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Récipient à pression pour assemblage de conditionnement des eaux
La présente invention concerne des récipients à pres-
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sion réalisés à partir di matière légère et prévus "pour y enrouler des filaments,Plus spécifiquement, la présente invention concerne un réservoir de conditionnement des eaux com-
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portant des pales de direction de fluide solidaires des sur- faces intérieures du réservoir pour diriger l'écoulement de fluide à travers les milieux de conditionnement qui y sont contenus.
Fondamentalement, la présente invention concerne un récipient à pression formé à partir d'une paroi ou enveloppe centrale cylindrique, ainsi qu'une paire de chapeaux en bout construits en une matière élastique légère. L'enveloppe cylin- drique est à extrémités ouvertes et les chapeaux en bout sont montés dans chaque extrémité de l'enveloppe pour former un ré- cipient allongé. Chacun des chapeaux en bout comporte une par- tie supérieure convexe bombée, ainsi qu'une jupe cylindrique solidaire de la partie supérieure et ayant pratiquement le même diamètre extérieur que celui de l'enveloppe centrale. Les chapeaux en bout sont assemblés à l'enveloppe centrale au moyen d'éléments formant un joint pratiquement étanche aux fluides entre les chapeaux en bout et l'enveloppe.
Pour effectuer le montage des chapeaux en bout sur l'enveloppe centrale, on relie des plats annulaires à la jupe cylindrique de chacun des chapeaux en bout. Chacun de ces plats annulaires a un diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur de la jupe, de façon à former un épaulement à la jonction entre le plat et la jupe. Les dimensions radiales de l'épaulement sont pratiquement égales à l'épaisseur de l'enveloppe centrale, de façon que les plats viennent s'adapter exactement dans l'enveloppe centrale et que les surfaces extérieures de la jupe et de l'enveloppe centrale forment une jonction lisse pour y enrouler des filaments. Un des chapeaux peut comporterune ouverture destinée à recevoir un élément de fermeture pour le récipient.
Un organe filamenteux peut être serré autour des
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chapeaux en bout et de l'enveloppe centrale pour retenir les chapeaux en bout dans cette dernière et former un récipient à pression solide et d'une seule pièce.
Le récipient à pression de la présente invention est particulièrement adapté pour être utilisé comme réservoir de conditionnement des fluides du type employé pour les adoucis- seurs d'eau. Ces réservoirs contiennent normalement une con- duite centrale allant d'une soupape d'écoulement prévue à une extrémité du réservoir vers un endroit situé pratiquement à l'autre extrémité du réservoir. La partie de l'enveloppe centrale du réservoir qui entoure la conduite, contient généralement des milieux de conditionnement de fluide, par exemple une résine échangeuse d'ions. Avec le récipient à pression de la présente invention, on peut modifier les surfaces intérieures des chapeaux en bout ou de l'enveloppe centrale, afin de former des pales de direction de fluide ou une autre structure à l'intérieur du récipient, avant l'assemblage complet.
Par exemple, dans une forme de réalisation de l'invention, plusieurs pales bifurquées de direction de fluide comportant chacune une paire de bras courbes, sont montées dans le chapeau en bout, à proximité immédiate de la sortie de la conduite, de façon que le fluide s'écoulant dans le réservoir de conditionnement soit canalisé en un type d'écoulement prédéterminé réduisant sensiblement les "chemine- ments", c'est-à-dire la tendance des liquides à s'écouler vers l'intérieur en direction de la conduite centrale et sur la surface extérieure de la conduite.
Les nouvelles caractéristiques et les avantages du récipient à pression sont illustrés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue latérale en perspective du récipient à pression de la présente invention;
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la figure 2 est une vue en perspective des éléments séparés d'une forme de réalisation du récipient à pression de la présente invention, cette vue montrant les chapeaux en bout et une partie cylindrique centrale; la figure 3 est une coupe longitudinale du récipient à pression illustré à la figure 2 sur lequel on a enroulé des filaments; la figure 4 est une coupe agrandie de la jonction de la paroi centrale et du chapeau en bout du récipient à pression de la figure 3, cette vue montrant l'enroulement de filaments sur la surface extérieure de la jonction;
la figure 5 est une vue en plan agrandie de l'écran collecteur de la présente invention; la figure 6 est une vue en plan agrandie du chapeau en bout inférieur représenté à la figure 2 ; la figure 7 est une coupe longitudinale d'un assenbla- ge de conditionnement des eaux dans lequel on utilise le récipient à pression de la présente invention et la figure $ est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation du récipient à pression de la présente invention.
