Затвор картриджа для обработки воды

Затвор картриджа для обработки воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области картриджей для обработки воды и, конкретнее, к области техники картриджей для обработки воды, которые содержат затвор для остановки потока воды через картридж для обработки воды.

Уровень техники

Вода может содержать много различных видов загрязняющих веществ, включающих в себя, например, частицы, химикаты и микробиологические организмы, такие как бактерии, вирусы и протозоа. В ряде обстоятельств эти загрязняющие вещества должны быть снижены в концентрации или полностью удалены из воды, прежде чем вода станет питьевой.

Качество воды по всему миру сильно различается. В США и других развитых странах питьевая вода обычно обрабатывается муниципально. Во время обработки загрязняющие вещества, такие как взвешенные твердые частицы, органические вещества, тяжелые металлы, хлор, бактерии, вирусы и протозоа, удаляются из воды, прежде чем она поступает в дома потребителей. Однако неисправная работа оборудования и (или) аварии инфраструктуры и другие проблемы с сооружениями для очистки воды могут привести к неполному удалению загрязняющих веществ.

Многие развивающиеся страны не имеют сооружений для обработки воды. По существу, существуют смертельные последствия, связанные с контактом с загрязненной водой, поскольку многие развивающиеся страны имеют возрастающие плотности населения, возрастающую нехватку водных ресурсов и не имеют сооружений для обработки воды. Обычно источники питьевой воды располагаются на близком расстоянии от человеческих и животных отходов, так что микробиологическое загрязнение является крупным поводом для беспокойства в отношении здоровья.

Согласно оценкам, шесть миллионов человек умирают ежегодно в результате водного микробиологического загрязнения, половина из которых - дети в возрасте до 5 лет. В 1987 году Управление по охране окружающей среды США (здесь «ЕРА») выпустило «Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological Water Purifiers» («Руководящие стандарт и протокол для тестирования микробиологических очистителей воды»). Эти руководящие стандарт и протокол устанавливают минимальные требования в отношении эффективности устройств фильтрования питьевой воды, которые разработаны для снижения отдельных вредных для здоровья загрязняющих веществ в общественных или частных запасах воды. Требования эти заключаются в том, чтобы фильтрат из источника запаса воды показывал 99,99% (или, эквивалентно, 4 log) удаления вирусов, 99,9999% (или, эквивалентно, 6 log) удаления бактерий и 99,9% (или, эквивалентно, 3 log) удаления протозоа (цист) по сравнению с начальным уровнем.

Руководящие стандарт и протокол ЕРА, а также другие стандарты тестирования по удалению химикатов и частиц (например, хлора, летучих органических соединений, тригалометанов, мутности и т.д.) Национального фонда санитарного контроля (здесь «NSF») требуют, чтобы картриджи для обработки воды тестировались по своей номинальной пропускной способности (например, 100 галлонов) или немного сверх нее (например, 120 галлонов) в зависимости от присутствия индикаторов жизни. Обычно ожидается, что эффективность картриджа для обработки воды будет снижаться, когда картридж для обработки воды используется сверх своей номинальной пропускной способности, так что химикаты и микроорганизмы могут проходить через картриджи для обработки воды в вытекающую воду. Чтобы защитить пользователей этих картриджей для обработки воды от вреда, производители картриджей для обработки воды обычно инструктируют потребителя удалять картриджи для обработки воды по истечении заранее заданного срока и (или) пропускной способности. Однако, основываясь на распространенной практике потребителей, ожидается, что такие инструкции будут проигнорированы или утеряны, что приведет к использованию картриджа для обработки воды сверх его номинального срока и (или) пропускной способности. Таким образом, существует потребность в обеспечении пользователей картриджа для обработки воды картриджами для обработки воды, которые по меньшей мере существенно останавливают поток воды через них после заранее заданного количества времени для обеспечения соответствия пользователя, обеспечивая таким образом безопасность и благополучие пользователя.

Дополнительно, из-за вышеупомянутых проблем со здоровьем, связанных с загрязненной водой, особенно в развивающихся странах, существует желание обеспечить картридж для обработки воды, который по меньшей мере существенно останавливает поток воды через него, после того как загрязненная вода нарушает намеченный путь потока через картридж для обработки воды. То есть существует желание по меньшей мере существенно остановить поток воды через картридж для обработки воды с момента, когда загрязненная вода в первый раз нарушает намеченный путь потока через него, после относительно короткого заранее заданного периода времени.

