便携式过滤装置、喷淋装置以及水化包形式的双级超滤装置的制作方法

专利名称：便携式过滤装置、喷淋装置以及水化包形式的双级超滤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及过滤装置及方法，更具体地，涉及一种用于生产无菌流体 的具有重复/冗余过滤级的便携式过滤滤筒，另一方面，涉及一种耐磨移动 式7JM匕包(水袋，hydration pack)等，其包含储存生水(未处理的水)的 元件以及将生水提纯为净化水的设备，该设备同样可以存储在水化包中。
背景技术：
所属领域技术人员应该意识到，在各种需要现场处理水的地点例如工 厂等、以及需要在边远位置处理水的野外例如野营旅行或边远军事驻扎等 需要液体(水)处理设施，在那些位置不容易或不可能包含和供应饮用水。 例如，当野营或徒步旅行时，由于水本身的净重，携带必要的给水是非常 麻烦的。由于个人绝对需要消耗必要量的水来补充流体和维持适当的水合， 这使得其非常困难。不幸的是，取决于环境和精确位置，获得饮用给水即使不是不可能， 也可能很困难。例如，当野营或处于其他天然环境时，从河、溪流、湖泊 等中饮用流水可能是不安全的，因为这些水源中可能包含杂质，例如微生 物、有机废物等，这最低程度可导致疾病或身体不适，最坏的情况甚至能 导致严重的健康问题，并且当饮用了有害化学物或有毒天然元素时，最极端的情况甚至导致死亡。有很多政府机构和组织承担着调节公众饮用水的供应。特别地，环境保护局(EPA)和职业安全与健康监察局(OSHA)通过制定和实施工作 场所内外的标准以确保公众的安全与健康。有很多规范来管理应用于水消 耗特别是7>众水系统的标准。这些标准通过限制在^L用水中污染物的含量 来保护公众的健康，其中， 一些常见的污染物是微生物、有机物质、无机 和有机化学品、消毒副产品和杀虫剂等。但是，如前所述，当个人处于边远位置例如野外时，即便周围有丰富 的水，由于水可能是不可饮用的，因此携带和/或生产足量的饮用水也是困 难的。尽管在饮用水处理设备领域已经进行了一些工作，但是由于这些设 备和系统在设计上通常不是便携式的，因此趋向于过于复杂、笨重，通常 是不实用的。因此，期待制造出一种水处理装置，其本质上是真正便携式 的，并且由于其设计紧凑，可以方便地携带到边远位置。需要水处理的另一领域是血液透析中心或医疗中心。简言之，血液透 析帮助身体不能过滤血液的病人。在血液透析中心， 一般包括静止和固定 设备，以将所需的水过滤到血液透析机器所需的纯度。需要水处理的另一领域在于野外机构，例如战地医院或位于边远位置 例如战争环境或者大联邦公园中心的急救诊所，那里距位置最近的医疗急 救机构也有几英里。除了对手术过程中使用的设备等消毒外，还需要供应 已消毒的水用于对病人进行医疗处理。一种水处理装置是耐磨水化包，其提供了净化水的移动式尝试；但是， 如下所述，这种装置具有很多缺点。更具体地，这种耐磨水化包包含单个 柔性嚢(bladder);然而，这些装置通常仅储存用于饮用的水。这种产品 存在一些构造，由此人们可以尝试净化放入该单个嚢中的水，或者尝试在 饮用前水离开嚢时对水进行净化。这些构造存在如下面详细描述的由本发 明克服的一些缺点。例如，对于在将水加入单个柔性嚢前需要从未净化的 或味道不好的水源中对水进行净化的情况，用户需要停留在未净化水源处 并^f吏水流经净化过滤器直至充满嚢。如果用户处在边远或危险位置，例如在军事行动中，长时间地停留在这种水源处可能是不安全的。对于将未净 化的水装入嚢并依赖于嚢出口处的净化装置的情况，在饮用水时，用户受 限于净化装置的输出量。此外，如果水中包含细菌和其他水生有机物，那 么，生物膜能在嚢内发展。如上所述，存在许多需要净化流体的场合和应用。这包括但不限于用 于注射、饮用、和/或为免疫系统受损的病人洗浴的无菌流体，以及此外， 用于需要无菌流体的其他实验室或工业应用或用途。在很多应用中，市政 自来水甚至不能用于为具有受抑制或削弱的免疫系统或者具有一些其他状 况的病人洗浴，此时在自来水中包含的微粒或其他杂质包括细菌能危害病 人的健康。例如，最近爆发了多起与受污染的水源及接触了这种水源的病人有关的军团病。军团病是由革兰氏阴性菌类军团菌(Legionella)，特别是嗜肺 军团菌(L. pneumophila)引起的感染。嗜肺军团菌是普遍存在的水生有 机体，在温暖环境中很旺盛，通常导致军团病的90%以上。人吸入被军团 菌污染的水源(例如，空调冷却塔、漩涡水疗和^^浴)的雾之后会发生军 团病感染。人可能在宾馆、车间、医院或公共场所暴露在这些雾中。军团 菌有机体可在多种水系统中发现。该细菌在68下 124下的水温下生长。但 是，在温暖的死水中细菌的繁殖速度最快，例如在某些水管系统和热7JC塔、 冷却塔和大型空调系统和漩涡水疗的蒸发式冷凝器中发现的那样。这仅仅是水中存在的细菌种类的一个示例，其引起健康问题，当饮用 或者当病人与传染的饮用7JC接触时，某些情况下是致命的。在饮用时其他 类型的细菌能引起胃病或其他不希望有的健康问题。为了确保清洁、健康的给水，通常使用过滤装置等从水中去除不需要 的杂质。这种装置通常具有过滤给水的滤膜等。在无菌给水等很关键的某 些情况下，提供重复过滤系统来确保必要的安全水平。这些系统不仅包括 第一过滤级，而且包括作为一种重复过滤级的第二过滤级，其从第一过滤 级接收已过滤的水，随后对已过滤的水执行第二过滤操作，以确保从该装 置排出的水无菌并且适合使用。为了使过滤器能有效地通过尺寸排除法去除给定的物质，过滤器必须 是而且必须保持完整无缺。通常，在过滤器投入使用前进行"过滤器完整 性测试"。 一种测试已知为使用压缩空气的压力测试。 一些通用的方法包 括气泡点测试法或压力衰减法，作为测试杀菌过滤器完整性的检测方法。 使用空气是因为空气除了简单扩散外不能穿过滤膜。但是，如果滤膜一侧 的空气压力超过足以使7K从膜孔中位移的某个临界值(由表面张力和毛细 力维持)，那么，大量的空气穿过滤膜。这造成在过滤器的下游侧出现气 泡流(即，气泡点法)或者上游压力出现较大衰减(压力衰减法)。应该 理解， 一旦过滤器安装于不存在压缩空气源的位置，或者如果维持过滤器 清洁至关重要，例如维持穿过过滤器的产品的无菌状态，那么，这些压力 完整性测试方法都不能使用。人们已经提出了几种不同的技术来检测过滤器的完整性；但是，这些 技术都具有相应的缺点。更具体地， 一种技术涉及监控不能穿过完整膜的 标记物质，而另 一种技术包括在横向流过滤器的第 一侧具有再循环回路的 系统。该回路的注入口允许注入能被传感器检测到的染料。此外，另一种 技术使用微粒而不是染料，并且测量该微粒的出现或消失。此外，另一种 技术使用重复过滤器，微粒位于第一过滤器的前面，传感器位于两个过滤 器之间。如果第一过滤器失效，那么^:粒将聚集在第二过滤器前面，这增 强了敏感性。但是，上述技术各有其不足，其中一个不足是该工艺或者需要额外的 部件(例如，传感器)或者需要添加其他物质，例如染料或微粒等。这使 得完整性检查过程复杂化并且更加繁瑣和昂贵。所属领域技术人员还应该意识到，在需要现场处理水(例如工厂等) 以及需要在边远位置处理水的野外使用(例如野营旅行或边远军事位置等) 的各种领域中需要液体(水)处理设施，在那些位置不容易或者不可能包 含和供应饮用水。例如，在野营或徒步旅行时，由于水自身的净重，携带 必要的给水是非常让人烦恼的。由于个人绝对需要消耗必要量的水以补充 身体内的流体并保持适当的水合，这使得其非常困难。不幸的是，取决于环境和精确位置，获得饮用给水即使不是不可能， 也可能很困难。此外，在偏僻和/或危险的位置，例如军事战场，可能难以 有时间或能力去净化水源。例如，当野营或处于自然环境中时，饮用河、 溪流、湖泊等中的流水可能是不安全的，因为这些水源中可能包含杂质， 例如微生物、有机废物等，这最低程度可导致疾病和不适，最坏的情况甚 至导致严重的健康问题，并且当饮用了有害化学物或有毒天然元素时，最 极端的情况甚至造成死亡。有很多政府机构和组织承担着调节公众饮用水的供应。特别地，环境保护局(EPA)和职业安全与健康监察局(OSHA)通过制定和实施工作 场所内外的标准以确保公众的安全与健康。有很多规范来管理应用于水消 耗特别是公众水系统的标准。这些标准通过限制饮用水中污染物的含量来 保护公众的健康，其中， 一些常见的污染物是微生物、有机物质、无机和 有机化学品、消毒副产品和杀虫剂等。然而，如前所述，当个人处于边远位置例如野外时，即便在周围有丰 富的水，由于水可能是不可饮用的，因此携带和/或生产足量的饮用水也是 困难的。尽管在饮用水处理设备领域已经进行了一些工作，但是由于这些设备和系统在设计上通常不是便携式的，因此趋向于过于复杂、笨重，通 常是不实用的。因此，需要一种容易操作的耐磨、移动式水化(hydration)单元，克 服传统的耐磨水化装置的上述不足。发明内容本发明涉及一种能在边远位置使用的可替换小型便携式过滤装置，其 包括单个过滤滤筒对流体(水)实现重复过滤。具体地，该装置是双级超 滤滤筒(装置)，其构造并设计成提供一种能在野外例如野营或军事行动 期间使用的便携式装置，并且在单个壳体内提供两个过滤级(重复过滤)。 很多不同的泵机构可以用来将源中的流体(例如，水)输送到滤筒的过滤 级。例如，可以将活塞泵结合在该装置的壳体中以提供手持泵机构，可以设置波紋管结构来提供手持泵机构，或者设置脚踏泵机构以可控制地向滤筒中输送生的(未处理的，raw)未过滤流体。该装置可包括本文描述的多个其他结构，使装置具有紧凑的设计以便 容易储存和运输。例如，可以设置巻筒机构，以巻绕和展开放入未过滤流 体源的主流体导管，可以设置存储隔间，以在装置未使用时储存未使用的 导管等。在另 一实施例中，具有重复过滤功能的双级超滤装置构造成包括一体 式喷淋头，用于以喷淋的方式输送二次过滤流体。一种耐磨移动式水化装置包括构造成由人穿戴的体部，该体部可以是背包等形式。该7JC化装置包括用于储存未处理流体的第一流体存储部件和用于从第一流体存储部件中抽吸未处理流体的手动泵机构。该装置还包括 流体处理装置，该流体处理装置流体连接到用于接收未处理流体的第一流 体存储部件，并包括处理未处理流体以形成已处理过的水的元件。第二流 体存储部件流体连接到所述流体净化装置，从而接收和储存由于泵机构的 操作而产生的已处理过的水。另一方面，提供了一种具有双级杀菌功能的耐磨移动式水化单元，其 包括构造成由人穿戴的柔性结构例如背包等。该水化单元包括用于储存待 处理和净化的未杀菌的生水的第一嚢，还包括包含壳体的滤筒，该壳体具 有包含第一半渗透过滤元件的第一杀菌级和包含第二半渗透过滤元件的第 二杀菌级。所述壳体具有第一端和第二端，第一端包括接收第一嚢中的生水的流体入口 、流体出口以及将该壳体分成第一杀菌级和第二杀菌级的部件。流体入口仅与第一杀菌级流体连通，而流体出口仅与第二杀菌级流体 连通。第一和第二半渗透过滤元件在壳体的第二端密封，从而使进入流体 入口的流体在作为净化水从流体出口排出之前在第 一半渗透过滤元件的内 腔段内流动，然后被引导横穿第一半渗透过滤元件进行过滤，随后被引导 横穿第二半渗透过滤元件再次进行过滤，并且流入第二半渗透过滤元件的 内腔段。提供了 一种手动泵机构，用于从第 一嚢中抽吸生水并通过流体入口将 生水输送到第一杀菌级，第二嚢流体连接到滤筒的流体出口，用于接收和 储存净化水，并且容许选择性地将净化水排出到个人。
另一方面，提供了一种作为该装置的一部分的结构，该结构使得能碎见 觉检查第二半渗透过滤元件的至少一部分，以便检测第一杀菌级是否发生 了破裂。
根据一个实施例，双级水过滤单元包括单个滤筒，该滤筒具有包括第 一半渗透过滤元件的主杀菌级以及包括第二半渗透过滤元件的重复杀菌 级。滤筒包括用于接收生的未过滤流体的流体入口、以及在流体流经主杀 菌级和重复杀菌级后排出无菌流体的流体出口 。流体入口仅与主杀菌级流 体连通，而流体出口仅与重复杀菌级流体连通，第二半渗透过滤元件靠近 由透明或半透明材料制成的壳体的内壁设置。
