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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Trinkhalm mit Flüssigkeitsfilterung.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Filtration von Trinkfluiden
unter Verwendung von hohlen Fasermembranen, oder noch spezieller
auf eine Vielzahl von hohlen Fasermembranen, die in einem Trinkhalm
enthalten sind, daran befestigt sind, oder einen Teil davon bilden.
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TECHNOLOGISCHER
HINTERGRUND
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In
vielen Gebieten rund um die Welt führt Wasser beträchtliche
Mengen an Schwebstoffen mit sich, die ein ernstes Gesundheitsproblem
darstellen können,
wenn das Wasser als Trinkbevorratung verwendet wird. Viele Wasservorräte bedürfen einer
Behandlung, um sie trinkbar zu machen. Gängige Arten von Desinfektionsmitteln,
wie sie heutzutage insbesondere von Reisenden verwendet werden,
die sich in Länder
mit einer Wasserqualität
begeben, die ein Gesundheitsproblem darstellen kann, sind Chemikalien
wie Chlor und Jod. Die Verwendung von Chlor oder Jod zur Desinfektion
von Wasser ist zeitraubend und zweifellos kein adäquates Mittel,
um mit den neuen, in Wasser vorkommenden komplexen mikrobiologischen
Entitäten
fertig zu werden, wobei diese Agenzien selbst Gesundheitsprobleme
verursachen können.
Gesundheitsgefährdende
Organismen wie Giardia und Cryptosporidium sind mit herkömmlichen Verfahren
zur Wasserbehandlung schwierig auszurotten.
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Eine
Anlage, die zur Behandlung von Trinkwasser verwendet wird, umfasst
verschiedene Arten von Filtermedien, die in einer Fluidleitung angeordnet sind;
bei spielsweise Aktivkohle oder Zink und Kupfer. Ein Aktivkohlefilter
ist jedoch nicht dazu in der Lage, mit bestimmten Bakterien wie
Escherichia coli und Pseudomonas fertig zu werden.
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Darüber hinaus
können
Zink- und Kupferfilter Bakterien in ungechlortem Wasser nicht in
wesentlichem Maße
beseitigen.
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In
US 5 688 588 ist ein Trinkhalm
offenbart, der einen aus einer vliesartigen Faserstruktur bestehenden
Filterstopfen umfasst. Wegen inhärenter
Einschränkungen
im Aufbau eines Stopfenfilters ist der Trinkhalm per se beim Herausfiltern
von kleineren Bakterien unwirksam. In der Tabelle 1 von
US 5 688 588 ist dies bestätigt, wobei
eine logarithmische Reduktion von 2,5 bedeutet, dass immer noch
ca. 0,5 der Bakterien durch den Halm hindurchgehen, mit möglicherweise
fatalen oder ernsten Konsequenzen.
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In
US 5 681 463 ist eine Filterkartusche
16 offenbart,
die auf eine Flasche
10 aufgeschraubt wird. Das Filterelement
umfasst ein Gehäuse
18,
in dem sich ein Rohr aus Aktivkohle befindet, welches wiederum ein
Hohlfasermodul umgibt, das im Gehäuse
18 befestigt ist.
Somit bezieht sich die in dieser Druckschrift offenbarte Erfindung
auf eine Anordnung zur Anbringung an Flaschen.
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In
US 4 636 307 ist ein Hohlfaser-Filtermodul zum
Einsetzen in ein Wasserreinigungsgerät offenbart. Das Gerät ist als
dauerhafte Installation gedacht und ist nicht tragbar.
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In
JP 63-287593 ist ein halmartiger Wasserreiniger offenbart. Ein Modulgehäuse 2 ist
in einem Hauptkörpergehäuse 3 angebracht.
