专利名称：使用碳块和褶状过滤元件的过滤器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及过滤装置，特别是涉及构造成安装在过滤器滤筒中的过滤器组件。根据本发明的过滤器组件可以包括碳块过滤元件和围绕该碳块过滤元件的径向外表面的褶状过滤元件。
背景技术：
在世界上大多数地区，饮用水或自来水含有相当多的有害的或令人讨厌的化学物质、悬浮颗粒物和微生物。在各种环境中，在水被使用之前必需将这些污染物除去。虽然市政水处理厂试图解决这一问题，但是许多个人和组织发现这种努力不足并且使用现场水过滤器。这种水过滤器经常结合于器具中，例如冰箱的制冰器中，或水分装机中。
业已知道，包含活性碳的过滤元件能够有效地从水中除去化学物质，例如氯、硫化氢、杀虫剂、除草剂、酚、氯酚和碳氢化合物。除去这些污染物通常能够改善该过滤水的味道、气味和外观。尽管如此，大多数含碳的过滤元件不足以除去细菌、病菌和其他微生物。为此，除了含碳的过滤元件之外各种微孔过滤元件安装在过滤装置中。已知的能够有效地除去细菌、病菌和其他微生物的微孔过滤元件包括在例如美国专利3,526,001号中描述的空心微孔纤维，美国专利6,113,784号中描述的微孔薄膜(其内容结合与此供参考)，和能够实现同等功能的其他结构。
Muramutsu等人的美国专利5,092,990号描述了一种过滤装置，其包括一般的圆筒形壳体和包含在该壳体中的过滤元件。根据一个实施例，该过滤元件包括波纹状过滤薄膜和与该过滤薄膜的内表面接触的支撑网。该波纹状薄膜可以由过滤布制造并且其形状做成一般的圆筒形形状，具有形成在该薄膜外表面的活性碳颗粒预涂层。空心的纤维单元设置在该支撑网内。将被过滤的水通过波纹状过滤薄膜的外表面进入该过滤单元，流过该支撑网，并且在沿向上的方向流过该空心纤维之后，通过在顶部的中心孔离开该过滤元件。
美国专利5,092,990号描述的预涂层结构具有种种缺点。例如，用活性碳层涂敷该薄膜的外表面抑制该薄膜的微孔隙率，使得被涂敷的薄膜变成没有较粗过滤作用的能力。此外，预涂层结构导致不足的深度和不一致的碳层厚度，或者甚至可能导致薄膜上的裸露点。
Solomon等人的美国专利4,714,546号公开一种便携式水过滤器，其具有在过滤器壳体中的不透水管、围绕该管的褶状管状元件以及设置在该管内的活性碳过滤器。在运行中，一部分水从入口流过该管状的褶状元件，并且然后通过碳过滤元件到第二出口。另一部分水从入口沿着褶状元件流动以注满该管状元件，并且然后通过第一出口流出。径向地流过该褶状元件的水然后在底部孔进入不透水的管并沿着向上的方向流动，最终通过壳体顶部的第二出口离开。
Jewell等人的美国专利4,828,698号公开一种过滤设备，其具有一般的圆筒形过滤装置，该过滤装置包括圆筒形形状的多孔装置、圆筒形形状的含有吸附剂的装置以及圆筒形形状的微孔装置。该微孔装置设置在其他两个装置的下游。该微孔装置可以包括褶状多孔尼龙薄膜，而吸附剂装置可以包含活性碳。通过设置在该过滤设备顶部的径向对齐的入口进入的过滤液被引向该过滤元件的径向外表面。该流体然后径向地向内流过该过滤器的不同层，进入该过滤元件的中心凹腔，并且通过在该过滤设备底部的轴向对齐的出口流出。
Smith等人的美国专利6,136,189号公开一种与具有圆形截面的颈部和开口的端部的水瓶一起使用的过滤器组件，其可以包括圆筒形形状的褶状薄膜，该薄膜设置成围绕含有活性碳的内部过滤介质。在运行中，当该过滤器组件浸入充入瓶的水中时，将被过滤的水通过该过滤器侧壁的孔或狭槽进入，径向向内流过该褶状薄膜，通过内部过滤介质，并进入与出口连通的该过滤器的中心空间。在美国专利6,136,189号中描述的该过滤器设备中所用的褶状薄膜不能截住小于1微米的颗粒。该内部含碳介质的孔隙在约10-150微米之间。而且，过滤介质始终浸入在将被过滤的水中并与该水直接接触。这些结构的不足之处导致减少了被过滤的水的效率以及得到的产品的质量不足。
Tanner等人的美国专利6,290,848号公开一种用于重力给水处理装置的过滤器滤筒，其包含诸如带褶薄膜的多孔的颗粒过滤器，和设置在该多孔的颗粒过滤器中的诸如碳的粒状介质。该粒状介质设置在该过滤器的中心体积中。将被处理的水首先流进该过滤器的内部体积中，通过该粒状介质，然后径向向外流过该多孔的颗粒过滤器。
