Каплеобразующие устройства для обработки жидкости и способы формирования отфильтрованных капель в устройстве для обработки жидкости

Каплеобразующие устройства для обработки жидкости и способы формирования отфильтрованных капель в устройстве для обработки жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения

Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам для обработки жидкостей, и в частности, к устройствам для обработки жидкостей, в которых формируются капли отфильтрованной жидкости (например, питьевой воды), 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 каплеобразующую систему фильтрации жидкости. Каплеобразующее устройство для фильтрации жидкости содержит систему подачи жидкости с эффектом дождя, включающую поверхность подачи жидкости, конструкция которой обеспечивает формирование отдельных свободных капель жидкости в некоторой области поверхности подачи жидкости.

В другом воплощении изобретения устройство для обработки жидкости включает верхнюю часть, включающую верхний резервуар, предназначенный для приема нефильтрованной жидкости, нижнюю часть, включающую нижний резервуар, принимающий отфильтрованную жидкость, и промежуточную часть. В промежуточной части находится каплеобразующую систему фильтрации жидкости. Каплеобразующая система фильтрации жидкости содержит фильтрующую среду, предназначенную для фильтрации нефильтрованной жидкости, поступающей из верхней части корпуса. Отфильтрованная жидкость из фильтрующей среды поступает в систему подачи жидкости с эффектом дождя. Система подачи жидкости с эффектом дождя имеет поверхность подачи жидкости, конструкция которой обеспечивает формирование отдельных свободных капель жидкости в некоторой области поверхности подачи жидкости.

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 имеет поверхность подачи жидкости, конструкция которой обеспечивает формирование отдельных свободных капель жидкости в некоторой области поверхности подачи жидкости.

Еще в одном воплощении изобретения предлагается способ обеспечения устройства, подходящего для фильтрации жидкости. Способ включает этапы, на которых обеспечивают фильтрующий картридж, имеющий поверхность подачи жидкости, и выбирают материал поверхности подачи жидкости, имеющий заданную поверхностную энергию, подходящую для формирования отдельных свободных капель отфильтрованной жидкости в некоторой области поверхности подачи жидкости, в процессе фильтрации.

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 устройства для обработки жидкости.

Фиг.2. Сечение еще одного воплощения устройства для обработки жидкости.

Фиг.3. Увеличенный местный разрез устройства для обработки жидкости, изображенного на фиг.2, в области 3 (фиг.2).

Фиг.4. Аксонометрический вид воплощения каплеобразующей системы фильтрации жидкости, используемой в устройстве для обработки жидкости, изображенном на фиг.2.

Фиг.5. Аксонометрический вид воплощения системы подачи жидкости с эффектом дождя, используемой в каплеобразующей фильтровальной системе, изображенной на фиг.4.

Фиг.6. Вид снизу системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на Фиг.5;

Фиг.7. Увеличенный вид системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на Фиг.6.

Фиг.8. Схематическое изображение процесса формирования капель с помощью каплеобразующей системы фильтрации жидкости, изображенной на Фиг.4.

Фиг.9. Сечение фрагмента каплеобразующей системы фильтрации жидкости, изображенной на фиг.4.

Фиг.10. Принцип работы каплеобразующей системы фильтрации жидкости, изображенной на фиг.4.

Фиг.11. Вид сбоку еще одного воплощения устройства для обработки жидкости.

Фиг.12. Увеличенный аксонометрический вид фрагмента системы подачи жидкости с эффектом дождя.

Фиг.13. Еще одно воплощение системы подачи жидкости с эффектом дождя.

Фиг.14. Схематическое изображение системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на фиг.13, в действии.

Фиг.15. Еще одно воплощение системы подачи жидкости с эффектом дождя.

Фиг.16. Схематическое изображение системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на фиг.15, в действии.

Фиг.17. Еще одно воплощение системы подачи жидкости с эффектом дождя.

Фиг.18. Схематическое изображение системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на фиг.17, в действии.

Фиг.19. Еще одно воплощение системы подачи жидкости с эффектом дождя.

Фиг.20. Схематическое изображение системы подачи жидкости с эффектом дождя, изображенной на фиг.19, в действии.