Das Modulgehäuse 2 umfasst
eine Anzahl hohler Fadenmembrane, die an ihrem unteren Ende durch
einen Vorfilter 4 geschlossen sind. Die Anordnung ist dahingehend etwas
unhandlich, dass am unteren Ende des Halms eine konfektionierte
Dichtung 11 erforderlich ist, um das Modul abzudichten
und um eine Wasserströmung
zwischen dem Hauptkörpergehäuse 5 und dem
Modulgehäuse 2 zu
verhindern. Für
den Fall, dass die konfektionierte Dichtung 11 versagt,
könnte ein
Benutzer kontaminierte Flüssigkeit
trinken, mit dem möglichen
Risiko von Krankheit oder Tod.
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In
US 5 518 613 ist ein tragbares
Gerät für den Privatgebrauch
zum Reinigen und Abgeben von Wasser offenbart. Dieses Gerät umfasst
eine Rohrleitung mit einer an einem Ende der Rohrleitung angeordneten
chemischen Reinigungsstufe, und einer am entgegengesetzten Ende
der Rohrleitung angeordneten Filtrationsstufe. Die Filtrationsstufe
umfasst einen Filter und ein Reinigungsmedium. Der Filter ist als
Mikrofiltrationsmembran
38 bzw.
50 ausgeführt. Die
Mikrofiltrationsmembran
38 ist in Form einer Scheibe ausgeführt und
ist größer als
der Durchmesser der Rohrleitung. Die andere Mikrofiltrationsmembran
50 hat
ungefähr
die Form eines Paraboloids und ist an Befestigungspunkten
52 an
den Wänden
einer Aufnahmekammer
26 befestigt.
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In
WO 99/29394 ist ein Universalfilter für in Flaschen abgefüllte Limonade
und Wasser offenbart. Dieser Filter umfasst ein Gehäuse mit
einem länglichen
Gehäusekörper. Ein
Filterelement in Form eines Kohlenstoffblocks ist im Inneren des
Gehäusekörpers vorgesehen.
Der Kohlenstoffblock hat einen rohrförmigen Aufbau mit einer mittigen Öffnung.
Am unteren Abschnitt der Seitenwände
des Gehäuses sind
Einlässe
vorgesehen, damit Wasser durch diese Einlässe strömt und durch das rohrartige
Kohlenstoffblock-Filterelement hindurchtreten kann. Der Filter weist
ein Flanschsystem auf, um dicht abschließend an einem Flaschenhals
befestigt zu werden. Darüber hinaus
kann man diesen Filter auf das Ende eines Halms aufstecken.
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In
US 5 546 831 ist eine Vorrichtung
zum Filtern von Wasser gezeigt, mit einem rohrförmigen Gehäuse mit fünf darin befindlichen Kammern,
die durch Filterelemente voneinander getrennt sind. Die Filterelemente
haben die Form von Scheiben. Die erste Kammer beinhaltet ein körniges Filtermedium
aus Aktivkohle. Die zweite Kammer beinhaltet ein Filtermedium aus
jodiertem Anionenharz, die dritte Kammer ist leer, die vierte Kammer
enthält
ein Anionenaustauscher-Filtermedium und die fünfte Kammer enthält ein körniges Filtermedium
aus Aktivkohle.
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In
der
US 5 509 605 ist
ein Filterhalm zum Saugen von Flüssigkeit
aus einem Behälter
gezeigt. Dieser Filterhalm umfasst ein Rohr mit einem Paar von Filtern,
wobei in jedem Ende des Rohrs ein Filter entnehmbar eingesetzt ist.
Die Filter sind aus gebundenem Pulvermaterial gebildet. Jeder der
Filter umfasst einen Abschnitt, der sich in das entsprechende Ende
des Rohrs erstreckt, und jeder hat eine für Flüssigkeit permeable Außenumfangsfläche, die
mit der Innenumfangsfläche
des Rohrs so zusammenwirkt, dass eine ringförmige Kammer dazwischen gebildet ist.
Dementsprechend ist die Querschnittsfläche, durch die das Fluid durch
Saugen am Halm gezogen wird, die Umfangsfläche jedes Filters.
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In
JP 04/322783 ist eine Kartusche zum Reinigen von Wasser gezeigt.
