带有过滤器完整性测试系统的配水装置 【技术领域】
本发明涉及一种配水装置，它可提供不含特定微生物的过滤水，并含有测试过滤器完整性的装置。本发明的配水装置特别适用于分配生活饮用水。
背景技术
可提供不含微生物过滤水的各种生活饮用水净化系统早已为人所知。最常用的净化系统可除去象Parvum隐生孢子(cryptorsproridium Parvum)和Lablia贾第鞭毛虫(giardiaLablia)那样的原生动物孢囊，这些原生动物孢囊可能在未充分氯化的供水中发现。当孢囊大小为5-10微米时，通常就可通过由碳块制成的标称1微米的微孔滤芯除掉，以致于同时也将氯和其它杂质除掉以改善味道。由陶瓷或合成聚合物材料制成的0.2微米最大孔径的超微微孔过滤装置也已为人所知。这种过滤装置可将Aurigena假单胞菌(pseudomonas Aurigena)这样的致病细菌除掉，而这些细菌也可能在处理过的生活供水中发现。危险在于，当本地供水中发现了这种生物而官方提示为“煮沸水”地时候，这种过滤装置的使用者会有安全的错觉。尽管有这样一些过滤装置为证明其所声称的有效性可对其进行性能测试，但即使有这种测试，也极少能保证所销售的每一个过滤装置具有100％的质量。因此，所销售的有限的一些过滤装置事实上并不符合其所声称的保存期值。另外，滤芯可能会在安装之前损坏，或者是使用者往外壳中安装得不恰当，从而可能造成未经过滤的水漏入最终产品中。最后，在制成的滤芯中，过滤装置上的密封胶有时会因长时间处于含水环境中而遭到损坏，其损坏将依赖于诸如pH值、温度和在供水过程中开、关给系统带来的机械冲击次数等因素。在所有上述情况中，由于这样的净化系统不含检测过滤器完整性的装置，使用者没办法确定系统是否实际上能按照标称的性能指标来工作。
在现有技术中，已发明了用于检测过滤器完整性的装置。USP4872974就公开了一种薄膜过滤器的检测方法，其包括以下的步骤：通过气体以预定的速率增大固定在外壳上并由液体润湿的薄膜过滤器原边上的压力，在经过预定时间段以后，检测薄膜过滤器原边的压力是否在特定的鉴定范围内。
USP5417101公开了一种通过测量已知压力条件下经过所述元件的气体流量来查出有缺陷的滤芯的方法和装置。
US5594161公开了一种检测过滤器组件的滤芯完整性的方法，其包括：润湿过滤器，使过滤器的入口侧承受一定的气压，测量随时间变化的出口导管内的压力，并确定在预定时间所测得的压力是否超过标准压力一个预定的量值。
在Filtration and Separation 1998年1月/2月第26-29页上发表的题为“Predicting…Removal Performance of membrane Systemsusing In Situ Integrity Testing”的论文中公开了两种检测薄膜系统完整性的方法，第一种方法是将空气在压力起泡点作用于薄膜的一侧，隔离，然后测量整个时间内所下降的压力。前述的起泡点，或准确地说是泡点压力定义为使空气流过开始全部充满液体的薄膜孔所需的压力。另一种方法是将液体充入模件外壳，并泄入空气将液体排出外壳。排出液体的流速就直接表征了薄膜的完整性。
前述的这些检测方法通常需要测量一个物理量，即或者是体积，或者是压力，因此，操作者要有一定的专业知识和所需的测量元件。因而这种方法不适用于生活饮用水设备。另外，生活饮用水设备应当设有检测过滤器完整性的装置，以避免出现供水不安全。
因此，本发明的目的之一就是提供一种装有用于检测过滤器完整性的装置的日常生活配水装置。
本发明的目的之二是提供一种不需要测量物理量，而可通过目测或通过检测气泡存在时的物理性质来判定过滤器的完整性的生活配水方法和装置。
本发明的目的之三是提供一种可简单、安全操作的，且不需要使用者具有专业知识的方法和装置。
本发明的目的之四是提供一种包含确定过滤器完整性的装置的生活配水装置，其结构简单、操作方便、成本低廉。