Сущность изобретения

Картридж для обработки воды может содержать впускное отверстие для поступления воды в картридж для обработки воды, выпускное отверстие для выхода воды из картриджа для обработки воды, материал обработки воды для обработки воды и затвор для по меньшей мере существенной остановки потока воды через картридж для обработки воды. Затвор может содержать привод. Габариты по меньшей мере части привода могут увеличиваться при воздействии воды, так что затвор по меньшей мере существенно останавливает поток воды через картридж для обработки воды после заранее заданного периода времени, в качестве прямого или косвенного результата увеличения габаритов привода. Остановка потока воды через картридж для обработки воды может быть необратимой.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является перспективным видом в разобранном состоянии картриджа для обработки воды, содержащего затвор.

Фиг.2 является видом сбоку картриджа для обработки воды по Фиг.1.

Фиг.3 является перспективным видом в разобранном состоянии затвора по Фиг.1.

Фиг.4 является видом сбоку в поперечном разрезе картриджа для обработки воды по Фиг.1, взятым по его линии А-А.

Фиг.5 является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления затвора картриджа для обработки воды по Фиг.4.

Фиг.6 является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления затвора картриджа для обработки воды по Фиг.4.

Фиг.7 является видом сбоку в поперечном разрезе картриджа для обработки воды по Фиг.4, в котором затвор располагается таким образом, чтобы блокировать порт потока.

Фиг.8А является графиком, иллюстрирующим % изменения веса и % изменения длины для диаметра приблизительно ¹/₄” (четверть дюйма) однодюймовым приводом МН 1657, в котором все стороны привода находятся в контакте с деионизированной (здесь «DI») водой при температуре окружающей среды (т.е. рост без ограничения).

Фиг.8В является графиком, иллюстрирующим % изменения веса и % изменения длины для диаметра приблизительно ¹/₄” (четверть дюйма) однодюймовым приводом МН 1657, в котором только верхняя поверхность привода находится в контакте с DI водой при температуре окружающей среды и движение существенно ограничено одним направлением (т.е. рост с ограничением).

Фиг.9 является графиком, иллюстрирующим кратковременное продвижение клапанов в результате поглощения воды приводом и роста, описанных в Примерах 1 и 2-2.

Фиг.10 является графиком, иллюстрирующим % изменения веса и % изменения длины для приводов МН 1657 без ограничения в воде при температуре 73°F и уровнях pH 4,7 и 10.

Фиг.11А является графиком, иллюстрирующим кратковременное продвижение клапанов в результате поглощения воды приводом МН 1657 с ограничением и роста при температурах воды 73°F и 85°F.

Фиг.11В является графиком, иллюстрирующим % изменения веса для приводов МН 1657 без ограничения при температурах воды 38°F, 73°F и 104°F.

Фиг.12 является графиком, иллюстрирующим % изменения веса и % изменения длины для приводов МН 1657 без ограничения в воде при температуре окружающей среды и при давлениях 0 psig и 55 psig.

Фиг.13А является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления затвора картриджа для обработки воды по Фиг.4.

Фиг.13В является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления затвора картриджа для обработки воды по Фиг.4.

Фиг.14А является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления верхней части корпуса по Фиг.4, где верхняя часть содержит второй затвор, при этом картридж для обработки воды отделен от части устройства для обработки воды.

Фиг.14В является видом сбоку в поперечном разрезе картриджа для обработки воды по Фиг.14А, где второй затвор располагается таким образом, что он блокирует порт потока, и при этом картридж для обработки воды соединен с частью устройства для обработки воды.

Фиг.15 является видом сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления верхней части корпуса по Фиг.4, где верхняя часть содержит альтернативный вариант осуществления затвора и второй затвор по Фиг.14-А, при этом картридж для обработки воды отделен от части устройства для обработки воды.

