專利名稱：水處理濾筒關(guān)閉閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理濾筒領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及包括關(guān)閉閥的水處理濾筒領(lǐng)域，所述關(guān)閉閥用于阻止水流過該水處理濾筒。
背景技術(shù)：
水可包含許多不同種類的污染物，這些污染物包括例如顆粒、化學(xué)物質(zhì)以及諸如細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物的微生物體。在多種情況下，在水可被飲用之前，必須減小這些污染物的濃度，或者從水中完全去除這些污染物。
世界各地的水質(zhì)差別很大。在美國(guó)和其它發(fā)達(dá)國(guó)家，飲用水典型地經(jīng)過市政處理。處理時(shí)，在將水排到消費(fèi)者住宅之前，從水中除去諸如懸浮固體、有機(jī)物質(zhì)、重金屬、氯、細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物之類的污染物。然而，設(shè)備故障和/或基本設(shè)施損壞以及與水處理設(shè)施有關(guān)的其它問題，可導(dǎo)致污染物的去除不完全。
許多發(fā)展中國(guó)家沒有水處理設(shè)施。因此，由于許多發(fā)展中國(guó)家人口密度不斷增加、日益缺乏水源并且沒有水處理設(shè)施，與受到污染的水接觸已經(jīng)導(dǎo)致了致命的后果。由于飲用水源普遍與人和動(dòng)物的排泄物非常接近，因此微生物污染是影響健康的一個(gè)主要問題。
由于水中滋生微生物所產(chǎn)生的污染，估計(jì)每年會(huì)造成大約六百萬(wàn)人死亡，其中有一半是5歲以下的兒童。1987年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(本文簡(jiǎn)稱“EPA”)提出了“Guide Standard and Protocol for TestingMicrobiological Water Purifiers”。該指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和議定書為飲用水處理系統(tǒng)提供了指導(dǎo)方針和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，所述飲用水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在公用或家用供水系統(tǒng)中減少影響健康的特定污染物。要求從水處理系統(tǒng)流出的水顯示具有99.99％(或相當(dāng)于4log)的病毒清除率、99.9999％(或相當(dāng)于6log)的細(xì)菌清除率和99.9％(或相當(dāng)于3log)的原生動(dòng)物(孢囊)清除率，才能夠滿足要求。
對(duì)于化學(xué)物質(zhì)和顆粒(例如，氯、揮發(fā)性有機(jī)化合物、三鹵甲烷、渾濁物等)的去除，EPA指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和議定書以及其它國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì)(本文簡(jiǎn)稱“NSF”)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，取決于壽命指示器的存在，水處理濾筒要測(cè)試到它們的額定容量(例如379L(100加侖))或稍微高些(例如454L(120加侖))。典型地預(yù)計(jì)，當(dāng)水處理濾筒超過其額定容量使用時(shí)，水處理濾筒的性能將減弱，使得化學(xué)物質(zhì)和微生物可流過水處理濾筒進(jìn)入流出的水中。為了保護(hù)這些水處理濾筒的使用者免受損害，水處理濾筒的制造商典型地指示使用者在預(yù)定的時(shí)段和/或容量后丟棄該水處理濾筒。然而，基于消費(fèi)者的通常習(xí)慣，預(yù)計(jì)此類指示將被忽視或不被注意，導(dǎo)致水處理濾筒的使用超過其額定時(shí)間和/或容量。因此，有必要向水處理濾筒的使用者提供在預(yù)定時(shí)段后至少基本上阻止水流過其中的水處理濾筒，以確保使用者遵守指示，從而確保使用者的安全和健康。
此外，由于上述與污水有關(guān)的健康問題(尤其是在發(fā)展中國(guó)家)，因此期望提供在污水突破流過水處理濾筒的指定流動(dòng)通道后，至少基本上阻止水流過其中的水處理濾筒。換句話講，從污水最初突破流過水處理濾筒的指定流動(dòng)通道的時(shí)間算起，期望在較短的預(yù)定時(shí)段后至少基本上阻止水從中流過。
發(fā)明概述水處理濾筒可包括接收水進(jìn)入水處理濾筒的入口、使水從水處理濾筒流出的出口、用于處理水的水處理材料和用于至少基本上阻止水流過水處理濾筒的關(guān)閉閥。關(guān)閉閥可包括伸縮塊。伸縮塊的至少一部分在接觸水后會(huì)膨脹，使得在預(yù)定時(shí)段后，直接或間接地由于伸縮塊的膨脹，關(guān)閉閥至少基本上阻止水流過水處理濾筒。阻止水流過水處理濾筒可能是不可逆的。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是包括關(guān)閉閥的水處理濾筒的分解透視圖。
圖2是圖1的水處理濾筒的側(cè)正視圖。
圖3是圖1的關(guān)閉閥的分解透視圖。
圖4是圖1的水處理濾筒沿其線A-A截取的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖5是圖4的水處理濾筒的關(guān)閉閥的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖6是圖4的水處理濾筒的關(guān)閉閥的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖7是圖4的水處理濾筒的橫截面?zhèn)纫晥D，其中確定關(guān)閉閥的方向使得它阻塞流通孔。
圖8-A是圖示說明約0.635cm(″)直徑乘2.54cm(1″)的MH1657伸縮塊的重量變化百分?jǐn)?shù)和長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)的曲線圖，其中所述伸縮塊的所有側(cè)面都與環(huán)境溫度的去離子(本文簡(jiǎn)稱“DI”)水接觸(即非約束增長(zhǎng))。
圖8-B是圖示說明約0.635cm(″)直徑乘2.54cm(1″)的MH1657伸縮塊的重量變化百分?jǐn)?shù)和長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)的曲線圖，其中只有伸縮塊的上表面與環(huán)境溫度的去離子水接觸，并且運(yùn)動(dòng)基本上限于一個(gè)方向(即，約束增長(zhǎng))。
圖9是圖示說明由于實(shí)施例1和2-2中所描述的伸縮塊吸水和增長(zhǎng)而導(dǎo)致閥門瞬時(shí)前進(jìn)的曲線圖。
