具有自动反洗的水过滤设备的制造方法
【专利说明】具有自动反洗的水过滤设备发明领域
[0001]本发明大体上涉及一种具有自动反洗(backwash)功能的水过滤设备，并且更具体地涉及一种水过滤设备，其使用与被称为虹吸钟形物(siphon bell)相似的装置以启动自动反洗。
[0002]发明背景
[0003]今天，亿万的人生活在不能取得足够地清洁的水的地方。工业过程产生大量的废水，其在适合于排入地表水系统之前需要处理。所以存在对满足出厂水的粒度(size)和纯度的不同应用和要求的水过滤系统的巨大需求。还期望的是在维护或维修方面不需要太多的水过滤系统，使得它们可以留在具有不足清洁水的区域中持续更长的时间，而不需要技术人员或专门工具。水过滤系统的另一个期望的特征是在没有电的情况下其每日24小时运行的能力。这些需要清洁水的区域中的许多区域或具有有限的电力的或不能获得电力。其他期望的特征是占地面积小、在偏远的地方可以获得，而具有最小的环境影响以及使用最低限度的工程结构的安装的简单性。对于水过滤系统的另一个重要的特征是其阻止人的干涉或机械干涉或误使用的能力。
[0004]具有在之前段落中提到的许多属性的一种类型的水过滤系统是重力系统，其使用处在高处的供给水的势能驱动水穿过或介质成分例如沙子的过滤器或膜型过滤器，并且用于延长这些系统的使用寿命的技术之一是把自动反洗功能包括入该系统中，使得当具有足够的在过滤器的上游侧处捕获的悬浮的固体和其他颗粒时，过滤器通过反洗自动地清洁。Mak在马来西亚专利申请第PI2010005202号中公开了具有这样的自动反洗功能的水过滤器，其使用喷射器和互连管的系统以当遍布在薄膜上的一定压头差因在薄膜的上游侧处捕获的悬浮固体达到时，启动产生反洗功能的虹吸。使用喷射器管子的一个缺点是具有用于压头(head)的最小高度，该最小高度对启动产生反洗的虹吸是必需的。这导致当所需要的最小的压头是不可获得或成本太高而不能提供并因此在多种应用中不能使用时，不能建造该设备。另一个缺点是为了启动虹吸所需要的供给水的必要的体积。这减少了用于消费的清洁水的生产。在干旱或旱季期间，供给水的减少也可能损害喷射器的有效性。此外，来自供给水的细小的固体可能堵塞喷射器，从而使其停转。
[0005]在本领域中所需要的是克服上文提到的缺点的水过滤系统。
【发明内容】
[0006]通过提供这样一种水过滤设备，即其结合有以可重复的方式自动地产生从过滤器的上游侧除去捕获的悬浮的固体的反洗的工具，本发明力图克服上文提到的缺点。
[0007]本发明涉及一种用于水过滤的具有自动和可重复反洗功能的设备，其能够在过滤模式中或反洗模式中。供给管把未过滤的水供应至该设备。提供过滤器，该过滤器适合于主要地允许水穿过并且适合于通过在上游侧处捕获悬浮的固体而限制所述悬浮的固体穿过。
[0008]在第一优选的实施方案和第二优选的实施方案中，该设备具有分离室(splitchamber)构造，其中下室连接至位于下室上方一定距离处的上室。下室在位于靠近下室的底部的供给入口处接纳供给管的一个端部。过滤器是膜过滤器，并且过滤器放置在下室中在下室的供给入口和产物开口之间，使得膜过滤器把下室分为上游(在过滤器之前)侧和下游(在过滤器之后)侧。下室的产物开口经由互连管连接至上室的底部侧。上室具有用于把已过滤的水排出以用于外部用途的产物出口。在过滤模式期间，未过滤的水穿过所述供给管进入下室的上游侧中，在该处未过滤的水中含有的悬浮的固体由过滤器过滤并且已过滤的水进入下室的下游侧中并且然后进入上室中。在那里，其经由产物出口被排出以用于外部用途。