视觉检测工具联接到壳体的外表面，并且包括覆盖在第二半渗透过滤 元件的一部分上以便允许对其进行视觉检测的窗，从而，用户能通过观察 第二半渗透过滤元件的变色确定第 一杀菌级是否发生了破裂。
在另一实施例中，双级水过滤单元包括单个滤筒，该滤筒具有包括第 一半渗透过滤元件的主杀菌级以及包括第二半渗透过滤元件的重复杀菌 级。滤筒还包括用于接收生的未过滤流体的流体入口、以及在流体流经主 杀菌级和重复杀菌级后排出无菌流体的流体出口。流体入口仅与主杀菌级 流体连通，而流体出口仅与重复杀菌级流体连通，第二半渗透过滤元件靠 近壳体的内壁设置。
透明或半透明窗形式的视觉检测工具形成为壳体的一部分，并且被不 透明材料制成的壳体段包围。窗覆盖在第二半渗透过滤元件的一部分上以 便允许对其进行视觉检测，从而，用户能通过观察第二半渗透过滤元件的 变色确定第一杀菌级是否发生了破裂。


从下面的本发明示例性实施例的详细描述和附图可以清楚看出本发明的前述和其他特征，其中，所有附图中的相同附图标记指示相似的元件，
在附图中
图1是根据第一实施例的双级超滤装置的透视图； 图2是沿图1中线2-2截取的横截面视图2A是沿图1中线2-2截取的横截面视图，示出泵机构处于第一位置 以将流体抽吸进所述装置；
图2B是沿图1中线2-2截取的横截面视图，示出泵机构处于第二位置 以排出储存在所述装置内的流体；
图3是沿图1中线3-3截取的横截面视图4是沿图1中线4-4截取的横截面视图5是根据第二实施例的双级超滤装置的透视图6A是图5的装置的横截面视图，示出处于缩回位置的泵机构；
图6B是图5的装置的横截面视图，示出处于展开位置的泵机构；
图7是图6A的装置的一段的局部横截面视图8是图6B的装置的另一段的局部横截面视图9是沿图6B的线9-9截取的横截面视图IO是沿图6B的线10-10截取的横截面视图ll是根据第三实施例的双级超滤装置的透视图12是图11的装置的横截面视图13是图11的装置的横截面视图，示出处于展开位置的泵机构； 图14是图11的装置的横截面视图，示出处于缩回位置的泵机构； 图15是根据第四实施例的双级超滤装置的透视图； 图16是根据第五实施例的双级超滤装置的透视图； 图17是沿图16的线16-16截取的横截面视图，示出根据另一实施例 的巻筒机构；
图18是根据第一实施例的具有集成喷淋头的双级超滤装置处于安装 位置时的局部分解的透视图19是图18的装置的横截面视图，其中显示了相对于该装置处于分解位置的主入口导管；
图20是根据另一实施例的具有集成喷淋头的双级超滤装置的透视图， 示出与柔性导管附件处于分解状态；
图21是图20的装置的横截面视图22是双级超滤装置的端部透视图，显示了可互换喷嘴；
图23是图22的装置的横截面视图，显示了可选的系留(tethered)密 封帽；
图24A是根据第一实施例的耐磨移动式水化包的正视图，水净化装置
包含在该水化包中作为其一部分；
图24B是图24A的水化包的后透视图25是图24A的内部元件的分解局部透视图26是处于第一状态下的第一和第二嚢的示意图，所述第一和第二嚢 是图24A的水化包的内部元件的一部分；
图27是处于第二状态下的图26的第一和第二嚢的示意图28是具有视觉检验结构的双级超滤装置的横截面视图；以及
图29是具有视觉检验结构的另一双级超滤装置的局部横截面视图。
具体实施例方式
根据本发明的一个方面，图1-4显示了根据一个实施例的双级超滤装 置(滤筒)100。该超滤装置100构造并设计成使得其形成一种能在单个壳 体110内提供两个过滤级(重复过滤)的便携式装置，如下所述，该装置 还具有输送待过滤流体并使该流体流经所述两个过滤级的设备。
更具体地，壳体110限定了主过滤级120和重复过滤级130，通常， 该壳体的至少一部分大致为圆筒形并且包含纵向的半渗透空心纤维140 束。所述半渗透空心纤维140用作一种过滤掉来自源112的输入流体中的 细菌、内毒素以及其他不希望有的杂质的设备，其导致输入流体流经所述 两个过滤级120、 130后产生无菌流体。这种便携式超滤装置IOO可以用于 需要或高度期望无菌流体的任意应用中，包括饮用水、消毒医疗器械的流体等、医护人员的身体清洗液、在线血液透析过滤液等，这仅是一些示例
性应用。任意用于这种目的的商用半渗透空心纤维140都可以使用。例如， 半渗透空心纤维140具有多种尺寸，并且可以由聚合物例如聚砜制成，或 者以纤维素为基。
该双级超滤装置100可以认为是具有一重复过滤元件(由第一和第二 过滤级120和130限定)， 一使待过滤流体进入并通过所述两个过滤级120、 130的泵机构210，以及可选地， 一用于储存流体导管220的存储隔间，所 述流体导管220用于从流体源输送待过滤流体。
现在详细描述装置100的重复过滤元件，在所示实施例中，过滤元件 包括容纳有半渗透空心纤维140的滤筒壳体110，所述空心纤维布置成限 定第一和第二过滤级120、 130。仅出于说明目的，所述第一和第二过滤级 120、 130由同心布置的空心纤维140限定。更具体地，第一过滤级120包 括一环的形状的第一组空心纤维140,该环径向向外并且沿周向包围与第 二过滤级130关联的第二组空心纤维140。因此，当将纤维束分离成圆环 状级时，则形成一对同心的级。
但是，半渗透空心纤维140的上迷布置本质上仅仅是示例性的，两组 空心纤维140可以按任意数量的其他排列方式布置，包括各为半圆形的并 排的空心纤维束。或者，与第一过滤级120关联的第一组空心纤维140可 以在中间布置成圆形纤维束，而与第二过滤级130关联的笫二组空心纤维 140布置成圆环(环)形纤维束，该纤维束径向向外并且沿周向包围第一 组空心纤维140。 一般而言，与第一过滤级120关联的空心纤维140的数 量大致等于与第二过滤级130关联的空心纤维140的数量；但是，只要空 心纤维140的布置可以实现预期的流量和过滤速度，数量就不是关键的。
设置集管空间(header space) 170,该集管空间限定出第一集管空间 172,用于接收待过滤流体并将其导向第一过滤级120的第一组空心纤维 140的内腔。如下所述，在集管空间170中设置有第二集管空间174,以便 允许二次(重复)过滤后的流体从装置100中排出。第一和第二集管空间 172、 174通常采用与第一和第二级120、 130中的空心纤维140的布置相同的总体形状。更具体地，当第一过滤级120由外部的圆环形纤维束限定， 而第二过滤级130由内部的圆形纤维束限定时，第一集管空间172是圆环 (环)形隔间的形式，其径向向外并且与呈中央圆形空间的第二集管空间 174同心。
集管空间170设置成更靠近壳体110的第一端114而不是壳体110的 第二端116，并且形式为封闭的空腔或隔间。第一和第二内集管空间172、 174通过笫一封装化合物180与装置100的其余部分隔离开，第一封装化 合物180在壳体110的第一端114处围绕空心纤维140的外表面形成密封。 集管空间170可以是可拆卸类型，其可以旋拧在壳体110上。第一集管空 间172可通过0形环等(未示出)与外部环境隔离，O形环抵靠在第一封 装化合物180上密封。所属领域技术人员应该意识到，在这种构造中第一 集管空间170还可以永久地连接，还可以使用其他的方法、例如卡扣配合 类型的构造连接。
待过滤流体优选沿切向流动方向经入口 182进入第一集管空间172， 从而在流体进入与第一过滤级120关联的空心纤维140之前，在界面184 处更加均匀地灌注到第一集管空间172。在本实施例中，界面184是第一 封装化合物180的上表面。界面184优选包括聚氨酯界面结构。第一集管 空间172可以通过几种方法与第二集管空间174隔离。例如，笫一集管空 间172可以通过环状壁188与第二集管空间174隔离，该环状壁188将第 一集管空间170的集管空间分成相应的第一和第二空间172、 174。优选地， 该内壁188形成为集管空间170的一体部分。内壁188从集管空间170上 部的内表面朝着纤维140向内延伸。为了在第一和第二集管空间172、 174 之间提供密封，可以使用内O形环并将其设置在内壁的端部，其在该端部 的相对位置连接到集管空间170。当集管空间170与界面180交界时，所 述内O形环起到密封作用。
因此，内壁188用于将空心纤维140部分分隔成第一段和第二段，分 别对应于第一和第二过滤级120、 130。空心纤维140的分隔可以使用多种 技术实现，包括但不限于在封装(potting)过程之前将内壁188的端部或分隔件插入靠近壳体110第一端的空心纤维140束中。在一个示例性实施 例中，分隔件可以是由合适的材料例如塑料制成的圆环。分隔件在空心纤 维140的第一端将单独的圆柱形空心纤维束140分成第一纤维段121 (在 这里称作外纤维束环)和第二纤维段131 (在这里称作内圆柱纤维束)。 换句话说，外纤维束环121环绕所述内圆柱束131。分隔件还可以具有双 重目的，用作内O形环的O形环座。外纤维束环121与第一集管空间172 流体连通，内纤维束131与第二集管空间174流体连通。在封装过程中， 分隔件可以嵌入第一封装化合物180内。所述分隔件优选由相对非刚性的 塑料例如聚乙烯制成，这样可以修整成与第一封装化合物180齐平。
或者，如图所示，当第一集管空间170不是可拆卸类型时，与该集管 空间170 —体形成的内壁188可通过仅仅在封装过程之前插入纤维束140 而用作分隔件。在所示实施例中，有许多不同的方法用于将第一集管帽空 间分成第一和第二集管空间172、 174，以及将纤维束140分成外纤维束121 和内纤维束131。例如，共同转让的美国专利No. 6719907中公开了不同的 方法，其内容通过整体引用结合于此。
待过滤流体通过入口 182进入第一集管空间172，入口 182可以是任 意类型的合适的流体连接口。 一旦安装，集管空间170限定出两个内集管 空间，即主要的第一集管空间172和次要的第二集管空间174。如前所述， 第一、第二集管空间172、 174通过第一封装化合物180与壳体110的过滤 空间隔开，所述第一封装化合物180围绕纤维140的外部和壳体110的内 侧端部密封。所述第一纤维段121构成主过滤级120。流体流入纤维140 并横穿各纤维140的纤维膜，所述纤维膜有效地从流体中去除细菌和内毒 素以及其他不希望有的杂质等。由于(与两个级120、 130关联的)空心纤 维140的相对端部已经被第二封装化合物181密封，所有的流体被迫横穿 所述纤维膜。由于存在的压力差，在第一纤维段121内流动的流体被引导 横穿纤维膜140，其中，第一纤维段121的纤维的周围区域的压力低于第 一段121的纤维140的内部的压力。
已经杀菌过滤的流体停留在空心纤维140周围的内部过滤空间。随后，该空间内的压力驱使流体进入第二段131的纤维140。流体穿过这些纤维 140的膜进入纤维内腔(内腔)并且二次过滤。这样，第二纤维段131构 成所述的重复过滤级130。
然后，二次过滤的无菌流体ii^第二内集管空间174，穿过排出导管 196(如所示，其也作为内壁188)并从出口 198流出。简而言之，排出导 管196仅将二次过滤后的流体从第二集管空间174转移到使用所述二次过 滤流体等的另一位置。因此，排出导管196仅是沿流动路径约束和引导二 次过滤流体、使得该二次过滤流体不与其他流体例如待过滤的原料液接触 的某种结构。在所示实施例中，排出导管196是从装置100的过滤元件运 载所述二次过滤流体并使其离开装置100的管子等的形式。因此，排出导 管196可以是从装置100向外延伸的一段管子，从而其超出壳体110的第 一端114终止。因此，排出导管196的开口端能相对于接收和储存所述二 次过滤流体的容器等定位。同样，排出导管196的开口端能方便地流体连 接到接收二次过滤流体的其他装置，例如，当二次过滤流体是无菌注射液 时，装置是血液透析机。
