专利名称：抑菌流体过滤器的制作方法
本申请在此要求于2003年12月4日提交的序号为60/526,735的题为“抑菌滤水器”的美国临时专利申请和于2004年9月24日提交的序号为60/612,804的题为“抑菌滤水器”的美国临时专利申请在35u.s.c.ξ119(e)下所产生的权利。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种包括活性碳颗粒、粘结剂和铜颗粒的流体过滤器。本发明的第二实施例提供了一种包括经过银处理的活性碳块、粘结剂和铜颗粒的流体过滤器。在过滤器中存在铜以及铜与经过银处理的活性碳相结合能够抑制随着时间的推移细菌在过滤器上或在过滤器内的生长。
图1是根据本发明的图示实施例进行制造的抑菌滤水器的剖面透视图。
具体实施例方式
参见图1，抑菌滤水器10包括滤块12、顶部端盖16、底部端盖18、可选塑料芯子14、和可选非织造物纱罩22。滤块12进一步包括中心开口28和周壁26。
顶部端盖16被设置在滤块12的轴向顶端上面。根据图示实施例，顶部端盖16由无孔聚合材料例如聚丙烯制成。顶部端盖16优选限定出与滤块12的中心开口28同轴的中心开口32。颈部31限定出与顶部端盖16的中心开口32和滤块12的中心开口28流体连通的孔30。颈部31适于被压配合进入水处理系统的层面(deck)(未示出)中，并且进一步包括多个顶部弹性体o型圈34a/b。颈部31上可车有螺纹，或者要不然颈部31适于允许抑菌滤水器10可拆卸地被安装到水处理系统的层面(未示出)上。在于2001年6月12日授权给kool等的题为“point-of-use water treatment system”的美国专利us 6,245,229中描述了一种可结合本发明的水处理系统，所述专利主题在此作为参考而被引用。
底部端盖18被设置在滤块12的轴向底端上面。图示实施例中的底部端盖18被完全封闭且不包括开口。图示实施例中的底部端盖18进一步包括底部弹性体o型圈19。
可选塑料芯子14为常规非织造塑料材料如纺粘的聚丙烯，其限定出允许水特别是沿径向易于流动通过芯子的多孔周壁。根据图示实施例，塑料芯子14由所需非织造材料的轧制薄板进行制造。所述塑料芯子14的外径随应用而不同。根据图示实施例，塑料芯子14，如果安装了的话，紧密配合在滤块12的中心开口28内。
根据一个实施例，滤块12包括如在下面更详细进行描述的包含粘结在一起的活性碳、粘结剂和铜颗粒的中空芯子圆柱形块体。尽管结合中空芯子圆柱形块体进行描述，但是本发明能够很好地适用在其它流体过滤器如粒料过滤器或滤床中。如在此所使用的，术语“内部”、“向内”、“外部”、和“向外”指的是相对于滤块12的轴向几何中心而言的各方向。为了进行公开，一般用通过常规湿法筛析测得的筛目尺寸来描述碳颗粒的尺寸和尺寸分布。湿法筛析是一种基于颗粒尺寸将碳混合物分为多个范围或“料仓”的常规方法。通常，借助水的作用，碳混合物顺序通过分别具有渐小开口的一系列筛网，降至直到500目筛网。大于该特定筛网开口尺寸的颗粒将会保持在筛网顶上，而更小的颗粒将会通过所述筛网到达下一层更小的筛网。比500目筛网的开口更小的颗粒通常被称作“细颗粒”。所述细颗粒的水平可随具体碳混合物而明显不同，并且在一些碳混合物中，可包含重量百分比差不多为20％的细颗粒。碳制造商在对碳进行分级时一般会把细颗粒忽略不计。作为一种权宜之计，使用常规筛目尺寸符号标记表示尺寸范围。更具体而言，在筛目尺寸前面的“ ”号表示颗粒太大，以致于不能通过具有标注尺寸的筛网。例如 140目表示颗粒太大，以致于不能通过140目大小的筛网。相似地，在筛目尺寸前面的符号标记“-”表示颗粒足够小，以致于能够通过具有标注尺寸的筛网。对于颗粒分布而言，在两个筛目尺寸之间的符号标记“x”表示尺寸范围。例如，140×200表示碳颗粒尺寸的范围或料仓小于140目且大于200目。
