专利名称：高新水容器技术
技术领域：
本发明涉及一种用于从水中去除杂质以提供无菌、安全的饮用水的水容器。
背景技术：
水是重的。即使在短距离内运送水，仍然是耗时且昂贵的。为了维持供应需要长的物流链。这个问题在军事行动或人道主义行动中尤其明显。如果人员选择饮用来自周围环境的水，则他们冒着通过摄入在水中自然生存的细菌或病毒而被疾病击倒的危险。我们的已公布的国际专利申请W02008/037969公开了一种水瓶，其具有水过滤器，用于去除水中的沉积物和其他沉淀，并且阻挡水中大于log 6(99. 9999% )的细菌、孢囊、寄生虫和真菌，以及大于log4(99. 99% )的病毒。一种公知的用于运载较大量水的容器，是普遍存在的“储罐(jerrycan) ”，最初设计于第二次世界大战爆发时，至今仍广为效仿。虽然储罐最初是用压制钢制造，但现代的储罐目前通常是用塑料制造为5L到20L不等的尺寸。军事和救援机构仍然广泛地使用储罐， 以将清洁的给水运载到需要的地方。
发明内容
根据本发明，提供了一种水容器，包括用于容纳水的容器外壳，该容器外壳具有至少一个内部支撑构件，所述内部支撑构件联接在所述容器的壁的相对的侧壁部分之间以抵抗所述容器外壳的变形；水过滤器，延伸到所述容器外壳内；输出阀，联接到所述水过滤器；以及，用于穿过所述容器外壳的壁建立压力差的装置；其中所述水过滤器包括一个或多个膜，所述膜有效地实现在所述压力差的作用下使水优先于空气通过。在一个优选实施方案中，该容器是储罐，优选地具有介于5升到20升之间的容量。 该储罐优选地是用塑料材料制成的，且尤其是用水级(water-grade)高密度聚乙烯(HDPE) 制成的。塑料储罐可用本领域公知的技术制成，例如旋转模塑或吹模塑。然而，设想金属储罐同样适合使用。此外，本发明可应用于较大的水器皿，诸如大水桶(water butt)。优选地，所述至少一个支撑构件由中空管构成，所述中空管与所述容器外壳的侧壁部分成为一体。这样，除了给外壳提供结构增强以在受负载时(尤其是在该容器被以空气加压时)抵抗变形之外，所述一个或多个内部支撑构件还可用于使得本发明的容器能被附接到负载运输系统。每个空心管形成一个开口通道，所述开口通道连接相对的侧壁部分， 可设想支撑杆或类似物能够插入穿过所述开口通道。这样的杆例如可用作轮轴，从而允许通过轮子运输该容器。优选地，所述容器外壳的一个或多个侧壁包括凹陷(indentation)的图案，以在选定位置提供增强的结构刚性，从而在受负载时抵抗侧壁的变形。这些凹陷可被配置为提供通道，所述通道用于接收围绕所述容器周界所施用的捆带条(strapping)。在一个优选实施方案中，所述外壳还包括一个底部，所述底部具有多个扁平的足部。优选地，所述底部包括倾斜部分，以抵抗所述底部的变形。所述侧壁和顶壁中的一个或多个也可包括倾斜部分。所述底部和所述侧壁中的倾斜部分提供了进一步的结构增强，以使得容器外壳能够在负载下抵抗变形。优选地，用于建立压力差的装置包括一个泵。更优选地，该泵是一个手动操纵的泵。优选地，所述泵是一个活塞泵，所述活塞泵包括止回阀，空气可通过该止回阀进入到容器中；以及，活塞轴，活塞头可通过该活塞轴移动，以使得空气穿过所述止回阀。在一个优选的实施方案中，所述泵是可从该装置拆除的，以允许该储液罐被重新充填。作为对泵的替代方案，所述容器可以仅包括一个压力阀，用于连接到一个分立的加压气体源。优选地，所述容器还包括一个压力调节器。例如，所述压力调节器可包括一个泄放阀，被配置为如果该容器内的压力超过一个预定水平则释放水和/或空气。优选地，所述输出阀是水龙头。优选地，所述水龙头具有一个外部喷口，其向下成角度斜角，以在水龙头被关闭之后促进留在该喷口之内的任何水流出。可选地，所述外部喷口可包括一个软管接头，用于接收可拆除的软水管。用于本发明的优选的水过滤器适于超滤(ultrafiltration)，也即去除尺寸大于 0.01微米的所有颗粒。在另一个优选实施方案中，所述过滤器适于纳米过滤或反渗透。反渗透过滤器能够从液体中去除除纯水(H2O)以外的一切(包括盐和油)。纳米过滤去除尺寸大于0. 001微米的颗粒(包括含水盐)。水在压力差之下穿过该水过滤器。与该容器未被加压时水可穿过的过滤器相比， 这允许水穿过更为细密的过滤器。