КАПЛЕОБРАЗУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ И СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАПЕЛЬ В УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ
DROPLET FORMING DEVICES FOR LIQUID TREATMENT AND METHODS OF FORMING DROPLETS IN LIQUID TREATMENT DEVICE

Область применения
Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам для обработки жидкостей, и в частности, к устройствам для обработки жидкостей, в которых формируются капли жидкости, и способам их использования.
Уровень техники
Спрос потребителей на питьевую воду продолжает расти. Значительны объемы продаж бутилированной воды, а также и устройств для обработки воды, таких как кувшины или графины для фильтрации воды. Так, например, в 2006 в США объем продаж бутилированной воды превысил 8 миллиардов галлонов. Поэтому производители и поставщики питьевой воды и устройств для обработки воды из всех сил стараются выделить свои продукты из общей массы прочих потребительских товаров.
Бытовые устройства для обработки воды включают устройства, врезаемые в водопровод (например, устанавливаемые под раковиной), устройства, устанавливаемые в точках водоразбора (например, устанавливаемые на раковину или на излив водопроводного крана, и автономные устройства, в которых обработка воды производится порциями. Примеры устройств для обработки воды порциями включают кувшины и графины, а также резервуары большего размера, в которые вода может наливаться порциями, например, из-под крана. Устройства для обработки воды могут быть также встроены в другие устройства, например, в кофеварку. Такие автономные системы, как правило, имеют верхнюю и нижнюю камеры, отделенные друг от друга фильтрующим картриджем, и основаны на действии силы тяжести, заставляющей воду из верхней камеры протекать через фильтр в нижнюю камеру, и таким образом в них получается обработанная вода.
Сущность изобретения
В одном из воплощений изобретения устройство для обработки жидкости включает корпус, имеющий верхнюю часть, включающую верхний резервуар, предназначенный для приема нефильтрованной жидкости, нижнюю часть, включающую нижний резервуар, принимающий отфильтрованную жидкость, и промежуточную часть, включающую систему подачи жидкости с эффектом дождя, принимающую жидкость из верхнего резервуара и включающую множество каплеобразующих элементов, расположенных таким образом и имеющих такую конструкцию, что обеспечивается наличие множества точек образования дискретных капель, в которых обеспечивается формирование отдельных свободных капель на поверхности подачи жидкости системы подачи жидкости с эффектом дождя.
Еще в одном воплощении изобретения предлагается способ получения отфильтрованной жидкости с использованием устройства для обработки жидкости. Способ включает наполнение верхнего резервуара устройства для обработки жидкости нефильтрованной жидкостью. Нефильтрованная жидкость фильтруется фильтрующей средой, в результате чего образуется отфильтрованная жидкость. С помощью системы подачи жидкости с эффектом дождя, в которую попадает отфильтрованная жидкость после фильтрующей среды, формируются отдельные свободные капли отфильтрованной жидкости. Система подачи жидкости с эффектом дождя включает множество каплеобразующих элементов, расположенных таким образом и имеющих такую конструкцию, что они обеспечивают множество дискретных точек образования отдельных свободных капель на поверхности подачи жидкости системы подачи жидкости с эффектом дождя.
Еще в одном воплощении система подачи жидкости с эффектом дождя для устройства обработки жидкости включает множество каплеобразующих элементов, расположенных таким образом и имеющих такую конструкцию, что они обеспечивают множество точек образования дискретных капель, в которых обеспечивается образование отдельных свободных капель отфильтрованной жидкости на поверхности подачи жидкости.
Краткое описание чертежей
Нижеследующее подробное описание отдельных воплощений настоящего изобретения будет более понятным при его рассмотрении в совокупности с сопроводительными чертежами.
Фиг.1. Аксонометрический вид воплощения каплеобразующего устройства для обработки жидкости.
Фиг.2. Воплощение каплеобразующего устройства для обработки жидкости, изображенное на фиг.1, в разобранном виде.
Фиг.3. Аксонометрический вид сверху воплощения каплеобразующей системы, которая может использоваться в каплеобразующем устройстве для обработки жидкости, изображенном на фиг.1.
Фиг.4. Вид сбоку каплеобразующей системы, изображенной на фиг.3.
Фиг.5. Вид снизу каплеобразующей системы, изображенной на фиг.3.
Фиг.6. Разрез фрагмента каплеобразующей системы, изображенной на фиг.3, на котором видны два соседних каплеобразующих элемента.
Фиг.7. Схематическое изображение капли, образующейся в каплеобразующей системе, изображенной на фиг.3.
Фиг.8. Разрез фрагмента еще одного воплощения каплеобразующей системы, на котором видны два соседних каплеобразующих элемента.
Фиг.9. Разрез фрагмента еще одного воплощения каплеобразующей системы, на котором видны два соседних каплеобразующих элемента.
Фиг.10. Разрез фрагмента еще одного воплощения каплеобразующей системы, на котором видно несколько соседних каплеобразующих элементов.