Подробное описание изобретения

Как используется здесь, фраза «сильно разбухающий в воде материал» относится к материалу, который имеет равновесное изменение длины по меньшей мере примерно 5% по меньшей мере в одном направлении при насыщении DI водой при 25°C и нормальном атмосферном давлении. Примеры сильно разбухающих в воде материалов включают в себя растворимые в воде полимеры, растворимые в воде полимеры с перекрестными связями, гидрогели, сополимеры, глины (например, бентонит) и дерево, но не ограничиваются этими материалами. Примеры растворимых в воде полимеров включают в себя полиэфиры (например, полиэтилен оксид и полиэтиленгликоль), полиимины (например, полиэтилен имин), акриловые полимеры (например, полиакриловая кислота и ее соли, полиметакриловая кислота и ее соли и полиакриламид), производные целлюлозы (например, гидроксиалкил целлюлоза, гидроксиалкил алкил целлюлоза и карбоксиметил целлюлоза), виниловые полимеры (поливинил алкоголь, поливинил амин и поливинил пирролидон), натуральные смолы и камеди (ксантановая смола и гуаровая смола) и крахмалы и модифицированные крахмалы, но не ограничиваются этими материалами. Примеры гидрогелей включают в себя полигидроксиэтилметакрилат, полиэтиленгликоль монометакрилат, полиакриловую кислоту с перекрестными связями, соли калия или натрия полиакриловой кислоты с перекрестными связями, соль калия полиакриловой кислоты-со-акриламида, соль натрия полиакриловой кислоты-графт-полиэтилен оксида с перекрестными связями, поли-2-гидроксиэтил метакрилат, поли-2-гидроксипропил метакрилат, соль натрия полиизобутилен-со-малеиновой кислоты с перекрестными связями и т.д.) и суперпоглотители (например, полиэтилен оксид с перекрестными связями), но не ограничиваются этими материалами. Примеры сополимеров включают в себя блочные сополимеры (например, полиамидные полиэфирные блочные сополимеры), случайные сополимеры и привитые сополимеры, но не ограничиваются этими материалами.

Как используется здесь, фраза «разбухающий в воде материал» относится к материалу, который имеет равновесное изменение длины между примерно 0,5% и примерно 5% по меньшей мере в одном направлении при насыщении DI водой при 25°С и нормальном атмосферном давлении. Примеры разбухающих в воде материалов включают в себя некоторые полиамиды, поликапролактам, нейлон 6-6 и нейлон 4-6, но не ограничиваются этими материалами.

Как используется здесь, фраза «не разбухающий в воде материал» относится к материалу, который имеет равновесное изменение длины менее чем примерно 0,5% по меньшей мере в одном направлении при насыщении DI водой при 25°С и нормальном атмосферном давлении. Примеры не разбухающих в воде материалов включают в себя полиолефины (например, полиэтилен и полипропилен), производные стирола (например, полистирол, акрилонитрил бутадиен стирол-ABS), сложные полиэфиры и поликарбонат, но не ограничиваются этими материалами.

Как используется здесь, термин «MV 1074» относится к имеющемуся в продаже блочному сополимеру полилаурилактама и полиэтиленгликоля Pebax® MV 1074 компании ATOFINA Chemicals, Inc., 2000 Market Street, Филадельфия, штат Пенсильвания, 19103-3222, США.

Как используется здесь, термин «МН 1657» относится к имеющемуся в продаже блочному сополимеру поликапролактама и полиэтиленгликоля Pebaxg МН 1657 компании ATOFINA Chemicals, Inc., 2000 Market Street, Филадельфия, штат Пенсильвания, 19103-3222, США.

Как используется здесь, термин «MV 3000» относится к имеющемуся в продаже блочному сополимеру полиамида и полиэфира PebaxO MV 3000 компании ATOFINA Chemicals, Inc., 2000 Market Street, Филадельфия, штат Пенсильвания, 19103-3222, США.

Как используются здесь, фраза «материал с высокой водопроницаемостью» относится к материалу, который имеет скорость передачи паров воды (здесь «MVTR») больше, чем примерно 600 г·мкм/м²·день при относительной влажности (здесь «RH») 90% и 38°C. Примеры материалов с высокой водопроницаемостью включают в себя полиамиды, блочные сополимеры полиамидов и полиэфиров, производные целлюлозы, полистирол, поликарбонат, пористую керамику, пористые металлы и пористые полимеры, но не ограничиваются этими материалами. Здесь MVTR измеряется согласно стандарту ASTM F 1249-90.