本发明的目的之五是提供一种包含确定过滤器完整性的自动控制系统的生活配水装置。
从本发明的说明书中还可发现其它目的和优点。
【发明内容】
本发明带有过滤器测试系统的配水装置包括：
1-一个水罐；
2-一个包含在耐压外壳中的过滤器，该耐压外壳有一个入口和一个与过滤器的过滤流体侧相连的分配出口；
3-一个压力源
4-将水从水罐引到过滤器外壳入口的第一阀和导管装置；
另外还包括：
5-将气体引到所述过滤器外壳入口从而在该入口产生气压的装置；
6-一个用于监测过滤器外壳入口压力的压力表或传感器；
7-控制所述气体引入装置实现开通或停止所述引入过程的控制系统。
在本发明的一种结构中，将气体引到所述过滤器外壳入口的装置包括：
a-一个蓄水器；
b-控制所述蓄水器水位的第二阀和导管装置；
c-在第二入口处连接蓄水器和过滤器外壳的第三导管和阀装置；
以及，控制气体进入过滤器外壳入口的控制系统，该控制系统包括第三阀和导管装置，以便允许或防止水进入所述蓄水器。
在本发明的第一种结构中，压力源最好是一个泵，或装有压缩气体、以及阀和导管装置的气瓶，阀和导管装置用于控制压缩气体从气瓶进入水罐。如果压力源是一个泵，第二阀和导管装置将所述蓄水器与泵和/或过滤器外壳入口相连，或者将蓄水器与泵和/或过滤器外壳入口断开。如果压力源是一个压缩气瓶，当允许压缩气体进入时，第二阀和导管装置就将蓄水器与水罐和/或过滤器外壳入口相连，或者将蓄水器与容器和/或过滤器外壳入口断开。
在本发明的第二种结构中，压力源是一个压缩气瓶，该压缩气瓶装有控制压缩气体从气瓶进入水罐的阀和导管装置，而用于将气体引到过滤器外壳入口的装置包括将气体直接从气瓶引到过滤器的导管和阀装置。
在本发明的第一种结构中，第二阀和导管装置打开时，可有选择地允许压力源将水引入蓄水器，从而排出空气或吸入水，并有选择地将水部分地充入蓄水器到预定的正常水位或较高的测试水位。
当打开第三导管和阀装置时，第三导管和阀装置允许由于水进入蓄水器而排出的空气进入第二过滤器外壳入口，并将空气和/或水从过滤器外壳的入口侧排出。最好，除了分配出口以外，过滤器外壳在过滤器的入口侧还设有一个第二出口，第二出口最好是一个返回出口与能够使过滤器排出的水返回到水罐的返回导管装置相连。
在本发明的第一种结构中，控制系统采用程序控制，结果是在第二阀和导管装置将其与蓄水器相连通时，启动压力源，并且在压力测试装置指示过滤器外壳入口气压已达到低于过滤器泡点压力的预定测试压力时，停止压力源工作。预定的气压根据孔的大小、过滤器的功能和完整性测试的定义而进行选择。如果总的机械损伤是10微米或更大，那么预定的完整性测试压力就设定为最小0.2巴，最大压力为过滤器泡点压力的80％。
在本发明的第二种结构中，当过滤器外壳入口压力已达到低于泡点压力的预定测试压力时，将气体直接从气瓶引入到过滤器的导管和阀装置就启动，从而停止气体的进入。
如果在测试压力下在过滤器外壳出口出现气泡，就意味着过滤器已丧失完整性。于是，分配装置所装的报警器，例如警示灯或警示文字就发出声或光报警信号，指示过滤器完整性已遭到损坏，从过滤器出口流出的水可能已不纯净。然后设备就停止工作，直到更换了过滤器为止。如果在过滤器出口未出现气泡，过滤器的功能就是正常的，蓄水器中的水保持在正常水位，此刻或任何时候需要该设备均可作为过滤水分配装置使用。