出口 (排放口)198的压力比过滤器上其他位置的压力低，由此使流 体沿着前述流动路径流动，进入笫一段121的纤维140的流体被引导横穿 两个分离的纤维膜，从而流入第二集管空间174并最终通过出口 198流出。 过滤(杀菌)级120、 130中流体的总体流动如箭头描述。实线箭头表示内 腔内的流体流动，而虚线表示在级120、 130之间的流动。
可选地，壳体110可以包括一个或多个与过滤空间流体连通的罩壳口 (未示出)。在过滤器的正常运行过程中，罩壳口被密封，但可以用于装 置100的起动和测试。所述軍壳口可以是适于实现防漏连接的任何类型， 并且在起动加注操作期间，无菌流体能被泵入所述罩壳口，在那里气体被 排出过滤室和纤维140内腔，最终从两个集管口 182、 198排出。尽管通过 入口 182起动加注由于纤维140的一端被塞住而导致纤维140中存在有夹 入的空气，这种设计仍是一种有利的方法。这些軍壳口也用于检测纤维泄 漏，例如执行气压衰减测试。通过将气体泵入过滤室125,可以有利地同时测试两个过滤级120、 130的纤维140。
如前所述，存在其他将集管空间170连接到壳体端部的方法。所属领 域技术人员将会意识到，还存在几种额外的方法。这些方法的其中一些在 前面结合的，卯7专利的图5-6中显示。
装置100的泵机构200构造成将源112中的原料液(未过滤的水)输 送到第一集管空间172中，流体然后可流入与该集管空间流体连通并与第 一过滤级120关联的开口纤维140。更具体地，第一导管220为管子等的 形式，其在泵机构200的操作下能将源112中的流体运送到临时的流体保 持室202中，该保持室形成为泵机构200的一部分，优选地一体连接到壳 体110上并形成为该壳体的一部分。
在下文中可以清楚地看出，具有许多执行预期功能的不同的泵机构 200，因此，所示的泵机构200实质上仅是示例性的，不是用于限制本发明 的范围。图1-4示出了活塞泵形式的泵机构200。所述活塞泵200包括容 纳在保持室202中的可轴向移动的活塞或柱塞元件210。与注射器结构相 似，所述活塞210是细长结构，具有第一端212以及相对的第二端214， 其中，第一端212是自由端，可以被用户握持和操作，由此使活塞210在 保持室202内轴向移动。可以在第一端212上设置手柄213,使用户能更 方便地握持和操作并且在保持室202内轴向移动活塞210。
在所述第二端214，活塞/柱塞210包括塞子216，其与保持室202的 内壁接触并与内壁形成密封，同时使活塞210能在保持室202内自由滑动。 根据所示实施例，塞子216是由合适的材料例如弹性体制成的盘状结构或 密封件，其抵靠在保持室202的内壁上密封。当塞子216位于保持室202 的两端之间时，塞子216由此将保持室202分成两个隔间，空间大小才艮据 塞子216所处的位置不同而变化。
第一导管220与保持室202流体连通，从而源112的流体穿过进口或 入口 207 ii^保持室202的内部，流体被接纳和储存在那里。保持室202 的形状需要与塞子216的形状互补，从而使塞子216能抵靠在保持室的内 表面上密封。保持室202构造成容积足够大，从而当保持的流体如下所述从保持室202排出时，会形成足够的排放压力，驱动大量的优选足够多的 流体穿过第一和第二过滤级120、 130，然后从出口198流出。
入口 207可以是接头杆等，其限定出进入内部隔间(保持室)202的 入口 d因此，第一导管220可与入口 207密封配合，从而源112的流体能 直接流入保持室202。但是，只要第一导管220能与之密封配合，入口 207 可以是任意其他形式。
保持室202还具有与第一集管空间172流体连通的出口 209，从而流 体能在泵机构200的作用下从保持室202排出输送到第一过滤级120中。 出口 209可以采取任意不同的形式，包括接头杆等，使第二导管222能在 出口 209和与第一集管空间172关联的入口 182之间流体连接。所述第二 导管222由此成为将内保持室222流体连接到第一集管空间172的桥:接导 管。第二导管222可以与第一导管220相似，从而，其能为将来自保持室 202的原料液运送到第一集管空间172的一段管子等的形式。优选地，入 口 207与第一导管220之间以及出口 209与第二导管222之间的连接在所 述两个元件之间提供了密封界面。应该意识到，第一导管220作为将原料 液输送到保持室202的入口导管，而第二导管222用作将原料液从保持室 202输送到过滤元件、更具体地第一集管空间172的出口导管。
第一单向止回阀230设置在第一导管220内控制穿过第一导管220的 流体流动，第二单向止回阀232设置在第二导管220内控制穿过第二导管 220的流体流动。众所周知，单向止回阀用于使流体仅沿一个方向流动， 就笫一止回阀230而言，该阀230用于使流体仅沿着从水源112向保持室 202的方向流动，因此，当柱塞(活塞)210朝壳体110的第一端114移动 以排出储存的流体时，该流体不能从第一导管220回流到流体源112中。 类似地，第二止回阀232用于使流体仅沿着从保持室202向第一集管空间 172的方向流动，因此，当柱塞210朝第一端114移动时，从4呆持室202 中排出的流体仅沿着从保持室202向第一集管空间172的方向流动。类似 地，当柱塞210朝第二端116移动以将流体抽到保持室202时，第二止回 阀232用于防止流体从第二导管222回流到保持室202中。所述双级超滤装置IOO构造成一种小型便携式装置，在边远位置或没
有过滤流体的位置提供重复流体过滤。为了操作该装置ioo并生产大量的
过滤流体，第一导管220的远端设置成与待处理的原料液源112之间流体 连通。然后，运行泵机构200，当用户朝着壳体110的第二端116在保持 室202内连续移动柱塞210时，原料液穿过第一导管220进入保持室202 内。当用户连续沿着该方向移动柱塞210时，可储存流体的空间增加。
一旦用户已经向保持室202内抽入了足够量的流体，或者柱塞210已 经达到其行程终点，用户随后将原料液引入第一过滤级120,随后通过沿 相反的方向、即朝向壳体110的第一端114的方向移动柱塞210,使原料 液最终进入第二过滤级130。塞子216由此将储存的流体从保持室202驱 出或排出，并且，由于第一止回阀230防止排出的储存流体进入第一导管 220，流体^皮迫穿过出口 209进入第二导管232，在那里流经入口或进口 182 进入第一集管空间172。由于排出导管196中内壁(分隔件)188的存在， 进入第一集管空间172的原料液不能流入第二纤维束131的开口端，而是 流入第一纤维束121的内部(内腔)。流体随后被过滤，如上所述，第一 过滤级120的纤维140的内腔内的流体横穿各纤维的纤维膜，这样有效地 去除原料液中的细菌、内毒素、其他不希望有的物质等。由于空心纤维140 的相对端被第二封装化合物181密封，所有的流体被迫横穿纤维膜。然后， 由于存在压力差，在过滤隔间或空间内流动的流体被引导横穿与第二过滤 级130关联的纤维膜，并进入第二纤维束131的纤维内腔中进行第二次过 滤。这样，第二纤维束131构成所述的重复过滤级。
然后，二次过滤的流体流入第二集管空间174并从出口 198流出，在 那里可按希望的方式处理，例如，其可以被引入存储容器。
可以包括几种其他可选的结构，作为该装置100的设计的部分。具体 而言，可以提供锁定机构240，用于牢固地容纳和锁定泵手柄213。在所示 实施例中，锁定机构240为卡扣的形式，其摩擦地容纳并牢固地夹持活塞 210的手柄213,以防止活塞210无意间在保持室202内轴向移动。卡扣 240还用于限制手柄213的旋转，以防止柱塞210在运输和/或存储期间无意间旋转。
此外，装置100可具有巻筒机构250，用于巻绕或展开第一导管220， 所述第一导管220与流体源112流体连通地设置。巻筒机构250可以采取 任意其他的形式，包括软管盘领域常用的那些形式。例如，图l-4的巻筒 机构250通常包括设置在壳体110的第一端114处的旋转壳体或体部252， 根据一个实施例，壳体252可以相对于相邻的集管空间170以及排出导管 196旋转。事实上，由于形式为出口喷管，排出导管196贯穿壳体252并 从壳体中伸出。
应该意识到，壳体252限定了干燥隔间254,当装置100未4吏用时， 第一导管220可以巻绕在干燥隔间内，当装置100在使用中时，第一导管 220可从其中展开。实际上，根据巻筒机构250的操作以及为了适应该操 作，第一导管220可以分成几段。更具体地，第一导管220的第一段穿过 壳体252上形成的第一开口 259并终止于祐J故置在流体源112内的第一导 管220的端部。第一导管220的该端部可以包括漂浮元件(浮子)231,该 漂浮元件使第一导管的这一特定段漂浮。第一导管220的该端部还可以包 括筛子或网状物233，用于从流体源112中初步过滤掉大物质。第一导管 220的第二段与第一段流体连通，并在一端流体连接到通往保持室202的 入口 207上。由于第二段连接到固定不动的保持室202 (泵机构200)上， 巻筒机构250设计成这样操作第二段基本固定，不随壳体252而转动， 第一导管220的第一段能绕着排出导管196而巻绕。
图2 - 4更详细地显示了根据一个示例性实施例的巻筒机构250。巻筒 机构250的壳体252包括固定连接到过滤元件的壳体110的第一端114的 第一部分256。第一部分256不能旋转地安装在壳体110上，而壳体252 的第二部分260可旋转地安装到第 一部分256上并且密封地与其流体连通， 从而，当第二部分260相对于第一部分256如下所述旋转时，流体能密封 地从第二部分260传输到第一部分256。
第二部分260由外罩壳262形成，外罩壳262限定了干燥隔间254。 第二部分260包4ti殳置在外軍壳262内的第一芯体部件264，以及同样设置在外罩壳262内的第二芯体部件270。在所示实施例中，排出导管196 以及第一和第二芯体部件264、 270相互之间都是同心的，第二芯体部件 270是径向最内部的部件，而外罩壳262是径向最外部的部件。所示实施 例中显示的部件264、 270是圆柱形的，但是，第一和第二芯体部件264、 270的形状可以采用任意不同的形式。
第二芯体部件270固定连接到外罩壳262上，从而外罩壳262的旋转 能造成这两个部件同时旋转，第一芯体部件264却由于安装在排出导管196 上而相对于这两个部件固定不动。靠近第一芯体部件264的一端是开口 274，该开口形成进入内隔间276的入口。第一芯体部件264和排出导管 196平放在所述内隔间276内，但是，在第一芯体部件264与第二芯体部 件270的内表面之间形成有环形空间。
如前所述，第一导管220被分成第一段233和第二段235,第一段233 流体连接到第二部分260上，并且其远端放置在流体源112中。第二段235 在第一部分256和保持室202的入口 207之间流体连通。第一段233的一 端235流体连接到开口 274上，从而在第一段233内流动的流体密封地流 入内隔间276内。开口 259形成在外罩壳262上，从而第一段233穿过开 口 259并在终止于开口 274之前围绕第一芯体部件264巻绕。