Как используются здесь, фраза «водопроницаемый материал» относится к материалу, который имеет MVTR между примерно 75 г·мкм/м²·день и примерно 600 г·мкм/м²·день при 90% RH и 38°C. Примеры водопроницаемых материалов включают в себя полиэтилен, полипропилен, полярные сополимеры олефина, такие как этилен-винилацетат (здесь «EVA»), этиленакриловая кислота (здесь «ЕАА»), этилен-метакриловая кислота (здесь «ЕМА»), этилен-винилалкоголь (здесь «EVOH»), но не ограничиваются этими материалами.

Как используется здесь, фраза «водонепроницаемый материал» относится к материалу, который имеет MVTR менее чем примерно 75 г·мкм/м²·день при 90% RH и 38°С. Примеры водонепроницаемых материалов включают в себя поливинилиден хлорид (здесь «PVDC»), непористую керамику, непористые металлы и металлизированные полимеры, но не ограничиваются этими материалами.

Как используется здесь, фраза «рост» относится к переходному геометрическому изменению материала, по мере того как он поглощает воду. Если материал ограничен так, что рост происходит практически в одном направлении, то рост представляется длиной, измеренной в направлении роста в различные моменты времени. Если материал неограничен, так что рост может происходить во всех направлениях, то рост представляется как длина, измеренная в направлении максимальной первоначальной длины в различные моменты времени.

Как используется здесь, фраза «равновесный рост» относится к конечной геометрии материала, который поглотил свое равновесное количество воды, и также представляется длиной, подобно определению «роста».

Как показано на Фиг.1, вариант осуществления настоящего изобретения может быть картриджем 10 для обработки воды, который может содержать корпус 20, впускное отверстие 22 для поступления воды в картридж 10 для обработки воды, выпускное отверстие для выхода воды из картриджа 10 для обработки воды, материал 26 обработки воды для обработки воды, материал 28 предварительной обработки для обработки воды и (или) защиты от засорения материала 26 обработки воды и затвор 30 для по меньшей мере существенной остановки потока воды через картридж 10 для обработки воды.

Корпус 20 может быть цилиндрическим, однако он может иметь различные формы и размеры. Корпус может содержать верхнюю часть 21 и нижнюю часть 23. Корпус 20 может быть изготовлен из одного или нескольких из множества материалов, включающих в себя один или комбинацию пластиков, металл и его сплавы, стекловолокно и т.д., но не ограничивающихся этими материалами. Корпус 20 может образовывать четко определенный отсек, который удерживает материал 26 обработки воды. Альтернативно, корпус может просто покрывать по меньшей мере одну из концевых частей материала 26 обработки воды (не показано). Дополнительно, часть корпуса 20, образующая впускное отверстие 22 или выпускное отверстие 24, может поддерживаться одним или более ребрами 32.

Впускное отверстие 22 может быть множеством отверстий (определенных ребрами 34), где верхняя часть корпуса 20 встречается с основной частью корпуса 20. Впускное отверстие 22 может располагаться на первом конце картриджа 10 для обработки воды (см. также Фиг.2). Альтернативно, впускное отверстие может быть единственным отверстием, расположенным на конце картриджа 10 для обработки воды, или впускное отверстие может быть частью открытого материала 26 обработки воды (например, открытой частью углеродного блока) (не показано). То есть вода может поступать в картридж 10 для обработки воды через открытую часть материала 26 обработки воды. Впускное отверстие 22 может опционально находиться сбоку или на втором конце картриджа 10 для обработки воды.

Выпускное отверстие 24 может быть круглым отверстием,

концентричным продольной оси картриджа 10 для обработки воды. Впускное отверстие 22 и выпускное отверстие 24 могут быть различного размера и расположены любым образом, который наилучшим образом служит применению. Таким образом, впускное отверстие 22 и выпускное отверстие 24 могут быть расположены в непосредственной близости (например, находиться в одном отверстии), на близком расстоянии (например, находиться на одной поверхности или конце) или удалены друг от друга (например, расположены на противоположных концах).

Материал 26 обработки воды может содержаться внутри корпуса 20. Материал 26 обработки воды может иметь сердцевинную область 36. Как используется здесь, «сердцевинная область» обозначает полость, образованную внутри материала 26 обработки воды. Сердцевинная область 36 может быть концентрична продольной оси картриджа 10 для обработки воды. Сердцевинная область 36 может располагаться непрерывно от первого конца до второго конца материала 26 обработки воды или может располагаться только частично в материале 26 обработки воды.