从而不难知道，本发明的配水装置有三种状态：非工作状态、分配状态和测试状态，在分配状态，其可用作一个普通的分配器，在测试状态，可进行过滤器的完整性测试。在非工作状态，所有的阀都关闭。在分配状态，第一阀和导管装置打开。在测试状态，气体进入过滤器外壳第二入口。控制系统采用程序控制，根据配水装置使用者发出的指令将配水装置置于分配或测试状态，或者不工作，指令可以任何方便的方式，甚至一般的方法发出，例如通过与电源连接或断开的一个按键或多个按键、或可有选择地控制微处理器电路或类似装置来进行，电源可以是输电线或者如电池这样的单独电源。当过滤器有效但没有水要进行分配的时候，或者正在更换过滤器的时候，配水装置就停止工作。在测试结束且过滤器已更换，或者发现过滤器不应当进行更换之后，装置停止工作并准备好返回到分配状态，或者直接返回到分配状态。从上述逻辑推出，控制系统也可程序控制配水装置，根据使用者的指令信号自动地执行这三种状态的一些组合。因此，在每次分配启动之后，或者几个预定次数的分配启动之后，可自动地开始测试。
尽管本发明特别适用于生活饮用水分配装置，但本发明并不局限于此，在不考虑其尺寸或特定用途的情况下，也可用于包括工业或公共配水装置在内的普通配水装置。
相应地，本发明还涉及一种测试过滤器的方法，该过滤器安装在生活饮用水分配装置的耐压外壳中，在本发明的第一种结构中，其包括以下步骤：
1-设置一个蓄水器；
2-将水引到蓄水器中达到预定的水位；
当需要对过滤器测试时，
3-将水充入过滤器外壳，并使水进入过滤器所有的孔中；
4-将水引到蓄水器中并提高其水位，同时让其中所含的空气流出蓄水器，进入过滤器外壳第二入口；以此将过滤器外壳入口侧中的水经第二出口排出；
5-监测过滤器外壳第二入口处的气压；
6-当气压达到测试压力时，停止水进入蓄水器；
7-判断气泡是否出现在从过滤器外壳出口流出的水中，如果出现气泡，就更换过滤器，而如果未出现气泡，就以正常的方式使用配水装置。
显然，水靠压力源进入蓄水器，如果压力源是一个泵，就可通过泵送的方式进行，或者如果压力源是一个压缩气瓶，可通过在水罐处于气压作用下时，将蓄水器与水罐相连通的方式进行。
在本发明的第二种结构中，在外壳和过滤器已充有水后，该方法通过以下步骤测试过滤器：
I-将气体从压缩气瓶引到外壳入口；
II-监测过滤器外壳入口的气压；
III-当气压达到了测试压力时，停止引入气体；
IV-判断从过滤器出口流出的水中是否出现气泡，如果出现气泡，就更换过滤器，如果不出现气泡，就按正常的方式使用配水装置。
由于通过对水上方的空气进行压缩就可将水位提高到较高的水位从而达到预定的测试压力，因此，根据装置各部件的尺寸，在不同的情况下，可采用不同的测试水位与正常水位的水位比来获得正确的压力。
在配水装置，特别是在生活饮用水分配装置中可以使用任何形式的过滤器，例如，由聚砜或尼仑这样的合成聚合物，或如陶瓷材料这样的无机聚合物制成的0.2微米微孔过滤器。当用水润湿时，这样的过滤器的泡点压力为3.5-4.5巴。通常，这样的过滤器的固有纯水流量为20-40cc/sq.cc.过滤面积/巴。
该装置各部件的体积由其用途决定。例如，在生活用水的分配装置中，水罐的容积为0.5-5升，蓄水器的容积为50毫升-1.5升。
本发明还包括一种操作配水装置，特别是日常生活用配水装置的方法，该配水装置具有非工作、分配和测试三种状态，方法包括以下步骤：将配水装置置于测试状态，执行前述的测试方法，如果发现过滤器损坏则更换过滤器，并使配水装置回到分配状态。
附图简述
在这些图中：
图1是本发明一个实施例装置的示意图；
图2是自动气泡信号装置的示意图；
图3是本发明另一个实施例装置的示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，标号10表示水罐，可用未加说明的方法手动或自动地填充。标号12是一台泵，标号13是包含过滤器14的过滤器外壳。这些都是配水装置的标准部件，可以采用现有技术中已知的任何类型，因此，这里就不再特别描述了。过滤器最好选自由陶瓷材料、金属或碳制成的微孔合成薄膜或微孔过滤器，孔的名义尺寸小于等于可拦住99％以上的Parvum隐生孢子(cryptorsproridium Parvum)、Lablia贾第鞭毛虫(giardia Lablia)和Aurigena假单胞菌(pseudomonasAurigena)所需的尺寸。