Diese Kartusche bildet einen Teil eines Gehäuses für eine Wasserfiltrationsinstallation.
Die Kartusche umfasst ein Bündel
hydrophiler, poröser
Hohlfasern, die Wasser führen
können,
aber nicht Luft, während
das Ende des Bündels in
einem Vergussmaterial eingebettet und daran befestigt ist. Eine
hydrophobe, poröse
Materialfaser, die Luft befördert,
aber kein Wasser, ist um das Bündel aus
hydrophilen, porösen
Hohlfasern gewickelt und ist an ihrem Endteil in dem Vergussmaterial
eingebettet und daran befestigt. Dabei gibt die hydrophobe Materialfaser
Luft ab, was eine nach außen
gerichtete Ausdehnung des aus den Fasern bestehenden Bündels verhindert.
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Die
JP 01-007907 bezieht sich auf ein Modul mit einer Trennmembran,
um Substanzen aus einer wässrigen
Lösung
zu entfernen. Dieses Modul umfasst hydrophile Hohlgarne, die aus
einem hydrophilen Material wie Polyethersulfon bestehen. Darüber hinaus
umfasst dieses Modul hydrophobe Hohlgarne, die aus einem hydrophoben
Material wie Polypropylen bestehen. Wenn eine Flüssigkeit mit diesem Modul behandelt
wird, dringt die ursprünglich
in dem Modul vorhandene Luft durch die hydrophobe Membran hindurch
und die wässrige
Lösung
dringt durch die hydrophile Membran hindurch. Somit wird durch die
Luft die wirksame Fläche
der hydrophilen Membran nicht verringert.
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Es
wäre von
Vorteil, wenn zumindest bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wenigstens einen der oben genannten Nachteile überwinden
oder wesentlich verbessern und/oder allgemeiner gesagt, einen verbesserten
Trinkhalm bereitstellen würden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Trinkhalm zum Trinken einer Flüssigkeit
bereit, umfassend:
- – ein Mundstück mit einem
Auslass, der zum Anordnen im Mund eines Trinkers der Flüssigkeit
geformt ist;
- – eine
hohe Rohrleitung, die einstöckig
mit oder an dem Mundstück
befestigt ist und sich hiervon bei Gebrauch nach unten erstreckt,
- – einen
Kopf, der innerhalb der Rohrleitung angeordnet ist und sich vollständig quer
zur Rohrleitung erstreckt; und
- – mehrere
hohle Fasermembrane, wobei jede Membran separat vom Kopf ausgebildet
ist, jede Membran ein offenes Ende aufweist, das in den Kopf eingebracht
darin gehalten wird, jede Membran sich frei vom Kopf weg erstreckt,
um in der Flüssigkeit
angeordnet zu sein und jede Membran eine Kammer darin begrenzt;
- wobei, wenn jede Membran in der Flüssigkeit angeordnet ist und
der Trinker eine Saugkraft an den Auslass anlegt, Flüssigkeit
durch die Membran in die Kammer hindurch tritt und hierbei gefiltert
wird und dann von der Kammer über
das offene Ende zum Auslass gelangt.
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Durch
die Verwendung von hohlen Fasermembranen können sehr feine (z.B. Mikrofiltrations-) Membranmaterialien
eingesetzt werden, und zwar ohne einen eine Drosselstelle bildenden
oder einschränkenden
Druckabfall (d.h. die Membran kann relativ dünn ausgeführt werden). Derartig feine
Filtrationseigenschaften können
mit Filterstopfen nicht erreicht werden, weil bei verringerter Porengröße der Druckabfall
am Stopfen zu groß wird.
Hohle Filtermembrane sind bei der Filtration auch hochgradig effizient
und lassen sich leicht innerhalb der Rohrleitung anordnen.
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Das
Mundstück
ist typischerweise ein separates Teil.
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Die
Membrane haben vorzugsweise eine vorbestimmte Porengröße bzw.