Фиг.11. Каплеобразующая система, изображенная на фиг.3, в действии.
Фиг.12. Еще одно воплощение каплеобразующей системы.
Фиг.13. Еще одно воплощение каплеобразующей системы.
Фиг.14. Еще одно воплощение каплеобразующей системы.
Фиг.15. Еще одно воплощение каплеобразующей системы.
Воплощения, изображенные на чертежах, являются по своему характеру иллюстративными и не подразумеваются как ограничивающие настоящее изобретение, так как полный масштаб настоящего изобретения определяется формулой изобретения. Различные черты изобретения, отраженные на чертежах, будут более ясны и понятны из нижеследующего подробного описания.
Подробное описание изобретения
В контексте настоящего описания «свободная капля» или «капля» означает небольшой объем жидкости, полностью или практически полностью ограниченный свободными поверхностями.
В контексте настоящего описания термин «с эффектом дождя» означает падение множества свободных капель из точек каплеобразования (например, по меньшей мере из шести точек каплеобразования, например из от примерно 6 до примерно 144 точек каплеобразования) под действием силы тяжести в заданном объеме с течением времени, так что пути падения множества капелек пересекают горизонтальную плоскость в различных местах, распределенных по некоторой поверхности горизонтальной плоскости.
Термин «прозрачный», употребляемый по отношению к материалу или объекту, означает, что такой материал или объект, сделанный из такого материала, пропускает через себя свет, в результате чего тела, расположенные за ним, могут быть отчетливо видны.
Термин «светопропускающий», употребляемый по отношению к материалу или объекту, означает, что такой материал или объект, сделанный из такого материала, пропускает через себя свет, но вызывает при этом значительное его рассеяние, в результате чего тела, расположенные за ним, не могут быть видны отчетливо.
Термин «непрозрачный», употребляемый по отношению к материалу или объекту, означает, что такой материал или объект, сделанный из такого материала, не пропускает через себя свет.
В контексте настоящего описания термин «поверхностное натяжение» означает явление, возникающее из-за непосредственного взаимодействия молекул жидкости. Результирующая сила, приложенная к молекулам, расположенным на поверхности капли жидкости, направлена вовнутрь капли, что вызывает натяжение на поверхности жидкости. Поверхностное натяжение жидкости измеряется в дин/см.
В контексте настоящего описания термин «поверхностная энергия» означает количественную меру частичного разрыва межмолекулярных связей, который происходит при образовании поверхности. На практике поверхностная энергия твердого вещества выражается в дин/см и иногда также называется поверхностным натяжением твердого вещества.
На фиг.1 и 2 показан пример устройства 10 для обработки жидкости, работающего под действием силы тяжести и имеющего вид графина для фильтрации жидкости, включающего верхнюю часть 12, нижнюю часть 14 и рукоятку 16, расположенную в верхней части и протяженную вниз, в направлении к нижней части. Нижняя часть 14 включает резервуар 18 для отфильтрованной жидкости, образованный корпусом 20 резервуара, а верхняя часть 12 включает наливной лоток 22 и носик 24, направляющим отфильтрованную жидкость из резервуара 18 отфильтрованной жидкости в посуду, например, в чашку, или в иное устройство, например, кофеварку.
В данном воплощении корпус 20 резервуара является протяженным от дна 21 нижней части 14 до верха 23 верхней части 12. Наливной лоток 22 может быть выполнен с возможностью его вставки в верхнюю часть 12 через ее верх 23 (и извлечения из нее), так что он будет поддерживаться в положении, изображенном на фиг.1. В прочих воплощениях наливной лоток 22 может быть связан с корпусом 20 резервуара любым подходящим способом, например, способом формирования термошва, в результате которого формируется непроницаемый для жидкости шов, протяженный по всей периферии устройства 10 для обработки жидкости. В альтернативном воплощении наливной лоток 22 может быть прикреплен к корпусу 20 резервуара защелкиванием зацепов с ответными элементами, с установкой между ними уплотнителя, предотвращающего протекание жидкости.
В устройстве может быть предусмотрена крышка 26, покрывающая наливной лоток 22 и предотвращающая нежелательное расплескивание жидкости из устройства 10 для обработки жидкости. В некоторых воплощениях крышка 26 может быть выполнена снимаемой с устройства 10 для обработки жидкости, например, для доступа к внутренним компонентам устройства для обработки жидкости.