圖10是圖示說明在23℃(73)和pH為4、7和10時(shí)，非約束的MH 1657伸縮塊的重量變化百分?jǐn)?shù)和長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)的曲線圖。
圖11-A是圖示說明在23℃(73)和29℃(85)的水溫時(shí)，由于約束的MH 1657伸縮塊的吸水和增長(zhǎng)而導(dǎo)致閥門瞬時(shí)前進(jìn)的曲線圖。
圖11-B是圖示說明在3℃(38)、23℃(73)和40℃(104)的水溫時(shí)，非約束的MH 1657伸縮塊的重量變化百分?jǐn)?shù)的曲線圖。
圖12是圖示說明在環(huán)境溫度以及0Pa(0psig)和379kPa(55psig)的壓力下，非約束的MH 1657伸縮塊在水中的重量變化百分?jǐn)?shù)和長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)的曲線圖。
圖13-A是圖4的水處理濾筒的關(guān)閉閥的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖13-B是圖4的水處理濾筒的關(guān)閉閥的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖14-A是圖4的外殼頂部的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D，其中所述頂部包括第二關(guān)閉閥，其中所述水處理濾筒與部分水處理裝置未接合。
圖14-B是圖14-A的水處理濾筒的橫截面?zhèn)纫晥D，其中確定第二關(guān)閉閥的方向使得它阻塞流通孔，并且其中所述水處理濾筒被接合至部分水處理裝置。
圖15是圖4的外殼頂部的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D，其中所述頂部包括圖14-A的關(guān)閉閥和第二關(guān)閉閥的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案，其中所述水處理濾筒與部分水處理裝置未接合。
發(fā)明詳述本文所用短語(yǔ)“高度水可溶脹材料”是指在25℃和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用去離子水飽和后，在至少一個(gè)方向上的平衡長(zhǎng)度變化為至少約5％的材料。高度水可溶脹材料的實(shí)施例包括，但不限于，水溶性聚合物、交聯(lián)的水溶性聚合物、水凝膠、共聚物、粘土(例如膨潤(rùn)土)和木材。水溶性聚合物的實(shí)施例包括，但不限于，聚醚(例如聚環(huán)氧乙烷和聚乙二醇)、聚亞胺(例如聚環(huán)乙亞胺)、丙烯酸類聚合物(例如聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽和聚丙烯酰胺)、纖維素(例如羥烷基纖維素、羥烷基烷基纖維素和羧甲基纖維素)、乙烯基聚合物(聚乙烯醇、聚乙烯胺和聚乙烯吡咯烷酮)、天然樹膠和樹脂(黃原膠和瓜耳膠)，以及淀粉和改性淀粉。水凝膠的實(shí)施例包括，但不限于，聚羥乙基異丁烯酸酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、交聯(lián)聚丙烯酸、交聯(lián)聚丙烯酸的鉀鹽或鈉鹽、聚丙烯酸-共-丙烯酰胺的鉀鹽、交聯(lián)聚丙烯酸-接枝-聚環(huán)氧乙烷的鈉鹽、聚-2-羥乙基異丁烯酸酯、聚-2-羥丙基甲基丙烯酸酯、交聯(lián)聚異丁烯-共-馬來酸的鈉鹽等，以及超級(jí)吸收劑(例如交聯(lián)的聚環(huán)氧乙烷)。共聚物的實(shí)施例包括，但不限于，嵌段共聚物(例如聚酰胺聚醚嵌段共聚物)、無(wú)規(guī)共聚物和接枝共聚物。
本文所用短語(yǔ)“水可溶脹材料”是指在25℃和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用去離子水飽和后，在至少一個(gè)方向上的平衡長(zhǎng)度變化介于約0.5％和約5％之間的材料。水可溶脹材料的實(shí)施例包括，但不限于，某些聚酰胺、聚己內(nèi)酰胺、尼龍6-6和尼龍4-6。
本文所用短語(yǔ)“水不可溶脹材料”是指在25℃和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用去離子水飽和后，在任何方向上的平衡長(zhǎng)度變化均小于約0.5％的材料。水不可溶脹材料的實(shí)施例包括，但不限于，聚烯烴(例如聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯類(例如聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯-ABS)、聚酯和聚碳酸酯。
本文所用術(shù)語(yǔ)“MV 1074”是指市售自ATOFINA Chemicals，Inc.，2000 Market Street，Philadelphia，PA，19103-3222，USA的聚月桂基內(nèi)酰胺和聚乙二醇的嵌段共聚物PebaxMV 1074。
本文所用術(shù)語(yǔ)“MH 1657”是指市售自ATOFINA Chemicals，Inc.，2000 Market Street，Philadelphia，PA，19103-3222，USA的聚己內(nèi)酰胺和聚乙二醇的嵌段共聚物PebaxMH 1657。
本文所用術(shù)語(yǔ)“MV 3000”是指市售自ATOFINA Chemicals，Inc.，2000 Market Street，Philadelphia，PA，19103-3222，USA的聚酰胺和聚醚的嵌段共聚物PebaxMV 3000。
本文所用短語(yǔ)“高度水可滲透材料”是指在90％相對(duì)濕度(本文簡(jiǎn)稱“RH”)和38℃時(shí)，具有大于約600g·μm/m2·天的水氣傳輸率(本文簡(jiǎn)稱“MVTR”)的材料。高度水可滲透材料的實(shí)施例包括，但不限于，聚酰胺、聚酰胺與聚醚的嵌段共聚物、纖維素、聚苯乙烯、聚碳酸酯、多孔陶瓷、多孔金屬和多孔聚合物。本文中，MVTR由ASTM F 1249-90標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。
本文所用短語(yǔ)“水可滲透材料”是指在90％RH和38℃時(shí)，具有介于約75g·μm/m2·天和約600g·μm/m2·天之間的MVTR的材料。水可滲透材料的實(shí)施例包括，但不限于，聚乙烯、聚丙烯、極性烯烴共聚物如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(本文簡(jiǎn)稱“EVA”)、乙烯-丙烯酸共聚物(本文簡(jiǎn)稱“EAA”)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(本文簡(jiǎn)稱“EMA”)、乙烯-乙烯醇共聚物(本文簡(jiǎn)稱“EVOH”)。