En se référant à présent aux dessins annexés, la figure 1 nontre la construction générale du véeipient à pregsion assemblé 10 de la présente invention avaut d'y enrouler des fi-
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1a<ents. Ce récipient comprend génél"alC:7ijnt un Ch0;?et:11 (:':'1, hout supérieur 12 et un chapeau o? bout il!f0rieu.r 1/ MRtéa d'une La- nière étanche aux fluides sur une paroi latéral* ou enveloppa cylindrique allongée centrale 16.
Chacun de ces chapeaux en bout a la même configuration extérieure. ils ont chacun une extrémité bombée généralement convexe 20 solidaire d'une jupe cylindrique 22 (figure 4).
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Chacune des jupes 22 se termine en un plat annulaire24 d'un diamètre extérieur réduit. Le diamètre extérieur du plat 24 est légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'enveloppe 16. La jonction entre la partie supérieure de la jupe et le plat forme un épaulement 26 ayant pratiquement la même longueur radiale que l'épaisseur de l'enveloppe centrale 16 de sorte que, lorsque les chapeaux en bout sont montés sur -l'en- veloppe, il y a une transition pratiquement lisse sur la surface extérieure du récipient formé, depuis le chapeau en bout jusqu'à l'enveloppe, comme le montrent les figures 3 et 4, as- surant ainsi une surface lisse pour appliquer un enroulement de filament 29 sur le récipient.
Des gorges annulaires 30 ou d'autres moyens sont pré-
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vus dans chacun des plats pour s c^±r.'='4.3' ' des orgenes élastiques d'étanchéification tels que les joints boriques 32 illustrés à
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la figure 2. Los joints toriques 32 Oùt -en 'd:?,' v f ô a f131=1#e 2. , I ex johnts toriqiaes 32 . oa?G 2#n diaré'-z;De eôi,ie-ar ItSg0r0K'3nt plus grand quo celui dos plats ;1/:, de sorte t1,C, lors- qu'ils son.t places dr,i=#, la gorge g>z.éx"5iquEe- G?is los p?=ts, les surfaces des joints 301,J.<¯iu*z ;'<5.iz:#nd:ùi#ià .-..'::e: w'..7.: t' 'vers l'ex- térieur .3 13 ';,-î?fQ,ce de-s ô :7" 3 quelques ecai;1,C;#=en. do C#1ti- .C a¯;v 3'tr.
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Z=Bre ::ik,.4.' il plu:s d!9 sept i'Oi3 la IGL'iJ=:ll'" do 1?oz=ji:n f!''r.,r. .x, . s W.3 pour c'3ta'at !JU 'il" OJJ(;'.:5i';) LU Z.i,fl .. :".N on vue \-te rixer los ch:E1!'t}a\'!.P: on 'art. à 1 <>ài#veUp=zw e'j:1li.:='Üo.. On a
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constaté qu'en maintenant la surface du plat à une valeur égale à au moins trois fois la surface du contact d'étanchéification, les récipients à pression pouvaient résister à des pressions très élevées de l'ordre de-52,5 kg/cm2 après l'enroulement des , filaments.
En se référant à nouveau à la figure 4, on peut constater que l'extrémité inférieure du plat 24 va en diminuant vers l'intérieur à partir d'un point 34 correspondant axialement à la gorge 30 destinée au montage'de l'organe d'étanchéification (à savoir le joint torique 32) sur le plat. Cette conicité confère une certaine souplesse à l'extrémité inférieure du plat pour le montage des chapeaux en bout dans l'enveloppe cylindri- que 16. Les piat,3 des chapeaux en bout supérieur et inférieur vont en diminuant en cane comme le montre la figure 4.
Comme le montre clairement la figure 3, le chapeau en
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bout 3.7l.iyflri 4 4r 3.2 sosporte une ouverture J8 pouvant être filetée int8x-j.cni::::;' :::nt pour recevoir une soupape de réglage de fluide il}, l':0n.,:s,:,(.,tée -r..Y?s:=',5?.i ::?"r-.,.-,fi, à la figure 7, ou pour recevoir un l'H..'ntCl:O::1 ô i'':''-e^ xra's t'' (non représenté ) .
Cc.::..:';: le 1==nnt#iu.t les figures 3 et 6, sur la surface intér5;:::ure du ,":h:9t?'.?':1 en bout inférieur 1. sont r;1oulées soli- èijt'::,1t: q:n:lt:Q 1,.lü3 xGicl.=3 bifurqnees de diffusioa fus Ces l>v'lr3 ",an:1.'t f.:t,::? cha.'5?3 à i)11-;o;;;il de deux bras courbes qui tif t;.>:;d:L3 t;U! 1!'\:'3 0,'jxrér,,1.t é et loti!" bord in!' 6...