第二芯体部件270是穿孔的空心部件(有小孔的圆筒)，从而流体能 流经其圆筒壁上形成的多个开口 267进入它的内隔间269。因此，在流体 流入内隔间276后，流体流经开口 267进入内隔间269。第一芯体部件264 的一端与第一部分256流体连通，从而使内隔间269内流动的流体直接流 入中间流体保持空腔或隔间280，该空腔或隔间280由第一部分256的体 部结构形成。如图所示，隔间280是围绕排出导管196形成的环形隔间。 在所示实施例中，第二芯体部件270的一端277具有位于隔间280内的多 个开口或端口 279，第二芯体部件270的相对端^f皮密封，从而，当更多的 流体被泵入内隔间276、 269中时，流体必定流经开口 279进入隔间280。
中间隔间280的外壁上形成有出口或开口 282。第二段235的一端密 封地流体连接到出口 282上，第二段235的相对端密封地流体连接到保持室202的入口 207上。因此，流入隔间280的流体直接流入第二段235到 保持室202。
应该意识到，通过简单地将外罩壳262相对于装置100的其余部分旋 转，在不干扰原料液流入第一过滤级120的情况下，用户能将第一导管220 的第一段233巻入由外罩壳262形成的干燥隔间254内。
现在参照图5-10,其中显示了根据另一实施例的双级超滤装置300。 装置300与装置100类似，从而，相同的元件使用相似的附图标记，并且 因为前面已经参照第一实施例详细进行了描述，这里不再详细描述。
装置300和装置100之间的主要区别在于泵机构，泵机构用于使生的 未过滤流体穿过第一和第二过滤级120、 130以生产出二次过滤流体。与图 1所示的装置具有活塞泵机构200不同，装置300具有泵机构310,其仍然 是与机构200类似的手动操作系统。
泵机构310是波紋管型构造，位于壳体110的第二端116。泵机构310 的波紋管构造使得使用者能从源112中抽吸流体并通过波紋管的展开将流 体储存在临时保持位置，然后，使用者通过筒单地将波紋管缩回闭合位置 而排出保持的流体。
一个示例性的泵机构310包括帽320,其被用户握持和操作以打开和 封闭波紋管结构330。帽320可以采用任意不同的形状，包括如图所示的 大致圆形。帽320由限定出内部空腔324的体部322形成。帽320的内部 空腔324的尺寸应该足够大，从而当帽320处于闭合锁定位置时，波紋管 结构330可以储存在其中。
简而言之，波紋管结构(波紋管)330是一种可以这种方式变形的结 构，即通过改变其容积以将受控量的流体输送至受控位置。波紋管330具 有第一端332和相对的第二端334，其中，第一端332连接到壳体110的 第二端116的内壁。波紋管330的第二端334具有增强环结构336等，以 辅助将第二端334连接到帽320上。例如，帽320的内端壁可包括一个或 多个接合和/或容纳所述环结构336的薄片(tab)或凹槽338,从而牢固地 但可旋转地将环结构336连接到帽320上。更具体地，由于环结构336和保持薄片338的设计，帽320能相对于固定不动的波紋管330旋转。
波紋管330的第一端332是开口端，第二端334是封闭端，从而波紋 管330包括接收和储存生的未过滤流体的空腔或者储存或保持隔间340， 如下所述。由于波紋管结构330的可变形特性，保持隔间340的容积是变 化的，当波紋管330完全打开时，容积最大，当波紋管330完全闭合时， 容积最小。
波紋管结构330具有多种功能，包括其操作产生必要的压力差，使流 体首先流入第一导管220，然后流入波紋管330的保持室，以及，提供在 生的未过滤流体,皮排入第一集管帽172之前保持所述流体的密封保持室。
优选地，这种类型的泵机构310在未使用时可以牢固地固定到装置300 的壳体110上，如同它被储存和/或运输时那样。牢固固定该泵机构310的 设备可以采用任意不同的形式，例如卡扣配合装置、摩擦配合或其他机构 配合、或者通过使泵机构310保持在闭合位置的间隔开的磁体。在所示实 施例中，泵机构310通过在泵机构的帽320和壳体110上形成的互补螺紋 保持在适当位置。更具体地，帽320包括内螺紋321，而壳体110的第二 端116包括互补的外螺紋117,使得帽320通过螺紋固定到壳体110上导 致波紋管330被保持在闭合的缩进位置。
泵机构310包括入口导管，在这里，入口导管包括第一导管220的第 二段235，用于将生的未过滤流体输送到波紋管结构330的保持/储存隔间 340。更具体地，4艮据本实施例，第二段235从第一部分256形成的流体保 持空腔或隔间280延伸到波紋管存储隔间340的入口 342。因此，第一导 管220的第一和第二段233、 235用于将生的未过滤流体输送到隔间340 中，流体在被输送到第一过滤级之前暂时储存在那里。第二段235的位置 不是非常关键，但是，为了紧凑和方便使用，第二段235通常或者包含在 壳体IIO内或者连接到壳体110的外壁并沿其延伸。在所示实施例中，第 二段235显示成包含在壳体U0内，使得空心过滤纤维140包围笫二段235。 换句话说，第二段235是管状结构，与空心纤维140在壳体110内混合。 为了降低第二段235对空心纤维140的任何影响，第二段235可以紧靠壳体110的内壁设置并与该内壁接触。应该意识到，当第二段235设置在壳 体110的内部时，第二段235穿过第一和第二封装化合物180、 181，所述 封装化合物用于牢固定位第二段235并将其保持在适当位置。
泵机构310还包括出口导管350,用于将临时储存在隔间340中的生 的未过滤流体输送到第一过滤级120。出口导管350与其他流体运送导管 的相似之处在于它是细长空心结构，从隔间340的出口 344延伸到第一集 管空间172，流体在那里流入第一过滤级120的纤维束121。与入口导管类 似，出口导管350的位置也不是非常关键。但是，为了紧凑和方便使用， 出口导管350通常包含在壳体110内或者连接到壳体110的外壁并沿其延 伸。在所示实施例中，出口导管350显示成包含在壳体110内，使得空心 过滤纤维140至少部分包围出口导管350。
与第一实施例类似，泵机构310包括第一和第二单向止回阀230、 232。 第一单向止回阀230可以设置在隔间340的入口 342或者靠近该入口 (不 是在第二段335上就是在入口 342上)，并且设计成仅让流体进入内隔间 340，而不让它从那里流回导管235,或者如图8所示，该第一单向止回阀 设置在隔间280上或者靠近该隔间。第二单向止回阀232可以设置在隔间 340的出口 344或者靠近该出口 (不是在导管上就是在出口上)，并且设 计成仅让流体从内隔间340进入出口导管350。在所示实施例中，阀232 设置在隔间280处或者靠近该隔间，如图7所示。因此，当通过牵拉帽320 和附接的波紋管330远离壳体110的第二端而操作波紋管结构330时，波 紋管330开始展开并在第一导管220 (第一和第二段233、 235)中形成负 压，由于第一止回阀230打开，第二止回阀232关闭，因此，从源112中 抽吸的流体穿过第一导管220进入波紋管330的内隔间340并储存在那里。
一旦用户已经抽吸了预期量的流体到内隔间340中或者内隔间340是 满的，那么用户在帽320和波紋管330上反向施力，将两者都推向壳体110 的第二端。这种反向施加的压力使第一止回岡230关闭，而第二止回阀232 打开，储存在隔间340内的流体随后^L排入出口导管350，在那里朝向第 一集管空间172流动并流入其中，然后流入纤维束121,最终流入纤维束131中，由此二次过滤所述流体。装置300的过滤操作与装置100相同， 因此不再详细描述。
现在参考图11-14，其中显示了根据另一实施例的双级超滤装置400。 装置400与装置300以及装置100类似，不同之处在于，装置400是可拆 卸脚踏隔膜(波紋管)泵机构410，而不是手持波紋管类型泵。在该实施 例中，泵机构410包括可拆卸脚踏隔膜泵420，其包括第一部分422、第二 部分424、以及连接在第一和第二部分422和424之间的隔膜(波紋管) 部件430,第一部分422用于放置在固体表面例如地面上。与波紋管330 相同，隔膜430是内部容积可变化的可展开/可变形部件，由此在导管系统 内形成压力差。由于内部空腔或隔间432必须能储存生的未过滤流体，隔 膜430密封连接到第一和第二部分422、 424上。
在一个实施例中，第一和第二部分422、 424是弹簧加栽的，从而，在 平衡/静止位置，第二部分424被从第一部分422偏压在打开位置，造成当 第二部分424从第一部分422上释放时，隔膜430完全展开。第一和第二 部分422、 424优选包括锁定结构，以使两个部分能选择性地锁定在一起。 例如，第一部分422包括第一锁定结构423,第二部分424包括第二锁定 结构425,使两个部分422、 424能锁定在一起从而紧凑储存该装置400。 第一和第二锁定结构423、 425可以采取任意不同的构造，包括卡扣、锁定 薄片、钩环、或者如图所示的摩擦机械配合等。
第二段235密封地流体连接到隔间432，允许生的未过滤流体从流体 源112输送到隔间432中。与装置300类似， 一段长度的第二段235在壳 体110内延伸，但是在本实施例中，第二段235伸出壳体110的第二端的 长度很长，从而使泵机构410能放置在地面上。
由于泵机构410通常放置在远离壳体110的地面上，第二段235和出 口导管350的长度大于上述手持实施例中的长度，从而泵机构410能设置 在相对于壳体110更远的位置。第二段235和出口导管350与前面实施例 中的功能相同，其中，它们将生的未过滤流体引导到隔间432中，然后使 其进入第一集管空间172。在一个实施例中，第一部分422具有结合在其中的导管存储区域，用 于储存第二段235以及从壳体110的第二端伸出到泵机构410的出口导管 350。更具体地，面对并靠近壳体110的第二端设置的第一部分422的下侧 可包括用作存储区域的空心空间。可以包括保持结构(例如多个保持薄片 等)作为第一部分422的下侧的一部分，从而， 一旦导管235、 350被巻入 存储区域，那么导管235、 350被牢固保持在那里。这使导管(管子)能被 储存，从而能通过第一部分422上形成的内螺紋440和壳体110上形成的 互补外螺紋422将第一部分422牢固连接到壳体110上。
相应地，当第一和第二部分422、 424相互牢固地固定，且第一部分 422螺紋紧固在壳体110的第二端时，泵机构410牢固连接到壳体110上 以i更输送和储存装置400。
或者，如图12-14所示，可以提供导管存储区域429作为壳体110的 一部分，特别地，壳体110延伸超出第二封装化合物181，从而形成内部 空腔(导管存储区域429),其限定了环形侧壁441和端壁443，端壁443 上形成有开口，用于与入口和出口导管235、 350连通。
存储区域429构造成使泵机构410能牢固连接到壳体110上，而不存 在过长的导管。为了实现这一点，提供一对接头导管235' 、 350，，并且 第一端分别连接到导管235、 350的互补接头。接头导管235， 、 350，的 相对的第二端可以分别连接到接头463、 461上，从而使导管235、 350与 波紋管430的内存储隔间432流体连接。当需要完全存储该装置时，由于 体部422通过螺紋紧固在壳体110上，接头导管235' 、 350，可以从接头 463、 461和导管235、 350上拆开，并整齐地储存在区域429内。图14显 示了拆卸状态的接头导管235' 、 350，。
与其他实施例相同，提供第一和第二单向止回阀230、 232并且将它们 设置在第二段235和出口导管350内。阀230、 232的工作方式与前面针对 装置300描述的工作方式相同。
为了操作装置400，将泵机构410从壳体110上拆开，并将第一和第 二部分422、 424放置在地面上。接下来，将第一和第二部分422、 424相互分开，所述的弹簧加载设计使第二部分424从第一部分422向外偏压， 由此使隔膜430展开。这造成原料液被吸入隔间432。为了排出储存在隔 间432内的原料液，用户将他/她的脚放在第二部分424上，然后在第二部 分424上朝第一部分422的方向施压，由此将隔膜430缩回/压缩到闭合位 置。当隔膜430被压缩时，储存在那里的流体被排入到出口导管350中， 并在其中流入第一集管空间172，在那里流入到第一过滤级120的纤维束 121中。