本文所用短語(yǔ)“水不可滲透材料”是指在90％RH和38℃時(shí)，具有小于約75g·μm/m2·天的MVTR的材料。水不可滲透材料的實(shí)施例包括，但不限于，聚偏二氯乙烯(本文簡(jiǎn)稱“PVDC”)、無(wú)孔陶瓷、無(wú)孔金屬和金屬化聚合物。
本文所用短語(yǔ)“增長(zhǎng)”是指材料由于吸水而引起的瞬時(shí)幾何形狀變化。如果材料受到約束，使得增長(zhǎng)基本上只發(fā)生在一個(gè)方向，那么可通過在不同時(shí)間在增長(zhǎng)方向上測(cè)量的長(zhǎng)度來量化增長(zhǎng)。如果材料不受約束，使得增長(zhǎng)可在所有方向發(fā)生，那么可通過在不同時(shí)間沿最大初始長(zhǎng)度方向上測(cè)量的長(zhǎng)度來量化增長(zhǎng)。
本文所用短語(yǔ)“平衡增長(zhǎng)”是指已吸收其平衡水量的材料的最終幾何形狀，并且也可用類似于“增長(zhǎng)”定義的長(zhǎng)度來量化。
如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案可為包括以下部分的水處理濾筒10外殼20、用于接收水進(jìn)入水處理濾筒10的入口22、使水從水處理濾筒10流出的出口24、用于處理水的水處理材料26、用于處理水和/或防止水處理材料26阻塞的預(yù)處理材料28，以及用于至少基本上阻止水流過水處理濾筒10的關(guān)閉閥30。
外殼20可為圓柱形，然而它也可為多種形狀和大小。外殼可包括頂部21和底部23。外殼20可由多種材料中的一種或多種制成，所述材料包括，但不限于，塑料、金屬及其合金、纖維玻璃等中的一種或它們的組合。外殼20可形成容納水處理材料26的清楚界定的隔室。可供選擇地，外殼可僅僅包覆水處理材料26的至少一個(gè)端部(未示出)。此外，外殼20形成入口22或出口24的部分可被一個(gè)或多個(gè)肋32支撐。
入口22可為多個(gè)開口(由肋34限定)，外殼20的頂部在此處與外殼20的主體相接。入口22可位于水處理濾筒10的第一末端(也參見圖2)?？晒┻x擇地，入口可為位于水處理濾筒10的末端的單個(gè)開口，或者入口可為外露的水處理材料26的一部分(例如，碳?jí)K的外露部分)(未示出)。即，水可流過水處理材料26的外露部分進(jìn)入水處理濾筒10。任選地，可將入口22置于水處理濾筒10的側(cè)面或第二末端上。
出口24可為與水處理濾筒10的縱向軸線同心的圓形開口。入口22和出口24可為多種大小，并且可以最適合應(yīng)用的任何方式定向。因此，入口22和出口24可以完全接近(例如共用同一開口)、近程接近(例如共用同一表面或末端)或彼此遠(yuǎn)程接近(例如位于相對(duì)兩端)進(jìn)行定向。
水處理材料26可包含在外殼20內(nèi)。水處理材料26可具有芯部區(qū)域36。本文中，“芯部區(qū)域”是指在水處理材料26內(nèi)形成的中空。芯部區(qū)域36可與水處理濾筒10的縱向軸線同心。芯部區(qū)域36可從水處理材料26的第一末端連續(xù)延伸至第二末端，或者僅可部分延伸至水處理材料26內(nèi)。
水處理材料26的實(shí)施例描述于美國(guó)專利2,167,225、2,335,458、4,172,796、4,493,772、4,764,274、4,025,438、4,094,779、5,679,248、6,274,041、6,337,015和美國(guó)專利申請(qǐng)10/464,209、10/464,210、09/935,810、09/935,962、09/628,632、09/832,581、09/832,580、09/736,749、09/574,456、09/564,919和09/347,223。例如，水處理材料26可包括但不限于以下材料中的一種或它們的組合碳(例如活性炭，如多孔碳管或多孔碳?jí)K或用熱塑性粘合劑燒結(jié)的碳粉或顆粒等)、離子交換材料(例如呈樹脂小珠、扁平過濾膜、纖維狀過濾結(jié)構(gòu)等形式)、沸石顆粒或改性沸石顆粒(例如涂有銀)、聚乙烯、或電荷改性的熔噴或微纖維玻璃纖維網(wǎng)、氧化鋁、金屬氧化物、硅藻土、陽(yáng)離子改性的硅藻土、陽(yáng)離子改性的活性炭等。
預(yù)處理材料28可用于防止水處理材料26堵塞、為水處理材料26提供保護(hù)、捕集細(xì)粒等。預(yù)處理材料28可為薄片形式，所述薄片為打褶的或未打褶的，并且環(huán)繞水處理材料26纏繞一層或多層。預(yù)處理材料28可包括但不限于以下材料中的一種或它們的組合多孔膜、非織造織物薄片、織造物薄片、開孔發(fā)泡薄片、碳(與上述水處理材料26一致)、未處理的玻璃纖維紙、處理的纖維素紙或玻璃纖維紙、包括納米纖維的纖維網(wǎng)、荷陽(yáng)離子的多孔膜、包括荷陽(yáng)離子納米纖維的纖維網(wǎng)等等。
如圖3所示，關(guān)閉閥30可包括套管40、伸縮塊42和閥門44。關(guān)閉閥30可擔(dān)當(dāng)至少基本上并且不可逆地阻止水流過水處理濾筒10的部件。關(guān)閉閥30可用于多種水處理濾筒，包括，但不限于描述于美國(guó)專利5,525,214、6,241,103和美國(guó)申請(qǐng)10/423,157、10/424,200和10/665,984中的那些。關(guān)閉閥30可在內(nèi)部或在外部用于水處理濾筒10?？晒┻x擇地，關(guān)閉閥30可以不是水處理濾筒10的部件，但是可為水處理裝置的內(nèi)部或外部部件，從而關(guān)閉閥30與進(jìn)入、離開或流過水處理裝置的水流連通。關(guān)閉閥30可用于多種水處理濾筒和/或水處理裝置，包括但不限于描述于美國(guó)專利5,527,451和5,928,504以及美國(guó)申請(qǐng)10/643,669和10/665,948中的那些。
套管40可為管狀的，并且通過粘合(或者通過摩擦裝配、焊接等)固定在芯部區(qū)域36內(nèi)。芯部區(qū)域36的至少一部分可排列套管40。套管40可由但不限于塑料、金屬、陶瓷及其合金的組合制成。套管40可包括高度水可滲透材料、水可滲透材料或水不可滲透材料中的一種或它們的組合。在使用水不可滲透材料的情況下，水僅可從未被套管40覆蓋的區(qū)域進(jìn)入伸縮塊42?？蓸?gòu)造套管40以便獲得充分的物理剛性，并且伸縮塊42的增長(zhǎng)基本上被套管40限制在差不多一個(gè)方向上。這樣的話，套管40可由具有固有剛性的材料如聚丙烯、聚碳酸酯、金屬、陶瓷等構(gòu)成。套管40可具有足以限制伸縮塊42增長(zhǎng)的厚度。在套管40使用水可滲透材料的情況下，套管40的厚度可防止可察覺的水流過套管40進(jìn)入伸縮塊42，并且水僅可從未被套管40覆蓋的區(qū)域進(jìn)入伸縮塊42。在此類情況下，套管40被稱為基本上水不能透過的。
套管40在其側(cè)部可具有一個(gè)或多個(gè)流通孔46，使得水可流出水處理材料26，經(jīng)過流通孔46，然后進(jìn)入套管40內(nèi)，然后通過水處理濾筒10的出口24。流通孔46可具有多種大小和/或形狀(包括圓形、矩形、橢圓形等等)。可供選擇地，芯部區(qū)域36的內(nèi)部可作為套管40使用。