尽管经过了迄今为止的努力，但是在流体过滤领域中仍然需要改进的过滤器组件，以及构造成用于安放这种过滤器组件的滤筒，其有效地减少流体流中的污染物和微生物，引入较低的压力降，具有足够的过滤寿命，提供相对而言不受过滤器寿命的影响或不受过滤单元一般处理影响的始终如一的过滤质量。虽然上述参考文献公开了包含在过滤装置中的组合的过滤元件，但是它们没有单独或以组合的形式公开或提出利用本发明描述和主张的碳块过滤元件和围绕该碳块过滤元件径向外表面的褶状过滤元件。
发明内容
本发明的发明人通过采用一种过滤器组件已经解决了与上述过滤器组件相关的许多问题，该过滤器组件包括从通过这种过滤器组件的滤液中除去颗粒物质并吸收化学污染物的碳块过滤元件和除去微生物和/或颗粒物质的褶状过滤元件。根据本发明构造的过滤器组件具有极好的性能特性，例如能够有效的除去化学污染物、颗粒物和微生物，同时保持较长的寿命和较低的压力降。
具有设置在碳块过滤元件上游的微孔过滤元件的过滤器组件的优点是在微生物进入碳块元件之前将它们截住，在该碳块元件中它们能够生长、繁殖并最终占据该过滤器滤筒。此外，当碳块元件设置在微孔元件的下游时，在微孔元件中例如由于存在微生物而产生的任何不希望的气味或味道基本上被碳块元件除去。
因此，本发明涉及用于过滤器滤筒的过滤器组件，其包括一般的圆筒形碳块过滤元件和围绕该碳块过滤元件的径向外表面设置的一般的圆筒形褶状过滤元件。根据本发明构造的过滤器组件具有与该碳块过滤元件的轴向部分连通的出口，以便首先流过该褶状过滤元件的滤液通过碳块过滤元件的径向外表面进入该碳块过滤元件，径向向内扩散到该碳块过滤元件的轴向部分，然后沿着该碳块过滤元件的轴向部分流动，并通过该出口离开该碳块过滤元件的轴向部分。
本发明还涉及用于过滤器滤筒的过滤器组件，其包括第一过滤元件和围绕该第一过滤元件的径向外表面设置的第二过滤元件。该过滤器组件还具有与第一过滤元件连通的出口，以便滤液首先通过该第二过滤元件，通过第一过滤元件的径向外表面进入该第一过滤元件，径向向内扩散到该第一过滤元件的轴向部分，并且然后沿着该第一过滤元件的轴向部分流动，并通过该出口离开该第一过滤元件的轴向部分。在本发明的这个示例性的实施例中，该第一过滤元件由能够有效吸收赋予滤液不希望的气味或味道的化合物的材料制造，第二过滤元件包括能够从滤液中有效除去微生物的褶状过滤元件。
在根据本发明构造的用于过滤器滤筒的过滤器组件中，该褶状过滤元件可以包括薄膜结构。该薄膜结构的平均孔径可以在约0.05到约5微米之间，厚度在约130到300微米之间。该薄膜结构可以包括螺旋形褶状薄膜结构、径向褶状薄膜结构、直的非径向褶状薄膜结构、具有取向成垂直于中心轴的褶的薄膜结构、W形的多褶薄膜结构(径向或螺旋形)、变形的W形褶结构以及任何数目和/或其组合。它可以包括一层设置在另一层顶上的多层，并且这些层具有不同的过滤特性。
优选地，该薄膜结构具有梯度孔隙结构。这种结构可以包括具有不同平均孔隙尺寸的多层。例如，在本发明的一个实施例中，对于任何两个相邻的层，上游层的平均孔隙尺寸不小于下游层的平均孔隙尺寸。具体说，该薄膜结构可以包括平均孔隙尺寸均为约0.65微米的上游层和中间层，以及平均孔隙尺寸为约0.2微米的下游层。
根据本发明构造的过滤器组件的褶状元件还可以包括设置在邻接于该薄膜结构的排水层。该排水层可以支撑该薄膜结构。除了排水层之外，该褶状过滤元件还可以包括设置在该排水层和薄膜结构之间的缓冲层。
根据本发明构造的用于过滤器滤筒的过滤器组件可以包括围绕该褶状过滤元件设的预过滤器，使得滤液在通过该褶状过滤元件之前通过该预过滤器。该预过滤器可以用聚丙烯、聚酯、聚酰胺、树脂粘接纤维、无粘合剂纤维、合成纤维、烧结材料、金属、陶瓷材料、纱线、特殊的过滤纸、聚合物薄膜或其任何组合。围绕该预过滤器可以设置保护网。
此外，根据本发明构造的过滤器组件还可以包括可操作地与碳块过滤元件的上端表面相联的上端盖、可操作地与碳块过滤元件的下端表面相联的下端盖、或两者。
对本领域的普通技术人员来说，从下面的详细描述，本发明的过滤器组件以及构造成用于安放这种过滤器组件的滤筒的这些和其他方面，以及使用该过滤器组件和滤筒的方法将变得非常明白。