:i#'.'7r =.y':"t?' lit::,:J.r,03 7 ,,r 's' en bort. 1:.11cB xm:q.5 f!:i.;:1?oé{'?s yw o-- .,$ ;ssa . 4y' ;!:'.'5,:'".r .(,: 1 :<''';;') Ô Ch0')Gë:! on 'bt)u't 11:., '10 ' " -'' t3:2 - iue lg3 ;,,:,"t\:} ..:9 f" ,c'¯:' #T<zfli#:7 .;..n.a=i<% vers l'ext6riGt.!1', eoprie 10 z;oni##; la fi s .''3 6, psur i.â::"¯ai #'.' .c.:.!"!"!.nx C'o'l.trh';?l;3 4 Ja..-t,1!lt du :}':1t.:.."\1 d11 c1:1".:' "l c 'bnt.l- se {tilg(!14i# i'..4 .-.-¯...¯..,.r vers 11 G:"térierzn et se '".ii. .Ls'é.r p:.a.iiqYzi=¯*>#.1 t1\133:t.iel1cJL"-)nt à la périphérie int9ri'!.U"& cyi-indz.à,qne du chf''3au on bout. L';) oe'eaix 44
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ont une section transversale allant en diminuant (voir figure
6) au fur et à mesure qu'ils s'écartent du centre du chapeau en bout et ils débouchent dans quatre chambres à sommet ouvert
46 formées entre les canaux.
Grâce à la courbure des pales et à la paroi en bout convexe, les chambres 46 sont plus larges à leur bord extérieur, mais plus profondes près du centre des chapeaux en bout. Comme le montre clairement la figure 3, les bords supérieurs des pales 42 sont situés dans le même plan. Les bords inférieurs peuvent être solidaires du chapeau en bout et chaque pale comporte un orifice¯ de petit diamètre 48 près du bord inférieur de l'intersection de ses bras pour relier la chambre respective 46 au centre du chapeau en bout, comme le montrent les figures 2,3 et 6.
Le chapeau en bout inférieur 14 comporte également un épaulement intérieur annulaire plat 50 situé pratiquement dans le mené plan que celui du bord supérieur des pales, comme le montre clairement la figure 2, afin d'assurer le montage d'un écran collecteur 52. Cet épaulement 50 peut être usiné ou moulé dans le chapeau en bout inférieur. Ce chapeau en bout inférieur peut également comporter extérieurement une monture annulaire pleine d'enroulement 55 s'étendant axialement, comme le montre clairement la figure 3.
Conne le montrent les figures 2, 3 et 5, l'écran collecteur 52 consiste en un disque 4 ouverture centrale autour de laquelle un rebord annulaire 54 s'étend vers le bas. L'écran collecteur 52 comporte également des ouvertures ou fentes circon- ' férentlelles concentriques 56 à des endroits espacés radialement sur le disque, afin de former des parcours pour l'écoulement de fluide à travers l'écran collecteur 52, la capacité de ces parcours variant proportionnellement à la distance du centre du disque.
Ces testes sont alignées au-dessus des quatre chambres
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46 définies par les pales 42. Cet écran collecteur vient s'adap- ter hermétiquement au sommet des pales 42 et il peut être collé à ces dernières par un adhésif approprié de façon à rendre les canaux 44 pratiquement étanches aux fluides et diriger le fluide vers le haut à travers le récipient, uniquement à partir des chambres 46. Les fentes circonférentielles extérieures 56 sont' plus grandes et ont une plus forte capacité que les fentes inté- rieures car, comme le montre la figure 6, leur longueur augmente en fonction de l'augmentation de largeur des chambres 46 suivant que la distance radiale par rapport au centre du disque augmente.
Les chapeaux en bout 12 et 14, de même que l'enveloppe centrale 16 du récipient à pression peuvent être réalisés en n'importe quelle matière solide moulable ou usinable, par exem- ple les matières plastiques polymères en chlorure de polyvinyle, le polyéthylène linéaire de haute densité ou des matières poly- mères analogues ou encore des métaux tels que le laiton et l'acier inoxydable.
Les matières préférées pour la fabrication des ré- cipients à pression sont les résines d'acrylonitrile/butadiène/ styrène et leurs copolymères ayant une résistance à la traction d'environ 457 kg/cm2 à 23'Ce un poids spécifique d'environ 0,99 à 1.05, un accroissement de pourcentage d'absorption d'eau pen- dant une période de 24 heures à 23 C de 0,2 à 0,4 et un coeffi- cient de dilatation thermique linéaire en pouce/pouce/ c infé- rieur à 10,5 x 10-5. Les joints élastiques peuvent être réali- sés à partir de n'importe quelle matière flexible résistant à l'eau, par exemple le néoprène ou le Teflon.
Un récipient à pression de 101,6 cm ayant un diamètre d'environ 209,5 mm, construità partir de ces matières, a un poids nominal d'environ
4,98 kg.