Примеры материала 26 обработки воды описаны в патентах США №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 и в патентных заявках США №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 и 09/347.223. Например, материал 26 обработки воды может включать в себя один или комбинацию углерода (например, активированный углерод, такой как трубчатый или пористый углерод, или блок пористого углерода, или углеродный порошок, или частицы, агломерированные термопластичным связующим веществом или тому подобным), материал ионного обмена (например, в форме шариков смолы, плоских фильтрационных мембран, волокнистых фильтрационных структур и т.д.), частицы цеолита или модифицированные частицы цеолита (например, нагруженные серебром), полиэтилен, или сети стекла с модифицированным зарядом, полученные выдуванием из расплава, или сети микростекловолокна с модифицированным зарядом, глинозем, окислы металлов, диатомовую землю, катионно модифицированную диатомовую землю, катионно модифицированный активированный углерод и т.д., но не ограничивается этими материалами.

Материал 28 предварительной обработки может использоваться для предотвращения засорения материала 26 обработки воды, обеспечения защиты материала 26 обработки, задержки мелких частиц и т.д.

Материал 28 предварительной обработки может быть в форме листа, который может быть гофрированным или негофрированным и обернут в один или более слоев вокруг материала 26 обработки воды. Материал 28 предварительной обработки может включать в себя одну или комбинацию пористых мембран, нетканые листы ткани, тканые листы ткани, пенные листы с открытыми порами, углерод (согласующийся с упомянутым выше материалом 26 обработки), необработанные стекловолоконные листы, обработанные целлюлозные или стекловолоконные листы, сети, включающие в себя нановолокна, катионно заряженные пористые мембраны, сети, включающие в себя катионно заряженные нановолокна, и т.д., но не ограничивается этими материалами.

Как показано на Фиг.3, затвор 30 может содержать оболочку 40, привод 42 и клапан 44. Затвор 30 может выступать как средство по меньшей мере существенной и необратимой остановки потока воды через картридж 10 для обработки воды. Затвор 30 может использоваться в различных картриджах для обработки воды, включающих в себя описанные в патентах США №5.525.214, 6.241.103 и патентных заявках США №10/423.157, 10/424.200 и 10/665.984, но не ограничивающихся этими картриджами. Затвор 30 может использоваться внутри или снаружи с картриджем 10 для обработки воды. Альтернативно, затвор 30 может не являться частью картриджа 10 для обработки воды, но может быть внутренней или наружной частью устройства для обработки воды, так что затвор 30 связан с потоком воды, который поступает в, выходит из или протекает через устройство для обработки воды. Затвор 30 может использоваться в различных картриджах для обработки воды и (или) устройствах для обработки воды, включающих в себя описанные в патентах США №5.527.451 и 5.928.504 и патентных заявках США №10/643.669 и 10/665.948, но не ограничивающихся ими.

Оболочка 40 может иметь форму трубки и быть закрепленной внутри сердцевинной области 36 посредством клея (или путем прикрепления трением, сварного соединения и т.д.). По меньшей мере часть сердцевинной области 36 может покрыта оболочкой 40. Оболочка 40 может изготовлена из комбинации пластиков, металла, керамики и их сплавов, но не ограничивается этими материалами. Оболочка 40 может содержать один или комбинацию материалов с высокой водопроницаемостью, водопроницаемых или водонепроницаемых материалов. В том случае, когда используются водонепроницаемые материалы, вода может только поступать в привод 42 из областей, не покрытых оболочкой 40. Оболочка 40 может быть сконструирована таким образом, что достигается существенная физическая жесткость, и рост привода 42 ограничивается во всех кроме практически одного направления оболочкой 40. Сама по себе оболочка 40 может быть сконструирована из материалов, которым свойственна жесткость, таких как полипропилен, поликарбонат, металл, керамика и т.д. Оболочка 40 может иметь толщину, достаточную для ограничения роста привода 42. В том случае, когда в оболочке 40 используются водопроницаемые материалы, толщина оболочки 40 может предотвращать ощутимое поступление воды в привод 42 через оболочку 40 и вода может поступать в привод 42 только из областей, не покрытых оболочкой 40. В таких случаях говорят, что оболочка 40 практически водонепроницаема.