[0009]在第三优选的实施方案和第四优选的实施方案中，该设备具有层列式室(tieredchamber)构造，其中上室直接地位于下室的顶部上。典型地，上室是底部开放的并且下室是顶部开放的。下室在位于靠近下室的底部的供给入口接纳供给管的一个端部。过滤器是膜过滤器，并且过滤器放置在下室中，其中下室接合至上室，使得过滤器被夹在下室和上室之间。以这种方式，膜过滤器把下室分为上游(在过滤器之前)侧和直接地流入上室中的下游(在过滤器之后)侧。上室具有用于把已过滤的水排出以用于外部用途的产物出口。在过滤模式期间，未过滤的水穿过所述供给管进入下室的上游侧中，在该处未过滤的水中含有的悬浮的固体由过滤器过滤并且已过滤的水进入下室的下游侧中并且然后进入上室中。在那里，其经由产物出口被排出以用于外部用途。
[0010]在第五优选的实施方案和第六优选的实施方案中，过滤器是沙子或其他的介质过滤器。具有放置在下室上方的上室，和放置在下室中的沙子或其他的介质过滤器。下室在位于靠近下室的顶部的供给入口接纳供给管的一个端部。过滤器包括具有多个开口的过滤器喷嘴板，过滤器喷嘴放置入该开口中，并且介质例如沙子搁置在过滤器喷嘴和过滤器喷嘴板上。该介质过滤器放置在沿着下室向下的中间并且把所述下室分割为上游侧和下游侦U。不同于前四个实施方案，上游侧在本实施方案中在下室的上部分中，并且下游侧在下室的下部分中。多个互连管提供下室的下部分和上室的下部分之间的流体连接，以把已过滤的水传送至上室。上室位于下室上方并且具有用于把已过滤的水排出以用于外部用途的产物出口。在过滤模式期间，未过滤的水穿过所述供给管进入下室的上游侧中，在该处所述未过滤的水中含有的悬浮的固体由介质过滤器过滤并且已过滤的水进入下室的下游侧中，向上经由互连管并且进入上室中。在那里，其经由产物出口被排出以用于外部用途。
[0011]在第一实施方案、第三实施方案和第五实施方案中，该设备提供当归因于过滤器在其上游侧处捕获的悬浮的固体的量而已经达到预定的压头差(head differential)时自动地产生反洗的工具，使得已过滤的水穿过过滤器从下游侧流回至上游侧，并且在该情况下从过滤器上游侧除去了悬浮的固体。该产生反洗的工具包括:虹吸管，其具有与过滤器的上游侧流体连接的下端部，虹吸管上升至虹吸水平件(siphon level)，在该处虹吸管与虹吸滴管的上端部流体连接，所述虹吸滴管向下下降至下端部；密封的壳体，其具有第一顶部开口、第二顶部开口和底部开口，该第一顶部开口与虹吸滴管的下端部流体连接；钟形物，其位于密封的壳体内并且在密封的壳体的底部端部处，具有包围密封的壳体的底部开口的开放的底部、顶部开口、和在底部节段处的至少一个钟形物进入开口，该至少一个钟形物进入开口允许所述钟形物和密封的壳体之间的流体连通；通气管，其包括具有较高的端部和下端部的倒U形状的管子，较高的端部与钟形物的所述顶部开口流体连接，并且下端部与密封的壳体流体连通；聚水器，其包括具有较高的端部和下端部的U形状的管子；立管，其包括竖直管，该竖直管具有与聚水器的所述较高的端部流体连接的下端部，所述立管突出穿过所述密封的壳体的所述底部开口进入所述钟形物中，使得立管的较高的端部达到高于所述通气管的所述下端部的高度；以及与聚水器的所述下端部流体连接的排水管。优选地，立管具有比聚水器大的直径，并且减径管把立管接合至聚水器。密封的壳体、钟形物、通气管、立管、和聚水器共同地形成与被称为虹吸钟形物相似的装置。为了简洁的目的，将在本描述的其余部分中把该装置称为虹吸钟形物。排气管设置成在反洗模式期间防止大气空气的进入密封的壳体中的任何进入。如果当虹吸开始时空气被吸入密封的壳体中，那么虹吸将不会保持，从而中断反洗模式。
[0012]在所有的上文的实施方案中，该设备提供停止所述反洗的工具，包括:虹吸中断管道，其具有在虹吸水平件处与所述虹吸管的开口流体连接的较高的端部和经由所述上室的中断管道开口突出进入上室中的下端部；位于所述上室内的杯子，所述虹吸中断管道的所述下端部被浸没入所述杯子中，但是所述下端部高于所述杯子的底部定位。