一个小于或等于25纳米的孔径足以从液体中去除大部分微生物物质，包括病毒， 从而提供安全饮用水和一个比以前可用的更为有效的便携式水过滤系统。然而，为了更为安全，本发明的优选实施方案具有小于或等于20纳米的孔径，以及更优选地具有小于或等于15纳米的孔径。如本领域中所知，材料的孔径实际上是材料中孔(或洞)的个体尺寸的平均值，因为不可避免的是，包括大量的孔的任何材料在这些个体尺寸方面将存在一些差异。用于本发明的优选的过滤器，具有紧密限定的孔径分布，以使得在最大孔径和平均孔径之间的差被最小化。优选地，孔径分布的标准偏差小于平均孔径的30%，更优选地是小于平均孔径的 15%。在本发明的优选实施方案中，该过滤器具有小于等于30纳米的最大孔径，更优选地， 小于或等于25纳米，且更优选地小于或等于20纳米。在其他实施方案中，最大孔径可以甚至更小，以执行例如纳米过滤或反渗透。优选地，本发明的水容器将通过任何大小的压力差来过滤水。例如，优选实施方案的工作压力差优选地大于IOkPa,更优选地在50kPa-1500kPa的范围内，更优选地在 100kPa-1000kPa的范围内，更优选地在150kPa_300kPa的范围内。本发明的水过滤器优选地是膜过滤器。它优选地包括至少一个亲水膜。亲水膜对于水有吸引效果，因此水会比其他液体和气体更优先地穿过它们。这样，不仅仅是改进了由优选实施方案提供的过滤，而且甚至当该过滤器未被完全浸没在液体中时仍可使用该过滤
ο优选地，所述膜是毛细管中空纤维膜。这些膜用于过滤水，因为只有小于它们孔径的颗粒才能够穿过它们。所述纤维膜可包括碳或者其他化学元素，或者反渗透膜。在该过滤器中可包括不同类型的过滤膜的组合。这些可以包括超滤、纳米过滤和反渗透膜。一旦水在压力差的作用下进入了毛细管膜的壁，则沿着其管状结构将被传输到输出部。由此，水可在沿着膜壁的任意点进入并达到输出部，同时还得到过滤。优选地，该过滤器基本沿着该容器外壳的整个长度延伸，从而保证任何水均与所述膜相接触。优选地，该过滤器沿着所述容器的长度的70%以上延伸，更优选地在80%以上，更优选地在90%以上。这意味着，当穿过该外壳的壁在该容器外壳的内部和外部环境之间存在压力差，且输出阀打开时，该容器内的水就将穿过所述过滤器流至输出阀，而基本不管该装置的取向。优选地，该水过滤器包括一个环形外壳，所述环形外壳具有外壁，该外壁具有多个穿过其的洞。在本发明的一个优选实施方案中，该过滤器是基本圆柱形的。优选地，所述洞分布在所述过滤器的基本整个长度上。该过滤器优选地可从该容器拆除。这允许根据需要来清洁和更换该过滤器。
现在将参考附图详细描述本发明的一个实施例，附图中图1是具有局部剖面的储罐的立体图；图2是图1的储罐的截面图；图3是图1的储罐的高程视图；图4是图1的储罐的一个端视图；而图5是图1的储罐的底部的局部视图。
具体实施例方式图1和2示出了根据本发明设计的储罐10。储罐10包括一个容器外壳11，其具有四个侧壁12-15、一个底部16，以及一个顶部17。储罐10包括一个手动泵单元18和一个水滤芯19，它们被置于外壳11之内；以及一个外部安装的水龙头20，其联接到水滤芯19。 承载手柄21是与顶部17 —体成型的。在构成时，储罐10被密封，而且既是水密性的又是气密性的。水滤芯19优选地是属于提交于2007年9月25日的国际专利申请PCT/ GB2007/003623(国际公布号W02008/037969)中所描述的类型。这种类型的过滤器由中空纤维膜22的阵列(matrix)制成，该中空纤维膜通常具有能够进行超滤的平均孔径(pore size)。正因为如此，滤芯19对于去除细菌、病毒、孢囊、寄生虫、真菌和所有其他的水生病原体都是有效的。事实上，这样的过滤器从水中去除所有的微生物物质，以提供安全、无菌的饮用水。在本发明的优选实施方案中使用的优选的纤维膜22阻挡水中大于log6(99. 9999% )的细菌、孢囊、寄生虫和真菌，以及阻挡水中大于log4(99. 99% )的病毒。纤维膜22还从水中移除沉积物和其他沉淀。手动泵单元18提供了所需的穿过该储罐10的壁的压力差，从而当水龙头20打开时，驱动水穿过所述中空纤维膜22的壁，且之后沿着纤维膜22的长度到达纤维膜在水龙头 20处的开口端部。提供如上面所述的水滤芯19，允许使用者使用来自广泛源头(包括开放的水源) 的水，有效地使其成为对于饮用为安全的水。