專利名稱：用于凈化水的陶瓷濾芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化水的陶瓷濾芯，其可作為帶有外殼和不帶有外殼的濾芯使用。
背景技術(shù)：
在許多國家中，給居民提供飲用水是未來最大的問題。尤其是在有衛(wèi)星城的大城市中或在離開文明地區(qū)(civilisation)的地方，可以預(yù)料到的是，飲用水被污垢和病原體例如細(xì)菌、病毒和孢子所污染。痢疾、霍亂、斑疹傷寒癥、肝炎、腦灰質(zhì)炎或破傷風(fēng)僅是可通過被污染的飲用水傳播的少數(shù)幾種疾病實例，其中在全世界范圍內(nèi)每年有三到四百萬兒童由于這些疾病而死亡。特別是在發(fā)展中國家的大城市中，有多至90％的污水未經(jīng)處理地流入到河流或地下水中。世界衛(wèi)生組織預(yù)期，在2050年，近一半(44％)的世界人口將不再能喝到純凈水。
由于已經(jīng)假定在21世紀(jì)中大部分戰(zhàn)爭的目標(biāo)是獲取純凈水，飲用水問題將在全世界范圍內(nèi)被涉及。因此，例如試圖保證充足的污水處理設(shè)備，淡化海水，或者構(gòu)建使用氯或臭氧的化學(xué)消毒設(shè)備。盡管已有這些措施，但是問題還沒有解決，這從在世界的許多旅館里人們被警告不要飲用自來水的事實看出。這些警告在美國、俄羅斯或中國都可見到。僅在中歐、西歐和北歐自來水有很好的質(zhì)量。然而，如果水例如在蓄水池中長時間存儲，則需要水凈化劑如氯離子或銀離子。
污水處理設(shè)備，海水淡化設(shè)備等大規(guī)模地用于處理水問題的目的。然而，由于這些措施都非常昂貴，一半以上的世界人口早已在忍受質(zhì)量差且通常是被污染的飲用水。在一些國家如中國，飲用水在市場上罐裝出售。因此，當(dāng)飲用水只能從水坑、小溪、泉眼或河流中得到時，個人對干凈飲用水的需求不是從遠(yuǎn)離文明社會開始，而是已經(jīng)開始更早。
對于戶外領(lǐng)域，飲用水過濾器早已被引入，該過濾器是手動且耗體力的并且適合任何背包。對于這種移動式過濾器系統(tǒng)，世界市場的領(lǐng)導(dǎo)者是Katadyn公司，今天他們這種名為“Certipur”的產(chǎn)品。這種過濾器在其內(nèi)部具有一由塑料(聚合物)或硅藻土制成的多孔的容器，例如，此容器配備有活性炭和銀化合物，并且穿過該容器泵入被污染的水。在多孔的容器內(nèi)部的活性炭由于其很大的表面積而被用來從水中分離細(xì)菌并將其吸收。使用銀的目的是殺死細(xì)菌。這種過濾器尤其是為跋涉者設(shè)計和為探險隊考慮的。它們經(jīng)受極端壓力，但卻是復(fù)雜和昂貴的，因此沒有被開發(fā)為大量使用。
生產(chǎn)既適合廣泛應(yīng)用又可為個人提供純凈水的濾芯的試驗并不缺乏。這些過濾器幾乎只是固定的水凈化設(shè)備，該設(shè)備在水龍頭之前整合在水管中，并對水進(jìn)行化學(xué)或物理的消毒。在此，例如一個例外是來自Brita的水過濾器，它在離子交換器的基礎(chǔ)上工作并作為廚房中的移動設(shè)備操作(類似于咖啡機)。這些系統(tǒng)具有復(fù)雜和昂貴的特征。
相對成本低廉的簡單設(shè)備在多孔的聚合物過濾器基礎(chǔ)上工作，該聚合物過濾器與活性炭結(jié)合(Filtrix，最大的活性炭生產(chǎn)公司的子公司，Norit或Smith Hodgins)。然而，由于聚合物并是不設(shè)計用于高溫、機械應(yīng)力(例如清洗)、和酸性和/或堿性水，它們的使用范圍受嚴(yán)格限制。這種過濾器不可用于海水、有鹽味的水、含有二氧化碳的水或者含有糖的水。然而，這種過濾器的最大問題是，它們只能困難地清潔(如果情況確實如此，使用化學(xué)清潔劑)或僅作為一次性產(chǎn)品簡單器地出售。