下面将参考附图详细描述本发明的实施例，以便本发明领域的普通技术人员将更加容易理解如何制造和使用本发明，其中图1是根据本发明构造的过滤器组件的分解透视图；图2是用于本发明适当实施例中的示例性褶状过滤元件的放大截面图，其中为了说明的目的其组成层被扇形展开；图3是安放根据本发明构造的示例性过滤器组件的过滤器滤筒的一个实施例的分解透视图，其中为了容易说明，其零部件被分开；图4是图3所示过滤器滤筒的剖视图，其中箭头示出流体流过该过滤器滤筒的方向；图5是安放根据本发明构造的示例性过滤器组件的过滤器滤筒的可选实施例的分解透视图，其中箭头示出流体流过该过滤器滤筒的方向；和图6是安放根据本发明构造的示例性过滤器组件的过滤器滤筒的另一个可选实施例的分解透视图，其中箭头示出流体流过该过滤器滤筒的方向。
具体实施例方式
参考附图，其中相同的附图标记表示这里描述的过滤装置相同的结构元件，图1示出根据本发明构造的示例性过滤器组件，其总的附图标记为10。如图1所示，该过滤器组件10包括一般的圆筒形碳块过滤元件4，其具有延伸通过或不通过该过滤元件4的轴向凹腔6。这种碳块过滤元件可以根据例如Wei-Chih Chen等人的美国专利5,928,588和5,882,517号生产。这两个专利均已转让给Cuno公司，其内容结合于此供参考。
如图1所示，该过滤器组件10还包括围绕该碳块过滤元件4的外圆周设置的一般的圆筒形褶状过滤元件7。适合于用于本发明实施例的示例性的褶状过滤元件7公开在Stoyell等人的美国专利6,113,784号中，该专利转让给Pall公司，其内容结合于此供参考。尽管如此，本领域的技术人员应当明白，根据被过滤的滤液、所希望的过滤特性和其他相关因素，在本发明的实施例中可以采用任何合适的过滤介质。
褶状过滤元件7可以包括薄膜结构17。适合用作该薄膜结构17的零件的材料包括具有多孔孔隙的各种聚合物材料，例如乙酸纤维素(CA)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PESU)、聚酰胺(PA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)以及尼龙。根据具体的使用要求，包括在薄膜结构17中的材料孔的尺寸可以在约0.05到约5微米之间的范围内，薄膜结构17的厚度在约130到300微米之间的范围内，而褶状过滤元件7的厚度可以大得多。本领域的普通技术人员还应当明白，本发明包括使用螺旋形褶状薄膜结构、径向褶状薄膜结构、直的非径向褶状薄膜结构、具有取向成垂直于中心轴的褶的薄膜结构、W形的多褶结构(径向或螺旋形)、变形的W形褶结构以及任何数目和/或其组合。
该薄膜结构17可以由单层构成或包括一层设置在另一层顶上到所希望的厚度的相同或不同介质的多层。薄膜结构17还可以包括具有不同过滤特性的层。在优选实施例中，该薄膜结构具有梯度孔隙结构。“梯度孔隙”在本发明的上下文中是指在薄膜结构17中的平均孔隙尺寸作为进入该薄膜深度的函数变化。例如，该薄膜结构17可以包括具有不同平均微孔尺寸的不连续的区域或层。
梯度孔隙结构的示例性薄膜结构17示于图2，图2表示褶状过滤元件7的剖视图，为了说明，其构成层被展开成扇形。在这个示例性的实施例中，该薄膜结构17包括相邻的介质层71、72和73，其中下游层73与层71和72相比具有较小的平均孔隙尺寸。中间层72具有与上游层71相同的或比它小的平均孔隙尺寸。在本发明的优选实施例中，介质层71和72的平均孔隙尺寸为约0.65微米，而介质层73的平均孔隙尺寸为约0.2微米。
如图2所示，褶状过滤元件7可以包括在该薄膜元件17上游的排水层27、在该薄膜元件17下游的排水层37，或两者。层27和37中之一或两者也可以具有支撑该薄膜结构17的附加功能，并且可以具有相同或不同的结构和成分。另一方面，一些新的聚合物材料，例如PSU、PESU、PVDF和PTFE可以被有利地折叠为单层或多层薄膜结构17而不需要加强。优选地，层27和37是与该薄膜结构17分开的不同层，并且可以是网状、屏网或较粗孔的织物或无纺织物层的形式。更优选地，上游层27包括纺粘聚丙烯纤维柔性层，而下游层37包括塑料网状物。根据被过滤介质、滤液的温度和其他因素，也可以用本领域普通技术人员已知的其他合适的材料和结构制造该薄膜结构17和支撑层27和37。