适于随同本发明使用的纤维膜都是市面有售的，例如可使用来自诺芮特(Norit) (www. norit. com)的X-How(TM)毛细管膜。所述中空的纤维超滤膜22对于屏蔽所有混浊物、细菌以及病毒都是有效的。水滤芯19与底部16邻接，且通过一个螺帽压力接头(compression fitting) 23 可拆卸地附接到容器10的顶部。此架构的一个好处在于，虽然当就位时被完全密封，但水滤芯19随时可被拆除以供清洁或更换。这样，如果水滤芯19在某些方面损坏，则不需要更换整个储罐10。在附图中所示的手动泵单元18优选地属于提交于2007年9月25日的国际专利申请PCT/GB2007/003623(国际公布号W02008/037969)中所详细描述的类型。它通过螺帽压力接头M被附接到储罐10，以保证流体密封。类似于水滤芯19，整个泵单元18被设计为可从储罐10拆除。在此优选实施方案中示出的泵是一个简单的1 1泵，其中使用者为致动泵所需要克服的压力与该容器中的压力相等。然而，根据本发明的泵可以使用棘轮系统或齿轮系统。这些机构允许更简单地手动致动泵18(从而允许容器内的压力可被增加到比原本情况更高的水平)。储罐10还包括一个附加的碳过滤器25，水可先经过该碳过滤器然后再离开通过所述水龙头。已知碳过滤器对于从水中移除化学物是有效的。在该优选实施方案中所使用的碳过滤器25是活性碳过滤器，尽管如此可采用其他类型的碳基过滤器(如木炭过滤器)。为了从水中去除杂质，从容器外壳11中拆除泵18，然后将未处理的水倒入储罐 10。接着将泵18重新附接到容器外壳11，且将泵手柄沈解锁并反复地将其从退回位置移动到闭合位置，从而通过活塞轴观使活塞头27上下移动。这具有如下效果迫使空气穿过止回阀四，从而增加容器11内的压力。当使用者打开水龙头20时，内部压力迫使水穿过水滤芯19内的中空管膜22且最终通过水龙头20从容器11中流出以供使用者收集。该外壳11还包括位于水龙头下方的一个凹口 36，其允许用来自储罐10的清洁的水容易地充填其他容器(诸如标准的军队发行的水瓶以及其他盛水装置)。该储罐10具有多个内部支撑构件30，其在容器11的相对的侧壁部分13、15之间延伸，从而在容器载有水且通过空气被加压时提供增强的容器壁变形抗性。如所示，每个支撑构件30由一个中空管31构成，所述中空管与容器外壳11的侧壁部分13、15是一体的。 所述中空管31的轮廓为具有5°的倾斜角(pitch angle) θ的凹面形式。这个形状类似于三维拱形。凹面设计将负荷均勻地分散，以将应力分散到更大的表面面积，从而增强了由支撑构件提供的刚性。倾斜角可以根据需求进行选择。中空支撑构件30允许将储罐10附接到负载运输系统。具体地，每个中空管31提供了一个开口通道，该开口通道连接了相对的侧壁部分13、15，可设想支撑杆或类似物可被插入穿过该通道。这样的杆例如可用作轮轴，从而允许通过轮子运输该容器。容器外壳11的侧壁12-15被成型为带有凹陷32的图案，以在选定位置提供增强的结构刚性，从而在受负载时抵抗侧壁的变形。这些凹陷32被配置为提供通道，所述通道用于接收围绕容器11的周界所施用的捆带条(未示出)。如图3和4中所示，端壁12、14和顶壁17包括倾斜部分33。倾斜部分33提供了进一步的结构增强，以允许容器外壳11在受到负荷时尤其是当在容器的壁的两侧建立了压力差时抵抗变形。此实施例中的倾斜角θ介于3°到7°之间，但这些可根据需要改变。 这些倾斜角也允许储罐11被楔入紧凑空间中，例如车辆中。如图5所示，底部16具有多个扁平的足部34，被配置为抵抗底部16的变形。底部16具有倾斜部分35，其也帮助底部16在负载下抵抗变形。常规的储罐被成型为具有一个凹入的底部，已经发现，当储罐被增压时，该底部易于“吹胀(blow out)”，以使得该储罐不能保持直立。本发明的储罐10被设计为使得所述底部的在负载下最容易变形的区域位于所述多个足部34的高度上方。底部16的形状被设计为允许外壳11在负载下有一个必然的膨胀度，同时抵抗足部34的变形，以防止储罐10翻倒。所示的该配置中的多个足部34 也使得储罐11易于制造。它们沿起模方向(in the line of draw)构造，这降低了模塑工具所需的复杂度，从而降低了生产总成本。