Фиг.21. Еще одно воплощение устройства для обработки жидкости, в котором используется система подачи жидкости с эффектом дождя, изображенная на фиг.19

Воплощения, изображенные на чертежах, являются по своему характеру иллюстративными и не подразумеваются как ограничивающие, 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 капелек из источников каплеобразования (например, по меньшей мере из шести 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 непосредственно из-за взаимодействия молекул жидкостей. 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 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 с носиком 24, направляющим отфильтрованную жидкость из резервуара 18 отфильтрованной жидкости в посуду, например, в чашку, или в иное устройство, например, кофеварку. 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 25, 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. Еще в одном воплощении наливной лоток 22 может вставляться в корпус 20 резервуара (без формирования между ними шва 25), при этом наливной лоток может быть выполнен с возможностью полного его извлечения, в результате чего графин для фильтрации воды может использоваться без наливного лотка 22, как только процесс фильтрации будет завершен.

Крышка 26 покрывает наливной лоток 22 и предотвращает нежелательное расплескивание жидкости из устройства 10 для обработки жидкости. В некоторых воплощениях крышку 26 снимают с устройства 10 для обработки жидкости, например, для доступа к внутренним компонентам устройства для обработки жидкости. В изображенном воплощении крышка 26 включает открываемый элемент 28, которым может быть, например, дверца или лючок, расположенные на верхней поверхности 30 крышки. Открываемый элемент 28 открывается по отношению к крышке 26, например, путем его вращения или сдвига относительно крышки. В некоторых воплощениях открываемый элемент 28 соединен с крышкой с возможностью его вращения относительно нее, например, посредством шарнира 32 и/или любого другого типа подходящего соединения, обеспечивающего возможность сдвига элемента 28 относительно крышки, как показано пунктирными линиями 34. Шарнир позволяет открываемому элементу 28 вращаться вокруг оси А между закрытым положением и открытым положением. В альтернативных воплощениях открываемый элемент 28 может быть выполнен полностью съемным с крышки 26. Открываемый элемент 28 и/или крышка 26 могут включать взаимно замыкающиеся структуры (например, зацепы, защелки и прочие), обеспечивающие возможность фиксации открываемого элемента на крышке в закрытом положении, что предотвращает самопроизвольное открытие открываемого элемента. Открываемый элемент 28 может включать элемент 36 захвата, за который может взяться пользователь, чтобы изменить положение открываемого элемента 28 относительно крышки 26. В некоторых воплощениях крышка 26 может не включать открываемого элемента 28, и для наполнения наливного лотка 22 необходимо снять или иным образом открыть крышку.

Между верхней частью 12 и нижней частью 14 расположена промежуточная часть 38. В одном из воплощений промежуточная часть является частью наливного лотка 22. В некоторых воплощениях промежуточная часть может быть частью корпуса 20 резервуара. Еще в одном воплощении промежуточная часть может быть отдельным компонентом (например, выполненным в виде кольца), соединенным с наливным лотком 22 и корпусом резервуара (например, способом формирования непроницаемого для жидкости термошва 40 и шва 25). Промежуточная часть 38 может зрительно указывать пользователю о наличии различия между наливным лотком 22 и корпусом 20 резервуара. Так, например, промежуточная часть 38 может иметь первый цвет (например, голубой), наливной лоток может иметь второй цвет (например, белый или серый), отличный от первого цвета, а корпус резервуара 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, наливной лоток 22 может быть белым или серым, символизируя облака, а корпус 20 резервуара может быть прозрачным, позволяя видеть внутренние компоненты корпуса резервуара устройства 10 для обработки жидкости снаружи. 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.

В некоторых воплощениях на промежуточной части 38 может быть расположено светоиспускающее устройство 42, которым может быть, например, светодиод или иной подходящий источник света. Светоиспускающее устройство 42 может быть расположено в уплотненном со всех сторон отсеке внутри наливного лотка 22. В одном из воплощений промежуточная часть 38 является свето пропускающей, так что через нее частично может проходить свет, подчеркивая или подсвечивая те или иные области устройства 10 для обработки жидкости. Для обеспечения питания светоиспускающего устройства 42 может быть предусмотрен источник питания 44 (например, одноразовая или заряжаемая батарея).