如图11所示，排出导管196的远端包括可拆除的盖或帽211，其通过 柔性接头带213连接到排出导管196的外壁上。
图15显示了根据另一示例性实施例的双级超滤装置500。该装置500 与装置300类似，因此，这里仅详细描述两装置之间的区别。装置500基 于一种手动波紋管/隔膜泵机构。但是，与前面的实施例不同，装置500包 括杠杆泵机构510。可展开/可缩回的隔膜(波紋管)330连接到壳体110 的第二端，并且连接到可旋转地安装在隔膜330上的帽320。
在这一实施例中，壳体IIO的外壁包括一对引导结构，即第一引导结 构和第二引导结构，优选位于壳体110的相对侧，各自包括沿着壳体110 的一段外壁形成的引导轨道520以及引导杆522。引导杆522是细长件， 其一端连接到帽320上，引导杆522的另一端容纳在引导轨道520中形成 的引导狭槽内。
泵机构510还包括杠杆机构530，该杠杆机构530是手动操作的并且 包括通过接头(例如，臂或指状物)牢固连接到帽320上的杠杆540，从 而杠杆540的运动转换为波紋管330沿着壳体110的纵向轴线的轴向运动。 杠杆540和帽320之间的连接可以采用任意不同的方法实现，包括销或卡 扣装置，这两种方法都允许杠杆540从帽320上拆卸。
杠杆540的一端适于被用户握持和操作，同时，杠杆540使用总体标 记为550的枢转构造枢转连接到壳体110上。这种类型的示例性杠杆泵机 构510可从Cole-Parmer购得，例如Guzzler 隔膜手动泵。这种枢转连接 使杠杆540的枢转能转换成波紋管330的上述轴向运动。为了操作泵机构510，用户仅仅是沿着箭头529所示的方向将杠杆540 移出缩回的波紋管位置(图15所示)，并且，杠杆540的枢转运动转换为 帽320的沿远离壳体110的第二端的方向的轴向运动，从而引起波紋管330 展开，流体被吸入波紋管330。引导杆526在引导轨道524上的行进允许 帽320和波紋管330的受控运动。
为了压缩波紋管330，杠杆540仅仅沿着箭头531所示的相反方向枢 转，由此导致帽320朝向壳体110的第二端移回。这造成波紋管330闭合， 储存在隔间340中的流体排入出口导管350并被输送到第一集管空间172 中。
这种杠杆泵机构510使用户能通过重复地举升和闭合杠杆540快速将 源112的流体泵入波紋管(隔膜)隔间340，然后进入第一集管空间172， 随后进入第一和第二过滤级120、 130，最后通过导管196排出。
优选地，通过将杠杆540从枢转接头550上拆卸(例如，通过移走枢 转销)，杠杆540可以完全地并且方便地从壳体110分开，再使其从帽320 上分开，然后，通过将杠杆540可释放地放置在夹具533上而将杠杆540 牢固地储存在壳体110上。
图16-17显示了具有不同类型巻筒机构251的装置100。在该实施例中， 巻筒机构251与集管帽171互补。如图17所示，集管帽171包括将集管空 间分成第一和第二集管空间172、 174的环形内壁188。排出导管196是内 壁188的一体部分，其形式为两端都开口的细长管件，其中一端通向第二 集管空间174。集管帽171固定连接到壳体110的第一端，如上所述。
在所示实施例中，集管帽171实质上被构造成密封和封闭泵机构210 的存储隔间202的开口端。如图17所示，集管帽171的直径可构造成大于 壳体110的直径，从而使集管帽的一部分延伸超出壳体110，以封闭泵机 构210的隔间202的开口端。入口 207以及出口 209结合在集管帽171的 设计中，从而当集管帽171牢固连接到壳体110的第一端时，入口 207和 出口 209都与隔间202流体连通。此外，出口 209形成i^A第一集管空间 172的入口，允许从隔间202排出的流体进入集管空间172，如上所述。根据该实施例，第一和第二单向止回阀230、 232是集管帽171的一部分，并 且分别紧邻入口 207和出口 209安装。集管帽171同样不可旋转地装配在 壳体110上。
集管帽171包括环形缘173，该环形缘173延伸超出封闭第一和第二 集管空间172、 174端部的端壁175。但是，排出导管196和环形缘173均 延伸超出端壁175,排出导管196实际上进一步延伸超出环形缘173。环形 缘173在其自由末端包括环形唇177。集管帽171具有靠近所述环形唇177 形成的狭槽179。
本实施例的巻筒机构251包括可旋转地安装到集管帽171上的巻筒帽 部件253。帽部件253包括与环形唇177互锁接合的紧固部分255,从而将 两个构件牢固连接在一起,其连接方式使得帽部件253能相对于集管帽171 旋转，使第一导管220如下所述巻绕。紧固部分255与唇177互补，从而 在二者之间形成机械配合，当这种互锁配合形成时，帽部件253设置在狭 槽179的一部分上方形成穿孔。帽部件253还包括在其环形侧壁上形成的 穿孔261。穿孔261的尺寸形成为容纳第一导管220。远端开口 263成形在 帽部件253的端壁上，其尺寸形成为容纳排出导管196的远端，从而排出 导管196从其中穿过并伸出。
在本实施例中，笫一导管220的一端被引导穿过由配合的帽部件253 和环形缘173形成的内部干燥隔间，随后穿过被部分地覆盖的狭槽179进 入入口 207，在那里牢固连接到该入口上，以允许流经第一导管220的原 料液进入存储隔间202，最终穿过出口 209进入第一集管空间172，在那里 被引入第一过滤级120。可旋转的帽部件253由此提供巻绕机构，其中， 第一导管220连接到固定的不可旋转的入口 207，并穿过狭槽179进入帽 部件253的内部，其提供了第一导管220的存储区域。第一导管220围绕 固定不动的排出导管196巻绕，并且，当用户相对于固定不动的排出导管 196和集管帽171转动帽部件253时，第一导管220连续地绕着排出导管 196巻绕并储存在帽部件253的内部。
可选地，帽部件253可具有系留密封件267，其集成附接到帽部件253的端壁上，并包括可密封接合和覆盖排出导管196远端的帽。
根据本发明的另一方面，图18-19显示了具有集成喷^^头结构610的 双级超滤装置600。装置600包括相同的基本双级过滤壳体110以及过滤 级120、 130,从而在流体排出喷淋头610之前对源112的流体执行重复过 滤。喷淋头结构610是一种固定头形式，与下面描述的其他头形式相反。 由于装置600与前面描述的其他实施例类似，相同的元件以相似的附图标
第一导管220是软管等，其一端连接到接头620，接头620包括旋转 头元件622以及与之可旋转地连接的快速释放接头元件624。通过螺紋连 接所述两个部件，旋转头元件622可释放地连接到第一导管220上。快速 释放元件624构造成装置600的快速连接器，并优选地包含使接头620从 装置600上分离的快速释放按钮626。
在该实施例中，集管帽630设置在壳体110的第一端114上，并构造 成具有喷淋头，排出二次过滤(无菌)的流体。集管帽630与集管空间170 的相似之处在于其包含被内壁188隔开的第一和第二集管隔间172、 174。 入口 182与快速释放接头632流体连通，快速释放接头632与接头620的 快速释放元件624互补，并设计成可释放地密封连接在该快速释放元件624 上。这允许流经第一导管220的流体流过接头620，穿过入口 182并ii^ 第一集管空间172中(在所示实施例中，其为外部环形空间)。
为了提供集成的喷淋头结构610,第二集管空间174与穿孔的喷淋头 640流体连通，该喷淋头包含出水孔642，将流经第二过滤级130 (通过其 纤维束131)后流入第二集管空间174的二次过滤流体排出。
为了操作喷淋装置600,通过外部泵机构经过第一导管220输送加压 的原料液，所述外部泵机构可以位于现场，或者当第一导管220是加压水 系统的一部分时位于边远位置。原料液连续流经接头620,进入第一集管 空间172和纤维束121，原料液在那里第一次过滤，随后，如前所述，一 次过滤的流体穿过纤维束131的内腔，由此对流体二次过滤。
现在参照图20-21,显示了具有集成喷淋头结构710的双级超滤装置700。该装置700与装置600类似，其不同之处在于装置700是可拆卸手持 类型。更具体地，通常为输送加压的生的未过滤水的软管形式的第一导管 220密封连接到接头720上，接头720上成形有流体通道，由入口 722开 始，至出口 724终止。第一导管220的远端连接到旋转头连接适配器730 上，该适配器730以旋转的方式流体连接到入口 722。接头720的出口 724 包括从接头720的体部721延伸出并包括紧固结构例如外螺紋的出口接头， 该紧固结构允许一个部件能牢固地连接到出口接头。接头体部721还包括 固定器支架726,在所示实施例中其形式为U形夹具部件。
装置700包括手柄730，其构造成使装置700被用户方便地握持。手 柄730是空心部件，包括在一端733在第一集管空间172的入口 182处终 止的内流体通道732。手柄730的相对端735是敞开的并且包括构造用于 快速释放连接的快速释放接头部分740。固定器部件或点750在相对端735 的附近形成，并构造成以摩擦方式可释放地容纳在固定器支架726中，从 而保持装置700,更具体地，相对于接头720保持其手柄730。在所示实施 例中，固定器部件750具有与固定器支架726互补的形状，并且可以是圆 柱形旋钮等形式。
柔性导管(软管)附件760在手柄730的快速释放接头部分740和接 头720的出口接头724之间延伸。在接头部分740是快速释放类型的情况 下，软管附件760的一端762包括与接头部分740配合的互补快速释放接 头764。接头764包括使软管附件760能方便快速地从接头部分740上释 放和拆卸的释放按钮766。软管附件760的相对端768具有与出口接头724 密封配合的接头或适配器770。例如，接头770可以是与出口接头724的 外螺紋配合的内螺紋接头。软管附件760具有足够的长度，从而，当用户 把装置700握持在他/她的手里时，可将装置700从支架726上的牢固位置 取下，随后，上下左右移动壳体110,以充分地排出和引导二次过滤流体 到选定表面例如体部区域上。
装置700包括与装置600的集管帽630类似的集管帽780，其不同之 处在于不再具有接头620,集管帽780在相同的位置包括手柄730。集管帽780包括将内部分成第一和第二集管空间172、 174的内壁188。在该实施 例中，集管帽780的尺寸(直径)大于壳体110的第一端的尺寸，因此集 管帽780延伸超出壳体110夕卜。在超出壳体110外的集管帽780的一部分 上，手柄730的开口端与第一集管空间172流体连通，以允许生的未过滤 流体(水)流经手柄730进入第一集管空间172。
图22显示了可更换喷嘴的使用，该喷嘴适于结合在任意前述一体喷淋 头的设计中。特别地，图22显示了第一可互换喷嘴800，其构造成与集管 帽810可释放地互锁，集管帽810具有从那里伸出的环形接头(凸台)820。 喷嘴800和接头820中的每一个分别包括互补的互锁结构802、 822，它们 使喷嘴800能牢固地锁定在接头820上，但却仍然容易移除以更换喷嘴类 型。
更具体地，所示喷嘴800包括空心体部802，在其出口端形成有开口 804，在相对端有锥形接头部分806。接头部分804构造成被容纳在接头820 上并牢固接合到该接头820，在所示实施例中，互锁结构802、 822是扭锁 类型，允许接头部分806容納在接头820中，然后旋转以实现两个构件之 间的扭锁。为了移除锁定的喷嘴800，沿相反的方向旋转体部802,直至结 构802、 822再次对准，然后，从接头820中移除喷嘴800。开口 804构建 及构造成产生流体细流。