在此，為了避免后面的缺點并且尤其是清潔的困難，道爾頓(Doulton)使用陶瓷濾筒作為他們過濾器的外部套筒。其中在他們的產(chǎn)品說明書中，道爾頓建議，在使用后在自來水龍頭下面用砂紙清潔這些陶瓷濾筒。這些沒有任何類型過濾功能的濾筒具有水滲透性且包含促進(jìn)消毒的銀離子。這些濾筒用實際的過濾材料活性炭填充，它由于其較大的表面積可吸收污染物并從而凈化水。
總之，可以說純凈的飲用水是世界范圍內(nèi)稀缺的，到2050年有超過40％的世界人口將不再獲得干凈的飲用水。雖然污水處理設(shè)備、海水凈化設(shè)備等處理這個問題，但是此問題由于高費用和政治條件還沒有得到合適的解決。僅在中歐、西歐和北歐飲用水有很好的質(zhì)量。
為了給個人提供高質(zhì)量的飲用水，有昂貴的、復(fù)雜的戶外解決方案，其不適合用于廣泛應(yīng)用。這些解決方案通過由于其較大的表面積可從被污染的水中吸收細(xì)菌的活性炭和殺菌的銀工作。此外，通過活性炭或通過離子交換器來凈化水的固定的設(shè)備和可移動設(shè)備是已知的。非常復(fù)雜和昂貴的原理在此也造成廣泛應(yīng)用是不可想象的，尤其是在貧窮的國家。然而，除了使用活性炭，開始使用聚合物濾芯分離細(xì)菌的方法也越來越多地被關(guān)注。聚合物過濾器可覆蓋較大范圍的孔隙尺寸，但是作為過濾材料非常容易損壞。如果情況確實如此，它們的操作(復(fù)雜的污水抽吸)也是非常麻煩的并且僅能用化學(xué)方法凈化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，開發(fā)一種新穎的水過濾器，其具有簡單、成本低的分離原理，實現(xiàn)了方便的搬運，在大的溫度范圍內(nèi)機械、化學(xué)和物理穩(wěn)定，而且也便于清潔。
該目的由一種陶瓷濾芯實現(xiàn)，該陶瓷濾芯包括一管狀主體，其由至少一個壁和至少一個在管狀主體的整個長度上構(gòu)成的通孔，所述至少一個壁設(shè)計為一功能層或一具有功能性涂層的基體，待過濾的水受壓地從外表面流入通孔中，或者經(jīng)由通孔的內(nèi)表面流到陶瓷濾芯的外表面。
按本發(fā)明，陶瓷濾芯安裝在具有一個出水口和一個進(jìn)水口的外殼內(nèi)，優(yōu)選地在通孔的第一開口端，外殼具有一個封閉通孔的第二開口端的閉鎖螺釘。
在上下文中，功能層被理解為模制的陶瓷體或任意厚度的陶瓷層，借其發(fā)揮過濾的功能。壁的厚度在濾芯的橫截面上看可以是不同的。
采用這些特征，制作一種陶瓷濾芯，它可以以緊湊的結(jié)構(gòu)制造，例如具有直徑2.5cm至3.5cm，長度接近15cm。因此這同樣便于運輸。按本發(fā)明的陶瓷濾芯適用于任意加載的水的過濾，并可以以不同的方式運行。與聚合物濾芯相比，其機械上穩(wěn)定、化學(xué)上惰性并且耐高溫。此外，通過在燒結(jié)(焙燒)過程中的溫度和按本發(fā)明的陶瓷濾芯所使用的材料的顆粒大小，可以非常簡單地專門制作陶瓷濾芯的孔尺寸的分布，因此，例如也同樣制造細(xì)菌或病毒過濾器。當(dāng)然，這些陶瓷濾芯也可有選擇地設(shè)有包含本身具有殺菌功效的銀離子的化合物。
陶瓷濾芯可以通過刷洗、反沖洗或通過在水中煮沸方便地清潔，并且不受限制地適合于長期使用。而且清潔也可通過化學(xué)的處理，例如使用氧化劑或酸來進(jìn)行。通過旋開閉鎖螺釘將通孔打開，通過該通孔，濾芯可以不用完全拆卸地沖洗。將閉鎖螺釘從外殼移開，陶瓷濾芯可以在其整個軸向長度上有液體流過以便用于清潔。尤其是，如果待過濾的水經(jīng)由通孔的內(nèi)表面流到陶瓷濾芯的外表面，保留在通孔內(nèi)的殘留物可用此方法簡單地去除。