Le récipient à pression de la présente invention est assemblé en forçant les plats 24 des chapeaux en bout 12 et 14
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dans l'enveloppe cylindrique 16, de façon que les joints tori- ques élastiques 32 viennent appuyer hermétiquement contre la surface intérieure de l'enveloppe cylindrique (voir figure 4) en formant un récipient pratiquement étanche aux fluides, ce qui est effectué assez aisément par suite de la légère flexibi- lité radiale des parties coniques des plats et par suite égale- ment de l'élasticité des joints toriques. De la sorte, les cha- peaux sont maintenus en place avant l'enroulement de filaments.
Les extrémités de l'enveloppe viennent appuyer contre les épau- lements 26 à la jonction des plats 24 et de la jupe 22 des cha- peaux en bout pour former une jonction extérieure lisse entre les chapeaux en bout et l'enveloppe. Les irrégularités existant éventuellement à la jonction peuvent éventuellement être aplanies avec une résina époyx
On mente ensuite le récipient sur une machine d'enroulement de filaments (non représentée) au moyen de l'ouverture filetée 38 pratiquée dans le chapeau en bout 12 et de la monture d'enroulement 55 du chapeau en bout 14. Sur le récipient,
on serre ensuite un enroulement d'un filament de fibres de verre enduit d'une résine de polyester pour former un récipient à pression léger et d'une seule pièce pouvant résister à de hautes pressions d'éclatement.Comme le montre la vue en coupe transversale de la figure 3, seules l'ouverture filetée 38 et la monture pleine d'enroulement 55 ne sont pas.recouvertes par l'enroulement de filaments.
La matière d'enroulement préférée est le verre de silane clair enduit d'une résine de polyester de ba- se isophtalique.. On a constaté que l'on pouvait former un enroulement sur un récipient en résine d'acrylonitrile/butadiène/ styrène .dont l'enveloppe avait une épaisseur de 2,28 à 2,54 mm, - pour résister à des pressions internes d'environ 52,5 kg/cm2 absolus. La résistance finale du récipient dépend de ses dimen-
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sions, des matières particulières utilisées pour sa construc- tion, du type de filament qui y est enroulé et de la quantité de filaments enroulés. Ces facteurs peuvent être déterminés de façon à les adapter au mieux à l'utilisation désirée prévue pour le récipient.
Dans la forme de réalisation particulière du réci- pient à pression de l'invention illustré à la figure 2 et, en outre, à la figure 7, une soupape de direction d'écoulement 40 peut être montée dans l'ouverture supérieure du chapeau en bout
12 afin de régler l'écoulement de fluide dans le récipient à pression 10. La soupape représentée illustre, d'une manière fonctionnelle, les soupapes utilisées pour les appareils de conditionnement ou les adoucisseurs d'eau à usage domestique et industriel. Cette soupape comporte une admission 57 pour les eaux brutes venant de la canalisation, ainsi qu'une admission à soupape 58 pour la saumure venant d'un réservoir (non représenté).
Cette soupape comporte également une sortie 60 vers la conduite d'évacuation et une sortie 62 vers la conduite de distribution.
Une conduite centrale 64 s'étend de la soupape 40 jusqu'à un niveau situé légèrement au-dessus de la surface intérieure du cha-. peau en bout inférieur au milieu de la jonction des canaux 44 formés par les pales 42. La soupape et la conduite peuvent être réalisées en fibres de verre.
Comme le montre la figure 7, la conduite 64 passe par l'ouverture centrale de l'écran collecteur 52. Etant donné que cet écran collecteur 5f est réalisé en une matière plastique élastique, le rebord 54 s'étendant autour de son ouverture centrale vient s'engager élastiquement sur la surface extérieure de la conduite cylindrique 64 pour maintenir la conduite en association pratiquement étanche aux fluides avec l'ouverture centrale de l'écran collecteur 52.
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Au cours du cycle de régénération de l'appareil de conditionnement des eaux, en utilisant le récipient à pression représenté schématiquement à la figure 7, les eaux brutes pénètrent par l'admission 57 et elles passent ensuite à travers une chambre d'admission et le cône de diffusion en amenant la saumure à s'écouler par l'admission 58 à partir d'un réservoir (non représenté), pour descendre ensuite, par la conduite centrale 64, dans la partie centrale des pales 42. Ce mélange d'eaux brutes et de saumure est dirigé en dehors de la partie centrale du chapeau en bout inférieur par les pales 42, à travers les canaux 44. Par suite de l'étranglement des canaux, comme le montrent les figures 2 et 6, le fluide est accéléré au fur et à mesure qu'il s'écoule radialement vers l'extérieur à travers les canaux.