Porengrößen, um verschiedene
Größen von
Schwebstoffen in der zu trinkenden Flüssigkeit herauszufiltern. Die
Porengröße der Filtrationsmembranen
ist typischerweise so klein, dass Partikel auf Mikroebene (z.B.
kleiner als 0,5 μm)
und sogar bis auf Ultrafiltrationsebene (z.B. kleiner als 0,05 μm und hinunter
bis zu 0,02 μm)
herausgefiltert werden.
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Vorzugsweise
umgibt der Auslass den Kopf oder ist daran angeordnet.
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Die
Membrane sind vorzugsweise innerhalb der Rohrleitung angebracht,
wodurch eine Schutzhülse
für die
Membranen bereitgestellt ist.
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Als
weitere Option kann ein Kohlefilter (z.B. hergestellt aus Aktivkohle)
am Mundstück
angeordnet werden, so dass aus den Membranen austretende Flüssigkeit
durch den Kohlefilter hindurchläuft. Der
Kohlefilter trägt
dazu bei, organische Stoffe zu entfernen, von denen einige durch
Filter mit sehr feiner Porengröße hindurchtreten
können.
Organische Stoffe sind im allgemeinen aber weniger von Belang als
lebende Organismen wie Bakterien.
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Das
offene Ende jeder Membran ist vorzugsweise im Kopf festgehalten,
und vorzugsweise ist der Kopf ein Pfropfen, der in der Rohrleitung
angrenzend an den Auslass befestigt ist.
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Vorzugsweise
erstreckt sich jede hohle Filtermembran frei vom Kopf entweder in
einer geschlossenen Schleife mit gegenüberliegenden offenen, im Kopf
befestigten Enden oder als Strang mit einem einzigen im Kopf befestigten
offenen Ende und einem gegenüberliegenden
geschlossenen entfernten Ende.
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Die
vorliegende Erfindung stellt daher einen Trinkhalm bereit, der zur
Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere
Wasser, ausgelegt ist, derart, dass die Flüssigkeit nach dem Durchlaufen
der hohlen Fasermembranen gefiltert und gereinigt dem Mund einer Person
zugeführt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ungeachtet
irgendwelcher anderer Formen, die innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung fallen können,
werden nun lediglich beispielhaft bevorzugte Formen der Erfindung
beschrieben, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Draufsicht eines bevorzugten Trinkhalms gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
Querschnittseitenansicht des in 1 gezeigten
Trinkhalms ist, entlang der Linie C-C;
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3 eine
schematische Querschnittseitenansicht eines Hohlfaser-Filtrationselements
zur Verwendung in einem Halm gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine
quergeschnittene Draufsicht entlang der Linie D-D in 2 ist;
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5 eine
Draufsicht eines alternativen Trinkhalms gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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6 eine
Querschnittseitenansicht des Trinkhalms von 5 ist, in
der ein an das Ende des Halms angesetztes Mundstück gezeigt ist;
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7 eine
Querschnittseitenansicht eines weiteren alternativen Trinkhalms
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wobei ein Mundstück
auf das Ende des Halms aufgesetzt ist; und
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8 eine
zu 3 ähnliche,
schematische Querschnittseitenansicht ist, aber von einem alternativen
Hohlfaser-Filtrationselement zur Verwendung in einem Halm gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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MÖGLICHKEITEN
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen umfasst in 1 und 2 ein
Trinkhalm 1 ein Rohr 16 mit einem offenen Ansaugende 2 und
einem gegenüberliegenden
Mundende 3, wobei ein Durchgang 13 zwischen diesen
gebildet ist. Ein Dichtungskopf in der Form eines Pfropfens 4 ist
im Durchgang 13 nahe am Mundende 3 angeordnet,
und ein Filtrationselement 5 erstreckt sich davon weg.
Das Element 5 ist ein Filter, der aus einer Vielzahl von
hohlen Fasermembranen 7 besteht, die innerhalb des Rohrs 16 angeordnet
sind, und zwar typischerweise so, dass die beiden offenen Enden
jedes Faserstrangs 7 im Pfropfen 4 eingebunden
und von diesem gehalten sind.