该褶状过滤元件7还可以包括除了薄膜结构17和排水层27、37之外的组成部分。例如，缓冲层(单层或多层)25可以设置在该薄膜结构17和该排水层27、37之一或两者之间。这种缓冲层(单层或多层)25可以包括在该褶状过滤元件7中，以当过滤介质响应该过滤器所用于的系统中的流体的压力和温度的波动而膨胀和收缩时，防止由于其表面与排水层27和37接触而磨损。缓冲层25优选用比排水层27、37光滑的材料制造，并且比该薄膜结构17的介质具有更高的耐磨损性。
图1所示的过滤器组件10还可以包括围绕该褶状过滤元件7的外圆周的预过滤器5，其由本领域的普通技术人员已知的任何合适材料制造。该预过滤器材料的例子包括下述材料的任何合适的片状毛网聚丙烯、聚酯、聚酰胺、树脂粘接的或无粘合剂的纤维(例如玻璃纤维)、其他合成纤维(纺织和无纺毛网结构)、诸如聚烯烃的烧结材料、金属、陶瓷材料、纱线、特殊的过滤纸(例如，纤维、乙酸纤维素、聚烯烃和粘接剂的混合物)、聚合物薄膜以及其他。优选地，该预过滤器5用无纺聚丙稀(例如熔吹的)或无纺聚酯制造。
除了预过滤器5之外，该过滤器组件10可以包括围绕该预过滤器5设置的保护网9，例如，用于关于该褶状过滤元件7固定该预过滤器5。该保护网9可以用本领域普通技术人员已知的任何合适的材料制造，例如聚合物。对于高温用途，可以使用金属网或金属屏网。
根据图3所示的示例性实施例，根据本发明构造的过滤器组件110可以被包括在过滤器滤筒120中。该过滤器组件110包括碳块元件140、一般圆筒形的过滤元件170、预过滤器150以及保护网190。用于容纳过滤器组件110的合适的过滤器滤筒的其他示例性实施例公开在2003年4月18提交的名称为“密封的过滤器滤筒”的美国专利申请序列号10/418386中，其内容结合于此供参考。
仍然参考图3，示例性的过滤器滤筒120包括储液槽112和封闭盖114，该储液槽112具有构造成用于容纳该过滤器组件110的内部室116，该封闭盖114在其底部用于将该过滤器组件110封闭在储液槽112的里面。该封闭盖114优选用旋转熔焊焊接于该储液槽112的底部，但是也可以用超声焊、热板焊、感应焊或多重注塑连接。该储液槽112具有在其顶端的用于使流体进入该储液槽112的内部室116的入口管60，和用于使流体从该内部室116流出的出口管80。
仍然参考图3，上端盖142可操作地与该过滤器组件110的上端相联。该上端盖142构造成可操作地接纳该碳块元件140的上端和褶状过滤元件170的上端。该上端盖142可以包括一个附属的外凸缘144，其具有多个形成在其上圆周地设置并间隔开的流动槽146。此外，该上端盖142可以包括台阶状的颈部148，具有延伸通过该颈部的轴向孔148a。
该颈部148的外部可以装有设置在其周围的环形密封环150，并且其尺寸和形状做成密封地接合在环形接纳轴环152上(示于图4)，其可以设置成大体围绕该出口管80，并从该储液槽112的内部室116向下凸出。该上端盖142的颈部148在该接纳轴环内的密封接合便于该碳块元件140中的轴向凹腔140a、延伸通过该上端盖140的轴向孔148a和该储液槽112的中心出口管80之间的流体连通。
此外，该颈部148的外部可以包括设置在该密封环150的下面并与其间隔开的台阶部分148b，用于方便该颈部148被接纳轴环152密封接合。在图3所示的本发明的示例性实施例中，该过滤器组件110还可以包括具有轴向通孔130a并且与该碳块元件140和上端盖142可操作地相联的适配器130，以进一步便于该碳块元件140中的轴向凹腔140a和该储液槽112的出口管80之间的流体连通。优选地，该适配器具有其构造成安装在该碳块元件140的轴向凹腔140a中的第一圆筒形部分136、凸缘134和构造成安装在该上端盖142内的第二圆筒形部分132。
继续参考图3，在本发明的一些示例性实施例中，下端盖160可操作地与该过滤器组件110的底端相联。优选地，该下端盖160构造成接纳该碳块元件140的下端和该褶状元件170的下端，并且也可以适于并构造成将过滤器组件110支撑在该储液槽112中。根据本发明的优选实施例，该下端盖160包括圆周地设置的多个向外的喇叭形凸缘162，用于接合该储液槽112的内部室116的壁。
