专利名称：用于净化水的陶瓷滤芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于净化水的陶瓷滤芯，其可作为带有外壳和不带有外壳的滤芯使用。
背景技术：
在许多国家中，给居民提供饮用水是未来最大的问题。尤其是在有卫星城的大城市中或在离开文明地区(civilisation)的地方，可以预料到的是，饮用水被污垢和病原体例如细菌、病毒和孢子所污染。痢疾、霍乱、斑疹伤寒症、肝炎、脑灰质炎或破伤风仅是可通过被污染的饮用水传播的少数几种疾病实例，其中在全世界范围内每年有三到四百万儿童由于这些疾病而死亡。特别是在发展中国家的大城市中，有多至90％的污水未经处理地流入到河流或地下水中。世界卫生组织预期，在2050年，近一半(44％)的世界人口将不再能喝到纯净水。
由于已经假定在21世纪中大部分战争的目标是获取纯净水，饮用水问题将在全世界范围内被涉及。因此，例如试图保证充足的污水处理设备，淡化海水，或者构建使用氯或臭氧的化学消毒设备。尽管已有这些措施，但是问题还没有解决，这从在世界的许多旅馆里人们被警告不要饮用自来水的事实看出。这些警告在美国、俄罗斯或中国都可见到。仅在中欧、西欧和北欧自来水有很好的质量。然而，如果水例如在蓄水池中长时间存储，则需要水净化剂如氯离子或银离子。
污水处理设备，海水淡化设备等大规模地用于处理水问题的目的。然而，由于这些措施都非常昂贵，一半以上的世界人口早已在忍受质量差且通常是被污染的饮用水。在一些国家如中国，饮用水在市场上罐装出售。因此，当饮用水只能从水坑、小溪、泉眼或河流中得到时，个人对干净饮用水的需求不是从远离文明社会开始，而是已经开始更早。
对于户外领域，饮用水过滤器早已被引入，该过滤器是手动且耗体力的并且适合任何背包。对于这种移动式过滤器系统，世界市场的领导者是Katadyn公司，今天他们这种名为“Certipur”的产品。这种过滤器在其内部具有一由塑料(聚合物)或硅藻土制成的多孔的容器，例如，此容器配备有活性炭和银化合物，并且穿过该容器泵入被污染的水。在多孔的容器内部的活性炭由于其很大的表面积而被用来从水中分离细菌并将其吸收。使用银的目的是杀死细菌。这种过滤器尤其是为跋涉者设计和为探险队考虑的。它们经受极端压力，但却是复杂和昂贵的，因此没有被开发为大量使用。
生产既适合广泛应用又可为个人提供纯净水的滤芯的试验并不缺乏。这些过滤器几乎只是固定的水净化设备，该设备在水龙头之前整合在水管中，并对水进行化学或物理的消毒。在此，例如一个例外是来自Brita的水过滤器，它在离子交换器的基础上工作并作为厨房中的移动设备操作(类似于咖啡机)。这些系统具有复杂和昂贵的特征。
相对成本低廉的简单设备在多孔的聚合物过滤器基础上工作，该聚合物过滤器与活性炭结合(Filtrix，最大的活性炭生产公司的子公司，Norit或Smith Hodgins)。然而，由于聚合物并是不设计用于高温、机械应力(例如清洗)、和酸性和/或碱性水，它们的使用范围受严格限制。这种过滤器不可用于海水、有盐味的水、含有二氧化碳的水或者含有糖的水。然而，这种过滤器的最大问题是，它们只能困难地清洁(如果情况确实如此，使用化学清洁剂)或仅作为一次性产品简单器地出售。
在此，为了避免后面的缺点并且尤其是清洁的困难，道尔顿(Doulton)使用陶瓷滤筒作为他们过滤器的外部套筒。其中在他们的产品说明书中，道尔顿建议，在使用后在自来水龙头下面用砂纸清洁这些陶瓷滤筒。这些没有任何类型过滤功能的滤筒具有水渗透性且包含促进消毒的银离子。这些滤筒用实际的过滤材料活性炭填充，它由于其较大的表面积可吸收污染物并从而净化水。
总之，可以说纯净的饮用水是世界范围内稀缺的，到2050年有超过40％的世界人口将不再获得干净的饮用水。虽然污水处理设备、海水净化设备等处理这个问题，但是此问题由于高费用和政治条件还没有得到合适的解决。仅在中欧、西欧和北欧饮用水有很好的质量。