如果陶瓷濾芯設(shè)計為桿狀元件，其在橫截面上是圓形的且具有多個通孔，可通過最小的外部尺寸可提供一個大的過濾面積。
陶瓷濾芯由硫族化物組中的化合物、優(yōu)選氧化物和/或硫化物和/或碳化物和/或氮化物經(jīng)燒結(jié)過程制成。例如有下列元素的(必要時氫氧化合的)氧化物，例如Zn、Ce、Sn、Al、B、Si、Ti、Zr、Y、La、Fe、Cu、Ag、Ta、Nb、V、Mo或W，優(yōu)選ZrO2、Al2O3、TiO2、CexOy、FexOy、ZnO、Y2O3、SnO2和SiO2，但是還有磷酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽和錫酸鹽例如鋇錫酸鹽，Zn和Ag的硫化物，例如W或Si的碳化物，例如Al、Si或Ti的氮化物，例如相應(yīng)的混合氧化物，如金屬-錫氧化物，例如銦-錫氧化物(ITO)、銻-錫氧化物(ATO)、添加氟的錫氧化物和添加鋅的鋁氧化物或者混合氧化物如BaTiO3。此外，可以使用指定的粉末混合物。按本發(fā)明的陶瓷濾芯可以只由以上提及的混合物制造，或者陶瓷濾芯在內(nèi)和/或外表面上被涂層，單獨的涂層可包括上述提及的粉末混合物。
如果進(jìn)行涂覆，涂層厚度優(yōu)選在100nm到200μm之間，并且主要采用2μm到100μm的涂層厚度。
如果按本發(fā)明的陶瓷濾芯可以只由功能層制成，這些功能層按照應(yīng)用可被設(shè)計為具有尺寸范圍為100nm至10μm的多個孔隙的多孔的。孔隙分布按照需要可以選擇為非常緊密或者也可以非常分散的。如果按本發(fā)明的陶瓷濾芯由基體和功能性涂層制成，基體通常具有從1至2μm的孔隙尺寸，并且涂層具有總是小于待過濾出材料的顆粒的孔隙尺寸。
在另一個實施例中，按本發(fā)明的陶瓷濾芯具有一接口件。在此實施例中，陶瓷濾芯也可通過使用一真空裝置進(jìn)行操作。在最簡單的情況下，這通過將陶瓷濾芯的一封閉端亦即優(yōu)選由閉鎖螺釘封閉的端部浸入污水中和在陶瓷濾芯的開口端上設(shè)計一接口件來進(jìn)行。在本文中，按本發(fā)明的陶瓷濾芯可如飲水吸管一樣被使用。無接口件的實施方式也是可能的。
由于陶瓷濾芯被安裝在具有一個進(jìn)水口和一個出水口的外殼內(nèi)，它可被旋到任何的自來水龍頭上，因此可廣泛使用并且是非常方便用戶使用的。2至6巴(bar)的自來水管的常規(guī)壓力對于污水過濾是足夠的。優(yōu)選地，在殼蓋和/或殼體上可以安裝和/或構(gòu)成快速作用的閉合件，用于連接于附件和/或軟管。這具有的優(yōu)點是，按本發(fā)明的陶瓷濾芯可連接到任意的普通的水供給系統(tǒng)上。這可通過螺紋閉合件或快速閉合件(例如Gardena系統(tǒng))或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有形式的閉合件實現(xiàn)。當(dāng)然，即使輸送污水的壓力不來自水管線路系統(tǒng)，按本發(fā)明的陶瓷濾芯也可運行。
在本文中，外殼優(yōu)選由殼蓋和殼體多件式地構(gòu)成。這具有的優(yōu)點是，按本發(fā)明的陶瓷濾芯可以盡可能簡便地維護(hù)和清潔。待清潔或更換的陶瓷濾芯或者通過打開外殼或通過簡單旋轉(zhuǎn)移開閉鎖螺釘進(jìn)行更換，因此能實現(xiàn)高效率的可反沖洗性，以便清潔過濾器。