Между верхней частью 12 и нижней частью 14 расположена промежуточная часть 38. В некоторых воплощениях промежуточная часть может быть частью корпуса 20 резервуара. В других воплощениях промежуточная часть является частью наливного лотка 22. Еще в одном воплощении промежуточная часть может быть отдельным компонентом (например, выполненным в виде кольца), соединенным с верхней частью 12 и нижней частью 14 (например, способом формирования непроницаемого для жидкости термошва). Промежуточная часть 38 может зрительно указывать пользователю на наличие различия между верхней частью 12 и нижней частью 14. Так, например, промежуточная часть 38 может иметь первый цвет (например, голубой), верхняя часть 12 может иметь второй цвет (например, белый или серый), отличный от первого цвета, а нижняя часть 14 может иметь третий цвет, отличный от первого и второго цветов, и быть прозрачным или светопропускающим. В некоторых воплощениях цветовая гамма промежуточной части 38, верхней части 12 и нижней части 14 может быть подобрана так, что она будет создавать некоторый зрительный образ, и будет привлекательной для пользователя. Так, например, промежуточная часть 38 может быть голубой, символизируя цвет неба, верхняя часть 12 может быть белой или серой, символизируя облака, а нижняя часть 14 может быть прозрачной, позволяя видеть внутренние компоненты корпуса резервуара устройства 10 для обработки жидкости извне. В некоторых воплощениях прозрачной может быть только часть корпуса 20 резервуара. Корпус 20 резервуара может иметь напечатанные или нарисованные на нем зрительные образы, такие как цветы, землю, водные объекты, траву, животных, здания и прочее. В некоторых воплощениях прозрачными могут быть только одна или несколько отдельных частей корпуса 20 резервуара, в то время как остальные части могут быть полностью или частично непрозрачными.
Устройство может включать фильтрующий картридж 40, выполненный с возможностью его вставки в наливной лоток 22 (фиг.2) и извлечения из него. Фильтрующий картридж 40 может включать крышку 42 картриджа, в которой имеются отверстия 44, позволяющие нефильтрованной воде протекать через фильтрующий картридж, в котором происходит ее фильтрацию. Крышка 42 картриджа соединена с корпусом 45 фильтра. В некоторых воплощениях фильтрующий картридж 40 может представлять собой элемент одноразового пользования. В различных воплощениях фильтрующий картридж 40, или некоторые его части могут быть установлены в устройстве 10 для обработки жидкости с возможностью их снятия или без такой возможности. Так, например, фильтрующий картридж 40 может быть связан с наливным лотком 22 с использованием любых подходящих средств и способов крепления, включая, но не ограничиваясь ими, защелкивание, сварка (включая ультразвуковую сварку), адгезивы и/или любые прочие известные способы крепления. Фильтрующий картридж 40 может иметь любую подходящую форму, например, сопряженную форме наливного лотка 22 и/или корпуса 20 резервуара, или в целом соответствующую их форме. Могут использоваться любые подходящие формы, включая круглую, овальную, прямоугольную и прочие. Фильтрующий картридж может быть сформирован из любого подходящего материала, например, из полимерного, способом инжекционного формования, или из другого типа материала, например, тканого материала, нетканого полимерного материала, сетчатого материала, из композитных и прочих материалов.
Как будет более подробно описано ниже, между верхней частью 12 и нижней частью 14 находится каплеобразующая система, в целом обозначенная как поз.46. Каплеобразующая система 46 формирует свободные капли 48 отфильтрованной жидкости при прохождении жидкости из промежуточной части 38 в резервуар 18 для отфильтрованной жидкости. Свободные капли 48 собираются в резервуаре 18 для отфильтрованной жидкости, и постепенно образуют массив 50 отфильтрованной воды, имеющий поверхность, находящуюся в контакте с внутренними стенками корпуса 20 резервуара. Во время накопления свободных капель 48 внутри корпуса 20 резервуара, извне устройства 10 для обработки жидкости могут быть слышны звуки 51 ударов падающих свободных капель, создающих успокаивающий звук, похожий на звук дождя, который может быть приятен пользователю. Материал устройства 10 для обработки жидкости может быть подобран так, чтобы издавался звук дождя. В некоторых воплощениях корпус 20 резервуара и/или наливной лоток 22 могут иметь форму, способствующую акустическому усилению звука дождя, или включать любые технические решения, способствующие лучшей выработке, распространению и восприятию механических колебаний и волн. В некоторых воплощениях устройство для обработки жидкости может включать усиливающее устройство, например, микрофон и громкоговоритель.
Корпус 20 резервуара может быть сформирован из любого подходящего материала, такого как стекло, металл или любой подходящий пластический материал. В некоторых воплощениях корпус 20 резервуара сформирован из прозрачного или светопропускающего материала. Наливной лоток 22 также может быть сформирован из любых подходящих материалов, таких, как стекло или любой подходящий пластический материал. В некоторых воплощениях наливной лоток 22 может быть сформирован из непрозрачного или светопропускающего материала. Наливной лоток 22 и корпус 20 резервуара могут быть сформированы из одного и того же материала, или из различных материалов.