为了给个人提供高质量的饮用水，有昂贵的、复杂的户外解决方案，其不适合用于广泛应用。这些解决方案通过由于其较大的表面积可从被污染的水中吸收细菌的活性炭和杀菌的银工作。此外，通过活性炭或通过离子交换器来净化水的固定的设备和可移动设备是已知的。非常复杂和昂贵的原理在此也造成广泛应用是不可想象的，尤其是在贫穷的国家。然而，除了使用活性炭，开始使用聚合物滤芯分离细菌的方法也越来越多地被关注。聚合物过滤器可覆盖较大范围的孔隙尺寸，但是作为过滤材料非常容易损坏。如果情况确实如此，它们的操作(复杂的污水抽吸)也是非常麻烦的并且仅能用化学方法净化。
发明内容
本发明的目的是，开发一种新颖的水过滤器，其具有简单、成本低的分离原理，实现了方便的搬运，在大的温度范围内机械、化学和物理稳定，而且也便于清洁。
该目的由一种陶瓷滤芯实现，该陶瓷滤芯包括一管状主体，其由至少一个壁和至少一个在管状主体的整个长度上构成的通孔，所述至少一个壁设计为一功能层或一具有功能性涂层的基体，待过滤的水受压地从外表面流入通孔中，或者经由通孔的内表面流到陶瓷滤芯的外表面。
按本发明，陶瓷滤芯安装在具有一个出水口和一个进水口的外壳内，优选地在通孔的第一开口端，外壳具有一个封闭通孔的第二开口端的闭锁螺钉。
在上下文中，功能层被理解为模制的陶瓷体或任意厚度的陶瓷层，借其发挥过滤的功能。壁的厚度在滤芯的横截面上看可以是不同的。
采用这些特征，制作一种陶瓷滤芯，它可以以紧凑的结构制造，例如具有直径2.5cm至3.5cm，长度接近15cm。因此这同样便于运输。按本发明的陶瓷滤芯适用于任意加载的水的过滤，并可以以不同的方式运行。与聚合物滤芯相比，其机械上稳定、化学上惰性并且耐高温。此外，通过在烧结(焙烧)过程中的温度和按本发明的陶瓷滤芯所使用的材料的颗粒大小，可以非常简单地专门制作陶瓷滤芯的孔尺寸的分布，因此，例如也同样制造细菌或病毒过滤器。当然，这些陶瓷滤芯也可有选择地设有包含本身具有杀菌功效的银离子的化合物。
陶瓷滤芯可以通过刷洗、反冲洗或通过在水中煮沸方便地清洁，并且不受限制地适合于长期使用。而且清洁也可通过化学的处理，例如使用氧化剂或酸来进行。通过旋开闭锁螺钉将通孔打开，通过该通孔，滤芯可以不用完全拆卸地冲洗。将闭锁螺钉从外壳移开，陶瓷滤芯可以在其整个轴向长度上有液体流过以便用于清洁。尤其是，如果待过滤的水经由通孔的内表面流到陶瓷滤芯的外表面，保留在通孔内的残留物可用此方法简单地去除。
如果陶瓷滤芯设计为杆状元件，其在横截面上是圆形的且具有多个通孔，可通过最小的外部尺寸可提供一个大的过滤面积。
陶瓷滤芯由硫族化物组中的化合物、优选氧化物和/或硫化物和/或碳化物和/或氮化物经烧结过程制成。例如有下列元素的(必要时氢氧化合的)氧化物，例如Zn、Ce、Sn、Al、B、Si、Ti、Zr、Y、La、Fe、Cu、Ag、Ta、Nb、V、Mo或W，优选ZrO2、Al2O3、TiO2、CexOy、FexOy、ZnO、Y2O3、SnO2和SiO2，但是还有磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐和锡酸盐例如钡锡酸盐，Zn和Ag的硫化物，例如W或Si的碳化物，例如Al、Si或Ti的氮化物，例如相应的混合氧化物，如金属-锡氧化物，例如铟-锡氧化物(ITO)、锑-锡氧化物(ATO)、添加氟的锡氧化物和添加锌的铝氧化物或者混合氧化物如BaTiO3。此外，可以使用指定的粉末混合物。按本发明的陶瓷滤芯可以只由以上提及的混合物制造，或者陶瓷滤芯在内和/或外表面上被涂层，单独的涂层可包括上述提及的粉末混合物。
如果进行涂覆，涂层厚度优选在100nm到200μm之间，并且主要采用2μm到100μm的涂层厚度。
如果按本发明的陶瓷滤芯可以只由功能层制成，这些功能层按照应用可被设计为具有尺寸范围为100nm至10μm的多个孔隙的多孔的。孔隙分布按照需要可以选择为非常紧密或者也可以非常分散的。如果按本发明的陶瓷滤芯由基体和功能性涂层制成，基体通常具有从1至2μm的孔隙尺寸，并且涂层具有总是小于待过滤出材料的颗粒的孔隙尺寸。
