CN109715271A - 反渗透系统控制阀 - Google Patents

Abstract

用于反渗透水净化系统的控制阀提供给水端口、挤压水端口、排放端口和产品水连接部，其中每个都通到孔中。第一、第二和第三O形环位于孔中，相继地在给水端口、挤压水端口、排放端口与产品水连接部之间。控制活塞可移动地位于壳体的孔中。控制活塞包括排泄/排放井，其中，侧面被斜切。当排泄/排放井经过第二O形环时，排泄/排放井在挤压水端口与排放端口之间提供流体通道。流体通道包括形成在第二O形环与排泄/排放井的斜切侧面之间的开口，其中开口的尺寸响应于控制活塞的位置。

Description

反渗透系统控制阀

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C119(e)要求06/16/2016提交的美国临时申请No.62/351,188和06/17/2016提交的美国临时申请62/351,494的权益，其中每个的全部内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及反渗透水过滤器领域；并且更具体地涉及用于反渗透水过滤器的控制阀。

背景技术

本发明代表美国专利No.6,110,360中公开的反渗透控制阀的改进。该阀在其开发时是本领域中的重大进步。然而，其仍然存在一些问题，随着反渗透过滤器系统性能多年来在产品水的生产率方面已经大大增加，所述问题已经加剧，如下文更充分地描述的。

附图说明

本发明可通过参考以下描述和附图而被最好地理解，所述描述和附图通过示例而非限制的方式用于说明本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记表示类似的元件：

图1示出了在系统关闭位置中的根据本发明的控制阀。

图2示出了在产品水分配位置中的图1的控制阀。

图3示出了在产品水生产位置中的图1的控制阀。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节。然而，应理解的是，可在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其它情况下，没有详细显示公知的电路、结构和技术，以免模糊对该描述的理解。

在以下描述中，对附图进行了参考，所述附图示出了本发明的若干实施例。应理解的是，可利用其它实施例，并且可在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气和操作变化。以下详细描述不以限制性的含义进行，并且本发明的实施例的范围仅由所公布专利的权利要求限定。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。本文可使用空间相对术语，例如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”和类似物，以便于描述，以描述一个元件或特征与另一（多个）元件或（多个）特征的关系，如在附图中示出的。将理解的是，除了附图中描绘的定向之外，空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件而后应定向成在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的定向两者。装置可以其它方式定向（例如，旋转90度或处于其它定向），并且本文使用的空间相对描述语被相应地解释。

如本文使用的，单数形式“一”，“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有说明。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”明确说明所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组。

本文使用的术语“或”和“和/或”应解释为包含性的或意为任何一种或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”意为“以下任何一种：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或动作的组合以一些方式固有地相互排斥时，才将发生此定义的例外。

根据美国专利No.6,110,360的控制阀首先在佛罗里达州（通常是温水市场）引入。所述阀使用如所述专利中陈述的特氟龙（Teflon）活塞，所述特氟龙活塞被选择以避免活塞运动对O形环的磨损，并且只要水温从未发生剧烈变化，所述特氟龙活塞就被证明是成功的。然而，当在一个温度下切割特氟龙材料以制造活塞，而后在较低温度下操作控制阀时，活塞将收缩超出操作尺寸，其结果是水系统将自行排放。虽然特氟龙具有所期望的润滑性，但是其在大的温度范围（如在美国的可能大多数地区和许多其它国家中可预期的）内是过于不稳定的材料而不能正常工作。为了克服此问题，本发明利用一种稳定得多的塑料族用于控制阀活塞的材料，即乙缩醛类塑料，例如通过示例的方式，由DuPont制造的Delrin和如由Celanese制造的Celcon。乙缩醛塑料比特氟龙稳定得多，并且在所要求的温度范围内保持所要求的尺寸公差，以在任何合理的温度范围内提供令人非常满意的操作。