伸縮塊42可為多種形狀(如，圓柱形、圓形、橢圓形、圓錐形等)材料的實(shí)心塊。可供選擇地，伸縮塊42可為粉末、小丸等。伸縮塊42也可為中空的(例如管子)?？蓪⑸炜s塊42部分包封(即，伸縮塊42的至少一個(gè)側(cè)面、正面或連續(xù)表面可與流入套管40的水接觸)在套管40內(nèi)，使得只有伸縮塊42的一部分與流入套管40的水接觸和/或使得其可在基本單一的方向上增長(zhǎng)或溶脹。
盡管未包封(即，在非約束條件下)的伸縮塊42可在數(shù)小時(shí)內(nèi)增長(zhǎng)到它的最終(或基本上最終的)長(zhǎng)度，但部分包封(即，在約束條件下)的伸縮塊可能幾個(gè)月也不會(huì)增長(zhǎng)到它的最終(或基本上最終的)長(zhǎng)度。在約束條件下增長(zhǎng)的伸縮塊42的最終長(zhǎng)度可大于在非約束條件下增長(zhǎng)的伸縮塊42的最終長(zhǎng)度。這種在約束條件下延長(zhǎng)的增長(zhǎng)期可歸因于兩個(gè)因素。首先，與伸縮塊42的總表面積相比，與水接觸的面積較?。黄浯?，水貫穿伸縮塊42的擴(kuò)散通道增長(zhǎng)。伸縮塊42的部分暴露可通過使伸縮塊42緊緊地坐落在套管40內(nèi)實(shí)現(xiàn)(其中伸縮塊42在普通形狀的套管40內(nèi))，或者用高度水可滲透材料、水可滲透材料或水不可滲透材料(取決于所需特性)涂敷除了伸縮塊42一部分以外的所有部分來實(shí)現(xiàn)。
伸縮塊42可由單一的水可溶脹材料和/或單一的高度水可溶脹材料制成?？晒┻x擇地，伸縮塊42也可由但不限于與其它材料組合的水可溶脹材料和/或高度水可溶脹材料制成(例如，圖4中的伸縮塊42)，其它材料可包括水不可溶脹材料、水不可滲透材料、水可滲透材料和/或高度水可滲透材料。伸縮塊42也可通過將上述組合結(jié)合成一層或多層來制造(例如，圖5中的包括第一高度水可滲透層或水可滲透層143和第二高度水可溶脹層145的伸縮塊142)。例如，一個(gè)材料層可用于完全或部分包覆另一個(gè)材料層(例如，圖6中的包括第一高度水可滲透層或水可滲透層243和第二高度水可溶脹層245的伸縮塊242)。包覆材料243可為由但不限于以下材料中的一種或它們的組合制成的彈性的并且高度水可滲透或水可滲透外殼，這些材料包括極性烯烴共聚物如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺、聚醚、聚酰胺與聚醚的共聚物、纖維素、交聯(lián)聚丙烯酸酯等，而被包覆材料245可為，但不限于，水可溶脹或高度水可溶脹材料中的一種或它們的組合。包敷材料243也可為，但不限于，由聚烯烴和苯乙烯中的一種或它們的組合制成的水不可滲透材料。
閥門44可為可滑動(dòng)地裝配在套管40內(nèi)并與伸縮塊42物理接觸的中空管。閥門44可與伸縮塊42物理連接或者可與其分開。閥門44可裝配在套管40內(nèi)，以便它能夠阻止水流過流通孔46。阻止水流過流通孔46可通過多種方法來實(shí)現(xiàn)，這些方法包括定制閥44的尺寸以緊緊地貼合在套管40內(nèi)和/或在閥門44周圍放置O形環(huán)48，使得在阻止水流時(shí)，O形環(huán)48可位于流通孔46的每一側(cè)(參見圖7)。閥門44可由但不限于塑料、金屬、陶瓷及它們的合金中的一種或它們的組合制成。
現(xiàn)在將描述一種可能的流動(dòng)通道(圖4和7可有助于更好地理解以下流動(dòng)通道的描述)。水可通過入口22進(jìn)入水處理濾筒10，徑向流過預(yù)處理材料28和水處理材料26，由流通孔46進(jìn)入并充滿套管40，流過閥門44的中空部分，接觸伸縮塊42(可認(rèn)為伸縮塊42最初在第一位置)，從而在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)伸縮塊42朝著流通孔46增長(zhǎng)(由于水的擴(kuò)散并且可能有對(duì)流，通過伸縮塊42的至少一部分)。然后水可由出口24流出套管40。在阻止水流過水處理濾筒10之前，水可由流通孔46繼續(xù)流進(jìn)套管40。當(dāng)伸縮塊42膨脹時(shí)，它可與閥門44物理接觸并移動(dòng)閥門44，使得閥門44在套管40內(nèi)滑動(dòng)并阻塞流通孔46(可認(rèn)為伸縮塊42在該點(diǎn)處于第二位置)，由于水不能流過閥門44，具體地講是閥門44的O形環(huán)48，因此基本或完全阻止水流過水處理濾筒10。
在開始使用后可將關(guān)閉閥30設(shè)置為運(yùn)轉(zhuǎn)。在伸縮塊42用閥門44阻塞流通孔46以阻止水流過水處理濾筒10之前，有必要使至少約1mL的體積與伸縮塊42基本上持續(xù)接觸，以啟動(dòng)并保持關(guān)閉閥30的運(yùn)轉(zhuǎn)。在不與水接觸一段時(shí)間后(在約2天、約20天、約40天、約100天、約200天或約300天后)，或與小于100％相對(duì)濕度的空氣接觸一段時(shí)間后，伸縮塊42開始收縮。然而，在閥門44已阻塞流通孔46并且閥門44沒有連接至伸縮塊42的情況下，閥門44可保持在阻塞流通孔46的適當(dāng)位置。因此，如果在最初阻塞流通孔46之后，使用者將他們的水處理濾筒10閑置，并提供足夠的時(shí)間/能量以排出與伸縮塊42接觸的水，伸縮塊42可收縮并從閥門44后移(本文稱為“變干”)，留下流通孔46被閥門44阻塞著。
然而，如果“變干”發(fā)生在流通孔46被閥門44阻塞之前，那么阻塞流通孔46所需的時(shí)間可因伸縮塊42的“變干”而增加，伸縮塊42可收縮至閥門44下面的一個(gè)位置。然后在閥門44能夠被進(jìn)一步推進(jìn)以阻塞流通孔46之前，伸縮塊42將不得不增長(zhǎng)回它的最初位置?？赏ㄟ^利用由永久變形材料(例如，聚醚和聚酰胺的某些嵌段共聚物，如聚己內(nèi)酰胺與聚乙二醇的嵌段共聚物)組成的伸縮塊42而使這種影響最小化，所述永久變形材料在由對(duì)水的溶脹響應(yīng)產(chǎn)生給定變形后會(huì)不可逆地屈服。在給定的增長(zhǎng)量之后，并且由于增長(zhǎng)限制在一個(gè)方向上，伸縮塊42可在增長(zhǎng)方向上有效屈服。因此，當(dāng)“變干”時(shí)，伸縮塊42可在所有方向上收縮，特別是可在直徑方向收縮。當(dāng)使用者試圖再次使用水處理濾筒10時(shí)，伸縮塊42將被水潤(rùn)濕，并且重新開始增長(zhǎng)。然而，由于伸縮塊42的直徑收縮而導(dǎo)致暴露表面積增加，因此增長(zhǎng)速度可比先前的增長(zhǎng)速度顯著加快。伸縮塊42可快速恢復(fù)至它“變干”前的長(zhǎng)度，從而阻塞流通孔46所需的時(shí)間將不會(huì)顯著延遲。實(shí)際上，在任何時(shí)刻，使用者都不能通過“變干”水處理濾筒10來延長(zhǎng)水處理濾筒10的壽命。
也可通過以確保水與伸縮塊42密切接觸的方式定向閥門或隔膜(未示出)，將“變干”的影響最小化或完全消除。例如，可將單向閥門或隔膜置于套管40的頂部，使得經(jīng)過水處理濾筒10的工作水壓能夠推進(jìn)水流過單向閥門或隔膜，但是當(dāng)水處理濾筒10與水處理裝置分開時(shí)或者當(dāng)水處理裝置不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，保留在套管40內(nèi)的水將不能夠流過單向閥門或隔膜。因此，無(wú)論水處理濾筒10的定向如何，在水處理濾筒10最初充滿水后，總有一定量的水保留在套管40內(nèi)。