Оболочка 40 может иметь одно или более отверстий 46 потока в своей боковой части, так что вода может течь из материала 26 обработки воды через отверстие 46 потока, затем в оболочку 40, затем через выпускное отверстие 24 картриджа 10 для обработки воды. Отверстие 46 потока может иметь различные размеры и формы (в том числе круглую, прямоугольную, овальную и т.д.). Альтернативно, внутренняя часть сердцевинной области 36 может служить в качестве оболочки 40.

Привод 42 может быть цельным куском материала различных форм (например, цилиндрической, круглой, эллиптической, конической и т.д.). Альтернативно, привод 42 может быть порошком, шариками и т.д. Привод 42 может также быть полым (например, трубкой). Привод 42 может быть частично заключен (т.е. по меньшей мере одна сторона, торец или непрерывная поверхность привода 42 может быть в контакте с водой, которая поступает в оболочку 40) в оболочку 40, так что только часть привода 42 находится в контакте с водой, которая поступает в оболочку 40, и (или) так что он может расти или его габариты могут увеличиваться практически в одном направлении.

В то время как привод 42, который не заключен в оболочку (т.е. находится в условиях без ограничений), может расти до своей конечной (или практически конечной) длины в течение часов, привод, который частично заключен в оболочку (т.е. находится в условиях с ограничениями), может не вырастать до своей конечной (или практически конечной) длины в течение нескольких месяцев. Конечная длина привода 42, росшего в условиях с ограничениями, может быть больше конечной длины привода 42, росшего в условиях без ограничений. Два фактора могут вносить вклад в увеличение габаритов привода в условиях с ограничениями. Во-первых, область, находящаяся в контакте с водой, относительно мала по сравнению с общей площадью поверхности привода 42, а во-вторых, увеличивается путь диффузии воды по всему приводу 42. Частичная открытость привода 42 может достигаться путем плотной посадки привода 42 внутри оболочки 40 (где привод 42 вообще имеет форму оболочки 40) или путем покрытия всего привода 42, кроме его части, материалом, который может либо иметь высокую водопроницаемость, либо быть водопроницаемым или водонепроницаемым в зависимости от желаемых свойств.

Привод 42 может быть изготовлен из единственного разбухающего в воде материала и (или) из единственного сильно разбухающего в воде материала. Альтернативно, привод 42 может также быть изготовлен из разбухающего в воде материала и (или) из сильно разбухающего в воде материала в комбинации с другими материалами, которые могут включать в себя не разбухающие в воде материалы, водонепроницаемые материалы, водопроницаемые материалы и (или) материалы с высокой водопроницаемостью (например, привод 42, Фиг.4), но не ограничиваются этими материалами. Привод 42 может также быть изготовлен путем объединения вышеупомянутых комбинаций в один или несколько слоев (например, привод 142, содержащий первый слой с высокой водопроницаемостью или водопроницаемый слой 143 и второй сильно разбухающий в воде слой 145, Фиг.5). Например, один слой материала может использоваться, чтобы полностью или частично покрыть другой слой материала (например, привод 242, содержащий первый слой с высокой водопроницаемостью или водопроницаемый слой 243 и второй сильно разбухающий в воде слой 245, Фиг.6). Материал покрытия 243 может быть эластичной оболочкой с высокой водопроницаемостью или водопроницаемой, изготовленной из одного из следующих материалов: одного или комбинации полярных сополимеров олефина, таких как этилен-винилацетат (EVA), этиленакриловая кислота (ЕАА), этилен-метакриловая кислота (ЕМА), этилен-винилалкоголь (EVOH), полиамиды, полиэфиры, сополимеры полиамида и полиэфира, производных целлюлозы, полиакрилата с перекрестными связями и т.д., но не ограничивающихся этими материалами, а материал покрытия 245 может быть одним или комбинацией разбухающих в воде или сильно разбухающих в воде материалов, но не ограничивается этими материалами. Материал покрытия 243 также может быть водонепроницаемым материалом, изготовленным из одного или комбинации из полиолефинов и производных стирола, но не ограничивается этими материалами.