此外，美国专利No.6,110,360的控制阀是当典型的反渗透膜的日产量为每天15加仑量级时被开发的。在该方面，重要的是注意在美国专利No.6,110,360的控制阀的设计中，所有功能操作都涉及定时—何时排泄（vent）、何时关闭、何时开启等。在该方面，控制阀旨在与在产品水储存罐中具有囊的反渗透过滤器系统共同操作，由此可将产品水添加到囊的内部容积，同时在产品水生产期间使囊的外表面排泄到大气压力，并且在产品水分配期间将挤压水（即在自来水压力下的反渗透过滤器膜废水）提供到囊的外表面，以对产品水加压。

图1、2和3示出了根据本发明的控制阀，其中，可观察到控制阀的主要部件。控制阀包括壳体20，其中具有控制活塞22，所述控制活塞22在左端部处由盖部24和O形环26密封。壳体20包括四个端口，即给水端口28（在自来水压力下的反渗透过滤器膜废水）、挤压水端口30和排放端口32以及产品水连接部34。在这些附图中，所显示的截面是复合截面的形式，以在同一平面中放置端口28、30和32以及产品水连接部34，其使控制活塞22变形，但是除了流动路径40之外，控制活塞22具有旋转表面。

在壳体20的右端部处是给水计量螺杆36，所述给水计量螺杆36具有延伸到控制活塞22中的轴向开口中的延伸部38，当不被壳体20与控制活塞22之间的O形环（即O形环42）阻挡时，所述延伸部38与流动路径40一起允许通过给水端口28的缓慢但是正的给水速率。

在此实施例中，反渗透过滤器膜总是暴露于给水端口28中的全部给水压力，并且左端部（控制活塞22的较大端部）总是暴露于通过产品水连接部34的产品水压力，所述产品水连接部34由其之间的止回阀从回到产品水储存罐的反向流动隔离，如稍后将描述的。相应地，如可在图1中观察到的，当产品水储存罐装满产品水时，储存罐中的产品水压力将随着产品水的持续但较缓慢的生产而增加，以增加产品水连接部34中的压力，最终由于控制活塞22的两个端部的面积不同而迫使控制活塞22到最右位置，如在图1中显示的。在此最右位置中，O形环42阻挡任何给水流经过O形环，使系统中的所有水流停止。在该方面，如先前所述的，此实施例中的反渗透膜始终与原水源（自来水）联接，给水端口28联接到反渗透过滤器单元的废水出口。相应地，关闭通过给水端口28的流动关闭了通过系统的所有水流。

当打开产品水分配阀以分配反渗透过滤水时，产品水连接部34中的产品水压力将立即下降，允许给水端口28中的给水压力迫使控制活塞22到最左位置，如在图2中显示的，使控制活塞移动经过O形环42，但是不经过O形环44，使得现在给水端口28联接到挤压水端口30以对产品水储存罐中的囊的外表面加压，其转而迫使囊内的产品水通过分配器。

当分配停止时，挤压水端口30仍然联接到给水端口28，使得联接到产品水连接部34的产品水仍然处于挤压水压力，所述挤压水压力等于给水压力。相应地，控制活塞22将开始向右移动，直到挤压水端口30联接到排放端口32，如可在图3中观察到的。在此位置中，O形环42在控制活塞22的右端部周围阻挡来自给水端口28的流动。此外，在控制活塞22在图3中显示的位置中的情况下，流动路径40中的受限制的给水流还通过控制活塞22中的排泄/排放井48联接到排放端口32。这导致挤压水端口30上和产品水储存罐外侧上的挤压水压力下降到大气压力。然而，先前所述的止回阀防止产品水往回流出产品水连接部34，并且当然因为现在分配阀关闭，产品水不能通过分配阀流出产品水连接部34，所以控制活塞22将停止在图3中显示的位置处。在此情况下，产品水储存罐中的囊的外侧上的压力基本上是大气压力，并且经过反渗透膜并且通过给水端口28的给水流受到限制。在此期间生产产品水，从而利用产品水填充储存罐，在此之后产品水压力将增加，如先前描述的，从而使控制活塞22移动到图1中显示的最右位置，使系统关闭。

然而，在现有技术系统中，控制活塞的低速移动被证明对于控制阀的正确操作是至关重要的。现有技术系统中的活塞的排泄/排放井以90度角切割。其被发现在当今最好的系统中导致至少两个问题。