為了保證使用者安全和/或遵守政府標(biāo)準(zhǔn)，需要一貫地并可預(yù)測(cè)地將水阻止在家用規(guī)模的水處理濾筒10內(nèi)。例如，需要在預(yù)定時(shí)間后阻止水流過水處理濾筒10，該預(yù)定時(shí)間包括，但不限于，從最初使用水處理濾筒10的時(shí)間算起(即，在水處理濾筒10被首次充水后)約20天后、約40天后、約60天后、約90天后、約200天后、約300天后、約365天后、約400天后或約720天后。然而，幾個(gè)因素可影響伸縮塊42的增長(zhǎng)，因此影響阻止水流過水處理濾筒10的總的一貫性和可預(yù)測(cè)性，這些因素包括，但不限于，伸縮塊42和套管40的組成與幾何形狀、水的pH、水溫、水壓和伸縮塊42與閥門44之間界面處的氣泡。
伸縮塊42與套管40的組成和幾何形狀可根本決定伸縮塊42的增長(zhǎng)和閥門44的運(yùn)動(dòng)。通常，與增長(zhǎng)較少的材料相比，造成閥門44基本運(yùn)動(dòng)的伸縮塊42的材料趨于增長(zhǎng)非常迅速。為了使用增長(zhǎng)較快的伸縮塊42的材料，可通過幾何形狀控制其動(dòng)力學(xué)。為了在本申請(qǐng)中使用水可溶脹、尤其是高度水可溶脹材料，可設(shè)計(jì)幾何形狀使得有限的表面積與水接觸，使得擴(kuò)散通道極大地增長(zhǎng)。如圖8-A所示，作為實(shí)施例并且不受此限制，具有0.635cm(″)直徑乘約2.54cm(1″)長(zhǎng)的聚己內(nèi)酰胺與聚乙二醇的MH 1657嵌段共聚物的長(zhǎng)塊(圓柱體構(gòu)件)的伸縮塊42，在大約一天后可達(dá)到約90％的平衡吸水率和約90％的平衡增長(zhǎng)率。令人驚訝的是，如圖8-B所示，置于剛性聚丙烯圓筒(水基本不能透過的幾何形狀)內(nèi)的具有相同的0.635cm(″)內(nèi)徑但長(zhǎng)度較長(zhǎng)的相同MH 1657塊，由于水接觸面積的限制和只在一個(gè)方向上引導(dǎo)增長(zhǎng)，所以在大大減慢的速率下產(chǎn)生增加的增長(zhǎng)率。
為了使基本上阻止水流動(dòng)的時(shí)間一致，可使伸縮塊42的增長(zhǎng)相對(duì)獨(dú)立于消費(fèi)者使用區(qū)域所經(jīng)歷的環(huán)境因素。環(huán)境因素可包括，但不限于，供水的pH、溫度和壓力。溶脹響應(yīng)(由于吸水而造成的體積變化)可能會(huì)根據(jù)所選的伸縮塊42的材料而變化，并且可取決于環(huán)境因素。瞬時(shí)吸水特征可受到水溶解度和水?dāng)U散率的相互影響的影響。最初的水通量(垂直于伸縮塊42暴露的表面積進(jìn)入伸縮塊42的每單位面積的水流率)近似正比于水的滲透率，水的滲透率為水溶解度與水?dāng)U散率的乘積。如果環(huán)境因素影響溶脹響應(yīng)、水溶解度和/或水?dāng)U散率，那么伸縮塊42的增長(zhǎng)和阻止時(shí)間可被改變。此外，在安裝到過濾裝置內(nèi)之前，如在制造、運(yùn)輸和貯藏過程中，伸縮塊必須免于顯著吸水和顯著增長(zhǎng)。換句話講，伸縮塊一定不能已從周圍環(huán)境吸收顯著的水，以導(dǎo)致足以影響最初長(zhǎng)度和關(guān)閉閥壽命的膨脹。
典型住宅用水的pH可在4和10之間變化。預(yù)期水的pH在這個(gè)范圍內(nèi)的變化會(huì)影響伸縮塊42的溶脹響應(yīng)、水溶解度和/或水?dāng)U散率。出乎意料地，據(jù)觀察，聚酰胺和聚醚的某些嵌段共聚物導(dǎo)致的增長(zhǎng)，相對(duì)獨(dú)立于在住宅應(yīng)用中典型觀察到的pH變化(例如，對(duì)于非約束增長(zhǎng)，參見圖10)。不依賴于對(duì)增長(zhǎng)的影響，水的pH也可影響伸縮塊42的機(jī)械穩(wěn)定性。如果所需的伸縮塊42存在機(jī)械穩(wěn)定性問題，那么可將可供選擇的構(gòu)型包括在內(nèi)以避免該問題。這些可供選擇的構(gòu)型包括活動(dòng)的、高度水可滲透的或水可滲透的屏障(或?qū)?，該屏障容許水通過，但不容許相關(guān)的影響pH的離子通過。此外，在伸縮塊42和水之間的界面處包含的氣密層(未示出)，可保護(hù)伸縮塊42免受極限pH影響。水可通過擴(kuò)散/對(duì)流經(jīng)過氣密層進(jìn)入伸縮塊42。
在典型的住宅應(yīng)用中，供水的溫度變化很大。然而，一旦水到達(dá)過濾處，溫度變化并不是最大，因此可用在消費(fèi)者家庭中觀察到的溫度最大值估計(jì)。典型家庭的溫度在約18℃至約32℃(約65至約90)范圍內(nèi)變化。預(yù)期在該范圍內(nèi)的溫度變化會(huì)影響伸縮塊42的溶脹響應(yīng)、水溶解度和/或水?dāng)U散率。對(duì)于大多數(shù)材料，隨著溫度增加，水溶解度和水?dāng)U散率都增大。由于這種結(jié)合，預(yù)期即使小的溫度變化也會(huì)嚴(yán)重影響增長(zhǎng)。令人驚訝的是，據(jù)觀察，聚酰胺和聚醚的某些嵌段共聚物導(dǎo)致的增長(zhǎng)相對(duì)獨(dú)立于小的溫度變化(在這種特殊情況下為約-11℃(12)(例如，對(duì)于套管內(nèi)的約束增長(zhǎng)參見圖11-A，對(duì)于非約束增長(zhǎng)參見圖11-B)。
觀察到的結(jié)果是，聚酰胺和聚醚的某些嵌段共聚物具有水溶解度隨溫度升高而降低的反常特征(例如，對(duì)于非約束增長(zhǎng)參見圖11-B)，該特征趨于部分抵消水?dāng)U散率隨溫度升高而導(dǎo)致的增大。因此，水溶解度隨溫度升高而降低的材料可用于本申請(qǐng)。由于溶解度和擴(kuò)散率的相互抵消，這些類型的材料導(dǎo)致溫度在增長(zhǎng)中不太重要。這種類型的材料包括，但不限于，聚醚和聚酰胺的某些嵌段共聚物，如聚己內(nèi)酰胺和聚乙二醇的嵌段共聚物。
典型住宅用水的壓力可在約14kPa(2psi)和827kPa(120psi)之間變化。增加壓力可使水在伸縮塊42內(nèi)的溶解度增加，從而影響擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。擴(kuò)散率和溶脹響應(yīng)也可由于壓力對(duì)材料密度的影響而改變。聚酰胺和聚醚的某些嵌段共聚物可導(dǎo)致增長(zhǎng)相對(duì)獨(dú)立于零至379kPa(55psig)范圍內(nèi)的壓力變化(較高壓力未測(cè)試)(例如，對(duì)于非約束增長(zhǎng)參見圖12)。