标号15表示蓄水器。在正常的分配过程中，蓄水器15中的水处于箭头16所示的水位置，后面将其称为“正常水位”。在该水位之上，蓄水器15充有空气，当阀17开启时，空气可通过阀17进入蓄水器。
水罐10通过包含阀21的导管20与泵12的入口相连。泵12的入口还通过导管22和阀23与蓄水器15相连。泵12的出口与导管25相连，导管25有两个支管，第一支管与阀26相连并通过阀26与蓄水器15相连，第二支管与阀27相连并通过阀27与过滤器外壳13入口侧的开口相连。另一个这样开口通过阀29与返回到水罐10的导管28相通。过滤器外壳入口侧的另一个开口与导管30相连，导管30上装有压力开关或传感装置37，用它来确认已达到所需测试压力，导管30又叉分成支管31和支管38，支管31上装有阀32并返回到水罐10，支管38通过阀34与蓄水器15相连。过滤器外壳的过滤水出口侧与分配管35相连，分配管35上装有单向分配截止阀36，当作用一个较小压力(例如：0.05巴)来克服截止阀的力时，就可将其打开来配送水。该阀将系统密封以避免微生物侵入纯净水侧而且还能防止在分配模式处于非工作状态时过滤器出口产生滴漏。气泡探测仪39与导管35相连。
该设备按以下步骤进行三种模式工作。
非工作状态模式：
1.当设备处于非工作状态时，所有的阀均处于关闭状态。
配送模式：
2.可以采用任何适当的方式发出启动信号来启动配送模式，例如通过按下一个能使电路闭合并使设备的操纵部件与电源相连的按键来启动。
3.打开阀21，打开阀27，启动泵12，在足够的压力下将水从容器10泵送到过滤器外壳13，经过滤器14到达分配阀36，进行配水。
测试模式：
4.可以采用任何适当的方式发出停止信号，使所有的阀置于非工作的关闭状态，并关闭泵12，使配送模式停止并准备进行过滤器完整性检测。
5.然后，打开阀29，避免再进行配水，并将过滤器中的压力降到大气压。
6.打开阀26、21和34，并启动泵。将水泵到蓄水器15，从而将蓄水器中的空气推到过滤器外壳13中，并使水经排出管28返回到水罐10中。
7.一检测出有空气经过排出管28，就关闭阀29，当有更多的水进入蓄水器15时，就在过滤器外壳13中形成一定的空气压力。
8.现在开始过滤器14的完整性检测。增大过滤器入口压力，直到达到测试压力(例如：0.5巴，最好是刚刚低于过滤器的泡点压力)为止。此刻，蓄水器15中的水将达到11所示的水位，假定这是达到的最高水位。然后，压力开关或传感器34将通过适当的信号确认已达到测试压力，且泵12将停止工作。如果过滤器14是完整的，将没有空气通过充有先前配送循环过程中的水的导管35。如果出现气泡，气泡探测仪39将会启动，并发出适当的信号来指示过滤器存在缺陷而必须更换。此时完成了完整性检测，阀26和34再回到关闭状态。
返回非工作状态模式：
9.如果过滤器处于符合要求状态中或者已进行了更换，就必须使配水装置作好正常工作的准备。为此，发出一个适当的信号，打开阀21和23，将压力降到大气压，并使水经阀21回流到容器10中。从而空气就返回到蓄水器15的顶部，且水位回到正常水平。
10.关闭阀21，打开阀27、17和32，启动泵12，将水从蓄水器15泵送到过滤器外壳13中(安排好时间泵送全部的水和一些额外的空气)。
11.关闭阀23和17，打开阀21，泵送容器10中的水，将可能存在于过滤器外壳13中的任何额外的空气通过阀32和导管31排出。
12.使泵12停止工作，且关闭阀21、27和32。现在所有的阀都处于关闭状态，配水装置处于非工作状态，但已作好重新启动的准备。
如前所述，在完整性检测过程中，必须对导管35中的水进行检测以确定气泡是否从过滤器14中逸出。这种检测是一种可视的检测，且包含在本发明的范围之内。然而可以，而且最好通过装置39来实施这种检测，装置39可以检测因气泡的存在而受到影响的一个物理参数，并产生一个气泡存在的信号。所述信号可以形成一个可视的或可听的报警信号，或者如前面对装置工作过程中所述的那样，自动地按程序进行，使配水装置停止工作，并在更换了过滤器以后使装置作好重新启动的准备。