Каплеобразующая система 46 установлена на промежуточную часть 38 устройства 10 для обработки жидкости. Как показано, в частности, на фиг.2, корпус 20 резервуара может включать протяженный вовнутрь фланец 52, обеспечивающий опору, на которую может опираться каплеобразующая система 46. В данном примере протяженный вовнутрь фланец 52 обеспечивает опору, на которой каплеобразующая система 46 может покоиться в горизонтальном положении. Однако предвидятся и прочие варианты их взаимного расположения, в которых каплеобразующая система 46 или некоторые ее части расположены под углом к горизонту. В случае, если наливной лоток 22 удерживается внутри корпуса 20 резервуара, наливной лоток может опираться на протяженный вовнутрь бортик 53, являющийся частью каплеобразующей системы 46.
На фиг.3-5 показано одно из воплощений каплеобразующей системы 46. Каплеобразующая система 46 включает протяженный наружу фланец 54, который может герметично сопрягаться с протяженным вовнутрь фланцем 52. В различных воплощениях могут использоваться различные структуры для соединения протяженного вовнутрь фланца 52 и протяженного наружу фланца 54 и усиления уплотнения между ними, например соединения типа язычка и канавки, а также отверстия, обеспечивающие извилистый путь протекания жидкости между верхним резервуаром и нижним резервуаром. В некоторых воплощениях между протяженным вовнутрь фланцем 52 и протяженным наружу фланцем 54 может быть расположен уплотнительный элемент, например, уплотнительное кольцо, которое может быть, например, сформировано из резины или пластмассы. Для уплотнения места соединения между протяженным вовнутрь фланцем 52 и протяженным наружу фланцем 54 может быть нанесен герметик.
Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя является протяженной между противоположными сторонами периферийной стенки 66 каплеобразующей системы 46. В некоторых воплощениях система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может быть соединена с периферийной стенкой 66 с возможностью ее снятия, например, с использованием любого подходящего средства или способа крепления, такого, как, например, сварка, адгезивное скрепление и прочие, или они могут быть выполнены за единое целое, например, с помощью любого подходящего способа формования и/или механической обработки.
Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя включает внутреннюю поверхность 70 приема жидкости и внешнюю поверхность 72 подачи жидкости, противоположную по отношению к внутренней поверхности 70 подачи жидкости. В данном воплощении на внутренней поверхности 70 приема жидкости и внешней поверхности 72 подачи жидкости расположена каплеобразующая область 73, включающая массив каплеобразующих элементов 74 (например, лунок), протяженных вовнутрь от внутренней поверхности 70 приема жидкости, и наружу от внешней поверхности 72 подачи жидкости. В каплеобразующих элементах 74 выполнены пути 76 прохода жидкости, через которые жидкость может проходить от внутренней поверхности 70 приема жидкости к внешней поверхности 72 подачи жидкости.
Каплеобразующие элементы 74 и связанные с ними пути 76 прохода распределены по внутренней поверхности 70 приема жидкости и внешней поверхности 72 подачи жидкости, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Пути 76 прохода являются протяженными через все каналы, образующие систему 64 подачи жидкости с эффектом дождя, от внутренней поверхности 70 приема жидкости, до внешней поверхности 72 подачи жидкости. В одном из воплощений пути 76 прохода могут иметь такой размер, и быть расположены так, что открытая область может составлять от примерно 0,8% до примерно 5% общей площади внутренней поверхности 70 приема жидкости (или внешней поверхности 72 подачи жидкости). В некоторых воплощениях открытая область может составлять менее чем 0,8%, или более чем 5% общей площади. В некоторых воплощениях система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может иметь площадь внутренней поверхности 70 приема жидкости (или внешней поверхности 72 подачи жидкости), составляющую примерно 15 квадратных дюймов, и может содержать от примерно 6 путей 76 прохода жидкости до примерно 144 путей 76 прохода жидкости. Может использоваться и любое другое подходящее расположение путей 76 прохода жидкости, обеспечивающее эффект дождя. Кроме того, один и тот же каплеобразующий элемент может включать множество путей прохода жидкости.
На фиг.6 представлена пара находящихся рядом друг с другом каплеобразующих элементов 74а и 74b. Каждый из каплеобразующих элементов 74а и 74b является немного вогнутым и имеет криволинейную боковую стенку 78, протяженную вниз, к проходу 76 жидкости. В некоторых воплощениях пути 76 прохода жидкости расположены по центру, то есть на вершинах каплеобразующих элементов 74а и 74b, хотя и возможно расположение путей 76 на боковых стенках 78, то есть на некотором расстоянии от вершин каплеобразующих элементов.