在典型的制造、運(yùn)輸和貯藏環(huán)境中，環(huán)境空氣的相對(duì)濕度可變化很大?？稍O(shè)計(jì)關(guān)閉閥30的包裝以限制暴露于極大的濕氣中。無(wú)論如何，伸縮塊42的材料對(duì)濕度的敏感性可影響關(guān)閉閥30的壽命。出乎意料的是，據(jù)觀察，當(dāng)聚酰胺和聚醚的某些嵌段共聚物暴露于明顯小于100％相對(duì)濕度的環(huán)境(或直接與液體水接觸)時(shí)，它們不會(huì)吸收顯著量的水或明顯溶脹。例如，在約23℃(73)的溫度和約50％的相對(duì)濕度時(shí)，約束的MH 1657塊(在剛性聚丙烯套管40內(nèi)，0.635cm(1/4″)直徑乘2.54cm(1″)長(zhǎng)，類似于圖8-B中的描述)吸收約4％的水，這在約290天后會(huì)導(dǎo)致約0.0254cm(0.01″)或約1％的增長(zhǎng)。
伸縮塊42/閥門44界面處的氣泡可造成增長(zhǎng)的再現(xiàn)性問題。如果存在氣泡，那么由于水通過氣相的緩慢擴(kuò)散/對(duì)流，增長(zhǎng)會(huì)大大減慢。如果不存在氣泡，那么增長(zhǎng)速度會(huì)大大增加。因此，氣泡的一致釋放或不釋放對(duì)可預(yù)測(cè)的增長(zhǎng)和一致阻止水流過水處理濾筒10是重要的。
如果期望一致釋放氣泡，那么可包括幾種機(jī)制用于一致釋放。如圖4至7所示，作為實(shí)例，當(dāng)水處理濾筒10被充滿時(shí)，置于伸縮塊42和閥門44之間界面處的排氣孔50可容許空氣排空。實(shí)現(xiàn)期望效果的其它方法可包括在閥門44內(nèi)使用芯吸材料、包含水溶性/非揮發(fā)性(在室內(nèi)溫度和壓力時(shí))液體(如甘油，其不會(huì)造成伸縮塊42的明顯溶脹)以防止空氣最初存在等。如果期望保留氣泡，那么可將閥門44中心處的洞(未示出)制得足夠小，以防止空氣選出。另一種方法可為使用與引入氣隙的閥門44相反的實(shí)心閥門。在這種情況下，可通過使用高度水可滲透或水可滲透閥門、高度水可滲透或水可滲透套管40，使水到達(dá)伸縮塊42，或者套管40具有敞開區(qū)域，使伸縮塊42與套管40內(nèi)部或外部的水接觸。
取代使用伸縮塊42和閥門44的組合，其中阻塞流通孔46是伸縮塊42增長(zhǎng)的間接結(jié)果(例如，其中伸縮塊42將閥門44推進(jìn)流通孔46或出口24的阻塞位置，從而間接阻塞流通孔46或出口24)；伸縮塊42也可作為閥門44，其中阻塞流通孔46或密封出口24是伸縮塊42增長(zhǎng)的直接結(jié)果(也就是說，其中流通孔46或出口24被伸縮塊42直接物理阻塞)。這可通過使用圓筒形狀的伸縮塊42實(shí)現(xiàn)，使得水流過水處理材料26進(jìn)入，接觸伸縮塊42，然后伸縮塊42膨脹并密封流通孔46。這種方法可能不會(huì)阻止使用者通過“變干”伸縮塊42來延長(zhǎng)水處理濾筒10的壽命。然而，可通過創(chuàng)造一種環(huán)境使變干最小化，其中完全去除與伸縮塊42接觸的水需要相當(dāng)大的努力，因此是不實(shí)際的。
通過阻塞出口724而非阻塞一個(gè)或多個(gè)流通孔46，可阻止水流過水處理濾筒10。例如，出口24可被伸縮塊42直接阻塞?？晒┻x擇地，閥門44可用于阻塞出口24，方式與閥門44用于阻塞流通孔46的方式相同(如上文所述)。
可供選擇地，如圖13-A和13-B所示，可使用被推進(jìn)到阻塞出口24位置的閥門144，這種推進(jìn)部分是通過伸縮塊42，部分是通過水流過套管40來實(shí)現(xiàn)的。閥門144可包括突出物148。閥門144與伸縮塊42物理接觸。當(dāng)伸縮塊42增長(zhǎng)時(shí)，閥門144可前進(jìn)。當(dāng)閥門被推進(jìn)到流通孔46以便突出物148處于流過套管40的主流中時(shí)，閥門144可被在突出物148之后形成的水壓推進(jìn)，從而將閥門144推進(jìn)到阻塞出口24的位置。因此，盡管閥門144最初可被伸縮塊42推進(jìn)，其最終被流過套管40的水推進(jìn)到出口24的阻塞位置，導(dǎo)致幾乎瞬間阻止水流過水處理濾筒10。正是干涉作用的磨擦裝配和/或水壓保持閥門144處于出口24的阻塞位置。
在水經(jīng)過水處理濾筒10和/或水處理裝置的指定流動(dòng)通道發(fā)生破裂后，需要一貫地并可預(yù)測(cè)地阻止水在家用規(guī)模水處理濾筒10內(nèi)的短時(shí)段流動(dòng)。例如，需要在預(yù)定的時(shí)間后至少基本上阻止水流過水處理濾筒10，預(yù)定的時(shí)間包括，但不限于，從經(jīng)過水處理濾筒10和/或在其周圍的指定流動(dòng)通道最初破裂的時(shí)間算起，約1分鐘后、約5分鐘后、約10分鐘后、約30分鐘后、約1小時(shí)后、約2小時(shí)后、約10小時(shí)后、約12小時(shí)后、約1天后、約2天后、約3天后、約4天后、約5天后、約7天后、約10天后、約12天后、約15天后。
如圖14-A、14-B和15所示，水處理濾筒10可與水處理裝置(部分示出)交界，從而水處理濾筒10的第一管道60和第二管道62可與水處理裝置的第一外殼70和第二外殼72密封性地交界(參見，例如美國(guó)專利申請(qǐng)10/665,948)。第一外殼和第二外殼70與72可在其周圍分別具有O形環(huán)73與75。水經(jīng)過水處理裝置和水處理濾筒10的預(yù)期流動(dòng)通道(參見圖14-B)可包括污水圍繞第二管道62和第二外殼72，然后通過入口22流進(jìn)水處理濾筒10，然后水可徑向流過預(yù)處理材料28和水處理材料26，并且最終可由出口24離開套管40。
與第一外殼70和第二外殼72密封性交界的第一管道60和第二管道62，可作為出口24周圍的雙重屏障，從而通過第二管道62與第二外殼72的密封接合的任何污水將被第一管道60與第一外殼70的密封接合阻塞。然而，一旦發(fā)生第一破裂，需要在污水有機(jī)會(huì)也突破第一管道60與第一外殼70之間的界面之前，及時(shí)或在合理時(shí)間內(nèi)阻止水流過水處理濾筒10。
如圖14-A和14-B所示，從通過水處理濾筒10的指定流動(dòng)通道發(fā)生破裂后，經(jīng)過充分短的預(yù)定時(shí)段之后，第二關(guān)閉閥130(位于外殼120的頂部121內(nèi))可用于至少基本上阻止水流過水處理濾筒10。在這種情況下，破裂可為經(jīng)過第二管道62和第二外殼72的密封接合或經(jīng)過第一管道60和第一外殼70的密封接合泄漏的約0.1mL、約0.2mL、約0.3mL、約0.4mL、約0.5mL、約0.6mL、約0.7mL、約0.8mL、約0.9mL、約1mL、約1.5mL、約2mL、約2.5mL、約3mL或約5mL的水。第二關(guān)閉閥130可包括含有高度水可溶脹材料的第二伸縮塊342和第二閥門244。例如，一旦通過第二管道62和第二外殼72發(fā)生污水突破，第二伸縮塊342與水接觸(通過流通孔246)時(shí)可膨脹或溶脹，從而可將第二閥門244推進(jìn)至出口24被阻塞的位置。因此，當(dāng)指定的流動(dòng)通道存在時(shí)，關(guān)閉閥30可起作用，以至少基本上阻止水流過水處理濾筒10，然而，當(dāng)發(fā)生破裂時(shí)，第二關(guān)閉閥130可起作用，以至少基本上阻止水流過水處理濾筒10。