根据本发明的一个实施例，基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，滤块12进一步包括重量百分比为15％-25％的粘结剂。根据本发明的另一个实施例，基于活性碳、铜和粘结剂的混合重量而言，图示实施例中的滤块12进一步包括重量百分比为19％-21％的粘结剂。根据本发明的一个实施例，粘结剂为具有非常低的熔体流动指数(熔体流动速率)的聚合材料并且为超高分子量的高密度聚乙烯，例如hostalen gur-212。在于1988年6月28日授权给vanderbilt等的题为“滤水器”的美国专利us 4,753,728中结合碳块过滤器披露并且描述了一种能够与本发明的活性炭过滤器一起使用的另一种可选的粘结剂，所述专利主题在此作为参考而被引用。
根据一个实施例，滤块12为具有通过粘结剂而被结合在一起的活性碳和铜颗粒的连续块体，在下文中将对此进行更详细地描述。根据本发明的第二实施例，基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，滤块12包括重量百分比为60％-80％的活性碳。根据本发明的另一个实施例，基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，滤块12包括重量百分比为68％-72％的活性碳。图示实施例中的活性碳包括筛目尺寸为约40×140的椰壳活性碳，其中 30目大小的颗粒的最大重量百分比为3％，-140目大小的颗粒的最大重量百分比为4％。
根据本发明的另一个实施例，基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，滤块12包括重量百分比为2％-15％或更多的铜颗粒。根据本发明的另一个实施例，基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，图示实施例中的滤块12包括重量百分比为9％-11％或更多的铜颗粒。
基于铜、合金金属和合金中的杂质的混合重量而言，图示实施例中的铜颗粒包括最小重量百分比为90％的铜。所述铜颗粒是颗粒状的，筛目尺寸为60-200。在图示实施例中的所使用的铜颗粒的一个实例是由密执安州three rivers的kdf fluid treatment有限公司生产的kdf cf100。
根据本发明的另一个实施例，碳块12包括包含粘结在一起的经过银处理的活性碳、粘结剂和铜颗粒的中空芯子圆柱形块体。根据该实施例，基于经过银处理的活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，碳块12包括重量百分比为60％-80％的经过银处理的活性碳。根据另一个实施例，基于经过银处理的活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言，碳块12包括重量百分比为68％-72％的经过银处理的活性碳。图示实施例中的经过银处理的活性碳包括筛目尺寸为约40×140的椰壳活性碳，其中 30目大小的颗粒的最大重量百分比为3％，-140目大小的颗粒的最大重量百分比为4％。根据一个实施例，使用基于银和碳的混合重量而言重量百分比为0.1％-0.5％的银对活性碳进行处理。根据另一个实施例，使用基于银和碳的混合重量而言重量百分比为0.2％-0.3％的银对活性碳进行处理。经过银处理的活性碳可从碳制造商的现货中获得且在没有任何变化的情况下被多个碳块制造商所使用。经过银处理的活性碳的一个实例是可从马里兰州巴尔的摩的cameron carbon有限公司获得的sg6-ag。
在碳过滤器中存在铜颗粒以及铜颗粒与经过银处理的碳相结合能够抑制细菌在过滤器上或在过滤器内的生长。自然产生的异养细菌(heterotrophic plate count bacteria)出现在经过氯化处理的饮用水中，并且已公知在活性碳过滤器处形成菌落。这些无害细菌在经过氯化处理的饮用水中是正常的，但是当活性碳除去氯时，细菌可在碳上形成菌落，从而产生明显过高的细菌数。在过滤器已被细菌形成菌落之后，在流出物中hpc细菌数增大2-5个数量级对于碳过滤器而言是平常的。美国国家卫生基金会(“nsf”)已制定了一种测试用以抑制hpc细菌生长的饮用水过滤器抑菌作用的方法，已公知为nsf/ansi标准42，标准42-2002饮用水处理单元-抑菌试验的美学效应。按照nsf/ansi标准42，标准42-2002饮用水处理单元-抑菌试验的美学效应的改进版本对图示实施例中的过滤器进行试验。按照该项试验的改进版本，水在数次模拟正常使用且包括停滞期的通/断循环中流动通过过滤器。每星期五天，水以每天16小时中1分钟通/59分钟断的循环方式被泵送通过过滤器。每周中还存在48小时的停滞时间。进行所述试验不短于6周，且不超过13周。