图22还显示了与喷嘴800类似的另 一喷嘴830,不同之处在于喷嘴830 构造成产生锥形的排出流体，而不是喷嘴800产生的细流。
图23显示了连接到集管帽810的系留帽840,该系留帽840使帽842 能可释放地连接到集管帽的接头820 (排出导管196)的开口端。
因此，尽管已经针对本发明的优选实施例示出、描述和指出了本发明 的基本新颖特征，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所 属领域技术人员可以对所示装置的形式和细节以及它们的运行作出各种省 略、替代和改变。例如，那些执行基本相同功能、以基本相同的方式、实 现相同的效果的元件和/或步骤的所有组合显然在本发明的范围内。从一个 描述的实施例到另一实施例的元件替代也是完全期待和预期的。还应该理解，附图不必按比例绘制，它们在本质上仅是概念性的。因此，本发明仅 由所附权利要求的范围限定。
在这里的讨论中，术语"净化，，通常指去除物质中不需要的成分，而 术语"杀菌/消毒"指去除活性微生物。因此，在某些应用中，这两个术语 可以当作同义词。
图24A、 24B和25-27大致显示了本发明的一个示例性实施例，其中， 提供了一种耐磨移动式水化装置卯0。该水化装置卯0优选是易于携带或 穿戴在身体的一部分上的包或背包形式，例如，当是背包时，横跨用户的 肩部和背部。7jC化包卯0包括第一柔性嚢920和第二柔性嚢930,它们可 操作地联接到流体传输机构940和水净化装置950，水净化装置用于生产 净化水，如下所述。
特别地，图24A和24B的7JC化包卯0是背包形式，具有体部912和两 侧的肩带914，并且构造成以与传统背包相同的方式穿戴。在图25的分解 视图中清楚地显示，第一柔性嚢920由可膨胀/可压缩的体部922形成，并 且包括入口 924，用于在所述第一嚢920中填充生水(未净化水)，生水 将会由水净化装置950净化并作为净化的饮用水最终输送给用户。
许多不同种类的入口 924可以使用，在所示实施例中，入口 924是螺 紋帽，其拧在体部922的相应部分上。但是，只要能实现第一嚢920的密 封闭合，入口 924同样可以M擦配合帽或塞等。
第一嚢920还具有一端流体连接到第一嚢920的出口或端口 927的第 一嚢出口导管926，生水通过该导管从第一囊920中排出。导管926的另 一端与流体传输机构940可操作地连接并流体连通。流体传输机构940构 造成当用户操作时，储存在第一嚢920中的生水(未净化水)被抽出并引 导到水净化装置950中进行净化。流体传输机构940优选是泵等形式，其 可以由用户手动操作来将第一嚢920中的生7JC抽到水净化装置950中。
所示的泵940包括可致动以形成将生水从第一囊920中抽吸出来的压 力差的体部942。泵940还包括接收来自导管926的生水的泵入口 944。换 句话说，导管926的另一端密封地流体连接到泵入口 944上。泵940还包括泵出口导管946，生水流过该泵出口导管流向水净化装置950。泵出口导 管946具有流体连接到泵出口 948的第一端以及流体连接到水净化装置 950的相对的第二端，泵出口 948是泵940的一部分。
应该了解，在该第一实施例中，泵940仅用于从第一嚢920中抽吸生 水，随后将水输送到下游位置，在这种情况下是水净化装置950和最终储 存已净化水的第二嚢930。因此，泵940通常具有接收生水的存储隔间以 及某些类型的可致动机构，像手柄或柱塞或活塞，其不仅引起负压以将生 7JC抽吸入存储隔间，而且随后产生正压以将水排出到水净化装置950中。
因此，泵940可以是任何类型，例如图28所示的手动操作泵、手动操 作的隔膜泵、或适合于预期应用的其他类型泵。应该意识到，泵940可以 设置在包卯0的容易接触得到的区域例如前口袋中，从而使得用户能够在 行走时取出泵940并开始传输第一嚢920中的流体，使其穿过净化单元 950，并进入第二嚢930。
水净化装置950是这种类型的，其构造成接收生的未净化水并在生水 流经装置950时对其净化，从而生产出适于最终用途例如々大用的净化水。 换句话说，水净化装置950通常具有某些类型的过滤设备等，过滤设备包 含在其中并构造成通过许多不同的过滤技术净化生水。
所示的水净化装置950包括壳体952,壳体952包含过滤元件954例 如半渗透滤膜。壳体952包括第一端和相对的第二端，第一集管帽953设 置在第一端上，第二集管帽955设置在第二端上。第一集管帽953具有形 成为其一部分的入口 957,该入口 957流体连接到接收生水(未净化水) 的泵出口导管946的第二端，第一集管帽953还具有将第一集管帽953的 内部空间分成第一段(内部段)和第二段(外部段)的内部分割物或分割 件959。在单元950为圆形滤筒的情况下，内部段和外部段是同心的，第 二 (外部)段的形式为环绕圆形内部段的圆环，因此，在这种情况下，分 割件959是环形的。
如下面相对于其他实施例更详细地描述的，过滤元件954的第一端包 含在笫一封装化合物中，所有的过滤元件954在该第一端都是打开的。过滤元件954的第二端包含在第二封装化合物中，所有的过滤元件954在该 第二端都是封闭的。
入口 957仅与集管帽953的内部段流体连通，因此，原料液仅#>引入 与集管帽953的内部段相通的过滤元件954的内芯部。生水在内芯部过滤 元件954 (第一级)的内腔中流动，然后橫穿膜过滤后流入过滤元件954 外部的空间形成一次过滤水，然后，由于装置950的双级方面，所述一次 过滤水随后被强迫横穿外部段的过滤元件954的膜(第二级)并进入其内 腔，生产出二次过滤水，随后，二次过滤水在外部段的过滤元件954的内 腔中流向第一端，在那里流入第一集管帽953的外部段。
第一集管帽953具有形成为其一部分的出口 961，出口 961与第一集 管帽953的外部段流体连通，从而仅有从过滤元件954的外部环流入集管 帽953的外部段的二次过滤水能流经出口 961。通过有效地覆盖过滤元件 的第二端，并且将过滤元件954分成第一级束和第二级束并如所描述和示 出的方式布置水流动路径，所述双级过滤得以实现。应该了解，双级过滤 布置不是必需的，通过仅仅提供单级的过滤元件954，可以方便地提供单 级过滤布置。例如，在生7jC横穿过滤元件954的膜过滤形成一次过滤水后， 所述水随后可被引向出口 961，然后在那里被引入第二嚢930,这与通过和 过滤元件954的另一束相互作用而再次过滤相反。
出口 961与第二导管960流体连通，第二导管960与储存水过滤单元 或装置950生产的净化水的第二嚢930流体连通。尽管不限于所示实施例， 第二导管960具有连接到第二嚢930的入口 932的第一端962，使净化水 进入并储存在第二嚢930中。第二导管960的第二端964包括饮用喷管964 等，其可操作来分配选定量的净化水。例如，可以在位置964处使用阀类 机构以在用户的控制下分配净化水。在所示实施例中，因为净化水不是从 出口 961输送到第二导管960的其中一端，而是被输送到中间位置，因此 第二导管960与水净化装置950的联接包括使用接头(例如，T型接头)。
应该理解，水净化单元950可包含过滤器(例如，可包含半渗透膜-"过滤元件954")和/或吸附式过滤介质，例如活性炭，或者，它可包含多重过滤级(例如图25所示的那些级)以用于增加安全性，或者，它可以 是过滤和吸附元件的任意组合。包含多重过滤级的示例水净化单元记载在 共同转让的美国专利No. 6635179和No. 6719907以及序列号为No. 60/734006的美国专利申请中，它们全部通过整体引用结合在此。
此外，应该意识到，净化单元950可具有一个或多个"快速连接"配 件，以便在必需或需要时方便地替换该单元950。换句话说，第一和第二 导管与水净化单元950之间的接头各自具有"快速连接"配件。而且，应 该了解，配件可以这样，即在水净化单元950不处于正确位置的情况下流 体回路不能完成，由此使得不可能传送第一囊920和第二嚢930中的未净 化水。换句话说，端部的配件或导管的任意接头不是彼此互补的，从而第 一导管的自由端不能简单地连接到第二导管上以将这两根导管流体连接在 一起，并允许泵40泵送出的水从第一嚢920直接流入到第二嚢930中。
本发明的7jO化包900具有很多优点，其中之一在于，该7JC化包io提供 了一种设计，其中用户能快速方便地用未净化水来充填第一嚢920，因此， 用户可能暴露在危险中的时间最短。然后，当行走或徒步旅行到下一位置 时，或者到达安全位置时，用户能操作流体传输泵，泵送第一嚢920中的 流体^f吏其流经净化装置950并进入第二存储嚢940。
第二嚢930没有可拧下的入口帽，从而个人不能无意地将未净化水充 填入该第二嚢中。根据本发明的一个实施例，如图26-27所示，第一和第 二囊920、 930均占据水化包910中给定的空间，从而，当第一嚢920排空 时，其同时填充第二嚢930，并且由此占据相同的空间。流动方向也在图 26-27中示出，起初，图26显示了初始状态，其中第一嚢920装满了未净 化水，然后，在泵930的作用下，第一囊920流出的生水流到水净化单元 950，然后进入第二嚢930使其膨胀，同时第一囊920被压缩。
还应该意识到，第一和第二嚢920、 930可容易地构造成单一单元，例 如，通过在三块板的边缘粘结，从而，中间板形成第一和第二嚢930、 940 的公共壁。另外一种将两个嚢930、 940构造成单一单元的方法是制造一个 大的单独嚢，并在中部密封以形成两个嚢隔间。那样，通过沿着密封折叠嚢，两个嚢隔间基本上构造成如上所示。而且，通过将第二嚢940完全构 造在第一嚢930内部也能实现相同的效果。
还应该意识到，净化装置950 (过滤装置或单元)以及泵单元940可 以作为一体单元提供，其包含在如美国专利申请No. 60/714,058记载的单 一滤筒等中，该专利申请的内容通过整体引用结合在此。
具有泵送设备的所述双级超滤装置(滤筒)100如图1所示，并且适 合于在水化包910中使用。由于上面已经详细描述了超滤装置100的细节 和操作，这里不再进行详细描述。如上所述，壳体110限定出主过滤级120 和重复过滤级130，壳体的至少一部分通常是大致圆柱形并包括纵向的半 渗透空心纤维140束。所述半渗透空心纤维140作为这样一种机构，其用 于滤掉从第一嚢920流入的流体的细菌、内毒素、以及其他不希望有的杂 质，在流体流经两个过滤级120和130后生产出无菌流体。这种便携式超 滤装置100可以用在任何需要或非常期待无菌流体的应用中，包括^L用水、 消毒医疗器械等的流体、医护人员的身体清洗液、在线血液透析等，这里 仅是一些示例性应用。用于这种预期目的的任意商用半渗透空心纤维140 都是可以使用的。
所述双级超滤装置100可以被认为具有重复过滤元件，其由第一和第 二过滤级120和130、使待过滤流体(第一嚢920中的生水)进入并流经 两个过滤级120和130的泵机构210、以及可选的存储隔间形成，存储隔 间用于储存流体导管220，所述流体导管用于输送第一嚢920中的待过滤 流体(图25 )。
在图l和图2的装置100示例中，排出导管196连接到第二导管或者 就是第二导管，其相对端流体连接到第二嚢930，因为排出导管196排出 输送到第二嚢930中的净化水。出口 (排放口 ) 198的压力低于过滤器的 其他位置的压力，由此使流体根据上述流动路径流动，进入第一段121的 纤维140的流体^^引导横穿两个分开的纤维膜流入第二集管空间174，并 最终穿过出口 198。过滤(杀菌)级120、 130中流体的总体流动如箭头所 示。实心箭头显示内腔内的流体流动，而虚线显示两个级120、 130之间的流动。