Как будет более подробно описано ниже, между верхней частью 12 и нижней частью 14 находится каплеобразующая система фильтрации жидкости, в целом обозначенная как поз.46. Каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости, расположенная внутри наливного лотка 22 (в составе верхнего резервуара), формирует отдельные свободной капли 48 отфильтрованной жидкости при прохождении жидкости из промежуточной части 38 в корпус 20 резервуара. Свободные капли 48 собираются в резервуаре 18 для отфильтрованной жидкости корпуса 20 резервуара, и постепенно образуют массив 50 отфильтрованной воды, имеющую поверхность, находящуюся в контакте с внутренними стенками корпуса 20 резервуара. В то время, как свободные капли собираются внутри 48 корпуса 20 резервуара, извне устройства 10 для обработки жидкости могут быть слышны звуки 52 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 примерах корпус 20 резервуара и/или наливной лоток могут иметь форму, способствующую акустическому усилению звука дождя, или включать любые технические решения, способствующие выработке, распространению и восприятию механических колебаний и волн. В некоторых воплощениях устройство для обработки жидкости может включать усиливающее устройство, например, микрофон и громкоговорители.

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 и крышка 26 также могут быть сформированы из любых подходящих материалов, таких, как стекло или любой подходящий пластический материал. В некоторых воплощениях наливной лоток 22 и/или крышка 26 могут быть сформированы из непрозрачного или светопропускающего материала. Наливной лоток 22 и крышка 26 могут быть сформированы из одного и того же материала, или из различных материалов.

На фиг.2 и 3 показана каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости, установленная на промежуточную часть 38 устройства 10 для обработки жидкости. Промежуточная часть 38 наливного лотка 22 включает протяженный вовнутрь фланец 52, обеспечивающий опору, на которую может опираться каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости. В данном примере протяженный вовнутрь фланец 52 обеспечивает опору, на которой каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости может покоиться в горизонтальном положении. Однако предвидятся и прочие варианты их взаимного расположения, в которых каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости или некоторые ее части расположены под углом к горизонту. Каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости включает протяженный наружу фланец 54, который может герметично сопрягаться с протяженным вовнутрь фланцем 52, в результате чего между ними будет образовано водонепроницаемое соединение по периферии каплеобразующей системы фильтрации жидкости, предотвращающее прохождение жидкости мимо каплеобразующей системы фильтрации жидкости при наполненном жидкостью верхнем резервуаре 56. В других воплощениях могут использоваться и другие 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 56 и нижним резервуаров 58. 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.

На фиг.4 представлена каплеобразующая система фильтрации жидкости, которая в данном воплощении представляет съемный картридж, включающий крышку 60 картриджа и массив отверстий 62, протяженных через крышку картриджа и расположенных по всей площади ее поверхности. В некоторых воплощениях каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости может быть выполнена как элемент одноразового пользования. В одном из воплощений каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости, или ее части, могут быть установлены в устройстве 10 для обработки жидкости с возможностью их снятия или без такой возможности. Так, например, каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости может быть связана с наливным лотком 22 (например, с промежуточной частью 38), с помощью любых подходящих средств крепления, включая, но не ограничиваясь ими, защелкивание, сварку (например, ультразвуковую), адгезивы и/или любые прочие известные способы крепления. Каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости может иметь любую подходящую форму, обеспечивающую ее сопряжение или соответствие форме наливного лотка 22 и/или корпуса 20 резервуара. Могут использоваться любые подходящие формы, включая круглую, овальную, прямоугольную и прочие. Отверстия 62 расположены таким образом, чтобы они не препятствовали потоку жидкости и позволяли нефильтрованной жидкости попадать в каплеобразующую систему 46 фильтрации жидкости для ее фильтрации. Крышка 60 картриджа может быть выполнена 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.

Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя связана с крышкой 60 картриджа. Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может включать протяженный наружу фланец 54 и периферийную стенку 66, протяженную вниз от крышки 60 картриджа. Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя соединяется с крышкой картриджа по поверхности раздела 67 (фиг.3). В некоторых воплощениях система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может быть установлена на крышке 60 картриджа с использованием любого подходящего средства крепления. В некоторых воплощениях система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может быть скреплена с крышкой 60 картриджа с помощью любого подходящего способа, такого, как, например, сварка, адгезивное скрепление и прочие.

Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя включает подающий компонент 68, связанный с периферийной стенкой 66. Подающий компонент 68 включает внутреннюю поверхность 70 приема жидкости и внешнюю поверхность 72 подачи жидкости, противоположную по отношению к внутренней поверхности. Внутренняя поверхность 70 приема жидкости и внешняя поверхность 72 подачи жидкости могут иметь любую подходящую форму или профиль, например, обе могут быть плоскими и лежащими в горизонтальной плоскости, или же одна из них, или обе они могут иметь некоторую кривизну. Внутренняя поверхность 70 приема жидкости находится на некотором расстоянии (пространственно отделена) в вертикальном направлении от крышки 60 картриджа. Как можно хорошо видеть на фиг.2 и 3, зазор между крышкой 60 картриджа и системой 64 подачи жидкости с эффектом дождя обеспечивает пространство, в которое может быть помещен фильтрующий материал (не показан). В некоторых воплощениях вертикальный зазор между внутренней поверхностью 70 приема жидкости и крышкой 60 картриджа может составлять по меньшей мере 0,25 дюйма, по меньшей мере 0,5 дюйма, по меньшей мере 0,75 дюйма или даже более. В других воплощениях вертикальный зазор между внутренней поверхностью 70 приема жидкости и крышкой 60 картриджа может составлять менее чем 0,25 дюйма. Зазор между внутренней поверхностью 70 приема жидкости и крышкой 60 картриджа могут зависеть от ряда факторов, включающих тип и структуру используемого фильтрующего материала.

На фиг.5 показана система 64 подачи жидкости с эффектом дождя в отдельности. Система 64 подачи жидкости с эффектом дождя включает периферийную стенку 66 с протяженным наружу фланцем 54, и подающий компонент 68, который включает внутреннюю поверхность 70 приема жидкости и внешнюю поверхность 72 подачи жидкости. Усиливающие элементы 76, имеющие форму ребер, являются протяженными навстречу друг другу, вдоль внутренней поверхности 70 приема жидкости и к центру подающего компонента 68. Каждый из усиливающих элементов 76 имеет один конец 78, связывающий его с периферийной стенкой 66, и противоположный ему конец 80, связывающий его с другими усиливающими элементами по центру системы 64 подачи жидкости с эффектом дождя. Усиливающие элементы 76 могут иметь любую подходящую конфигурацию. Они помогают подающему компоненту 68 сохранять показанное горизонтальное положение.

Как показано на фиг.6 и 7, отверстия 82 распределены по внутренней поверхности 70 приема жидкости и внешней поверхности 72 подачи жидкости, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Отверстия 82 являются протяженными через все каналы, образующие подающий элемент 68, от внутренней поверхности 70 приема жидкости, до внешней поверхности 72 подачи жидкости. В одном из воплощений отверстия могут иметь такой размер, и быть расположены так, что открытая область может составлять от примерно 5% до примерно 20% общей площади внутренней поверхности 70 приема жидкости (или внешней поверхности подачи жидкости), например, около 11% или более общей площади внутренней поверхности 70 приема жидкости (или внешней поверхности подачи жидкости). В некоторых воплощениях открытая область может составлять менее чем 5% общей площади. В некоторых воплощениях подающий компонент 68, имеющий площадь внутренней поверхности 70 приема жидкости (или внешней поверхности 72 подачи жидкости), составляющую примерно 15 квадратных дюймов, может содержать от примерно 2500 до примерно 7000 отверстий 82, например, 5 691 отверстие. Может использоваться и любое другое подходящее расположение отверстий 82, обеспечивающее эффект дождя.

Как показано, в частности, на фиг.7, в одном из воплощений отверстия 82 могут иметь прямоугольное сечение. Может также использоваться любая другая подходящая форма отверстий 82, например, круглая, овальная и прочая. В воплощении, изображенном на фиг.8А, отверстия имеют форму прямоугольных прорезей шириной W примерно 0,01 дюйма и длиной L примерно 0,032 дюйма. В других воплощениях отверстия могут иметь форму прямоугольных прорезей большей или меньшей длины или ширины. Кроме того, все отверстия 82 могут иметь примерно одинаковые размеры, или они могут иметь различные размеры. Соседние отверстия 82 могут находиться друг от друга на расстоянии от примерно 0,02 дюйма до примерно 0,06 дюйма, например, на расстоянии примерно 0,04 дюйма по ширине, и на расстоянии от примерно 0,015 дюйма до примерно 0,06 дюйма, например, на расстоянии примерно 0,0245 дюйма, по длине. Отверстия могут также находиться на любом другом подходящем расстоянии друг от друга по длине и по ширине. Кроме того, между соседними отверстиями 82 могут быть как одинаковые, так и различные расстояния. Отверстия 82 позволяют жидкости проходить от внутренней поверхности 70 приема жидкости, к внешней поверхности 72 подачи жидкости, но не позволяют проходить через них фильтрующей среде в нижний резервуар 58. Другими словами, система 64 подачи жидкости с эффектом дождя может служить барьером на пути прохождения фильтрующей среды в нижний резервуар 58.