De la sorte, le mélange sort tangentiellement dans cha-
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cune des chambres 46 à un débit relativemeiit-àli3-q7¯ avecunmou- vement en spirale. La paroi extérieure du chapeau en bout et le dos des pales 42 sur le côté opposé de chaque chambre 46 interrompent l'écoulement de fluide et donnent lieu à un haut degré de turbulence dans les chambres 46. Le mélange d'eau et de saumure subissant cette forte turbulence est forcé à travers les ouvertures 56 pratiquées dans le disque collecteur 52, puis il est, injecté dans la résine. Ce mélange maintient un haut débit et il conserve une partie de son mouvement turbulent en spirale au fur et à mesure qu'il monte à travers la résine.
Etant donné que la capacité des ouvertures 56 des bords extérieurs du disque 52 est plus grande qu'aux bords intérieurs du disque, une plus grande proportion du mélange est injectée dans la résine par ces ouvertures extérieures, si bien que le fluide a tendance à se déplacer vers l'extérieur, en direction de l'enveloppe 16 du récipient. Cet effet combiné des pales et de l'écran collecteur élimine pratiquement les cheminements contre la conduite
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intérieure 64. La turbulence du mélange fluide assure égale- ment, à un haut degré, un contact interfacial entre le mélange d'eau et de saumure et la résine échangeuse d'ions, afin d'uti- liser pleinement la résine.
Comme le montre la figure 7, au fur et à mesure que le fluide atteint le chapeau en bout supérieur, il est dirigé vers l'intérieur en direction de la conduite par le chapeau en bout et par l'effet de cheminement qui se produit dans la par- tie supérieure de la chambre lorsque le mélange a perdu le mo- ment avec lequel il a été injecté dans la résine. Le mélange est ensuite recueilli autour de l'extrémité supérieure de la conduite cylindrique et il sort du récipient par la conduite d'évacuation 60. Les surfaces intérieures coniques des plats
24 des chapeaux en bout, facilitent la direction de l'écoulemenbt vers l'extérieur en direction de l'enveloppe 16.
La figure $ illustre une autre forme de réalisation du récipient à pression de la présente invention. Dans cette foras de réalisation, les chapeaux en bout 70 et 71 coimportent chacun une jupe cylindrique 72 ayant pratiquement la même épaisseur que les sections convexes des chapeaux en bout. les chapeaux en bout sont assemblés à une enveloppe cylindrique 74 au moyen de bagues d'assemblage 76. Ces bagues d'assemblée comportent chacune un épaulèrent annulaire central 78 ayamt un diamètre extérieur pratiquement égal à celui des jupes cylin- driques des chapeaux en bout.
Les épaulements 78 des bogues d'assemblage sont assemblés à une paire de plats annulaires 60 s'étendant dans des directions opposées à partir des épaulements, comme le montre la figure 8,
Chaque plat comporte une gorge annulaire 82 ou un au- ! tre élément destiné àrecevoir un organe élastique d'étanchéification, par exemple les joints toriques 84 illustrés à la fi-
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gure 8. Les joints toriques ont un diamètre légèrement supé- rieur à la profondeur des gorges et ainsi, ils ressortent au- delà des plats et ils doivent être comprimés pour pouvoir adap- ter les plats des bagues d'assemblage dans les jupes cylindri- ques des chapeaux en bout et dans l'enveloppe centrale du corps du récipient à pression.
La surface intérieure des bagues d'assemblage peut aller en diminuant à partir du bord extérieur des plats vers un point situé derrière chacune des gorges, assurant ainsi une flexibilité radiale pour les plats au cours de l'introduction dans les chapeaux en bout et l'enveloppe cylindrique du réci- pient. Les autres caractéristiques de cette forme de réalisa- tion sont les mêmes que celles de la forme de réalisation dé- ;rite en se référant aux figures 1 à 7.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Pressure vessel for water conditioning assembly
The present invention relates to pressure vessels
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sion made from light material and provided "for winding filaments therein. More specifically, the present invention relates to a water conditioning tank comprising
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carrying fluid direction vanes integral with the interior surfaces of the reservoir to direct the flow of fluid through the conditioning media contained therein.
Basically, the present invention relates to a pressure vessel formed from a cylindrical central wall or shell, as well as a pair of end caps constructed of a lightweight elastic material. The cylindrical casing is open ended and the end caps are fitted into each end of the casing to form an elongated container. Each of the end caps has a domed convex upper part, as well as a cylindrical skirt integral with the upper part and having substantially the same outside diameter as that of the central casing. The end caps are joined to the central casing by means of elements forming a substantially fluid-tight seal between the end caps and the casing.
To mount the end caps on the central casing, annular flats are connected to the cylindrical skirt of each of the end caps. Each of these annular plates has an outside diameter smaller than the outside diameter of the skirt, so as to form a shoulder at the junction between the plate and the skirt. The radial dimensions of the shoulder are practically equal to the thickness of the central casing, so that the flats fit exactly into the central casing and the outer surfaces of the skirt and of the central casing form a smooth junction for winding filaments. One of the caps may include an opening intended to receive a closure element for the container.