参考图4，图4具有一组箭头，表示滤液通过该过滤器滤筒120扩散的方向，在本发明的示例性实施例中，未过滤的介质通过入口管60进入该储液槽112的内部室116的上部区域116a。该未过滤的介质然后通过形成在上端盖142的外凸缘中的圆周地设置并间隔开的流动槽146(见图3)，并进一步进入该储液槽112的内部室116的下部。在包括预过滤器150的本发明的示例性实施例中，该未过滤的介质在进入该褶状过滤元件170之前首先扩散通过该预过滤器150。当通过构成该褶状过滤元件170的组成部分时，该滤液径向向内扩散通过该碳块元件140并进入轴向凹腔140a中，在沿着向上的方向通过该碳块元件140并进入该轴向凹腔140a之后，在合适的示例性实施例中，通过适配器130的轴向孔130a，该流体通过出口管80离开该过滤器滤筒120的内部。
上述根据本发明构造的过滤器组件10与现有技术相比具有许多优点。例如，该过滤器组件10具有极好的性能特点，例如能够有效地除去化学污染物、颗粒物和微生物，同时保持较长的寿命和较低的压力降。碳块元件4、140除去颗粒物并吸收化学污染物，而褶状过滤元件7、170从通过该过滤器组件10的滤液中除去微生物和颗粒物。
具有设置在碳块过滤元件4上游的褶状过滤元件7的过滤器组件10的优点是在微生物进入碳块过滤元件之前能够将它们截住，在碳块过滤元件中它们能够潜在地生长、繁殖并最终占据过滤器滤筒的。此外，在这个实施例中，由于碳块元件4设置在褶状元件7的下游，例如由于存在微生物而在该褶状元件中产生的任何不希望的气味或味道基本上被碳块元件4除去。
图5示出根据本发明构造的一次性密封的过滤器滤筒，并且其总的附图标记为210。如图5所示，该过滤器滤筒210包括具有构造成用于支撑过滤器组件222的内部室220的储液槽212，和在其底部用于该过滤器组件222永久性地封闭在储液槽212的内部室220中的封闭盖214。该封闭盖214优选用旋转熔焊焊接于储液槽212的底端。将封闭盖214连接于该储液槽212底端的其他方法包括超声焊、热板焊、感应焊、多重注塑和机械固定装置。
继续参考图5，该储液槽212包括细长的顶部298，其具有延伸通过该顶部的通道288并具有用于使滤液流进该储液槽212的内部室220的入口216和在其顶端用于使滤液从该内部室220流出的出口218。该入口216可以开口在该细长顶部298的径向外表面上，如图5所示，与该通道288连通。通道288可以包括分开的流体流动槽，目的是为了便于该入口216和储液槽212的内部室220的连通。
出口218设置在该细长的顶部298的顶端并且大体上与该储液槽212的中心线对齐。入口216和出口218优选适于并构造成与诸如水过滤器具的器具的合适的口或组件相配合。可选地，入口216和出口218可以适于并构造成用于与适配器配合，该适配器又可以构造成用于与器具配合。
该储液槽212的细长顶部298可以具有台阶部分298a和298b并且可以具有设置在入口216的上方围绕台阶部分298a设置的密封环217和设置在入口216的下方围绕该台阶部分298b设置的密封环215以便于该细长的顶部298与它所构造用于的器具的合适部分或适配器的合适部分密封结合，这一点能够被本领域的普通技术人员所理解。
类似于图3和图4所示的本发明的示例性实施例，该密封的过滤器滤筒210的过滤器组件222包括围绕碳块元件224的外圆周设置的一般圆筒形的褶状过滤器元件270。这个实施例的碳块过滤元件224和褶状过滤器元件270基本上如上面参考本发明的其他实施例所详细描述的。此外，过滤器组件222可以包括上面参考其他实施例所描述的任何数目的元件和/或组合。
继续参考图5，上端盖242可操作地与该过滤器组件222的上端相联。优选地，该上端盖242构造成接纳碳块元件224的上端和褶状过滤元件270的上端。该上端盖242可以包括附属的外凸缘244，其具有形成在其上的多个圆周地设置并间隔开的流体流动槽(见图3所示的元件146)。此外，该上端盖可以包括台阶状的颈部248，其具有台阶部分248b和延伸通过该台阶部分的轴向通道248a。台阶状颈部248构造成被接纳在该储液槽212的细长顶部298的通道288内，并允许进入入口216的未过滤的介质流到储液槽212的内部室220的下部，用于与过滤器组件222的径向外表面连通。颈部248的外部可以装有设置在其周围并且在台阶部分248b之上的环形密封环250，该环形密封环250的尺寸和形状做成用于密封接合在该储液槽212的细长顶部298中的通道288内。
