套60有舱室62保存多孔塞子52。水必须能够流过多孔塞子52，所以舱室62在塞子两端是敞开的。
止回阀50被放置在孔口衬套60和笼子46之间，以避免通过多孔塞子52过滤的干净的水再一次进入给料管24外面的水，而仅仅允许水从多孔塞子52朝出口堆栈20流动。止回阀50在水压的作用下打开，因此仅仅允许水流入给料管24。当水流减慢或停止的时候，阀门50关闭，从而避免水从给料管24倒流出去。
如果多孔塞子52的过滤对于给定的应用不够充分，附加的过滤是由放置在多孔塞子52和阀门50之间的非必选的滤膜66和/或滤片68提供的。技术上已知的任何类型的过滤材料(例如纸、塑料等)都是适用的，而且仅仅受本体45的尺寸的限制。通常，滤片68非常小，从而使滤纸、多孔衬垫或炭精块成为优选的材料。然而，在费用得到调整的场合，比较复杂的过滤系统受到注视。
给料管24的重要的特征是递送质量和数量恒定不变的来自滑流经过处理的水的能力。由于筒10没有流动控制机构，所以这些目标是通过平衡过程完成的。如果流速恒定不变而且滑流已与固体成份26达到化学平衡，那么经过处理的水的数量和质量也将恒定不变。如果在供应未经过滤的水的压力范围内流速受排放孔35的尺寸的限制，那么流速是恒定不变的。在通过固体化合物26充份溶解形成饱和溶液达到化学平衡或者通过积极参与化学反应达到化学反应的化学平衡的场合，处理质量都是稳定的。排放孔35的直径、固体化合物26、整个系统的温度、压力和流速的选择都将影响滑流水的数量和质量。
筒10的处理水平或经过筒10处理的水的质量通过提供致使滑流水和固体化合物26之间的反应持续到完成或达到化学平衡的条件而得到控制。固体化合物26应该被这样使用，以致水得到充分的处理，也就是说，它在流过给料管24的整个长度之前到达化学平衡。当然，随着固体化合物26的补给或化学活性逐渐衰竭，滑流在给料管的出口尚未得到充分处理的时刻就将会到来。筒10的处理水平下降表明它应该被更换，以便提供新的固体化合物26的供应。与主水流相比较在滑流中的水的预期比率取决于在产品水流中预期的处理水平。对于特定的给料器，滑流的体积是依据在滑流中的处理水平与在产品水流中预期的处理水平的比率计算出来的。
流过给料管24的水的数量是流体在过滤筒10内流动的流体力学的函数。水将以使流过主过滤系统24的水的压降等于流过给料管的水的压降的速率流过给料管24。通过给料管24的流速将受排放孔35的直径、多孔塞子52、滤膜66和过滤盘68的尺寸和组成以及横跨给料管24两端的总压差的影响。依据滑流大小，计算排放孔35的最小横截面积，获得在给料管24内部的温度和压力下需要的流速。多孔塞子52、多孔盘66和滤膜68的尺寸和孔隙度也必须是适当的，以允许在过滤筒10内给定温度和压力的滑流所需要的流速。
实施例1
过滤筒10是为了用磷酸盐化合物处理水而构造的。筒10通常具有图1所示的形状和配置。将磷酸盐添加到水中被用来减少包括制冰机、咖啡机之类的下游单元中的水垢。水的主流是用MICROPURE活性碳混合物17(Everpure Inc.，Westmont，IL.)和起皱的隔膜18处理的。在使用中，水经过使碳混合物17涂到隔膜上提供过滤层的隔膜18流动。
一部分水通过底部的塞子组件36流入给料管24。壳体38是用ABS树脂制成的而且具有大约0.43平方英寸的横截面积。壳体的侧面具有适合在给料管24内密封的形状。在壳体38的一端，锥形的笼子46的构造有四个0.020英寸的裂缝51，以允许水流通过组件36。
在组件36内，孔口衬套60在适当的位置持有阀门50、多孔塞子52、滤盘66和滤膜68。衬套60是用ABS树脂制成的。靠近衬套60中心的是持有多孔塞子52的圆形舱室。圆筒形多孔塞子52是用多孔聚乙烯制成的，具有大约0.31英寸的直径和0.388英寸的长度。多孔塞子52有100个微孔和40％管孔体积。持有许多碳混合物17，模拟用碳混合物涂布时的隔膜过滤材料18是我们的选择。
与孔口衬套60和多孔塞子52毗连放置的是滤膜66。VERSAPOR3000(Gelman Science，Inc.，Ann Arbor，MI)制成的滤膜66具有与多孔盘68相同的长度和宽度，0.0075英寸的厚度和3微米管孔尺寸。在过滤盘68和止回阀50之间是用VYONRoll高分子量聚乙烯过滤材料制成的过滤盘68。过滤盘68是0.846英寸长、0.314英寸宽、和0.125英寸高。过滤盘68的半圆形末端具有0.157英寸的半径。过滤之后，水通过挡板止回阀50和底部塞子的笼子46进入给料管24。
给料管24装有十水合焦磷酸钠晶体作为固体化合物26。为了减少下游设备中的水垢，产品水中1-10ppm的磷酸盐含量是需要的。十水合焦磷酸钠的饱和溶液包含70,000ppm的磷酸盐。使用0.040英寸的排放孔35以每分钟0.5到1加仑的速率生产包含3ppm磷酸盐的产品水。通过给料管24的流量估计是通过滤筒10的总水流量的大约0.005％。
在用十水合焦磷酸钠晶体26处理之后，水通过0.040英寸直径的排放孔流出给料管24，然后被引入出口堆栈20。给料管24的第一端28被振动熔接到出口堆栈20上，在它们之间形成密封。十水合焦磷酸钠是用孔隙度为90CFM的聚丙烯单丝布料制成的筛子37就地保存的。水被允许通过偏离给料管纵轴大约55o的排放孔35从给料管24流入出口堆栈20。网筛37防止排放孔35的堵塞。
上述的实施例证明本发明的设计的可行性。展现流速在每分钟0.5到1加仑的范围内变化的试验不引起产品水中的磷酸盐水平偏离预期的范围，从而表明生产的是饱和溶液。
尽管本发明的比例流量给料管的特定的实施方案业已展示和描述，但是，本领域技术人员将清楚的知道，在不脱离权利要求书的范围的情况下，本发明的各个方面都可有各种改变和修正。