A filamentous organ may be tight around the
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end caps and center wrap to retain the end caps therein and form a strong, one-piece pressure vessel.
The pressure vessel of the present invention is particularly suited for use as a fluid conditioning tank of the type employed for water softeners. These reservoirs normally contain a central line from a flow valve provided at one end of the reservoir to a location substantially at the other end of the reservoir. The part of the central shell of the reservoir which surrounds the pipe, generally contains fluid conditioning media, for example an ion exchange resin. With the pressure vessel of the present invention, the interior surfaces of the end caps or center shroud can be modified to form fluid direction vanes or other structure within the vessel, prior to complete assembly.
For example, in one embodiment of the invention, several bifurcated fluid direction blades each including a pair of curved arms, are mounted in the end cap, in close proximity to the outlet of the pipe, so that the fluid flowing in the conditioning tank is channeled into a predetermined type of flow substantially reducing "flow", that is, the tendency of liquids to flow inward towards the outlet. center pipe and on the outer surface of the pipe.
The novel features and advantages of the pressure vessel are illustrated in the accompanying drawings in which: Figure 1 is a perspective side view of the pressure vessel of the present invention;
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Figure 2 is a perspective view of the separate elements of one embodiment of the pressure vessel of the present invention, this view showing the end caps and a central cylindrical portion; Figure 3 is a longitudinal section of the pressure vessel illustrated in Figure 2 on which filaments have been wound; Figure 4 is an enlarged sectional view of the junction of the center wall and the end cap of the pressure vessel of Figure 3, this view showing the winding of filaments on the outer surface of the junction;
Figure 5 is an enlarged plan view of the collector screen of the present invention; Figure 6 is an enlarged plan view of the lower end cap shown in Figure 2; Figure 7 is a longitudinal section of a water conditioning assembly in which the pressure vessel of the present invention is used and Figure $ is a longitudinal section of another embodiment of the pressure vessel of the present invention. present invention.
Referring now to the accompanying drawings, Figure 1 shows the general construction of the assembled pregsion vessel 10 of the present invention by winding therein.
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1a <ents. This receptacle generally comprises a Ch0;? And: 11 (: ':' 1, upper hout 12 and a cap where it! F0rieu.r 1 / MRtéa of a fluid-tight la- niere on a side wall * or central elongated cylindrical envelope 16.
Each of these end caps has the same exterior configuration. they each have a generally convex domed end 20 integral with a cylindrical skirt 22 (FIG. 4).
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Each of the skirts 22 ends in an annular flat 24 with a reduced outside diameter. The outside diameter of the plate 24 is slightly less than the inside diameter of the casing 16. The junction between the upper part of the skirt and the plate forms a shoulder 26 having substantially the same radial length as the thickness of the central casing 16. so that when the end caps are mounted on the casing, there is a substantially smooth transition on the outer surface of the formed container from the end cap to the casing as shown in Figs. Figures 3 and 4, thereby ensuring a smooth surface for applying a filament winding 29 to the container.
Annular grooves 30 or other means are pre-
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seen in each of the flats for s c ^ ± r. '=' 4.3 '' elastic sealing elements such as boric seals 32 shown at
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figure 2. Los o-rings 32 Wheret -en 'd:?,' v f ô a f131 = 1 # e 2., I ex johnts toriqiaes 32. oa? G 2 # n diaré'-z; De eôi, ie-ar ItSg0r0K'3nt greater than the flat back one; 1 / :, so t1, C, when they are placed dr, i = #, the groove g> z.éx "5iquEe- G? is los p? = ts, the surfaces of the joints 301, J. <¯iu * z; '<5.iz: #nd: ùi # ià .-. . ':: e: w' .. 7 .: t '' outward .3 13 ';, - î? fQ, ce de-s ô: 7 "3 a few ecai; 1, C; # = in. do C # 1ti- .C à; v 3'tr.
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found that by maintaining the area of the dish at a value equal to at least three times the area of the sealing contact, the pressure receptacles could withstand very high pressures of the order of -52.5 kg / cm2 after winding, filaments.
Referring again to Figure 4, it can be seen that the lower end of the plate 24 decreases inwardly from a point 34 corresponding axially to the groove 30 for mounting the member of 'sealing (i.e. O-ring 32) on the flat. This taper gives a certain flexibility to the lower end of the plate for mounting the end caps in the cylindrical casing 16. The piat, 3 of the upper and lower end caps go decreasing in cane as shown in the figure. 4.