Каждый из путей 76 прохода жидкости имеет ширину, подобранную таким образом, что она обеспечивает формирование отдельных свободных капель воды. В воплощении, изображенном на фиг.6, факторами, способствующими формированию капель на внешней поверхности 72 подачи жидкости, являются поверхностное натяжение жидкости, поверхностная энергия поверхности 72 подачи жидкости, размер проходов 76 и форма каплеобразующих элементов 74а и 74b на стороне внешней поверхности 72 подачи жидкости. Свободная капля 84 может сформироваться, когда на границе внешней поверхности 72 подачи жидкости накапливается жидкость, образуя висящую висячую каплю 88. Висячая капля прилипает к внешней поверхности 72 подачи жидкости до тех пор, пока ее размер (например, масса), не преодолеет поверхностной энергии. После этого капля под действием силы тяжести падает и попадает на дно резервуара 18 или на уровень жидкости в резервуаре, по мере накопления в нем отфильтрованной жидкости. Свободные капли 84 образуются из жидкости благодаря поверхностному натяжению.
d
d
Различные материалы обеспечивают различные значения поверхностной энергии. В одном из воплощений внешняя поверхность 72 подачи жидкости может иметь поверхностную энергию, меньшую, чем поверхностная энергия воды (составляющая примерно 72,8 дин/см), например, от примерно 20 дин/см до примерно 70 дин/см, от примерно 20 дин/см до примерно 60 дин/см, например, примерно 42 дин/см. Поверхностная энергия материала может быть определена любым подходящим способом, например, с помощью эталонных растворов, по углу, образуемому каплей жидкости с известным поверхностным натяжением с исследуемой поверхностью, и прочими способами. Материалы, имеющие более высокие значения поверхностной энергии, приближающейся к значению поверхностной энергии воды, могут использоваться для формирования свободных капель большего размера. И наоборот, материалы, имеющие более низкие значения поверхностной энергии, могут использоваться для получения свободных капель меньшего размера. В некоторых воплощениях свободные капли 84 могут иметь ширину W (фиг.7) от примерно 2 мм до примерно 7 мм, и объем от примерно 0,04 мл до примерно 0,5 мл, например, от примерно 0,05 мл до примерно 0,15 мл. Ширина W определяется как максимальный размер падающей свободной капли 84 в поперечнике. Подходящие материалы для формирования внешней поверхности 72 подачи жидкости могут включать, например, полимерные материалы, такие как фторополимеры и поликарбонаты, полистирол, керамические материалы и прочие. Кроме того, путем модификации внешней поверхности 72 подачи жидкости, например, ее механической обработкой, нанесением покрытия и прочими способами, поверхностная энергия материала может быть увеличена или уменьшена. В некоторых воплощениях внешняя поверхность 72 подачи жидкости может быть сформирована путем нанесения покрытия, пленки или прочей структуры из материала, имеющего большее или меньше значение поверхностной энергии.
В одном из воплощений пути 76 прохода жидкости имеют форму прямых каналов круглого сечения. Пути 76 прохода жидкости могут быть также выполнены в виде каналов, имеющих любую другую подходящую форму поперечного сечения, например, прямоугольную, овальную или прочую. Каналы не обязательно должны быть прямыми или расположенными под прямым углом к поверхностям 70 и 72. В воплощении, изображенном на фиг.6, пути 76 прохода жидкости имеют ширину от примерно 0,02 дюйма до примерно 0,05 дюйма. В других воплощениях пути 76 прохода жидкости могут иметь большую или меньшую ширину. Кроме того, все пути 76 прохода жидкости могут иметь одни и те же размеры, или они могут иметь различные размеры.
Соседние пути 76 прохода жидкости могут находиться друг от друга на расстоянии, которое подбирается таким образом, чтобы было обеспечено формирование точек образования дискретных капель. Под «точками образования дискретных капель» подразумевается, что висячие капли, сформировавшиеся на соседних каплеобразующих элементах 74, не сталкиваются и не сливаются друг с другом при обычных условиях эксплуатации устройства 10 для обработки жидкости (то есть когда оно при фильтрации жидкости установлено на горизонтальную поверхность). Форма каплеобразующих элементов 74 также может способствовать росту и удержанию висячих капель, но так, чтобы при этом были обеспечены « точки образования дискретных капель». В некоторых воплощениях соседние пути 76 прохода жидкости могут быть расположены друг от друга на расстоянии, по меньшей мере примерно в два раза большем ширины путей 76 прохода жидкости, например, от примерно 0,04 дюйма до примерно 0,1 дюйма. Расстояния между соседними путями 76 прохода жидкости могут быть одинаковыми или различным. Кроме того, могут использоваться самые различные сочетания больших и меньших расстояний между путями прохода жидкости.
Хотя на фиг.6 оба каплеобразующих элемента 74а и 74b показаны как имеющие одинаковую форму, на самом деле они могут иметь различные формы и/или размеры. Кроме того, могут использоваться и каплеобразующие элементы другой формы. Так, например, на фиг.8 представлен каплеобразующий элемент 80 альтернативной формы, имеющий одну или более относительно плоских боковых сторон 82, образующих вершину, на которой расположен путь 85 прохода жидкости. Каплеобразующий элемент 80 может, например, иметь форму конуса (например, с круглым основанием), или пирамиды (например, с прямоугольным основанием). На фиг.9 представлена еще одна альтернативная форма каплеобразующего элемента 86, который может включать один или более путей 87 прохода жидкости, протяженных через его боковую стенку 90. В таких воплощениях отфильтрованная вода может проходить в направлении стрелки 92 к вершине, на которой может формироваться висячая капля. В другом воплощении, представленном на фиг.10, множество каплеобразующих элементов 94 может быть расположено в некотором смысле произвольным образом. Пути 96 прохода жидкости могут проходить через различные вершины и/или боковые стенки каплеобразующих элементов 94.