Клапан 44 может быть полой трубкой, закрепленной с возможностью скольжения внутри оболочки 40 и находящейся в физическом контакте с приводом 42. Клапан 44 может быть физически соединен с приводом 42 или может быть отделен от привода 42. Клапан 44 может помещаться внутри оболочки 40 таким образом, что он способен блокировать поток воды через отверстие 46 потока. Блокирование потока воды через отверстие 46 потока может достигаться несколькими способами, включающими в себя задание размера клапана 44 для плотной посадки внутри оболочки 40, и (или) путем помещения уплотнительных колец 48 вокруг клапана 44, так что во время остановки потока уплотнительные кольца 48 могут располагаться с каждой стороны отверстия 46 потока (см. Фиг.7). Клапан 44 может быть изготовлен из одного или комбинации пластиков, металла, керамики и их сплавов, но не ограничивается этими материалами.

Теперь будет описан один из возможных путей потока (Фиг.4 и 7 могут способствовать лучшему пониманию следующего описания пути потока). Вода может поступать в картридж 10 для обработки воды через впускное отверстие 22, радиально протекать через материал 28 предварительной обработки и материал 26 обработки воды, поступать в и наполнять оболочку 40 через отверстие 46 потока, протекать через полую часть клапана 44, контактировать с приводом 42 (можно считать, что привод 42 первоначально находится в первой позиции), так что привод 42 растет по направлению к отверстию 46 потока в течение заранее заданного периода времени (по причине диффузии и, возможно, конвекции воды по меньшей мере по части привода 42). Затем вода может покидать оболочку 40 через выпускное отверстие 24. Перед остановкой потока воды через картридж 10 для обработки воды вода может продолжать втекать в оболочку 40 через отверстие 46 потока. По мере того как увеличиваются габариты привода 42, он может физически контактировать с клапаном 44 и двигать его, так что клапан 44 скользит внутри оболочки 40 и блокирует отверстие 46 потока (можно считать, что в этот момент привод 42 находится во второй позиции), существенно или полностью останавливая поток воды через картридж 10 для обработки воды, так как вода не может протекать мимо клапана 44, особенно мимо уплотнительных колец 48 клапана 44.

Затвор 30 может приводиться в движение после первоначального использования. Может требоваться, чтобы объем по меньшей мере примерно 1 мл практически постоянно контактировал с приводом 42 для начала и поддержания движения затвора 30, пока привод 42 не заблокирует отверстие 46 потока клапаном 44, останавливая поток воды через картридж 10 для обработки воды. После периода времени без контакта с водой (после примерно 2 дней, примерно 20 дней, примерно 40 дней, примерно 100 дней, примерно 200 дней или примерно 300 дней) или с воздухом относительной влажности менее 100% привод 42 может начать сжиматься. Однако при обстоятельствах, когда клапан 44 заблокировал отверстие 46 потока и клапан 44 не соединен с приводом 42, клапан 44 может оставаться на месте, блокируя отверстие 46 потока. Таким образом, если пользователь откладывает свой картридж 10 для обработки воды после первоначальной блокировки отверстия 46 потока и достаточное время/энергия подается для откачивания воды в контакте с приводом 42, привод 42 может сжаться и втянуться обратно (здесь «высыхание» или «высохнуть») от клапана 44, оставляя отверстие 46 потока заблокированным клапаном 44.

Однако если «высыхание» происходит прежде, чем отверстие 46 потока блокируется клапаном 44, то время, требуемое для блокировки отверстия 46 потока, может быть увеличено за счет «высыхания» привода 42, который может сжаться до положения ниже клапана 44. Приводу 42 затем пришлось бы вырасти до своего первоначального положения, прежде чем клапан 44 мог далее продвинуться для блокировки отверстия 46 потока. Этот эффект может быть минимизирован путем использования привода 42, составленного из постоянно деформируемого материала (например, некоторых блочных сополимеров полиэфира и полиамида, таких как блочные сополимеры поликапролактама и полиэтиленгликоля), который необратимо меняется после заданной деформации, создаваемой разбухающей реакцией на воду. После заданного количества роста и по причине ограничения роста одним направлением привод 42 может эффективно меняться в направлении роста. Следовательно, по «высыхании» привод 42 может сжаться во всех направлениях и, в частности, может сжаться в диаметре. Когда пользователь пытается повторно использовать картридж 10 для обработки воды, привод 42 будет намочен водой и рост возобновится. Однако скорость роста может быть значительно выше, чем предшествующая скорость роста, ввиду увеличившейся площади открытой поверхности в результате сжатия в диаметре привода 42. Привод 42 может быстро возвращаться к своей длине до «высыхания», так что время, требующееся для блокировки отверстия 46 потока, не будет значительно задержано. В результате пользователь не смог бы продлить срок службы картриджа 10 для обработки воды путем «высушивания» картриджа 10 для обработки воды в любое время.