图2是一个光电自动气泡检测装置的例子。它包括一对红外发射/接收器(简称“IR TD”)、光学装置42和一个未示出的电子报警器，该对红外发射/接收器包括一个IR发射器40和一个IR接收器41，光学装置42接收发射器40发出的IR射线并将其反射给接收器41电子报警器监测反射射线的强度，并在反射的IR射线强度超过预定的阈值时发出信号。待检测的水流经位于IR TD之前的导管43，导管43是透明的，或是有透明的窗口44。如果不存在气泡，IR接收器41所检测的反射射线强度就具有一确定的值，该值被确定为阈值。如果有气泡从IR TD前面经过，因气泡存在而增大的反射强度会导致反射射线强度超过该阈值，报警器就按照程序作出反应。
如前所述，在采用特殊的压缩气体情况下，例如在碳酸饮料设备中所用的压缩气体的情况下，本发明并不局限于使用泵，而是可以采用任何的压力源。仅作为一个例子，图3示出了这样的一个实施例。在图3所示的实施例中，与图1所示实施例的部件相同或等效的所有部件均采用相同的标号表示。在该实施例中，气瓶40安装在气瓶支承装置41上。气瓶支承装置可以是任何形式的适合于液体充气设备的装置，尤其可以是像EP 0472995B1或PCT/IL98/00470所描述的那种装置，这里就不再详细地描述了。它通常包括将气瓶40固定到其上的装置，例如螺纹装置和一个气瓶阀(如果气瓶阀不属于气瓶本身的一部分)。如前所述，气瓶阀可用任何适当的装置，例如杠杆45打开，从而使气体从气瓶中逸出。而图示的气瓶阀控制系统是一个普通的手动杠杆，这里仅仅示意性地示出。最好，该装置设有控制系统，可根据使用者所发出的简单指令，例如通过按下按键或类似装置而使其处于非工作状态、分配状态或测试状态，因此，当压缩气瓶用作压力源时，就需要设置一个可由所述控制系统打开或关闭的气瓶阀，而用不着直接由手动操纵，这种阀早已为人所知，就没有必要描述了。
当阀开启装置动作并打开气瓶阀时，气体就经导管46逸出。如前述PCT申请所描述的那样，所述导管的流入物可经过一个预过滤器，例如一个固定在气瓶支承装置出口上的小的多孔材料块，将把可能阻塞后面气体通道的不希望有的微粒滤掉。这种预过滤器也可用作安全装置，因为它将降低液态二氧化碳进入主过滤器的风险。
与图1所示容器10作用相同的水罐48有一个气体导管46相通的入口。它还有一个插管47。插管47与导管49相连，导管49通向阀21，通过它与导管25相连。如同图1所示实施例那样，导管25经阀27而与过滤器外壳13相连，并分支成两个支管22，这两个支管分别经阀23和26与蓄水器15相连。在该实施例中，导管28和31是与储水瓶48相连的返回导管。
除了用开/关气瓶阀代替启/止泵产生或终止压力外，本发明的该实施例与前述第一实施例的工作过程相同。
如前所述，在本发明的第二实施例中，可通过将气体直接从气瓶40送到过滤器入口来实现对过滤器的测试。在此情况下，可省去蓄水器15及其进出导管，并可设置导管直接从气瓶通向过滤器入口。设置阀装置使配水装置处于分配状态时有选择地将气瓶与水罐相连通，或者在装置处于测试状态时，使气瓶与过滤器相连通。所述阀最好采用程序控制，以便在达到测试压力时关闭和中断气体供应。在所有其它方面，该配水装置的工作过程可以和本发明第一实施例一样。
尽管很少需要，但也可使配水装置既装有泵又装有压缩气瓶，利用前者分配水，而利用后者向过滤器提供测试压力气体，或者通过直接与供水管路相连来取代水罐，并由压缩气瓶供应测试气体。
尽管上面已对本发明的具体实施例进行了描述，但显然，在不脱离本发明宗旨或不超过本发明权利要求书范围的情况下，本发明还具有很多的改进、变型和组配。