Как было выяснено, большинство потребителей предпочитает хранить отфильтрованную воду в нижнем резервуаре 58 так, чтобы она находилась отдельно от фильтрующего картриджа 40, насколько это возможно. Поэтому в некоторых воплощениях в устройстве 10 для обработки жидкости фильтрующий картридж 40 выполнен как имеющий горизонтальную конфигурацию, то есть как плоский картридж. В таком воплощении фильтрующая среда должна быть подходящей для использования ее в плоском картридже и обеспечивать требуемые скорость и качество фильтрации.
Загрязнителями жидкостей, в частности воды, могут быть различные элементы и соединения, такие как тяжелые металлы, например, свинец, микроорганизмы (бактерии и вирусы), кислоты (например, гуминовые кислоты), и прочие другие загрязнители, перечисленные в стандарте NSF/ANSI №53. В контексте настоящего описания термины «микроорганизм», «микробиологический организм» и «патоген» используются как взаимно заменяющие друг друга. Данные термины относятся к различного типа микроорганизмам, которые могут характеризоваться как бактерии, вирусы, паразиты, простейшие и микробы. В различных приложениях данные загрязнители, как было указано выше, должны быть устранены из воды перед ее использованием, или их концентрация должна быть уменьшена до допустимых пределов. Только в этом случае вода считается пригодной для питья.
В различных воплощениях картридж 40 может включать фильтр из активированного угля, фильтр из композитных волокон или составной фильтр, содержащий фильтрующий элемент из активированного угла и фильтрующий элемент из композитных волокон. Фильтр из активированного угля может быть покрыт металлами, полимерами, оксидами и связующими (например, серебром, катионными полимерами, аморфным силикатом титана и прочими) или их сочетаниями, или смешан с ними, для более эффективного удаления из жидкости загрязнителей. Примеры фильтров, которые могут использоваться в картридже 40, могут включать фильтры и фильтровальные системы, описанные в патентах США 6139739, 6290848, 6395190, 6630016, 6852224, 7316323, патентных публикациях США 2001/0032822, 2003/0217963, 2004/0164018, 2006/0260997, 2007/0080103 и 2008/0116146, предварительном патенте США 61/079323 и патенте ЕР 1694905, на содержание которых мы ссылаемся целиком.
Фильтр может быть плоским, складчатым или иметь любую другу структуру или конфигурацию. Примером фильтра из композитных волокон является композитный фильтр на основе глинозема (глиноземный фильтр). Фильтры из активированного угля или композитные фильтры могут быть спрессованы или иным образом сформованы для придания им подходящей плоской формы (например, формы прямоугольного параллелепипеда). Как было указано выше, такие фильтры предназначены для удаления из жидкостей загрязнителей, таких как тяжелые металлы, гуминовые кислоты и/или микроорганизмы. Могут использоваться пакеты из фильтров различных типов для более эффективного удаления определенного типа загрязнителей. Путь прохождения жидкости через фильтр может отличаться от вертикального (например, часть его может лежать в горизонтальной плоскости), для достижения достаточного качества фильтрации. Фильтры для жидкостей могут использоваться как в различных областях промышленного применения, так и в персональных устройствах, например, бытовых. Фильтры для жидкостей могут использоваться с различными дополнительными компонентами и принадлежности, а также совместно с прочими устройствами.
Предвидится, что фильтр для жидкости может содержать различные типы композитных волокон, которые являются высоко электроположительными и могут быть распределены на штапельных волокнах, например, на матрице из стекловолокна. В одном из воплощений изобретения фильтр для жидкости может содержать фильтр из активированного угля, сблокированный с глиноземным фильтром для удаления из жидкости (например, воды) различных загрязнителей, таких, как тяжелые металлы (например, свинец), микроорганизмы (например, бактерии и вирусы) и/или прочих видов загрязнителей. В частности, в фильтр из активированного угля могут быть включены любые подходящие дополнительные структуры и составы.
Одно из воплощений фильтра для жидкостей предназначено для приготовления питьевой воды путем пропускания воды из источника водоснабжения через фильтр из активированного угля и глиноземный фильтр. Глиноземный фильтр может быть отдельным и четко различимым по отношению к фильтру из активированного угля, или же они могут быть изготовлены как единый целый элемент. В одном из воплощений частицы активированного угля могут быть встроены в глиноземный фильтр.