从下面可以清楚地看出，有许多不同的泵机构200执行预期的功能， 因此，所示泵机构200在本质上仅是示例性的，不限定本发明的范围。泵 机构的形式可以是活塞泵或其他类型的泵。
现在参照图5，双级超滤装置300也适于在水化包910中使用，由于 前面已经详细描述了装置300，因此这里不再详细描述。与具有活塞泵机 构不同，装置300具有泵机构310，泵机构310也是与所述机构类似的手 动系统；但是，泵机构310是波紋管型构造并且位于壳体110的第二端116。 泵机构1310的波紋管构造使用户能通过展开波紋管抽吸源中的流体并将 其储存在临时保持位置，然后相反，用户仅仅通过使波紋管缩回到其闭合 位置而排出保持的流体。与另外的实施例相同，通过将入口导管用钩钩到 第一嚢、并将排出导管用钩钩到第二嚢上就能方便地将装置300结合入水 化包910中。
图15的双级超滤装置500也可以与上述其他实施例相似的方式结合在 7JM匕包910中。在该实施例中，泵机构510还包括手动操作的杠杆机构530， 用于使第 一 嚢中的水穿过过滤元件后到达第二嚢。
因此，应该意识到，这里所公开的任何双级超滤装置都能用作水化包 910的一部分。
在图28和29所示的本发明的又一实施例中，提供了一种装置，该装 置包括双重或双级过滤结构，使得所有的过滤都发生在过滤器的第一 (或 前部)段中，第二 (或后部)段用作重复/冗余安全过滤器，如同这里公开 和描述的。术语重复/冗余安全过滤器是指其具有如同第一过滤级那样从流 体流中去除相似尺寸微粒或微生物的能力。但是，这并不意味着其大小或 表面积与第一过滤级的大小或表面积相同。该过滤器包括一种结构，其构 造成允许视觉检验过滤器的完整性，具体地，该结构至少构造成允许视觉 检测第二过滤级的过滤介质(例如，半渗透膜)的至少一部分，该过滤介 质设置在该装置的壳体内部。通过视觉检测第二过滤级的过滤介质，用户 能根据第二过滤级是否变色而确定装置是否处于良好工作状态。更具体地，在操作过程中，过滤器装置的入口区域可能变色，指示正 从水中过滤微粒。这是由于大多数微粒都有相应的可见颜色，因此当微粒 被捕获在过滤器上时，会发生入口区域变色。过滤器装置的出口区域将保 持为"白色"(或者显示没有颜色变化)，指示仅有净化水流经该区域， 且所述第一过滤级如期望的那样工作。对出口段(或区域)的可视变色的 周期性检查提供了在第一过滤级发生破裂的指示，水中的微粒在第二过滤 级过滤。尽管水仍然在第二过滤级净化，但是建议更换该过滤器。通过利 用这种重复双级过滤设计结构，确保了提供安全可靠的超纯净水源。本发 明的视觉检测结构的具体细节参考多个不同的实施例描述如下，各实施例 具有第一主过滤级和第二重复过滤级。
在一个实施例中，过滤装置的罩壳由透明或半透明材料例如透明或半 透明塑料制成，这使得能视觉检查罩壳内的过滤介质(两个纤维束)。但 是，通常不需要完全看到罩壳内的过滤介质，并且/或者由于操作指导或广
告或标识的需要，提供了一个标签1000 (见图28和29)，该标签i殳置在 罩壳的外表面上。该标签1000可包括产品信息，以及其他标识信息和指示 等。标签1000的存在挡住了一个或多个纤维束，并且在大多数情况下，标 签1000会盖住第一和第二纤维束两者的至少一部分。
根据本发明，该结构是至少出口窗1010 (例如，切口)的形式，其在 标签1000上成形并布置在第二纤维束的上方，从而使得能容易地对下面的 第二纤维束执行视觉检测。出口窗1010的精确位置不是非常关键，只要能 通过该出口窗1010看到第二纤维束即可。
此外，出口窗1010的尺寸和形状也不是很关键，只要出口窗1010允 许对下面的第二纤维束执行视觉检测即可。因此，出口窗1010可以是方形 或矩形开口，或者在标签1000上形成的切口，或者可以是其他开口形式，
例如圆形、椭圆形等。
标签1000可具有入口窗1020 (例如，切口 )，该入口窗设置在第一 纤维束的上方，从而使得能容易地对下面的第一纤维束执行视觉检测。入 口窗1020的精确位置不是非常关键，只要能通过该入口窗1020看到第一纤维束即可。另夕卜，入口窗1020的尺寸和形状也不是很关键，只要入口窗 1020允许对下面的第一纤维束执行视觉检测即可。因此，入口窗1020可 以是在标签IOOO上形成的方形或矩形开口，或者可以是其他开口形式，例 如圆形、椭圆形等。
图28和29显示了可以用作独立单元或者可以结合入前迷产品(包括 7JC化包910或其中一种便携式泵机构)之一中的双级过滤装置的实施例。 在图28中，装置1000包括初步过滤流体的第一过滤级1100以瓦t生重复 过滤的第二重复过滤级1110。箭头显示了流体的流动路径。该装置的操作 与前面实施例中的相同或相似，因此不再具体描述。在图29中，装置包括 第一和第二过滤级UOO、 1110，以及具有出口窗1010的标签1000。
或者，至少除了与上述标签1000的出口窗1010类似的形成为罩壳一 部分的出口窗外，罩壳由不透明材料制成。罩壳的出口窗部分由透明或半 透明材料制成，使得能视觉检测作为第二过滤级的一部分的下面的第二纤 维束。同样，出口窗的精确位置不是非常关键，只要能通过出口窗看到第 二纤维束即可。此外，出口窗的尺寸和形状也不是很关键，只要出口窗允
许视觉检测下面的第二纤维束即可。因此，出口窗可以是方形或矩形或者 是其他形状，例如圆形、椭圆形等。此外，与该出口窗一起，不透明罩壳 可以具有透明或半透明的入口窗，使得能视觉检测作为第一过滤级的一部 分的下面的第一纤维束。在本实施例中，窗不是切口形式，而是由透明或 半透明材料形成的被不透明材料包围的固体窗。
另 一方面，在标签1000设置于罩壳上或者一个或多个窗形成为不透明 罩壳的一部分的实施例中，可以提供放大板等来放大下面的第二纤维束， 使用户能更好地确定下面的第二纤维束是否因第一过滤器破裂而变色。在 罩壳上使用标签1000的情况下，放大板横跨形成于标签1000上的出口窗
(切口)设置，或者，在罩壳由不透明材料制成的情况下，放大板可以设 置在罩壳的出口窗的上方。
如上所述，出口窗以及可选的入口窗使得能视觉检测壳体(罩壳)内 的过滤介质(第二纤维束)。在操作过程中，过滤介质的入口区域(第一纤维束)有可能变色，指示正从水中过滤出微粒，而出口区域(第二纤维 束)保持"白色"或显示没有颜色变化，指示仅有净化水流经该处，所述 第一过滤级(第一纤维束)正常工作。
应该意识到，当提供入口窗检查第一过滤级的运行时，第一纤维束应 由透明或半透明材料制成，这是因为4敫粒被捕获并收集在纤维的内腔中， 从而，为了看到收集的微粒引起的变色，用户必须能通过入口窗看到纤维 的内部。反之，第二过滤级以相反的方式工作，由于第一过滤级的石皮裂等 而出现在第二过滤级中的任何微粒都被收集在第二纤维束的外部。因此， 第二纤维束不必是透明或半透明的，因为微粒材料收集在其外部。但是， 在很多情况下，使用透明或半透明纤维的确能更容易地检测相对于"白色" 背景的变色。
出口窗周期检测可视变色提供了在第一过滤级(第一纤维束)中发生 破裂、水中的微粒由第二过滤级(第二纤维束)过滤的指示。
有利地，至少出口窗作为双级过滤装置的一部分设置允许方便地视觉 检验过滤器的完整性，不需要向正被过滤的流体流添加"标识"微粒或染 色剂，也不需要另外的传感器来检测过滤器的失效，而是根据被过滤的水 中微粒的自然存在和视觉检测来检测失效。
相互紧靠地设置入口和出口窗作为标签1000的一部分或作为罩壳的
一部分使用户能方便地比较下面的两个不同级中纤维的颜色，因此，用户 能看到在第一过滤级中如何出现变色，然后比较和观察是否在第二过滤级 中出现了任意变色。
还应该意识到，标签1000可以结合在任意前述双级过滤装置例如图1 -27的装置中。例如，在图1的装置100中，第一和第二过滤级完全翻转， 从而第二重复过滤级是靠近其内部罩壳壁的最外面的级。
尽管已经针对流体特别是水溶液例如未过滤水的杀菌描述了本发明， 应该理解，本装置同样可以用于重复过滤其他流体，包括水或流体混合物 之外的其他液体。
因此，尽管已经针对本发明的优选实施例示出、描述和指出了本发明的基本新颖特征，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所 属领域技术人员可以对所示装置的形式和细节以及它们的运行作出各种省 略、替代和改变。例如，那些执行基本相同功能、以基本相同的方式、实 现相同的效果的元件和/或步骤的所有组合显然在本发明的范围内。从一个 描述的实施例到另 一实施例的元件替代也是完全期待和预期的。还应该理 解，附图不必按比例绘制，它们在本质上仅是概念性的。因此，本发明仅 由所附权利要求的范围限定。
所有的参考文献、出版物、待审和授权专利各自通过整体引用结合在此。
权利要求
1.一种手持双级过滤滤筒，包括包含壳体的滤筒，该壳体具有包含第一半渗透过滤元件的第一杀菌级和包含第二半渗透过滤元件的第二杀菌级，所述壳体具有第一端和第二端，第一端包括流体入口、流体出口以及将该壳体分成第一杀菌级和第二杀菌级的部件，流体入口仅与第一杀菌级流体连通，而流体出口仅与第二杀菌级流体连通，其中，第一和第二半渗透过滤元件在壳体的第二端密封，从而使进入流体入口的流体在通过流体出口排出之前在第一半渗透过滤元件的内腔段内流动，然后被引导横穿第一半渗透过滤元件进行过滤，随后被引导横穿第二半渗透过滤元件再次进行过滤，并且流入第二半渗透过滤元件的内腔段；以及泵机构，用于将流体泵送入第一杀菌级并使流体穿过所述第一和第二级，以便从流体出口排出二次过滤流体。
2. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于壳体的第一端 包括位于集管端壁与第一和第二半渗透过滤元件的第一端之间的内集管空 间，该内集管空间包括将内集管空间分成第 一 内集管空间和第二内集管空 间的内壁，流体入口仅与第一内集管空间流体连通，而流体出口仅与第二 内集管空间流体连通。
3. 如权利要求2所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一和第二内 集管空间彼此同心。
4. 如权利要求2所述的双级过滤滤筒，其特征在于，还包括 设置在第一和第二半渗透过滤元件的第一端处的第一封装化合物，所述第 一封装化合物允许第 一 内集管空间与第 一半渗透过滤元件之间以及第 二内集管空间与第二半渗透过滤元件之间流体连通；以及设置在第一和第二半渗透过滤元件的第二端处的第二封装化合物，用 于密封第 一和第二半渗透过滤元件的第二端。
5. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于流体进入第一级并在壳体的同 一端从第二级排出。
6. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一杀菌级与 第二杀菌级相互独立，使得第二杀菌级成为重复杀菌级，流体在各级得到 完全的过滤。
7. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于泵机构包括活 塞泵，该活塞泵可操作以在将源中的流体排出到第一杀菌级之前将该流体 抽吸到活塞泵的保持室。
8. 如权利要求7所述的双级过滤滤筒，其特征在于源中的流体通 过第一导管输送到保持室，并通过第二导管从保持室排出到仅与第一杀菌 级流体连通的第 一 内集管空间，所述第 一导管具有与之关联的第 一单向阀， 第二导管具有与之关联的第二单向阀，使得当将流体抽吸到保持室内时， 第一单向阀打开而第二单向阀关闭，当将流体从保持室排出到第一 内集管 空间时，第二单向阀打开而第一单向阀关闭。