在本发明适当的实施例中，下端盖240可操作地与该过滤器组件222的下端相联。优选地，在本发明的这个实施例中，该下端盖240构造成接纳碳块元件224的下端和褶状元件270的下端，并且也可以适于并构造成将过滤器组件222支撑在该储液槽212中。优选地，该下端盖240具有类似于图3和图4所示并且在上面详细描述的示例性实施例的下端盖的结构。
继续参考图5，图5具有一组箭头，其示出在运行中流过该密封的过滤器滤筒210的滤液流动的方向，未过滤的介质通过储液槽212的细长顶部298中的入口216进入通道288的内表面和台阶状颈部248的外表面之间的区域。在本发明的适当的实施例中，该未过滤的介质然后通过形成在上端盖242的外凸缘244中圆周地设置并间隔开的流动槽扩散，并进一步进入储液槽212的内部室220的下部。
该未过滤的介质然后进入过滤器组件222的径向外表面并径向向内扩散进入碳块过滤元件224的轴向凹腔226中。在沿着向上的方向流过碳块过滤元件224的轴向凹腔226之后，在适当的实施例中，通过上端盖242的通道248a，该过滤过的介质通过出口218离开该过滤器滤筒的内部。
图6示出根据本发明构造的另一个过滤器滤筒，并且其总的附图标记为310。如图6所示，过滤器滤筒310包括具有构造成用于支撑过滤器组件322的内部室320的储液槽312，和在其底端用于将该过滤器组件322永久性地封闭在储液槽312中的封闭盖314。该封闭盖314优选用旋转熔焊焊接于储液槽312的底端。将该封闭盖314连接于储液槽312底端的其他方法包括超声焊接、热板焊接、感应焊接和多重注塑。
继续参考图6，储液槽312包括细长的顶部396，其具有环形凸缘396b和延伸通过该顶部的轴向通道396a，并具有用于使滤液流进储液槽312的内部室320的入口316。根据这个实施例，封闭盖314包括具有环形凸缘398b和延伸通过该部分的轴向通道398a的细长部分398。
用于使过滤过的介质从内部室320流出的出口318可以设置在封闭盖314的细长部分398的底端。入口316和出口318与储液槽312的中心线大体上对齐。入口316和过滤器组件322的径向外表面连通，而出口318与碳块元件324的轴向凹腔326连通。入口316和出口318优选适于并构造成与诸如水过滤器具的器具的合适的口或组件相配合。
类似于前面描述的实施例，密封的过滤器滤筒310的过滤器组件322包括围绕碳块过滤元件324的外圆周设置的一般的圆筒形褶状过滤元件370。这个实施例的碳块过滤元件324和褶状过滤元件370基本上如参考本发明的其他实施例所详细描述的。此外过滤器组件322可以包括上面参考其他实施例所描述的任何数目的元件和/或组合。
继续参考图6，上端盖342可操作地与过滤器组件322的上端相联。优选地，上端盖342构造成接纳并密封地封闭碳块元件324的上端和褶状过滤元件370的上端，因此防止滤液通过该过滤器组件的顶表面进入。
在本发明适当的实施例中，下端盖340可操作地与该过滤器组件322的底端相联。下端盖340具有通过下端盖的并且大体圆筒形的轴向通道340a，并且优选构造成接纳碳块元件324的下端和褶状元件370的下端，并且密封地固定于封闭盖314，以防止未过滤的介质进入流过轴向通道340a到出口318的已过滤的介质流。将圆筒形部分340a密封地固定于封闭盖314的方法可以包括利用O形环、焊接和其他结构以及本领域技术人员已知的方法。
可选择地，储液槽312可以包括当过滤过程开始时用于与储液槽312的内部室320通风的通风孔420。该通风孔420包括用于选择地打开通风孔420的通风盖414和用于密封接合该通风盖414的密封环412。本领域的普通技术人员应当理解，可以使用执行同样功能的任何结构来替代该通风孔420。
而且，储液槽312选择地包括在过滤器滤筒的处理之前用于排放储液槽312的内部室320的剩余滤液的排水孔410。该排水孔410包括用于选择地打开排水孔410的排水盖414和用于密封接合排水盖414的密封环412。本领域的普通技术人员应当理解，可以使用执行同样功能的任何结构来替代排水孔410。