В другом воплощении изобретения фильтр для жидкости может содержать фильтр из активированного угля и глиноземный фильтр, расположенные друг за другом, так, что глиноземный фильтр находится перед фильтром из активированного угля (по отношению к потоку жидкости). Такой фильтр предназначен для обработки жидкости (например, приготовления питьевой воды) путем удаления из нее загрязнителей (например, тяжелых металлов, микроорганизмов и прочих). Для более эффективного удаления загрязнителей (тяжелые металлы, микроорганизмы и прочие) фильтр из активированного угля может дополнительно включать любые подходящие составы и структуры.
На фиг.11 показан принцип работы каплеобразующей системы 46, в которой формируются отдельные свободные капли 100 отфильтрованной воды, наполняющие корпус 20 резервуара. Как показано стрелками 102, нефильтрованная вода (например, налитая из водопровода) протекает через картридж, включающий фильтрующую среду 104. Фильтрующая среда 104 распределяет воду и фильтрует ее, удаляя из нее загрязнители. Отфильтрованная вода движется к системе 64 подачи жидкости с эффектом дождя и проходит через пути 76 прохода жидкости, от внутренней поверхности 70 приема жидкости к внешней поверхности 72 подачи жидкости. Из-за наличия поверхностной энергии и криволинейной формы поверхности отфильтрованная вода прилипает к внешней поверхности 72 подачи жидкости на вершинах каплеобразующих элементов 74, в результате чего в точках образования дискретных капель формируются висячие капли 106. Как можно видеть, на поверхности 72 подачи жидкости одновременно формируется множество висячих капель 106 в точках образования дискретных капель. Свободная капля 100 отрывается от висячей капли 106, как только ее размеры становятся настолько большими, что вес капли преодолевает силы ее притяжения к поверхности 72 подачи жидкости. В некоторых воплощениях фильтрующая среда 104 обеспечивает прохождение через нее жидкости со скоростью потока, составляющей от примерно 85 мл/мин до примерно 500 мл/мин или даже более, например, примерно до 580 мл/мин. В некоторых воплощениях жидкость проходит через фильтрующую среду со скоростью потока примерно 250 мл/мин. В различных воплощениях скорость образования свободных капель отфильтрованной воды в каплеобразующей системе составляет от примерно 2,8 капель в секунду до примерно 250 капель в секунду. В различных воплощениях из одного литра нефильтрованной воды может образовываться от примерно 2000 до примерно 100000 свободных капель отфильтрованной воды, или от примерно 4000 до примерно 25000 свободных капель, например, примерно 7000 свободных капель. В устройстве 10 для обработки воды объемом 1,7 л длительность «эффекта дождя» может составлять от примерно 3,4 мин до примерно 20 мин.
Следует отметить, что значения скорости потока жидкости и количество образующихся свободных капель в секунду могут меняться с изменением давления в верхнем резервуаре. Поэтому упоминаемые значения скорости потока и количество образующихся свободных капель в секунду могут относиться к моментальным значениям скорости потока, моментальным значениям количества образующихся свободных капель в секунду, к средним значениям скорости потока и/или к средним значениям количества образующихся свободных капель в секунду.
На первом этапе фильтрации свободные капли воды 100 ударяются о дно 21 корпуса 20 резервуара (фиг.1), обеспечивая первый звук эффекта дождя - звук свободных капель, ударяющихся о твердую поверхность. По мере повышения уровня отфильтрованной воды в корпусе 20 резервуара обеспечивается второй звук эффекта дождя - звук свободных капель, падающих на массив воды, этот звук может быть отличен от первого звука эффекта дождя. Кинетическая энергия падающих свободных капель 100 передается массиву воды. При ударении свободных капель 100 о поверхности корпуса 20 резервуара или масства воды они могут отражаться от них. В некоторых случаях свободные капли 100 при столкновении с одной или более поверхностями могут могут формироваться многочисленные свободные капли. При ударе свободных капель 100 о поверхность массива воды на ней могут образовываться различные возмущения и волны. При этом из поверхности воды могут вылетать брызги. При падении на поверхность фильтрованной воды множества капель может образовываться много волн, которые, взаимодействуя друг с другом, могут давать различные интерференционные картины.
1
1
2
1
Как было указано выше, может быть желательным расположить каплеобразующую систему 46 выше нижнего резервуара 18 и вдали от поверхности отфильтрованной воды. В некоторых воплощениях, типа показанного на фиг.1, вертикальное расстояние d от поверхности 72 подачи жидкости до дна 21 корпуса 20 резервуара по меньшей мере примерно на 20%, или даже более, больше, чем суммарная высота Н устройства обработки жидкости, например, на 30% или даже более, или на 50% или даже более. В некоторых воплощениях расстояние d может составлять от примерно 5 см до примерно 100 см, например, от примерно 5 см до примерно 50 см. В некоторых воплощениях вертикальное расстояние D от крышки 26 до поверхности 70 приема жидкости не более чем примерно на 50% меньше высоты Н устройства обработки воды, например, не более чем на 20% меньше. В некоторых воплощениях эффект дождя может иметь место примерно в течение 20% или даже большей части времени, в течение которого наполняется корпус 20 резервуара, в зависимости (по меньшей мере частично) от размера d и геометрических пропорций каплеобразующей системы 46 и корпуса 20 резервуара.