权利要求
1.一种水容器，包括用于容纳水的容器外壳，该容器外壳具有至少一个内部支撑构件，所述内部支撑构件联接在所述容器的壁的相对的侧壁部分之间以抵抗所述容器外壳的变形；水过滤器，延伸到所述容器外壳内；输出阀，联接到所述水过滤器；以及，用于穿过所述容器外壳的壁建立压力差的装置；其中所述水过滤器包括一个或多个膜，所述膜有效地实现在所述压力差的作用下使水优先于空气通过。
2.根据权利要求1所述的容器，其中所述容器具有介于5升到20升的容量。
3.根据权利要求1或2所述的容器，其中所述容器外壳是用水级高密度聚乙烯(HDPE) 制成的。
4.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述至少一个内部支撑构件是由中空管构成的，所述中空管与所述容器外壳的侧壁部分成为一体。
5.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述容器外壳的一个或多个侧壁包括凹陷的图案，以在选定位置提供增强的结构刚性，从而在受负载时抵抗所述侧壁的变形。
6.根据权利要求5所述的容器，其中所述凹陷被配置为提供通道，所述通道用于在使用中接收围绕所述容器周界所施用的捆带条。
7.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述容器外壳还包括一个底部，所述底部具有多个扁平的足部。
8.根据权利要求7所述的容器，其中所述底部、侧壁和顶壁中的一个或多个包括倾斜部分，以抵抗所述底部的变形。
9.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述用于建立压力差的装置包括一个泵。
10.根据权利要求9所述的容器，其中所述泵是可拆除的，以便于重新填充所述容器外
11.根据权利要求1到8中任一所述的容器，其中所述容器包括一个压力阀，用于连接到一个分立的加压气体源。
12.根据任一前述权利要求所述的容器，还包括一个压力调节器。
13.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述输出阀包括一个水龙头。
14.根据权利要求13所述的容器，其中所述水龙头具有一个外部喷口，该外部喷口向下成角度倾斜，以在所述水龙头被关闭之后促进留在所述喷口之内的任何水流出。
15.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述水过滤器被配置为去除尺寸大于 0. 01微米且优选地大于0. 001微米的所有颗粒。
16.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述水过滤器包括至少一个亲水膜。
17.根据权利要求16所述的容器，其中所述至少一个膜是毛细管中空纤维膜。
18.根据权利要求16或17所述的容器，其中所述过滤器基本沿着所述容器外壳的整个深度延伸，保证当所述外壳处于竖立位置时任何水均与所述膜接触。
19.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述水过滤器是可拆除的滤芯。
20.根据任一前述权利要求所述的容器，其中所述容器外壳是储罐。
21.根据权利要求1到19中任一所述的容器，其中所述容器外壳是大水桶。
全文摘要
储罐(10)，包括容器外壳(11)，所述容器外壳(11)具有四个侧壁(12-15)、底部(16)和顶部(17)。所述储罐(10)包括手动泵单元(18)和置于所述外壳(11)之内的水滤芯，以及一个外部安装的水龙头(20)，所述水龙头(20)联接到所述水滤芯。承载手柄(21)是与顶部(17)一体地成型的。当构成时，该储罐(10)被密封，且既是水密性的又是气密性的。该容器外壳(11)包括至少一个内部支撑构件(30)，所述内部支撑构件由中空管(31)构成，所述中空管(31)与所述侧壁(13，15)成为一体。
文档编号C02F1/00GK102574702SQ201080047810
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月7日
发明者迈克尔·普里查德 申请人:迈克尔·普里查德