还是参考图6，图6具有一组箭头，其表示运行中滤液流动通过该密封的过滤器滤筒310的方向，未过滤的介质通过轴向通道396a进入储液槽312的内部室320的上部区域320a。该未过滤的介质然后进入过滤器组件322的径向外表面并径向地扩散到碳块元件324的轴向凹腔326中。在沿着向下的方向沿着碳块元件324的轴向凹腔326流动通过端盖340的轴向通道340a并且然后通过轴向通道398a之后，过滤过的介质通过出口318离开过滤器滤筒310的内部室320。
虽然参照具体实施例描述了根据本发明构造的过滤器组件，但是本领域的技术人员很容易理解，可以在不脱离本发明的精神实质的情况下对本发明进行变换和修改。例如，根据本发明构造的过滤器组件可以被用于加压的以及重力进给的应用。
权利要求
1.一种用于过滤器滤筒的过滤器组件，包括(a)一般的圆筒形碳块过滤元件，其具有径向外表面、上端表面、下端表面和轴向部分；(b)一般的圆筒形褶状过滤元件，其围绕所述碳块过滤元件的径向外表面设置；(c)出口，其与所述碳块过滤元件的轴向部分连通，以便滤液首先流过所述褶状过滤元件，通过所述碳块过滤元件的径向外表面进入所述碳块过滤元件，径向向内扩散到所述碳块过滤元件的轴向部分，然后沿着所述碳块过滤元件的轴向部分流动，并通过所述出口离开所述碳块过滤元件的轴向部分。
2.根据权利要求1的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件包括薄膜结构。
3.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述薄膜结构的平均孔隙尺寸在约0.05到约5微米之间。
4.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述薄膜结构的厚度在约130到约300微米之间。
5.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述薄膜结构从下面的组中选取螺旋形褶状薄膜结构、径向褶状薄膜结构、直的非径向褶状薄膜结构、具有取向成垂直于中心轴的褶的薄膜结构、径向W形的多褶结构、螺旋W形的多褶结构、变形的W形褶结构以及它们的任何组合。
6.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述薄膜结包括一层设置在另一层顶上的多层。
7.根据权利要求6的过滤器组件，其中所述多层的至少两层具有不同的过滤特性。
8.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述薄膜结构具有梯度孔隙结构。
9.根据权利要求8的过滤器组件，其中所述薄膜结构包括具有不同平均孔隙尺寸的多层。
10.根据权利要求9的过滤器组件，其中对于任何相邻的两层，上游层的平均孔隙尺寸不小于下游层的平均孔隙尺寸。
11.根据权利要求9的过滤器组件，其中所述薄膜结构包括上游层、中间层和下游层，所述上游层和中间层两层的平均孔隙尺寸为约0.65微米，而下游层的平均孔隙尺寸为约0.2微米。
12.根据权利要求2的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件还包括排水层。
13.根据权利要求12的过滤器组件，其中所述排水层支撑所述薄膜结构。
14.根据权利要求12的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件还包括设置在所述排水层和所述薄膜结构之间的缓冲层。
15.根据权利要求1的过滤器组件，还包括围绕所述褶状过滤元件设置的预过滤器，由此使滤液在通过所述褶状过滤元件之前通过所述预过滤器。
16.根据权利要求15的过滤器组件，其中所述预过滤器基本上由选自下面组中的材料制造聚丙烯、聚酯、聚酰胺、树脂粘接纤维、无粘合剂纤维、合成纤维、烧结材料、金属、陶瓷材料、纱线、特殊的过滤纸、聚合物薄膜或其任何组合。
17.根据权利要求15的过滤器组件，还包括围绕所述预过滤器设置的保护网。
18.根据权利要求1的过滤器组件，还包括上端盖，其与所述碳块过滤元件的上端表面可操作地相联。
19.根据权利要求1的过滤器组件，还包括下端盖，其与所述碳块过滤元件的下端表面可操作地相联。