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Nunmehr
mit Bezug auf die 3 und 8 lässt sich
schematisch erkennen, wie eine Flüssigkeit durch und in jede
Faser 7 läuft,
wie durch Pfeile AA angegeben ist, und dem Mund eines Trinkers am
offenen Ende bzw. an den offenen Enden jeder Faser am Ende 3 des
Halms zugeführt
wird. Es wird im Halm 1 durch das Ansaugen (durch Pfeile
BB angegeben) eines Trinkers ein Saug- oder Unterdruck erzeugt,
wodurch die Flüssigkeit
dazu gebracht wird, durch die Membranwand hindurchzutreten und in
ein Inneres (Kammer) davon einzutreten und dann am oberen Ende bzw.
an den oberen Enden zum Mund eines Benutzers auszutreten. Die einzelnen
Fasern 7 sind typischerweise aus Polyethylen, Polypropylen oder
dergleichen gebildet (wie nachstehend beschrieben). In 8 sind
anstelle mehrerer Schleifen aus hohlen Fasermembranen mehrere einzelne Stränge 14 vorgesehen,
die jeweils ein verschlossenes (abgedichtetes) Ende 15 haben.
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Im
Gebrauch sind die Fasern 7, 14 teilweise oder
vollständig
in eine Flüssigkeit 6 eingetaucht,
die einer Filtration bedarf, so dass bei Anlegen einer Saugkraft
an den Halm die Flüssigkeit
durch die Poren der Faser 5 hindurchtritt, wobei ein bestimmter Teil
(typischerweise das meiste) oder vorzugsweise alle Feststoffe, Verunreinigungen,
Organismen, organischen Stoffe etc. in oder an den Poren der Faser zurückbleiben.
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Gegebenenfalls
kann der Pfropfen 4 einen porösen Kohlefilter halten oder
durch diesen gebildet sein (typischerweise Aktivkohle verwendend),
um jegliche organischen Stoffe und dergleichen in der Flüssigkeit
herauszufiltern.
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Mit
Bezug auf die 5 und 6, in denen gleiche
Bezugszahlen zur Bezeichnung von ähnlichen oder gleichen Teilen
verwendet werden, umfasst der Trinkhalm 1 ein Mundstück 10 mit
einem Vorsprung 9, der so geformt ist, dass er sich angenehm
in den Mund eines Benutzers einpasst. Das Mundstück umfasst einen durch es hindurchgehenden
Durchgang 12. Eine gegenüberliegende Schürze 11 ist
so geformt, dass sie über
das Ende 3 des Rohrs 16 passt, aber so, dass es
nicht die offenen En den der Fasern blockiert. Das Mundstück 10 kann
dauerhaft am Halm 1 befestigt sein oder kann nach Bedarf per
Hand entfernt werden, wie zum Beispiel durch Abschrauben (damit
z.B. der Halm von verschiedenen Personen verwendet werden kann).
Alternativ kann der Halm selbst als ein Einzelteil so geformt (z.B.
gespritzt) sein, dass er die Form des Mundstücks mit umfasst.
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Der
Pfropfen 4 ist so angeordnet, dass der Filter 5 in
einem ausgewählten
Bereich des Halms 1 angeordnet ist, und den Durchgang der
gefilterten Flüssigkeit 6 durch
den Halm nur über
die Poren des Filters 5 gestattet. Somit tritt die gefilterte
Flüssigkeit nur über die
offenen Enden der Membran aus und durchquert den Pfropfen 4 nicht
anderweitig.
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Das
Rohr 16 kann auch mit einer oder mehreren Bohrungen 8 versehen
sein, um den Durchgang von Luft vom Halm nach außen zu ermöglichen, um einen Druckaufbau
im Inneren des Rohrs 16 zu verhindern, der entsteht, wenn
der Halm 1 in die zu filternde Flüssigkeit eingetaucht wird und
man dann an ihm ansaugt.
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Mit
Bezug auf 7, in der gleiche Bezugszahlen ähnliche
oder gleiche Teile bezeichnen, ist der Pfropfen 4 nur in
der Schütze 11 des
Mundstücks 10 angeordnet.