如圖15所示，需要將關(guān)閉閥(例如關(guān)閉閥30和放在外殼220頂部221內(nèi)的第二關(guān)閉閥130)組合在一起，從而伸縮塊442包括第一層443和第二層445，其中當(dāng)指定的流動(dòng)通道存在(通過流通孔146)時(shí)，水密切接觸并且擴(kuò)散/對(duì)流通過第一層443，使該層溶脹或膨脹，而當(dāng)在第二管道62和第二外殼72之間發(fā)生破裂(通過流通孔246)時(shí)，第二層445也與水密切接觸。密切接觸不包括第二層445經(jīng)由擴(kuò)散/對(duì)流通過第一層443而與水接觸。例如，當(dāng)?shù)谝粚?43與水密切接觸時(shí)，經(jīng)過第一較長(zhǎng)的預(yù)定時(shí)段后可阻止水流過水處理濾筒10，該時(shí)段包括，但不限于，從最初使用水處理濾筒10的時(shí)間算起約20天后、約40天后、約60天后、約90天后、約200天后、約300天后、約365天后、約400天后或約720天后。然而，當(dāng)?shù)诙?45與水密切接觸時(shí)，經(jīng)過第二較短的預(yù)定時(shí)段后可阻止水流過水處理濾筒10，該時(shí)段包括，但不限于，從經(jīng)過水處理濾筒10或在其周圍的指定流動(dòng)通道最初破裂的時(shí)間算起約1分鐘后、約5分鐘后、約10分鐘后、約30分鐘后、約1小時(shí)后、約2小時(shí)后、約10小時(shí)后、約12小時(shí)后、約1天后、約2天后、約3天后、約4天后、約5天后、約7天后、約10天后、約12天后或約15天后。
可預(yù)測(cè)的是，能采用利用以下觀念的其它實(shí)施方案當(dāng)水經(jīng)過水處理裝置或?yàn)V筒10的指定流動(dòng)通道存在時(shí)，在第一預(yù)定時(shí)段后至少基本上阻止水流過水處理濾筒10；當(dāng)水經(jīng)過水處理裝置或?yàn)V筒10的未預(yù)期到的流動(dòng)通道(即破裂)發(fā)生時(shí)，在第二預(yù)定時(shí)段后至少基本上阻止水流過水處理濾筒10。第一預(yù)定時(shí)段可與水處理材料26的局限性有關(guān)，而第二預(yù)定時(shí)段可與水處理裝置和/或?yàn)V筒10的完整性或其間密封界面的完整性有關(guān)。
除了阻止水流過水處理濾筒10之外，伸縮塊42或閥門44還可用于啟動(dòng)按鈕、移動(dòng)懸臂、完成周期等，用于向水處理濾筒的使用者傳達(dá)該水處理濾筒10的大致壽命狀況(未示出)。可供選擇地，可使伸縮塊42或閥門44可見，用于向水處理濾筒的使用者傳達(dá)該水處理濾筒10的大致壽命狀況(未示出)?？赏ㄟ^套管40上的透明窗口和/或在其內(nèi)使用水處理濾筒10的水處理裝置上的透明窗口，使伸縮塊42或閥門44可見。
伸縮塊42和/或閥門44可僅僅為了指示水處理濾筒10的大致壽命狀況或作為指示大致壽命狀況的部件，其中伸縮塊42和/或閥門44不用于阻止水流過水處理濾筒10。在這點(diǎn)上，伸縮塊42和/或閥門44可用于作為“濕指示燈”或“濕定時(shí)器”。
本文中，吸水率使用具有4個(gè)小數(shù)位精度的標(biāo)準(zhǔn)分析天平進(jìn)行重量測(cè)量法測(cè)量。用紙巾擦去游離的表面水(沒有吸收到待測(cè)量材料內(nèi)的水)。記錄初始質(zhì)量(定義為一旦材料慣性無(wú)效由天平顯示的最初質(zhì)量)，以保證水沒有足夠的時(shí)間擴(kuò)散至表面并蒸發(fā)。假定材料的初始質(zhì)量隨時(shí)間恒定，并且質(zhì)量變化只是由于水的進(jìn)入。這種方法忽略少量存在于原料中的水溶性材料，所述水溶性材料可能已經(jīng)留下并改變了原料質(zhì)量和總的水分分?jǐn)?shù)計(jì)算。重量變化百分?jǐn)?shù)計(jì)算為100×{(當(dāng)前的樣本質(zhì)量-零時(shí)刻的樣本質(zhì)量)/(零時(shí)刻的樣本質(zhì)量)}。
本文中，材料在感興趣方向上的長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化，可使用校準(zhǔn)的Omis II光學(xué)輪廓曲線儀裝置測(cè)量，所述裝置由Ram OpticalInstrumentation，1791 Deere Ave.，Irvine，CA，92606制造。通過在最上表面上感興趣方向的末端選擇兩個(gè)材料點(diǎn)，然后監(jiān)測(cè)它們隨時(shí)間的分開距離，來測(cè)量非約束材料的增長(zhǎng)。對(duì)于約束材料，借助一致長(zhǎng)度的管子測(cè)量軸向的長(zhǎng)度變化。將管子插入約束材料的開口端，直至它接觸伸縮塊或閥門的上表面。選擇材料點(diǎn)一個(gè)在約束材料的最上表面，另一個(gè)在管子端點(diǎn)的最上表面。在不同時(shí)刻測(cè)量這兩個(gè)材料點(diǎn)之間的分開距離。在將伸縮塊安裝在約束材料內(nèi)之前，使用上述方法測(cè)定伸縮塊的初始長(zhǎng)度。對(duì)于非約束材料，長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)計(jì)算為100×{(當(dāng)前材料點(diǎn)之間的距離-零時(shí)刻材料點(diǎn)之間的距離)/(零時(shí)刻材料點(diǎn)之間的距離)}。對(duì)于約束材料，長(zhǎng)度變化百分?jǐn)?shù)計(jì)算為100×{(當(dāng)前材料點(diǎn)之間的距離-零時(shí)刻材料點(diǎn)之間的距離)/(初始材料長(zhǎng)度)}。對(duì)于約束材料，增長(zhǎng)計(jì)算為(當(dāng)前材料點(diǎn)之間的距離-零時(shí)刻材料點(diǎn)之間的距離)。
本發(fā)明的實(shí)施例如下所述。這些實(shí)施例只是用于舉例說明，并不意味著本文所述的發(fā)明受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1
包括關(guān)閉閥的水處理濾筒將由聚丙烯制成的套管裝配在徑向流動(dòng)(用于處理水)的碳?jí)K內(nèi)，所述套管的內(nèi)徑和外徑分別為約0.635cm(1/4″)和0.95cm(3/8″)，所述碳?jí)K分別具有外徑5.08cm(2″)和內(nèi)徑1.59cm(5/8″)(其構(gòu)成芯部區(qū)域)。將碳?jí)K的兩端包覆。碳?jí)K的長(zhǎng)度為約7.62cm(3″)。套管由碳?jí)K的頂部延伸至距碳?jí)K的底部約1.9cm(3/4″)。套管在其鄰近出口的端部附近，具有直徑為約0.16cm(1/16″)的圓形流通孔。將由MH1657制成的外徑為約0.635cm(1/4″)的實(shí)心圓柱體塊形式的約1g的伸縮塊摩擦裝配到套管的底部?jī)?nèi)。所述MH 1657伸縮塊的長(zhǎng)度為約2cm(7/8″)。將由高密度聚乙烯(HDPE)制成的、內(nèi)徑和外徑分別為約0.32cm(1/8″)和約0.635cm(1/4″)的管道形式的閥門，可滑動(dòng)地裝配在套管內(nèi)，擱置在伸縮塊上，并且在流通孔之下大約0.99cm(25/64″)處。所述閥門的長(zhǎng)度為約1cm(13/32″)。將兩個(gè)由丁腈橡膠制成并且潤(rùn)滑的(用Dow Corning#976V High Vacuum Grease，一種硅氧烷基潤(rùn)滑劑)的NSF61 O形環(huán)(購(gòu)自Hydr-O-Seal，20382 HermanCircle，Lake Forest，CA，92630)，置于閥門之上，并且分開大約0.71cm(9/32″)的距離。