如果外殼由多個部件構(gòu)成，各外殼部件液體密封地可拆式相互連接。有利的是，按本發(fā)明的陶瓷濾芯可以以被受壓的方式運行。
如果陶瓷濾芯由粗孔的基體和負(fù)責(zé)實際孔隙尺寸分布的薄的功能性涂層構(gòu)成，這有利的是，待過濾的水可流過具有較小阻力的粗孔的基體。采用這種措施，相對于在其整個橫截面上具有這種細(xì)孔結(jié)構(gòu)的細(xì)孔濾芯，流量可顯著提高，并且提高了所使用陶瓷濾芯的效率。
在特殊的實施方式中，外殼的內(nèi)表面和陶瓷濾芯本身可以用殺微生物(biocidal)的材料和/或包含銀離子的材料涂層和/或處理。這擴展了按本發(fā)明的陶瓷濾芯的使用可能性。
其他的優(yōu)點從附圖的描述得出。上述引用的和下面列出的特征也分別可以單獨或任意相互組合使用。所引用的實施方式不理解為最終的列舉，而是具有示范性的特征。


圖1示出按本發(fā)明的陶瓷濾芯的垂直剖面圖；圖2示出按本發(fā)明陶瓷濾芯的整體沿圖1的II-II線的俯視圖；圖3示出安裝在具有進(jìn)水口和出水口的多部件式外殼內(nèi)的按本發(fā)明的陶瓷濾芯；圖4示出一種具有活性炭濾芯的按本發(fā)明的陶瓷濾芯。
附圖的各個圖以非常示意的形式示出按本發(fā)明的對象，并且這些圖不是按比例示出的。
具體實施例方式
圖1以垂直剖面圖示出一陶瓷濾芯10，其具有由多孔燒結(jié)材料制成的壁11和多個通孔12，待過濾的水或濾出液可以流過所述通孔。陶瓷濾芯10具有第一開口端13和第二開口端14。待過濾水的流動方向由箭頭15和16標(biāo)示。如果端部13、14中的一端被封閉，待過濾的水可受壓地流過內(nèi)表面17或外表面18的壁。根據(jù)操作模式，細(xì)孔的涂層可附加地涂覆到內(nèi)表面17或外表面18上。
圖2示出按本發(fā)明的陶瓷濾芯沿圖1的II-II線的俯視圖。陶瓷濾芯10設(shè)計為圓形的并具有多個通孔12。在各個通孔12之間構(gòu)成壁11，其部分或完全地用作過濾器表面。內(nèi)表面17和/或外表面18具有功能性涂層，其與按本發(fā)明的相應(yīng)的陶瓷濾芯10的使用區(qū)域相匹配。
圖3示出按本發(fā)明的陶瓷濾芯10的縱截面，如該濾芯安裝在具有一個殼蓋19和一個殼體20的外殼內(nèi)。殼蓋19具有一個進(jìn)水口21，殼體20具有一出水口22。待處理的水經(jīng)由進(jìn)水口21通過殼蓋19流入到陶瓷濾芯10中，并經(jīng)由出水口22作為濾出液離開外殼。外殼本身被設(shè)計成壓力穩(wěn)定的并可由塑料或金屬制成。在殼體20的下端部上設(shè)置一閉鎖螺釘23，其可從殼體20上旋出以便反沖洗和清洗陶瓷濾芯10。陶瓷濾芯10經(jīng)由密封件24插入到殼體20和殼蓋19中，并且閉鎖螺釘23也液體密封地旋入到殼體20中?？焖僮饔玫拈]合件和/或相應(yīng)的連接系統(tǒng)可安裝于殼蓋19的自由端和出水口22的自由端，使得這些外殼部件可盡可能容易地連接到水龍頭和/或現(xiàn)有的軟管系統(tǒng)上。殼蓋19可去除地、但液體密封和壓力密封地與殼體20連接。
圖4示出按本發(fā)明的陶瓷濾芯的縱向剖面圖。濾芯根據(jù)在圖3中示出的濾芯構(gòu)成，但是附加地具有包圍陶瓷濾芯10管狀主體的活性炭濾芯30?；钚蕴繛V芯30和陶瓷濾芯10的管狀主體集成在具有一個進(jìn)水口21和一個出水口22的外殼內(nèi)?；钚蕴繛V芯30利用密封座31密封地圍繞陶瓷濾芯10的管狀主體設(shè)置。待過濾的水受壓地流動，亦即形成一強制的流動，經(jīng)由通孔的內(nèi)表面流到管狀主體的外表面，然后穿過活性炭濾芯30，亦即從內(nèi)部流到外部。因此，待凈化的水按順序地流過陶瓷濾芯10的管狀主體和活性炭濾芯30?；钚蕴繛V芯可由活性炭的松散的散料構(gòu)成。然后可省去一密封座。使用活性炭濾芯30，例如用于從待過濾的水中去除有機調(diào)味劑(flavoring agent)和/或氯。