As shown clearly in Figure 3, the hat in
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end 3.7l.iyflri 4 4r 3.2 carries a J8 opening that can be threaded int8x-j.cni ::::; ' ::: nt to receive a fluid control valve il}, l ': 0n.,: s,:, (., tee -r..Y? s: =', 5? .i ::? "r -., .-, fi, in Figure 7, or to receive a H .. 'ntCl: O :: 1 ô i' ':' '- e ^ xra's t' '(not shown).
Cc. :: ..: ';: le 1 == nnt # iu.t figures 3 and 6, on the interior surface; ::: ure du, ": h: 9t?'.? ': 1 at the end inferior 1. are r; 1oulées soli- èijt '::, 1t: q: n: lt: Q 1, .lü3 xGicl. = 3 bifurqnees de diffusiona fus Ces l> v'lr3 ", an: 1.'t f .: t, ::? cha. '5? 3 to i) 11-; o ;;; il of two curved arms which tif t;.> :; d: L3 t; U! 1! '\:' 3 0, 'jxrér ,, 1.t é and loti! "Bord in!' 6 ...
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have a decreasing cross section (see figure
6) as they move away from the center of the end cap and emerge into four open top chambers
46 formed between the channels.
Due to the curvature of the blades and the convex end wall, the chambers 46 are wider at their outer edge, but deeper near the center of the end caps. As clearly shown in Figure 3, the upper edges of the blades 42 are located in the same plane. The lower edges may be integral with the end cap and each blade has a small diameter hole 48 near the lower edge of the intersection of its arms to connect the respective chamber 46 to the center of the end cap, as shown in the figures. 2,3 and 6.
The lower end cap 14 also includes a flat annular inner shoulder 50 located practically in the plane as that of the upper edge of the blades, as clearly shown in Figure 2, to ensure the mounting of a collector screen 52. This shoulder 50 can be machined or molded into the bottom end cap. This lower end cap may also have an axially extending solid coil annular mount 55 on the outside, as clearly shown in Figure 3.
As shown in Figures 2, 3 and 5, the collecting screen 52 consists of a disc 4 central opening around which an annular flange 54 extends downward. The collector screen 52 also has circumferential concentric openings or slots 56 at radially spaced locations on the disc, to form paths for the flow of fluid through the collector screen 52, the capacity of these paths being. varying in proportion to the distance from the center of the disc.
These tests are aligned above the four chambers
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46 defined by the blades 42. This collecting screen fits tightly to the top of the blades 42 and it can be stuck to the latter by an appropriate adhesive so as to make the channels 44 practically fluid-tight and direct the fluid towards up through the container, only from the chambers 46. The outer circumferential slots 56 are larger and have a higher capacity than the inner slots because, as shown in Figure 6, their length increases with increasing frequency. the increase in width of the chambers 46 as the radial distance from the center of the disc increases.
The end caps 12 and 14, as well as the central casing 16 of the pressure vessel can be made of any solid moldable or machinable material, for example polymeric plastics of polyvinyl chloride, linear polyethylene. high density or similar polymeric materials or metals such as brass and stainless steel.
Preferred materials for the manufacture of the pressure vessels are acrylonitrile / butadiene / styrene resins and their copolymers having a tensile strength of about 457 kg / cm2 at 23 ° C with a specific gravity of about 0. 99 to 1.05, a percentage increase in water absorption over a 24 hour period at 23 C of 0.2 to 0.4 and a coefficient of linear thermal expansion in inch / inch / c lower. laughing at 10.5 x 10-5. Elastic seals can be made from any flexible water resistant material, for example neoprene or Teflon.
A 40-inch pressure receptacle having a diameter of about 209.5 mm, constructed from these materials, has a nominal weight of about
4.98 kg.
The pressure vessel of the present invention is assembled by forcing the flats 24 of the end caps 12 and 14.
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in the cylindrical casing 16, so that the resilient O-rings 32 press tightly against the inner surface of the cylindrical casing (see figure 4), forming a substantially fluid-tight container, which is done quite easily by as a result of the slight radial flexibility of the conical parts of the flats and also of the elasticity of the O-rings. In this way, the caps are held in place before the filaments are wound up.
The ends of the casing press against the shoulders 26 at the junction of the flats 24 and the skirt 22 of the end caps to form a smooth outer junction between the end caps and the casing. Any irregularities that may exist at the junction can possibly be smoothed out with an epoyx resin
The container is then lying on a filament winding machine (not shown) by means of the threaded opening 38 made in the end cap 12 and the winding mount 55 of the end cap 14. On the container,
a winding of a fiberglass filament coated with a polyester resin is then clamped to form a lightweight, one-piece pressure vessel capable of withstanding high burst pressures. As shown in the sectional view of FIG. 3, only the threaded opening 38 and the solid winding frame 55 are not covered by the winding of filaments.