在碳?jí)K的最初填充和浸濕期間，水由下至上填充水處理濾筒。水徑向流過碳?jí)K。水首先流入位于MH 1657伸縮塊/閥門界面處的排氣孔。水的上升作用完全排空了空氣聚集，這樣建立了水與MH 1657伸縮塊的密切接觸。幾天后，MH 1657伸縮塊增長(zhǎng)至足以覆蓋排氣孔，這樣使得水僅通過流通孔進(jìn)入。水流經(jīng)并流出套管，然后由出口離開。伸縮塊繼續(xù)增長(zhǎng)并推進(jìn)閥門，直至閥門阻塞流通孔，從而阻止另外的水進(jìn)入套管的通路。設(shè)計(jì)關(guān)閉閥，使得伸縮塊增長(zhǎng)后，至少基本上阻止水流過水處理濾筒，并且在約60天后，閥門被推進(jìn)約0.99cm(25/64″)(參見圖9)。
實(shí)施例2-1、2-2和2-3包括關(guān)閉閥的水處理濾筒除了如表1中所注釋的，實(shí)施例2-1、2-2和2-3與實(shí)施例1一致。
表1
此外，通過文字和/或圖畫傳達(dá)給使用者的使用說明或信息指出使用包括關(guān)閉閥30的水處理濾筒10可提供有益效果，所述有益效果包括在預(yù)定時(shí)段后阻止水流過水處理濾筒10，和/或指示水處理濾筒10的壽命狀況。此外，該信息可包括優(yōu)于其它水處理濾筒的權(quán)利要求。因此，可使用與信息相關(guān)的包裝，通過文字或圖畫向消費(fèi)者傳達(dá)以下信息使用本發(fā)明將有助于確保水處理濾筒10的性能完整性。為了告知消費(fèi)者，信息可包括在所有的常見媒體中作廣告，以及在水處理濾筒10的包裝或水處理濾筒10本身上的說明和/或圖標(biāo)。
本文引用的所有文獻(xiàn)均引入本文以供參考。任何文獻(xiàn)的引用都不可解釋為是對(duì)其作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。盡管已說明和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作出許多的其它變化和修改。因此，有意識(shí)地在附加的權(quán)利要求書中包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種水處理濾筒，所述濾筒包括(a)用于接收水進(jìn)入所述水處理濾筒的入口；(b)用于使水從所述水處理濾筒流出的出口；(c)用于處理所述水的水處理材料；和(d)用于至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒的關(guān)閉閥，特征在于所述關(guān)閉閥具有伸縮塊；其中所述伸縮塊的至少一部分在與水接觸時(shí)膨脹，使得作為所述伸縮塊膨脹的直接或間接結(jié)果，所述關(guān)閉閥在預(yù)定時(shí)段后，至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒。
2.如權(quán)利要求1所述的水處理濾筒，其中在最初和持續(xù)與水接觸之后，所述伸縮塊持續(xù)膨脹，直到至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒，并且優(yōu)選所述伸縮塊不可逆地阻止水流過所述水處理濾筒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水處理濾筒，其中所述伸縮塊的膨脹是由于水?dāng)U散通過所述伸縮塊的至少一部分。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的水處理濾筒，其中所述關(guān)閉閥還包含套管，其中所述伸縮塊被所述套管部分包封，使得所述伸縮塊基本上在一個(gè)方向膨脹。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的水處理濾筒，其中所述伸縮塊選自高度水可溶脹材料、水可溶脹材料、水不可溶脹材料、水不可滲透材料、高度水可滲透材料、水可滲透材料，以及它們的混合物，并且優(yōu)選地所述伸縮塊選自水溶性聚合物、交聯(lián)水溶性聚合物、水凝膠、共聚物、粘土、木材，以及它們的混合物，并且更優(yōu)選地所述伸縮塊選自聚酰胺、聚醚、聚酰胺與聚醚的共聚物、纖維素、天然樹膠和樹脂，以及它們的混合物。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水處理濾筒，其中所述關(guān)閉閥還包含閥門，并且其中所述伸縮塊的膨脹推進(jìn)所述閥門，使得所述閥門至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒。
7.如權(quán)利要求6所述的水處理濾筒，其中所述關(guān)閉閥還包含含有至少一個(gè)流通孔的套管，其中所述閥門被所述伸縮塊推進(jìn)，直至所述閥門阻塞所述流通孔，從而所述閥門至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水處理濾筒，其中所述預(yù)定時(shí)段為1個(gè)月至1年，優(yōu)選為2個(gè)月至6個(gè)月。
9.一種方法，所述方法包括以下步驟(a)將待處理的飲用水引入水處理濾筒，所述濾筒包含入口、出口和關(guān)閉閥，所述關(guān)閉閥具有伸縮塊；和(b)用所述水處理濾筒處理所述水，直到至少基本上阻止水流過所述水處理濾筒。
10.一種關(guān)閉閥，所述關(guān)閉閥具有(a)用于從第一位置移動(dòng)到第二位置的伸縮塊，所述伸縮塊具有高度水可溶脹材料；和(b)用于包含所述伸縮塊的套管，所述套管具有至少一個(gè)流通孔；其中當(dāng)與水接觸時(shí)，所述伸縮塊在預(yù)定時(shí)段后從所述第一位置膨脹到所述第二位置；當(dāng)所述伸縮塊位于所述第二位置時(shí)，所述流通孔至少基本上被所述伸縮塊直接或間接阻塞。
全文摘要
關(guān)閉閥可包括從第一位置移動(dòng)到第二位置的伸縮塊和包含所述伸縮塊的套管。關(guān)閉閥也可包括閥門。伸縮塊可包括高度水可溶脹材料。套管可包括至少一個(gè)流通孔。當(dāng)與水接觸時(shí)，伸縮塊在預(yù)定時(shí)段后可從所述第一位置膨脹到所述第二位置。當(dāng)伸縮塊在所述第二位置時(shí)，流通孔可至少基本上被所述伸縮塊直接或間接阻塞。伸縮塊可用于水處理濾筒和/或可用于指示水處理濾筒的壽命狀況。
文檔編號(hào)B01D35/153GK1918073SQ200580004744
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者N·S·布羅爾斯, D·I·科利亞斯, J·D·坦納, D·S·布雷特爾, R·E·斯特里 申請(qǐng)人:Pur水純化產(chǎn)品公司