在所述试验过程中对流入水和流出水中的hpc细菌的数量进行监测。通过在测试中将水温从20摄氏度升高至40摄氏度而改变所述测试。在对水进行除氯之后，水还被储存在储罐中。这些变化允许hpc细菌在水中进行增殖，从而数出多于测试标准中所规定的数量。对每个实施例中的副本过滤器(duplicate filter)进行长达12周的测试。
按照如上面所述规程对总共6个过滤器进行测试。其中两个进行测试的过滤器包含活性碳和粘结剂，不含铜且不含经过银处理的活性碳。其中两个进行测试的过滤器包含活性碳、粘结剂和基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言重量百分比为10％的铜颗粒。最后，其中两个进行测试的过滤器包含粘结剂、使用基于银和碳的混合重量而言重量百分比为0.1％的银进行处理的活性碳、和基于经过银处理的活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言重量百分比为10％的铜颗粒。计算出这些测试结果的平均值并将其列在下面的表中。第一栏表示在如上面所述的过滤器中的银和铜的百分含量。第二栏给出了在实验过程中的每毫升(“ml”)水中过滤器流入物中的hpc计数的平均值。第三栏给出了在实验过程中的每毫升(“ml”)水中过滤器流出物中的hpc计数的平均值，所述平均值为进行测试的两个过滤器间的平均值。如下表中所示，与不含铜或者不含经过银处理的活性碳与铜颗粒的组合的过滤器相比，在碳过滤器中夹杂铜颗粒以及铜颗粒与经过银处理的碳相结合能够使过滤器流出物中的hpc计数减少。
采用常规制造工艺和设备制造图示实施例中的抑菌滤水器10。根据一个实施例，粘结剂(以粉末形式存在)、铜颗粒和活性碳或者经过银处理的活性碳按照以上比例进行均匀混合，从而使得粘结剂和铜颗粒均匀分散在碳之中。将相结合在一起的碳、铜颗粒和粘结剂供料进入具有向上突出的中心榫钉(未示出)的常规圆柱形模具(未示出)中。随后，该模具及其内容物被加热到约175摄氏度至约205摄氏度的范围内。在进行加热之后，借助常规压力活塞(未示出)对结合在一起的碳、铜和粘结剂施加从约30磅每平方英寸到约120磅每平方英寸大小的压力，所述压力活塞下降进入到模具中并且包括用于中心榫钉(未示出)的中心间隙。随后，冷却结合在一起的活性碳、铜和粘结剂并且将所得到的结构脱模形成完整的滤块12。
如果有必要的话，对图示实施例中的滤块12进行修边处理。在所述滤块上加上主要起到预过滤器作用的非织造物纱罩22。通常，纱罩22围绕所述滤块12并且被缠绕在所述滤块12周围。可使用由明尼苏达州st.paul的3m有限公司生产的粘合剂如jet-melt 3784-tc将纱罩22保持在适当的位置。
图示实施例中的可选非织造塑料芯子14通常从所需的非织造材料薄板上切割得到。材料的切割薄板被卷成管形，并且被插入到滤块12的中心。芯子14可被粘结或者要不然被禁固在滤块12的中心内，但是通常借助由于其开卷倾向和与端盖16和18之间的相互作用而产生的摩擦力被保持处于适当位置。
顶部端盖16和颈部31通过不可透过材料如聚丙烯的注塑成形而一体成形。底部端盖18同样通过不可透过材料如聚丙烯的注塑成形而成形。图示实施例中的顶部端盖16和底部端盖18采用热熔胶而被附接到滤块12上。对于本领域的技术人员而言显而易见的是其它粘合剂起到与本发明等效的作用。
上面已对本发明的优选实施例进行了描述。可在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和更宽特征的条件下对本发明作出多种变型和改变，所述范围根据专利法的原理应被解释为包括等效方式的原则。