The preferred coil material is clear silane glass coated with an isophthalic-based polyester resin. It has been found that a coil can be formed on an acrylonitrile / butadiene / styrene resin container. the envelope of which was 2.28 to 2.54 mm thick, - to withstand internal pressures of approximately 52.5 kg / cm2 absolute. The final strength of the container depends on its dimensions.
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sions, the particular materials used in its construction, the type of filament wound therein and the amount of filaments wound. These factors can be determined so as to best suit the desired use intended for the container.
In the particular embodiment of the pressure vessel of the invention illustrated in Figure 2 and further in Figure 7, a flow direction valve 40 may be mounted in the upper opening of the bonnet. end
12 to regulate the flow of fluid into the pressure vessel 10. The valve shown illustrates, in a functional manner, valves used for conditioners or water softeners for domestic and industrial use. This valve comprises an inlet 57 for the raw water coming from the pipe, as well as a valve inlet 58 for the brine coming from a reservoir (not shown).
This valve also has an outlet 60 to the discharge pipe and an outlet 62 to the distribution pipe.
A center line 64 extends from valve 40 to a level slightly above the interior surface of the chamber. skin at the lower end in the middle of the junction of the channels 44 formed by the blades 42. The valve and the pipe can be made of glass fibers.
As shown in Figure 7, the pipe 64 passes through the central opening of the collecting screen 52. Since this collecting screen 5f is made of an elastic plastic material, the flange 54 extending around its central opening comes from elastically engage the exterior surface of cylindrical conduit 64 to maintain the conduit in substantially fluid-tight association with the central opening of collector shield 52.
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During the regeneration cycle of the water conditioning apparatus, using the pressure vessel shown schematically in Figure 7, raw water enters through inlet 57 and then passes through an inlet chamber and the diffusion cone by causing the brine to flow through the inlet 58 from a reservoir (not shown), to then descend, through the central pipe 64, into the central part of the blades 42. This mixture of water Raw and brine is directed out of the central portion of the lower end cap by the blades 42, through the channels 44. As a result of the constriction of the channels, as shown in Figures 2 and 6, the fluid is accelerated as it flows radially outward through the channels.
In this way, the mixture comes out tangentially in each
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Each of the chambers 46 has a relatively low flow rate with a spiral movement. The outer wall of the end cap and the backs of the blades 42 on the opposite side of each chamber 46 interrupt the flow of fluid and give rise to a high degree of turbulence in the chambers 46. The mixture of water and brine undergoing this strong turbulence is forced through the openings 56 made in the collector disc 52, then it is injected into the resin. This mixture maintains a high flow rate and it retains some of its turbulent spiral motion as it rises through the resin.
Since the capacity of the openings 56 of the outer edges of the disc 52 is greater than the inner edges of the disc, a greater proportion of the mixture is injected into the resin through these outer openings, so the fluid tends to seep. move outwards, towards the casing 16 of the container. This combined effect of the blades and the collector screen practically eliminates pathways against the pipe.
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64. The turbulence of the fluid mixture also ensures, to a high degree, interfacial contact between the water and brine mixture and the ion exchange resin, in order to fully utilize the resin.
As shown in Figure 7, as the fluid reaches the upper end cap, it is directed inward towards the pipe through the end cap and by the flow effect that occurs in the pipe. the upper part of the chamber when the mixture has lost the moment with which it was injected into the resin. The mixture is then collected around the upper end of the cylindrical pipe and exits the container through the discharge pipe 60. The tapered interior surfaces of the dishes
24 of the end caps, facilitate the direction of the flow outwards towards the casing 16.
Figure $ illustrates another embodiment of the pressure vessel of the present invention. In this embodiment, the end caps 70 and 71 each co-import a cylindrical skirt 72 having substantially the same thickness as the convex sections of the end caps. the end caps are assembled to a cylindrical shell 74 by means of assembly rings 76. These assembly rings each have a central annular shoulder 78 having an outside diameter substantially equal to that of the cylindrical skirts of the end caps.
The shoulders 78 of the assembly bugs are joined to a pair of annular plates 60 extending in opposite directions from the shoulders, as shown in Figure 8,
Each dish has an annular groove 82 or a-! be element intended to receive an elastic sealing member, for example the O-rings 84 illustrated in FIG.
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gure 8. The O-rings have a diameter slightly greater than the depth of the grooves and thus they protrude beyond the flats and they must be compressed in order to be able to fit the flats of the assembly rings in the cylindrical skirts. end caps and in the central casing of the body of the pressure receptacle.
The inner surface of the connecting rings may decrease from the outer edge of the flats to a point behind each of the grooves, thus providing radial flexibility for the flats during introduction into the end caps and the end caps. cylindrical envelope of the container. The other features of this embodiment are the same as those of the embodiment described with reference to Figures 1 to 7.
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