Hier ist das Rohr 16 weggelassen und das Filtrationselement 5 (ein
Filter aus mehreren hohlen Fasermembranen) hängt frei im Trinkhalm (entweder
als Schleifen 7 oder Stränge 14). Auf der anderen
Seite dieser Membranen sind jedoch Kammern gebildet, in die gefilterte
Flüssigkeit
hineinströmt.
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Zusätzlich zur
Verwendung von hohlen Fasermembranen können Flachfiltermembranen eingesetzt
werden (z.B. in Abständen
innerhalb des Rohrs 16 oder an der Unterseite des Pfropfens 4,
Mundstücks 10 etc.),
aber so, dass an deren anderer Seite ein Hohlraum gebildet wird,
in die gefilterte Flüssigkeit
strömt,
bevor sie aus dem Halm austritt.
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Die
Außenfläche des
Rohrs 16 oder Mundstücks 10 kann
mit entsprechenden Prägungen,
Vorsprüngen,
Gewinden etc. versehen sein, womit der Halm am Auslass eines Behälters, einer
Feldflasche, einer Flasche oder eines anderen Gefäßes befestigt werden
kann, worin eine Flüssigkeit
enthalten ist, die der Filterung bedarf. Ei ne derartige Befestigung
kann eine Schnappverbindung oder eine formschlüssige Verbindung, eine Schraubverbindung,
eine Reibverbindung etc. sein. Wenn das Rohr oder Mundstück an einem
mit Außengewinde
versehenen Auslass einer Feldflasche, Flasche oder dergleichen zu
befestigen ist, kann es eine einstückige, ringförmige Schürze umfassen,
die mit einem Innengewinde versehen ist, das mit dem Auslassgewinde
zusammenpasst. In diesem Fall würde
das Rohr oder Mundstück
in den Auslass hineinragen, während
die ringförmige
Schürze
den Auslass umgeben und mit diesem zusammenpassen würde.
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Viele
andere Modifikationen und Abänderungen
sind im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten. Beispielsweise
kann der Trinkhalm mit zwei Dichtungseinrichtungen (Pfropfen) versehen
sein, die je an einem Ende des Halm platziert sind.
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Auch
kann der Trinkhalm so vorgesehen sein, dass sich die hohlen Fasermembranen
teilweise oder vollständig
außerhalb
des Rohrs 16 befinden (siehe z.B. 7). Das
Ansaugende kann auch einen oder mehrere Durchgänge aufweisen, die seitlich
angeordnet sind oder von der Seitenwand des Halms vorstehen (z.B.
für die
gleichzeitige Verwendung durch mehrere Benutzer).
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Die
hohlen Fasermembranen sind typischerweise ultrafeine Mikrofiltrationsmembranen,
die in einem Schmelzspinn- und Ziehverfahren aus Polyethylen (oder ähnlichem
Material) gebildet sind, wie diejenigen, die von Mitsubishi Rayon
Co. Ltd. hergestellt werden. Solche Membranen haben eine Porengröße, die
zwischen dem Mikrofiltrationsbereich (0,02 μm bis 5 μm) und dem ultrafeinen Filtrationsbereich
(2 nm bis 0,05 μm)
angesiedelt sind und können
feine Partikel und alle Bakterien herausfiltern, einschließlich kolloidales
Siliziumoxid, bakterielle Viren, Ölemulsionen, Latexemulsionen,
Choleraerreger, Thyphuserreger, Escherichia coli, Staphylococcus,
Cryptosporidium, Giardia und Echinococcus granulosus. Diese Membranen
werden typischerweise auch so behandelt, dass sie hydrophil sind
(z.B. mit einem hydrophilen Polymer überzogen), so dass sie in Wasser benetzbar
sind.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf eine Anzahl bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte klar sein, dass die Erfindung innerhalb
des Umfangs der Ansprüche
in vielen anderen Formen verwirklicht werden kann.