在另一个实施例中，按本发明的陶瓷滤芯具有一接口件。在此实施例中，陶瓷滤芯也可通过使用一真空装置进行操作。在最简单的情况下，这通过将陶瓷滤芯的一封闭端亦即优选由闭锁螺钉封闭的端部浸入污水中和在陶瓷滤芯的开口端上设计一接口件来进行。在本文中，按本发明的陶瓷滤芯可如饮水吸管一样被使用。无接口件的实施方式也是可能的。
由于陶瓷滤芯被安装在具有一个进水口和一个出水口的外壳内，它可被旋到任何的自来水龙头上，因此可广泛使用并且是非常方便用户使用的。2至6巴(bar)的自来水管的常规压力对于污水过滤是足够的。优选地，在壳盖和/或壳体上可以安装和/或构成快速作用的闭合件，用于连接于附件和/或软管。这具有的优点是，按本发明的陶瓷滤芯可连接到任意的普通的水供给系统上。这可通过螺纹闭合件或快速闭合件(例如Gardena系统)或本领域技术人员已知的所有形式的闭合件实现。当然，即使输送污水的压力不来自水管线路系统，按本发明的陶瓷滤芯也可运行。
在本文中，外壳优选由壳盖和壳体多件式地构成。这具有的优点是，按本发明的陶瓷滤芯可以尽可能简便地维护和清洁。待清洁或更换的陶瓷滤芯或者通过打开外壳或通过简单旋转移开闭锁螺钉进行更换，因此能实现高效率的可反冲洗性，以便清洁过滤器。
如果外壳由多个部件构成，各外壳部件液体密封地可拆式相互连接。有利的是，按本发明的陶瓷滤芯可以以被受压的方式运行。
如果陶瓷滤芯由粗孔的基体和负责实际孔隙尺寸分布的薄的功能性涂层构成，这有利的是，待过滤的水可流过具有较小阻力的粗孔的基体。采用这种措施，相对于在其整个横截面上具有这种细孔结构的细孔滤芯，流量可显著提高，并且提高了所使用陶瓷滤芯的效率。
在特殊的实施方式中，外壳的内表面和陶瓷滤芯本身可以用杀微生物(biocidal)的材料和/或包含银离子的材料涂层和/或处理。这扩展了按本发明的陶瓷滤芯的使用可能性。
其他的优点从附图的描述得出。上述引用的和下面列出的特征也分别可以单独或任意相互组合使用。所引用的实施方式不理解为最终的列举，而是具有示范性的特征。
图1示出按本发明的陶瓷滤芯的垂直剖面图；图2示出按本发明陶瓷滤芯的整体沿图1的II-II线的俯视图；图3示出安装在具有进水口和出水口的多部件式外壳内的按本发明的陶瓷滤芯；图4示出一种具有活性炭滤芯的按本发明的陶瓷滤芯。
附图的各个图以非常示意的形式示出按本发明的对象，并且这些图不是按比例示出的。
具体实施例方式
图1以垂直剖面图示出一陶瓷滤芯10，其具有由多孔烧结材料制成的壁11和多个通孔12，待过滤的水或滤出液可以流过所述通孔。陶瓷滤芯10具有第一开口端13和第二开口端14。待过滤水的流动方向由箭头15和16标示。如果端部13、14中的一端被封闭，待过滤的水可受压地流过内表面17或外表面18的壁。根据操作模式，细孔的涂层可附加地涂覆到内表面17或外表面18上。
图2示出按本发明的陶瓷滤芯沿图1的II-II线的俯视图。陶瓷滤芯10设计为圆形的并具有多个通孔12。在各个通孔12之间构成壁11，其部分或完全地用作过滤器表面。内表面17和/或外表面18具有功能性涂层，其与按本发明的相应的陶瓷滤芯10的使用区域相匹配。
图3示出按本发明的陶瓷滤芯10的纵截面，如该滤芯安装在具有一个壳盖19和一个壳体20的外壳内。壳盖19具有一个进水口21，壳体20具有一出水口22。待处理的水经由进水口21通过壳盖19流入到陶瓷滤芯10中，并经由出水口22作为滤出液离开外壳。外壳本身被设计成压力稳定的并可由塑料或金属制成。在壳体20的下端部上设置一闭锁螺钉23，其可从壳体20上旋出以便反冲洗和清洗陶瓷滤芯10。陶瓷滤芯10经由密封件24插入到壳体20和壳盖19中，并且闭锁螺钉23也液体密封地旋入到壳体20中。快速作用的闭合件和/或相应的连接系统可安装于壳盖19的自由端和出水口22的自由端，使得这些外壳部件可尽可能容易地连接到水龙头和/或现有的软管系统上。壳盖19可去除地、但液体密封和压力密封地与壳体20连接。