Область каплеобразующей системы 46, в которой собственно происходит образование свободных капель, может быть различной, в зависимости от формы самой каплеобразующей системы 46, а также от расположения каплеобразующих элементов 74 и путей 76 прохода жидкости. Хотя на чертежах поверхность 72 подачи жидкости показана в сущности имеющей центральное расположение каплеобразующей области 73 (фиг.3), на самом деле возможны и иные варианты ее расположения. Так, например, на фиг.12 показано альтернативное воплощение каплеобразующей системы 110, которая включает каплеобразующие элементы 112, расположенные в виде отстоящих на некотором расстоянии друг от друга кластеров элементов. Еще одно воплощение показано на фиг.13, в котором имеются центрально расположенные каплеобразующие элементы 114а и каплеобразующие элементы 114b, расположенные по периферии. На фиг.14 показано воплощение каплеобразующей системы 116 с расположением каплеобразующих элементов 118 в виде массива с линейной геометрией. Изображенная на фиг.15 каплеобразующая система 120 образована множеством компонентов 122, 124 и 126, образующих систему 128 подачи жидкости с эффектом дождя, включающую каплеобразующие элементы 130. Каплеобразующие элементы 130 могут быть протяженными от одного конца поверхности 72 подачи жидкости практически до второго конца поверхности 72 подачи жидкости, формируя эффект дождя по всей ширине резервуара 18. Фактически, может использоваться любое подходящее расположение каплеобразующих элементов, обеспечивающее формирование эффекта дождя.
2
В одном из примеров испытывалась каплеобразующая система, подобная изображенной на фиг.12, изготовленная из литого полиуретана и имевшая 16 каплеобразующих элементов, расположенных, как показано на упомянутом чертеже, и имевшая пути прохода жидкости, аналогичные изображенным на фиг.6. Каждый из путей прохода жидкости имел диаметр 0,04 дюйма, а общая площадь поверхности, принимавшей дождь, составляла 15,092 дюйм. Отфильтрованная вода подавалась на каплеобразующую систему с начальной скоростью потока 250 мл/мин. При такой начальной скорости потока каплеобразующая система обеспечивала формирование 37 капель в секунду, средний объем капель 0,112 мл и выход 8 909 капель из одного литра воды.
2
Еще в одном примере была испытана каплеобразующая система, подобная изображенной на фиг.13, изготовленная из литого полиуретана и имевшая 23 каплеобразующих элемента, расположенных, как показано на упомянутом чертеже, и имевшая пути прохода жидкости, аналогичные изображенным на фиг.6. Каждый из путей прохода жидкости имел диаметр 0,033 дюйма, а общая площадь поверхности, принимавшей дождь, составляла 15,092 дюйм. Отфильтрованная вода подавалась на каплеобразующую систему с начальной скоростью потока 250 мл/мин. При такой начальной скорости потока каплеобразующая система обеспечивала формирование 66 капель в секунду, средний объем капель 0,063 мл и выход 15783 капли из одного литра воды.
Следует отметить, что термины «предпочтительно», «в целом», «обычно» и «как правило» в контексте настоящего описания используются не для того, чтобы ограничить масштаб описанных воплощений, и не подразумевают, что черты, к которым они относятся, являются критическими, существенными или даже важными для тех или иных структур или функций. Данные термины используются скорее для того, чтобы подчеркнуть, что данные черты являются дополнительными, которые могут использоваться, но могут и не использоваться в том или ином воплощении.
В отношении описания и определения различных воплощений следует дополнительно отметить, что термин «в сущности» в контексте настоящей заявки используется для обозначения некоторой степени неопределенности, присущей приводимому количественному сравнению, значению, измерению или другому представлению. В контексте настоящего описания термин «в сущности» используется также для того, чтобы отразить, что фактическое значение какого-либо параметра может отличаться от приведенного значения в степени, не приводящей к изменению основных функций предмета, к которому оно относится.
Все документы, цитируемые в подробном описании настоящего изобретения в части, относящейся к настоящему изобретению, упоминаются только для ссылки. Цитирование какого-либо документа не должно рассматриваться как признание того, что цитируемый документ должен быть включен в уровень техники по отношению к настоящему изобретению. Если какое-либо значение или определение понятия в настоящем документе не совпадает со значением или определением данного понятия в документе, на который дается ссылка, следует руководствоваться значением или определением данного понятия, содержащимся в настоящем документе.
Несмотря на то, что в данном документе иллюстрируются и описываются конкретные воплощения настоящего изобретения, сведущим в данной области техники будет очевидно, что возможно внесение прочих изменений и модификаций, не нарушающих идею и назначение изобретения. С этой целью имелось в виду в прилагаемой формуле изобретения представить все возможные подобные изменения и модификации в объеме настоящего изобретения.