Двумя факторами, способствующими формированию капель на внешней поверхности 72 подачи жидкости, являются поверхностное натяжение жидкости и поверхностная энергия поверхности 72 подачи жидкости системы 64 подачи жидкости с эффектом дождя. На фиг.8А схематически показано формирование свободных капель 84. Свободная капля 84 может сформироваться, когда жидкость накапливается на границе 86 внешней поверхности 72 подачи жидкости, образовывая висячую каплю 88. Висячая капля 88 прилипает к внешней поверхности 72 подачи жидкости до тех пор, пока ее вес (зависящий от ее размеров), не преодолеет поверхностной энергии. После этого свободная капля 84 под действием силы тяжести падает и попадает на дно 12 резервуара 18 или на уровень жидкости в резервуаре, по мере накопления в нем отфильтрованной жидкости. Жидкость формирует свободные капли 84 благодаря поверхностному натяжению.

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, т.е., приближающиеся к значению поверхностного натяжения воды, могут использоваться для формирования свободных капель большего размера. И наоборот, материалы, имеющие низкие значения поверхностной энергии, могут использоваться для получения свободных капель меньшего размера. В некоторых воплощениях свободные капли 84 могут иметь ширину W_d (фиг.8 В) от примерно 2 мм до примерно 7 мм, например, примерно 5,5 мм, и объем от примерно 0,05 мл до примерно 0,25 мл, например, от примерно 0,1 мл до примерно 0,2 мл, например, примерно 0,15 мл. Ширина W_d 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, 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 меньшее значение поверхностной энергии.

Как показано на фиг.9, между крышкой 60 картриджа и системой 64 подачи жидкости с эффектом дождя расположена фильтрующая среда 90. Фильтрующая среда 90 фильтрует жидкость, а также помогает обеспечивать равномерное распределение жидкости по всей внутренней поверхности 70 приема жидкости и регулирует ее поступление к системе 64 подачи жидкости с эффектом дождя.

Как было выяснено, большинство потребителей предпочитает хранить отфильтрованную воду в нижнем резервуаре 58 так, чтобы она находилась отдельно от картриджа, насколько это возможно. Поэтому в некоторых воплощениях в устройстве 10 для обработки жидкости каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости выполнена как имеющая горизонтальную конфигурацию, с плоским картриджем. В таком воплощении фильтрующая среда 90 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 каплеобразующая система 46 фильтрации жидкости 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 каплеобразующей системе 46 фильтрации жидкости, 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 ЕР1694905, на содержание которых мы ссылаемся целиком.

Фильтр может быть плоским, складчатым или иметь любую другу структуру или конфигурацию, подходящую для его использования в каплеобразующей системе 46 фильтрации жидкости. Примером фильтра из композитных материалов 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, фильтр из активированного угля может содержать любые подходящие 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.10 показан принцип работы каплеобразующей системы 46 фильтрации жидкости, в которой формируются отдельные свободные капли 84 отфильтрованной воды, наполняющие корпус 20 резервуара. Как показано стрелками 92, нефильтрованная вода (например, налитая из водопровода) протекает через отверстия 62 в крышке 60 картриджа. Фильтрующая среда 90 распределяет воду и фильтрует ее, удаляя из нее загрязнители. Отфильтрованная вода движется к системе 64 подачи жидкости с эффектом дождя и проходит через отверстия 82 от поверхности 70 приема жидкости к поверхности 72 подачи жидкости. Благодаря поверхностной энергии, отфильтрованная вода прилипает к поверхности 72 подачи жидкости, с образованием висячей капли 88 в точках каплеобразования. Как можно видеть, на поверхности 72 подачи жидкости одновременно формируется множество висячих капель 88, практически в произвольных местах. Свободная капля 84 отрывается от висячей капли 88, как только размер (например, масса) свободной капли преодолевает ее притяжение к поверхности 72 подачи жидкости. В некоторых воплощениях фильтрующая среда 90 обеспечивает прохождение через нее жидкости со скоростью потока, составляющей от примерно 85 мл/мин до примерно 500 м