图4示出按本发明的陶瓷滤芯的纵向剖面图。滤芯根据在图3中示出的滤芯构成，但是附加地具有包围陶瓷滤芯10管状主体的活性炭滤芯30。活性炭滤芯30和陶瓷滤芯10的管状主体集成在具有一个进水口21和一个出水口22的外壳内。活性炭滤芯30利用密封座31密封地围绕陶瓷滤芯10的管状主体设置。待过滤的水受压地流动，亦即形成一强制的流动，经由通孔的内表面流到管状主体的外表面，然后穿过活性炭滤芯30，亦即从内部流到外部。因此，待净化的水按顺序地流过陶瓷滤芯10的管状主体和活性炭滤芯30。活性炭滤芯可由活性炭的松散的散料构成。然后可省去一密封座。使用活性炭滤芯30，例如用于从待过滤的水中去除有机调味剂(flavoring agent)和/或氯。
权利要求
1.一种用于净化水的陶瓷滤芯(10)，包括一管状主体，该管状主体由至少一个壁(11)和至少一个在管状主体的整个长度上构成的通孔(12)，所述至少一个壁(11)设计为一功能层或一具有功能性涂层的基体，待过滤的水受压地从外表面(18)流入通孔(12)中，或者经由通孔(12)的内表面(17)流到陶瓷滤芯(10)的外表面(18)，其特征在于，陶瓷滤芯(10)安装在一个外壳内，该外壳具有一个出水口(22)和优选在通孔(12)的一第一开口端(13)上具有一个进水口(21)，所述外壳具有一个封闭所述通孔(12)的一第二开口端(14)的闭锁螺钉(23)。
2.如权利要求1所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)设计为一个杆状元件，它在横截面上是圆形的且具有多个通孔(12)。
3.如权利要求1或2所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)由硫族化物组中的化合物、优选氧化物和/或硫化物和/或碳化物和/或氮化物通过烧结过程制成。
4.如权利要求1至3其中一项所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)的管状主体由一活性炭滤芯(30)包围。
5.如权利要求1至4其中一项所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)具有一接口件。
6.如权利要求1至5其中一项所述的陶瓷滤芯，其特征在于，外壳由一个壳盖(19)和一个壳体(20)多件式地构成，各外壳部件液体密封地可拆式相互连接。
7.如权利要求6所述的陶瓷滤芯，其特征在于，在壳盖(19)和/或壳体(20)上可以安装和/或构成接头，优选为快速作用的闭合件，用于连接到附件和/或软管上。
8.如权利要求1至7其中一项所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)由一个粗孔的基体和一个细孔的功能性涂层构成。
9.如权利要求1至8其中一项所述的陶瓷滤芯，其特征在于，陶瓷滤芯(10)用杀微生物的材料和/或包含银离子的材料涂层和/或处理。
全文摘要
在用于净化水的陶瓷滤芯(10)中，该滤芯由一管状主体构成，其包括至少一个壁(11)和至少一个在管状主体的整个长度上构成的通孔(12)。所述壁(11)设计为一功能层或一具有功能性涂层的基体，待净化的水受压地流过外表面(18)并流入通孔(12)中，或者待净化的水受压地从通孔(12)的内表面(17)流到陶瓷滤芯(10)的外表面(18)。
文档编号B01D29/31GK1842362SQ200480024316
公开日2006年10月4日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年8月1日
发明者O·宾克勒, R·农宁格, H·罗德, R·福尔茨 申请人:Itn纳诺瓦圣有限公司