第一个问题是排泄/排放井48的通道从一个壁到另一壁的宽度表示挤压排泄与系统关闭之间的时间。使用最新的反渗透膜技术用于最新的反渗透过滤系统（例如美国专利No.7,601,256中的那些）中可实现的每天60至100加仑的当前高产品水生产率，更快的水导致控制活塞22从完全挤压位置（分配）（图2）移动通过挤压水排放位置（图3）到关闭（图1）并且从不生产水。这将仅在反渗透过滤器系统的初始启动阶段期间发生。尽管如此，所述系统仍无法开箱即用。

此问题在本发明中通过对控制活塞22中的排泄/排放井48的至少一个侧面斜切（chamfering）而得到解决，如在附图中显示的。为了此说明书的目的，对排泄/排放井48的侧面“斜切”意为在排泄/排放井上提供成角度的壁，如在附图中显示的。“斜切”延伸到排泄/排放井48中比O形环44足够地更远，使得“斜切”提供经过O形环44的路径，随着控制活塞22向右移动时，所述路径缓慢打开。“斜切”可延伸到排泄/排放井48的全部深度，如在附图中显示的，使得“斜切”将控制活塞22的外圆柱形表面连接到排泄/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

排泄/排放井48的侧面的斜切实现了两件事。首先，其提前开始缓慢地使挤压水排泄经过O形环44。这允许系统稳定，并且在挤压水的排泄发生之后使产品水压力的任何瞬时维持得到避免或最小化，减缓控制活塞22向右的移动，并且当挤压水排泄经过O形环44时允许其停止，使产品水到控制活塞22左侧的流动停止，但是由先前描述的止回阀保持其水体积。而后，当系统填充到产品水储存罐囊容量时，产品水压力增加以通过产品水连接部34供应更多产品水，由此控制活塞22现在继续向右移动以完成循环至完全关闭，如在图1中显示的。

最后，排泄/排放井48的斜切还防止排泄/排放井48的否则方形角部卡住O形环44，并且提供自对中动作以避免该问题。

虽然已经在附图中描述和显示了某些示例性实施例，但是应理解的是，由于本领域普通技术人员可想到各种其它修改，此类实施例对于宽泛发明仅仅是说明性而非限制性的，并且本发明不限于所显示和所描述的具体构造和布置。因此，本说明书应被认为是说明性而非限制性的。

Claims (20)

1.一种用于反渗透水净化系统的控制阀，所述控制阀包括：

壳体，具有供水端口、挤压水端口、排放端口和产水连接部，其中每个都通到孔中；

第一O形环，位于所述孔中在所述给水端口与所述挤压水端口之间；

第二O形环，位于所述孔中在所述挤压水端口与所述排放端口之间；

第三O形环，位于所述孔中在所述排放端口与所述产品水连接部之间；和

控制活塞，可移动地位于壳体的孔中，所述控制活塞包括排泄/排放井，其中，侧面被斜切，当所述排泄/排放井经过所述第二O形环时，所述排泄/排放井在所述挤压水端口与所述排放端口之间提供流体通道，所述流体通道包括形成在所述第二O形环与所述排泄/排放井的斜切侧面之间的开口。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述排泄/排放井的斜切侧面从所述控制活塞的外圆柱形表面延伸到所述排泄/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

3.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述控制活塞包括第一流动路径，当所述控制活塞在最靠近所述挤压水端口的位置处时，所述第一流动路径提供从所述给水端口到所述挤压水端口的缓慢但是正的给水流速率，所述控制活塞与所述第二O形环配合，以阻挡所述挤压水端口与所述排放端口之间的流动。

4.根据权利要求3所述的控制阀，其中，当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时，所述控制活塞还与第三O形环配合，以阻挡所述排放端口与所述产品水连接部之间的流动。

5.根据权利要求1所述的控制阀，其中，当所述控制活塞在最远离所述给水端口的位置处时，所述控制活塞移动经过所述第一O形环，以将所述给水端口直接联接到所述挤压水端口。