20.一种用于过滤器滤筒的过滤器组件，包括(a)第一过滤元件，其具有径向外表面、上端表面、下端表面和轴向部分；(b)第二过滤元件，其围绕所述第一过滤元件的径向外表面设置；(c)出口，其与所述第一过滤元件连通，以便滤液首先流过所述第二过滤元件，通过所述第一过滤元件的径向外表面进入所述第一过滤元件，径向向内扩散到所述第一过滤元件的轴向部分，并且然后沿着所述第一过滤元件的轴向部分流动，并通过所述出口离开所述第一过滤元件的轴向部分；其中所述第一过滤元件由能够有效地吸收赋予所述滤液不希望的气味或味道的化合物的材料制造；并且其中所述第二过滤元件包括能够有效地从所述滤液中除去微生物的褶状过滤元件。
21.根据权利要求20的过滤器组件，其中所述第一过滤元件是碳块过滤元件。
22.根据权利要求20的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件包括薄膜结构。
23.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述薄膜结构的平均孔隙尺寸在约0.05到约5微米之间。
24.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述薄膜结构的厚度在约130到约300微米之间。
25.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述薄膜结构由下面的组中选取螺旋形褶状薄膜结构、覆盖型褶状薄膜结构、具有取向成垂直于中心轴的褶的薄膜结构、W形的多褶薄膜结构以及它们的任何组合。
26.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述薄膜结构包括一层设置在另一层顶上的多层。
27.根据权利要求26的过滤器组件，其中所述多层的至少两层具有不同的过滤特性。
28.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述薄膜结构具有梯度孔隙结构。
29.根据权利要求28的过滤器组件，其中所述薄膜结构包括具有不同平均孔隙尺寸的多层。
30.根据权利要求29的过滤器组件，其中对于任何相邻的两层，上游层的平均孔隙尺寸不小于下游层的平均孔隙尺寸。
31.根据权利要求29的过滤器组件，其中所述薄膜结构包括上游层、中间层和下游层，所述上游层和中间层两层的平均孔隙尺寸为约0.65微米，而下游层的平均孔隙尺寸为约0.2微米。
32.根据权利要求22的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件还包括排水层。
33.根据权利要求32的过滤器组件，其中所述排水层支撑所述薄膜结构。
34.根据权利要求32的过滤器组件，其中所述褶状过滤元件还包括设置在所述排水层和所述薄膜结构之间的缓冲层。
35.根据权利要求20的过滤器组件，还包括围绕所述褶状过滤元件设置的预过滤器，由此使滤液在通过所述褶状过滤元件之前通过所述预过滤器。
36.根据权利要求35的过滤器组件，其中所述预过滤器由选自下面组中的材料制造聚丙烯、聚酯、聚酰胺、树脂粘接纤维、无粘合剂纤维、合成纤维、烧结材料、金属、陶瓷材料、纱线、特殊的过滤纸、聚合物薄膜或其任何组合。
37.根据权利要求35的过滤器组件，还包括围绕所述预过滤器设置的保护网。
38.根据权利要求20的过滤器组件，还包括上端盖，其与所述碳块过滤元件的上端表面可操作地相联。
39.根据权利要求20的过滤器组件，还包括下端盖，其与所述碳块过滤元件的下端表面可操作地相联。
全文摘要
本发明公开了一种用于过滤器滤筒的过滤器组件，该过滤器组件包括一般的圆筒形碳块过滤元件和围绕该碳块过滤元件的径向外表面设置的一般的圆筒形褶状过滤元件。该过滤器组件具有与该碳块过滤元件的凹腔连通的出口，以便滤液首先流过该褶状过滤元件，通过该碳块过滤元件的径向外表面进入该碳块过滤元件，径向向内扩散到该碳块过滤元件的轴向凹腔中，并且然后沿着该碳块过滤元件的中心凹腔轴向流动，并通过该出口离开该碳块过滤元件的中心凹腔。
文档编号B01D61/18GK1777465SQ200480010456
公开日2006年5月24日 申请日期2004年2月27日 优先权日2003年4月18日
发明者托马斯·哈姆林, 马丁·布拉泽, 劳伦斯·W·巴塞特 申请人:库诺公司