9. 如权利要求8所述的双级过滤滤筒，其特征在于泵机构包括一 端具有手柄的活塞，该活塞可以在保持室内滑动。
10. 如权利要求8所述的双级过滤滤筒，其特征在于，还包括 巻筒机构，用于将第一导管巻绕到与内集管空间隔开的干燥存储隔间内和从该干燥存储隔间内展开，所述内集管空间具有第一段和第二段，在 第一段流体被接收并流入第一杀菌级，在第二段流体被从第二杀菌级排出。
11. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于泵机构是手动 波紋管型泵机构，该泵机构设置在壳体的第二端，并沿着壳体的长度方向 分别展开和缩回到打开位置和闭合位置。
12. 如权利要求11所述的双级过滤滤筒，其特征在于所述波紋管 型泵机构包括帽和波紋管部件，波紋管部件的一端连接到壳体的第二端， 另一端连接到帽，从而帽可相对于波紋管部件旋转，波紋管部件中形成有 流体保持室。
13. 如权利要求12所述的双级过滤滤筒，其特征在于源中的流体 通过第一导管输送到保持室，并通过第二导管从保持室排出到仅与第一杀菌级流体连通的第 一 内集管空间，所述第 一导管具有与之关联的第 一单向 阀，第二导管具有与之关联的第二单向阀，使得当将流体抽吸到保持室内 时，第一单向阀打开而第二单向阀关闭，当将流体从保持室排出到第一内 集管空间时，第二单向阀打开而第一单向阀关闭。
14. 如权利要求13所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一导管和 第二导管各自的一段在壳体的内部空间内延伸，并且与半渗透过滤元件相 互混杂。
15. 如权利要求13所述的双级过滤滤筒，其特征在于所述帽通过 螺紋固定到壳体的第二端。
16. 如权利要求l所述的双级过滤滤筒，其特征在于所述泵机构是 可以牢固连接到壳体的第二端的脚踏波紋管型泵机构。
17. 如权利要求16所述的双级过滤滤筒，其特征在于所述波紋管 型泵机构包括第一部分、第二部分、以及设置在第一部分和第二部分之间 的波紋管部件，第一部分具有使该第一部分能牢固连接到壳体的第二端的 结构，波紋管部件中形成有流体保持室并且可以变形至展开和缩回位置。
18. 如权利要求17所述的双级过滤滤筒，其特征在于源中的流体 通过第一导管输送到保持室，并通过第二导管从保持室排出到仅与第一杀 菌级流体连通的第 一 内集管空间，所述第 一导管具有与之关联的第 一单向 阀，第二导管具有与之关联的第二单向阀，使得当将流体抽吸到保持室内 时，第一单向阀打开而第二单向阀关闭，当将流体从保持室排出到第一内 集管空间时，第二单向阀打开而第一单向阀关闭。
19. 如权利要求18所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一导管和 第二导管各自的一段在壳体的内部空间内延伸，并且与半渗透过滤元件相 互混杂。
20. —种手持双级过滤滤筒，包括包含壳体的滤筒，该壳体具有包含第一半渗透过滤元件的笫一杀菌级 和包含第二半渗透过滤元件的第二杀菌级，所述壳体具有第一端和第二端， 第一端包括流体入口 、流体出口以及将该壳体分成第一杀菌级和第二杀菌级的部件，流体入口仅与第一杀菌级流体连通，而流体出口仅与第二杀菌 级流体连通，其中，第一和第二半渗透过滤元件在壳体的第二端密封，从 而使进入流体入口的流体在通过流体出口排出之前在第 一半渗透过滤元件 的内腔段内流动，然后被引导横穿第一半渗透过滤元件进行过滤，随后被 引导横穿第二半渗透过滤元件再次进行过滤，并且流入第二半渗透过滤元件的内腔段；以及一体式喷淋头，该喷淋头与流体出口流体连通并形成于壳体的第一端 以用于排出二次过滤流体。
21. 如权利要求20所述的双级过滤滤筒，其特征在于壳体的第一 端包括位于集管端壁与第一和第二半渗透过滤元件的第一端之间的内集管 空间，该内集管空间包括将内集管空间分成第 一 内集管空间和第二内集管 空间的内壁，流体入口仅与第一内集管空间流体连通，而流体出口仅与第 二内集管空间流体连通。
22. 如权利要求21所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一和第二 内集管空间彼此同心。
23. 如权利要求21所述的双级过滤滤筒，其特征在于，还包括 设置在第一和第二半渗透过滤元件的第一端处的第一封装化合物，所述第一封装化合物允许第一 内集管空间与第一半渗透过滤元件之间以及第 二内集管空间与第二半渗透过滤元件之间流体连通；以及设置在第一和第二半渗透过滤元件的第二端处的第二封装化合物，用 于密封第 一和第二半渗透过滤元件的第二端。
24. 如权利要求20所述的双级过滤滤筒，其特征在于流体进入第 一级并在壳体的同 一端从第二级排出。
25. 如权利要求21所述的双级过滤滤筒，其特征在于设有第一接 头，该第一接头与第一集管空间流体连通并适于通过第二接头流体连接到 流体源。
26. 如权利要求25所述的双级过滤滤筒，其特征在于第一和第二 接头都是快速释^:类型。
27. 如权利要求21所述的双级过滤滤筒，其特征在于壳体具有从 该壳体延伸的空心手柄部件，穿过该空心手柄部件形成有流体导管，以用 于将源中的流体运送到第 一集管空间。
28. 如权利要求27所述的双级过滤滤筒，其特征在于，还包括 用于将从源中运送流体的第一导管流体连接到手柄部件的远端接头的导管附件，该导管附件具有适于容纳并保持手柄一部分的夹具。
29. 如权利要求20所述的双级过滤滤筒，其特征在于喷淋头具有 喷淋出口导管，该出口导管构造成与多个可互换喷淋头喷嘴配合。
30. —种耐磨移动式水化装置，包括 构造成由人穿戴的体部，该体部包括用于储存未处理流体的第一流体存储部件；用于从第一流体存储部件中抽吸未处理流体的手动泵机构；流体处理装置，该流体处理装置流体连接到用于接收未处理流体的第一流体存储部件，并包括处理未处理流体以形成已处理过的水的元件；以及第二流体存储部件，该第二流体存储部件流体连接到流体净 化装置，从而接收和储存由于泵机构的操作而产生的已处理过的水。
31. 如权利要求30所述的装置，其特征在于体部包括穿戴在人的 背部的背包，该背包包含第一流体存储部件、泵机构、流体净化装置以及 第二流体存储部件，泵机构的至少一部分可被此人接触到以操作泵机构。
32. 如权利要求30所述的装置，其特征在于所述手动泵机构是活 塞泵机构和隔膜泵机构的其中 一种。
33. 如权利要求30所述的装置，其特征在于第一和第二流体存储 部件各自包括可膨力长/可压缩嚢。
34. 如权利要求33所述的装置，其特征在于第一和第二嚢形成单 个一体式结构。
35. 如权利要求34所述的装置，其特征在于所述单个一体式结构 包括三个沿着其边缘粘结的塑料板，中间板形成第一和第二嚢的公共壁。
36. 如权利要求34所述的装置，其特征在于所述单个一体式结构 包括两个粘结在一起的板，在所述两个板之间形成密封，从而将该结构分 成代表第一和第二嚢的第一和第二隔间。
37. 如权利要求34所述的装置，其特征在于所述单个一体式结构 构造成第二嚢完全在第一嚢内形成。
38. 如权利要求33所述的装置，其特征在于所述第一流体存储部 件具有用于接收未处理流体的可开启入口 。
39. 如权利要求30所迷的装置，其特征在于所述第一和第二流体 存储部件相邻布置并占据一给定空间，使得当未处理的水从所述第一流体 存储部件排出并输送到第二流体存储部件时，单独的流体存储部件的容积改变，但是所述给定空间的容积维持基本相同。
40. 如权利要求30所述的装置，其特征在于，还包括 流体连接第 一流体存储部件与泵机构入口的第 一导管； 流体连接泵机构出口与流体处理装置入口的第二导管； 流体连接流体处理装置出口与第二流体存储部件的第三导管。
41. 如权利要求40所述的装置，其特征在于第三导管包括设置有 阀的出口 ，以便允许选择性地排出已处理的流体。
42. 如权利要求30所述的装置，其特征在于流体处理装置包括用 于过滤未处理流体的吸附材料。
43. 如权利要求30所述的装置，其特征在于所述泵机构和流体处 理装置形成为单个一体式滤筒。
44. 如权利要求43所述的装置，其特征在于所述单个一体式滤筒 包括第 一和第二过滤级，使得未处理流体在被输送到第二流体存储部件之 前经过二次过滤。
45. —种具有双级杀菌功能的耐磨移动式水化单元，包括 构造成由人穿戴的柔性结构，该柔性结构包括用于储存未杀菌的生水的第一嚢；包含壳体的滤筒，该壳体具有包含第一半渗透过滤元件的第一杀菌级和包含第二半渗透过滤元件的第二杀菌级，所述壳体具有第一端和第二端，第一端包括接收第一囊中的生水的流体入口、流体出口以及将该壳体分成第一杀菌级和第二杀菌级的部件，流体入口仅与第一杀菌级流体连通，而流体出口仅与第二杀菌级流体连通，其中，第一和第二半渗透过滤元件在壳体的第二端密封，从而使进入流体入口的流体在作为净化水通过 流体出口排出之前在第一半渗透过滤元件的内腔段内流动，然后被引导横穿第一半渗透过滤元件进行过滤，随后被引导横穿第二半渗透过滤元件再次进行过滤，并且流入第二半渗透过滤元件的内腔段；手动泵机构，用于从第一嚢中抽吸生水并通过流体入口将生水输送 到第一杀菌级；以及流体连接到滤筒的流体出口 、用于接收和储存净化水的第二嚢。
46. —种双级过滤装置，包括包含第一半渗透过滤元件的第一过滤级、包含第二半渗透过滤元件的 第二过滤级、接收生的未过滤流体的流体入口、以及在流体流经第一和第 二过滤级后排出一化流体的流体出口，其中，该装置具有级内空间，该空 间在已经于第 一过滤级内过滤的流体在第二过滤级中再次被过滤之前接收 该流体，流体入口仅与第一过滤级流体连通，而流体出口仅与第二过滤级 流体连通；以及允许视觉检查第二半渗透过滤元件的至少一部分、以便检测第一过滤 级中是否发生破裂的结构。
47. 如权利要求46所述的装置，其特征在于所述第一和第二过滤 级设置在单个滤筒壳体内，所述结构与滤筒壳体相关联并且覆盖在第二过 滤级的上方，以^JL阻隔地观察第二半渗透过滤元件。
48. 如权利要求46所述的装置，其特征在于当在第二半渗透过滤 元件中看到变色时，表明在第一杀菌级发生了破裂。
49. 如权利要求46所述的装置，其特征在于流体包括含有有色微 粒的水。
50. 如权利要求47所述的装置，其特征在于所述壳体由透明或半透明材料制成，并且所述结构包括标签，该标签附着在壳体外表面上并且 包括在标签中成形的第一切口 ，该第一切口设置在第二半渗透过滤元件的 所述部分的上方，使得所述第二半渗透过滤元件是可见的。
51. 如权利要求50所述的装置，其特征在于所述标签包括在其中 成形的第二切口 ，该第二切口设置在第一半渗透过滤元件的一部分的上方，使得所述第 一半渗透过滤元件是可见的。
52. 如权利要求47所述的装置，其特征在于除了由透明或半透明 材料制成并形成为壳体的一体部分的第一窗之外，所述壳体由不透明材料 制成，所述第一窗覆盖第二半渗透过滤元件的所述部分，使得第二半渗透 过滤元件是可见的。
53. 如权利要求52所述的装置，其特征在于不透明壳体包括由透明或半透明材料制成并形成为壳体的一体部分的第二窗，所述第二窗覆盖 第一半渗透过滤元件的一部分，使得所述第一半渗透过滤元件是可见的。
全文摘要
本发明涉及一种可选择的小型便携式过滤装置，其能在边远地区使用，包括对流体(水)进行重复过滤的单个过滤滤筒。具体而言，该装置是双级超滤滤筒(装置)，其构造和设计成提供一种可在野外例如在野营或军事任务期间使用的便携式装置，其在单个壳体内提供两个过滤级(重复过滤)。
文档编号B01D61/14GK101300062SQ200680040762
公开日2008年11月5日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月2日
发明者G·R·科林斯, J·萨默顿, N·巴尔塔 申请人:尼弗茹斯公司