6.根据权利要求5所述的控制阀，其中，当所述控制活塞在最远离所述给水端口的位置处时，所述控制活塞还与所述第二O形环配合，以阻挡所述挤压水端口与排放端口之间的流动。

7.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述控制活塞还与所述第三O形环配合，以在所述控制活塞的所有位置中阻挡所述产品水连接部与排放端口之间的流动。

8.一种用于控制反渗透水净化系统的方法，所述方法包括：

将处于自来水压力的反渗透过滤器膜废水联接到控制阀的给水端口；

通过止回阀将产品水储存罐联接到所述控制阀的产品水连接部，所述止回阀防止来自所述产品水连接部的反向流返回到所述产品水储存罐；

将产品水分配阀联接到所述控制阀的产品水连接部，使得所述止回阀防止来自所述产品水分配阀的反向流返回到所述产品水储存罐;

打开所述产品水分配阀，以使所述控制阀中的控制活塞移动到最远离给水端口的位置，并且因此使所述给水端口联接到所述控制阀的挤压水端口，以对所述产品水储存罐中的囊的外表面加压；

关闭所述产品水分配阀，以使所述控制活塞朝向所述给水端口移动，并且因此使所述挤压水端口和所述控制阀的排放端口联接并且降低囊的外表面上的压力，其中，所述控制活塞包括排泄/排放井，其中，侧面被斜切，当所述排泄/排放井经过O形环时，所述排泄/排放井在所述挤压水端口与所述排放端口之间提供流体通道，所述流体通道包括形成在所述O形环与所述排泄/排放井的斜切侧面之间的开口。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述排泄/排放井的斜切侧面从所述控制活塞的外圆柱形表面延伸到所述排泄/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时，提供从所述给水端口到所述挤压水端口的缓慢但是正的给水流速率。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时，阻挡所述排放端口与所述产品水连接部之间的流动。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括：当所述控制活塞在最远离所述给水端口的位置处时，使所述给水端口直接联接到所述挤压水端口。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：当所述控制活塞在最远离所述给水端口的位置处时，阻挡所述挤压水端口与所述排放端口之间的流动。

14.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述控制活塞的所有位置中阻挡所述产品水连接部与所述排放端口之间的流动。

15.一种用于反渗透水净化系统的控制阀，所述控制阀包括：

壳体，具有供水端口、挤压水端口、排放端口和产水连接部，其中每个都通到孔中；

第一O形环，位于所述孔中在所述给水端口与所述挤压水端口之间；

第二O形环，位于所述孔中在所述挤压水端口与所述排放端口之间；

第三O形环，位于所述孔中在所述排放端口与所述产品水连接部之间；

控制活塞，可移动地位于所述壳体的孔中，随着所述控制活塞从最远离所述给水端口的第一位置移动到最靠近所述给水端口的第二位置，所述控制活塞在所述挤压水端口与所述排放端口之间提供流体通道；和

响应于所述控制活塞的位置而用于控制从所述挤压水端口到所述排放端口的挤压水的排泄速率的器件。

16.根据权利要求15所述的控制阀，其中，所述用于控制挤压水的排泄速率的器件是所述控制活塞中的排泄/排放井，所述排泄/排放井具有与所述第二O形环配合的斜切侧面，以在从所述挤压水端口到所述排放端口的所述流体通道中提供开口，所述开口的尺寸响应于所述控制活塞的位置。

17.根据权利要求16所述的控制阀，其中，所述排泄/排放井的斜切侧面从所述控制活塞的外圆柱形表面延伸到所述排泄/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

18.根据权利要求15所述的控制阀，还包括：当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时用于提供从所述给水端口到所述挤压水端口的缓慢但是正的给水流速率的器件。

19.根据权利要求15所述的控制阀，还包括：当所述控制活塞在最远离所述给水端口的位置处时用于阻挡所述挤压水端口与所述排放端口之间的流动的器件。

20.根据权利要求15所述的控制阀，还包括：在所述控制活塞的所有位置中用于阻挡所述产品水连接部与所述排放端口之间的流动的器件。