权利要求
1.一种流体过滤器，包括经过银处理的活性碳；和粘结剂。
2.根据权利要求1所述的流体过滤器，其中所述经过银处理的活性碳包含基于银和碳的混合重量而言重量百分比为0.05％-0.15％的银。
3.根据权利要求1所述的流体过滤器，其中所述经过银处理的活性碳包含基于银和活性碳的混合重量而言重量百分比为0.75％-0.125％的银。
4.根据权利要求1所述的流体过滤器，其中所述过滤器适于在水处理系统中使用。
5.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述粘结剂包括具有超高分子量的低熔体流动指数聚合材料。
6.一种过滤器，包括活性碳；铜颗粒；和粘结剂。
7.根据权利要求6所述的过滤器，进一步包括基于铜颗粒和活性碳的混合重量而言重量百分比为2％-20％的铜颗粒。
8.根据权利要求6所述的过滤器，进一步包括基于铜颗粒和活性碳的混合重量而言重量百分比为8％-12％的铜颗粒。
9.根据权利要求6所述的过滤器，其中所述铜颗粒包括筛目尺寸为60-200的颗粒状的铜颗粒。
10.根据权利要求6所述的过滤器，其中所述粘结剂包括具有超高分子量的低熔体流动指数聚合材料。
11.根据权利要求6所述的过滤器，其中所述活性碳包括经过银处理的活性碳。
12.根据权利要求10所述的过滤器，其中所述经过银处理的活性碳包含基于银和活性碳的混合重量而言重量百分比为0.05％-0.15％的银。
13.一种在水处理系统中使用的过滤器，包括用基于银和活性碳的混合重量而言重量百分比为0.05％-0.15％的银进行处理的活性碳；基于铜颗粒和经过银处理的活性碳的混合重量而言重量百分比为8％-12％的铜颗粒；和粘结剂。
14.根据权利要求13所述的过滤器，其中所述铜颗粒包括筛目尺寸为60-200的颗粒状的铜颗粒。
15.根据权利要求13所述的过滤器，其中所述粘结剂包括具有超高分子量的低熔体流动指数聚合材料。
16.一种制造滤水器的方法，所述方法包括以下步骤混合活性碳、粘结剂和铜颗粒；并且将上述混合物放置在模具中；将包括活性碳、粘结剂和铜颗粒的所述混合物加热到175摄氏度至205摄氏度之间；以及对包括活性碳、粘结剂和铜颗粒的所述混合物施加约120磅每平方英寸的压力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中使用基于银和活性碳的混合重量而言重量百分比为0.05％-0.15％的银对活性碳进行处理。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述铜颗粒进一步包括基于铜颗粒和经过银处理的活性碳的混合重量而言重量百分比为8％-12％的铜颗粒。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述铜颗粒包括筛目尺寸为60-200的颗粒状的铜颗粒。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述粘结剂包括具有超高分子量的低熔体流动指数聚合材料。
全文摘要
一种抑菌滤水器包括被结合在一起的活性碳、铜和粘结剂的连续块体和一种制造所述滤水器的方法。根据一个实施例，所述块体包括重量百分比为60％－80％筛目尺寸为约40×140的活性碳。所述块体进一步包括基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言重量百分比为2％－15％的铜颗粒和基于活性碳、铜颗粒和粘结剂的混合重量而言重量百分比为15％－25％的碳块粘结剂。根据另一个实施例，所述活性碳包括经过银处理的活性碳。
文档编号c02f1/50gk1938230sq200480035858
公开日2007年3月28日 申请日期2004年12月3日 优先权日2003年12月4日
发明者r·w·屈恩, k·j·范德库伊, r·m·小泰勒, a·霍伊特 申请人:捷通国际有限公司