權(quán)利要求
1.一種用于凈化水的陶瓷濾芯(10)，包括一管狀主體，該管狀主體由至少一個壁(11)和至少一個在管狀主體的整個長度上構(gòu)成的通孔(12)，所述至少一個壁(11)設(shè)計為一功能層或一具有功能性涂層的基體，待過濾的水受壓地從外表面(18)流入通孔(12)中，或者經(jīng)由通孔(12)的內(nèi)表面(17)流到陶瓷濾芯(10)的外表面(18)，其特征在于，陶瓷濾芯(10)安裝在一個外殼內(nèi)，該外殼具有一個出水口(22)和優(yōu)選在通孔(12)的一第一開口端(13)上具有一個進(jìn)水口(21)，所述外殼具有一個封閉所述通孔(12)的一第二開口端(14)的閉鎖螺釘(23)。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)設(shè)計為一個桿狀元件，它在橫截面上是圓形的且具有多個通孔(12)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)由硫族化物組中的化合物、優(yōu)選氧化物和/或硫化物和/或碳化物和/或氮化物通過燒結(jié)過程制成。
4.如權(quán)利要求1至3其中一項所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)的管狀主體由一活性炭濾芯(30)包圍。
5.如權(quán)利要求1至4其中一項所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)具有一接口件。
6.如權(quán)利要求1至5其中一項所述的陶瓷濾芯，其特征在于，外殼由一個殼蓋(19)和一個殼體(20)多件式地構(gòu)成，各外殼部件液體密封地可拆式相互連接。
7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷濾芯，其特征在于，在殼蓋(19)和/或殼體(20)上可以安裝和/或構(gòu)成接頭，優(yōu)選為快速作用的閉合件，用于連接到附件和/或軟管上。
8.如權(quán)利要求1至7其中一項所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)由一個粗孔的基體和一個細(xì)孔的功能性涂層構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1至8其中一項所述的陶瓷濾芯，其特征在于，陶瓷濾芯(10)用殺微生物的材料和/或包含銀離子的材料涂層和/或處理。
全文摘要
在用于凈化水的陶瓷濾芯(10)中，該濾芯由一管狀主體構(gòu)成，其包括至少一個壁(11)和至少一個在管狀主體的整個長度上構(gòu)成的通孔(12)。所述壁(11)設(shè)計為一功能層或一具有功能性涂層的基體，待凈化的水受壓地流過外表面(18)并流入通孔(12)中，或者待凈化的水受壓地從通孔(12)的內(nèi)表面(17)流到陶瓷濾芯(10)的外表面(18)。
文檔編號B01D29/31GK1842362SQ200480024316
公開日2006年10月4日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者O·賓克勒, R·農(nóng)寧格, H·羅德, R·福爾茨 申請人:Itn納諾瓦圣有限公司