[0013]当过滤器由于在其上游侧处捕获的悬浮的固体渐进地变得较不可渗透时，过滤器上游压力升高并且未过滤的水逐渐地沿着虹吸管升高。当更多的悬浮的固体在过滤器的上游侧处被捕获时，虹吸管中的水位继续升高，直到其达到预定的压头差，该压头差是虹吸水平件的高度。水最终溢出虹吸水平件，沿着虹吸滴管向下并且进入密封的壳体中。密封的壳体开始填充，因为具有允许密封的壳体和钟形物之间的流体连通的钟形物进入开口，这也填充钟形物。当密封的壳体和钟形物中的该水位淹没通气管的下端部时，一些空气将被在通气管以及钟形物的上部分的范围中被捕获，并且因为允许空气经由第二顶部开口从密封的壳体排出，所以密封的壳体中的水位比钟形物中的水位更迅速地升高。密封的壳体中的该升高的水位导致钟形物中的压力的一致的升高。这继续，直到钟形物中的水位达到立管的所述较高的端部，于是水开始经由立管流入所述聚水器中并且填充所述聚水器。最终，密封的壳体中的水位达到“临界点(tipping point)”，当钟形物中的该一致的压力高至足以推动已经收集在聚水器中的水被排出，从而启动虹吸。这首先以被称为“外至外(out-to-out) ”的反洗使未过滤的水从供给入口穿过反洗产生工具流动并且经由排水管出来。当供给入口的压头下降至低于产物出口的压头时，已过滤的水以被称为“内至外(in-to-out) ”的反洗从上室流入下室中，穿过反洗产生工具并且经由排水管出来。这种穿过过滤器的反向流动除去了在过滤模式期间在过滤器的上游侧处已被捕获的悬浮的固体。这种反洗继续，直到上室中的水位下降至杯子的上水平，在该处杯子中的一定体积的水被所述虹吸中断管道的吸入把水从杯子中排出，直到空气被吸入所述虹吸中断管道中，使虹吸中断，这进而使设备切换回至过滤模式。以这种方式，上室中的在产物出口的水平和杯子的上水平之间的水的体积被称为用于本发明的设备的预定的储存的反洗体积。
[0014]在上文描述的并且在第二实施方案、第四实施方案和第六实施方案中实施的反洗产生工具的变型中，具有为反洗产生工具添加的反洗滴管。该反洗滴管包括管子的水平节段和竖直节段，该水平节段和竖直节段以直角彼此接合，使水平节段在上面，使得反洗滴管具有倒L形状。反洗滴管的较高的端部连接至虹吸管与虹吸滴管会合的位置，并且下端部连接至聚水器与排水管会合的位置。其作为旁路起作用以允许更多的水在反洗模式期间流动穿过反洗产生工具。在本发明的设备的更大的设计中，代替按比例放大虹吸钟形物的尺寸，通过添加反洗滴管以允许一定体积的水在反洗模式期间绕开虹吸钟形物，可以使用相对地较小的虹吸钟形物。该反洗滴管的直径或横截面积典型地大于虹吸滴管的横截面积。这种变型减少了用于较大的设备的建造成本和占地面积。在该变型中，提供了排气管，其具有与虹吸水平件的顶部开口流体连接的上连接部，和与密封的壳体的顶部端部流体连接的下端部。该排气管起作用以在反洗模式期间防止大气空气的进入密封的壳体中的任何进入。如果允许大气空气进入密封的壳体中，那么在虹吸滴管上的从密封的壳体的吸入将被损害，并且将不发生有效的反洗。排气管的第二个功能是把空气从反洗滴管的所述水平节段吸出。当虹吸开始时，密封的壳体将成为真空并且反洗滴管的水平节段中的过量的空气经由排气管被吸出。这将诱导水穿过反洗滴管流出。在这些实施方案中，必要的是，在排水管的下端部处使用反洗集水槽。
[0015]在第二、第四和第六实施方案中描述的反洗产生工具的第二变型中，在本发明的第七、第八和第九实施方案中也可以具有没有U形状的聚水器的反洗产生工具。在该变型中，立管直接地流动进入排水管中。虽然该变型不产生如上文的实施方案的有效的虹吸，但是仍然可能产生虹吸。为了增加反洗产生工具的该变型的有效性，可以把漏斗添加至立管的较高的端部中。
[0016]在所有的上文的实施方案中，排气管道，其具有在高于虹吸水平件的位置处流体连接至供给管的较高的端部和连接至下室的排气出口的下端部，并且可以被提供以允许在下室的上游侧中被捕获的任何空气从下室被排出。在