Эффекты «высыхания» могут также быть минимизированы или исключены путем направления клапана или диафрагмы (не показана) таким образом, чтобы обеспечить тесный водный контакт с приводом 42. Например, однонаправленный клапан или диафрагма могут быть помещены сверху оболочки 40, так что рабочее давление воды через картридж 10 для обработки воды может продвигать воду через однонаправленный клапан или диафрагму, но вода, остающаяся в оболочке 40, когда картридж 10 для обработки воды отсоединен от устройства для обработки воды или когда устройство для обработки воды не используется, не может проходить через однонаправленный клапан или диафрагму. Таким образом, некоторое количество воды всегда будет оставаться в оболочке 40 после первоначального наполнения картриджа 10 для обработки воды, независимо от его размещения.

Может быть желательно устойчиво и предсказуемо останавливать воду внутри картриджа 10 для обработки воды в масштабе жилого района для обеспечения безопасности и (или) соответствия государственным стандартам. Например, может быть желательно остановить поток воды через картридж 10 для обработки воды после заранее заданного периода времени, в том числе после примерно 20 дней, после примерно 40 дней, после примерно 60 дней, после примерно 90 дней, после примерно 200 дней, после примерно 300 дней, после примерно 365 дней, после примерно 400 дней или после примерно 720 дней с момента первоначального использования картриджа 10 для обработки воды (то есть с того момента, когда картридж 10 для обработки воды первый раз наполняется водой), но не ограничиваясь этими периодами. Однако несколько факторов могут влиять на рост привода 42 и, таким образом, на общую устойчивость и предсказуемость остановки потока воды через картридж 10 для обработки воды, в том числе состав и геометрическая конфигурация привода 42 и оболочки 40, уровень pH воды, температура воды, давление воды и пузырьки воды в области контакта привода 42 и клапана 44, но без ограничения этими факторами.

Состав и геометрическая конфигурация привода 42 и оболочки 40 могут фундаментально определять рост привода 42 и движение клапана 44. Вообще, материалы привода 42, вызывающие существенное движение клапана 44, имеют склонность расти очень быстро по сравнению с материалами с меньшим ростом. Чтобы использовать более быстро растущие материалы привода 42, их кинетика может контролироваться через геометрию. Чтобы использовать разбухающие в воде и особенно сильно разбухающие в воде материалы в этом применении, геометрия может быть устроена так, что ограниченная площадь поверхности находится в контакте с водой, и так, что путь диффузии сильно увеличивается. Как показано на Фиг.8-А, в качестве примера, не являющегося ограничением, привод 42, имеющий кусок МН 1657 диаметром примерно ¹/₄” и длиной примерно 1” (цилиндрический элемент) из блочного сополимера поликапролактама и полиэтиленгликоля, достигает примерно 90% равновесного поглощения воды и примерно 90% равновесного роста по прошествии периода примерно один день. Неожиданно, как показано на Фиг.8-В, тот же кусок МН 1657, помещенный внутри жесткого полипропиленового цилиндра (существенно водонепроницаемая геометрия), имеющего тот же внутренний диаметр ¹/₄”, но большую длину, осуществляет увеличенный рост при гораздо меньшей скорости из-за ограничения площади контакта с водой и направления роста только в одном направлении.

Чтобы время, необходимое для существенной остановки воды, было устойчивым, рост привода 42 может быть сохранен относительно независимым от факторов окружающей среды, имеющихся в районах потребительского использования. Факторы окружающей среды могут включать в себя уровень pH поставляемой воды, температуру и давление, но не ограничиваются этими факторами. Реакция разбухания (изменение объема, вызванного поглощением воды) может различаться в зависимости от выбранного материала привода 42 и может зависеть от факторов окружающей среды. На переходные характеристики поглощения воды может оказывать влияние взаимодействие растворимости в воде и коэффициента диффузии в воде. Первоначальный приток воды (скорость воды, поступающей в привод 42, деленная на площадь поверхности привода 42, находящейся в контакте с водой) примерно пропорционален водопроницаемости, которая является произведением растворимости в воде и коэффициента диффузии в воде. Если факторы окружающей среды оказывают влияние на реакцию разбухания, растворимость в вод