CN115321643A - 反渗透系统控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于反渗透水净化系统的控制阀，其提供给水端口、挤水端口、排放端口和产品水连接部，以上各者中的每一者都通向孔中。第一、第二和第三O形环位于孔中、相继地位于给水端口、挤水端口、排放端口和产品水连接部之间。控制活塞可移动地位于壳体的孔中。控制活塞包括泄放/排放井，其中侧部被斜切并且至少一个凹部设置在控制活塞的一端周围。当泄放/排放井越过第二O形环时，泄放/排放井在挤水端口和排放端口之间提供流体通路。流体通路包括形成在第二O形环和泄放/排放井的斜切侧部之间的开口，其中该开口的尺寸响应于控制活塞的位置。

Description

反渗透系统控制阀

相关申请的交叉引用

本申请是2017年6月15日提交的美国专利申请号15/624,534的部分继续申请，其依据35 U.S.C. 119(e)要求2016年6月16日提交的美国临时申请号62/351,188和2016年6月17日提交的美国临时申请号62/351,494的权益，所有这些申请都通过引用以它们的整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及反渗透（reverse osmosis）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

本发明表示美国专利号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，其仍然具有一些问题，随着反渗透过滤器系统性能多年来在产品水（product water）的生产率方面已经大大增加，这些问题已被加剧，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最好地被理解，以下描述和附图用于通过示例而非限制的方式来图示本发明的实施例。在附图中，其中相似的附图标记指示类似的元件：

图1图示了处于系统切断位置中的根据本发明的控制阀。

图2图示了处于产品水分配位置中的图1的控制阀。

图3图示了处于产品水生产位置中的图1的控制阀。

图4图示了根据实施例的图1的控制阀，其中控制活塞的右端具有从控制活塞的外周边向内间隔开的凹部。

图5是根据实施例的示例控制活塞的俯视图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了众多具体细节。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。在其他情况下，没有详细示出公知的电路、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，附图图示了本发明的若干实施例。应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可利用其他实施例，并且可进行机械组成、结构、电气和操作的变化。以下详细描述将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颁发专利（issued patent）的权利要求限定。

本文中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。为便于描述，本文中可使用空间相对术语，诸如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，以描述一个元件或特征与另一个（些）元件或特征的关系，如在附图中所图示的。将理解的是，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将然后定向成在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。装置可以以其他方式定向（例如，旋转90度或处于其他取向），并且本文中使用的空间相对描述语被相应地解释。

如本文中使用的，除非上下文另有指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，术语“包括（comprises）”和/或“包括（comprising）”指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

如本文中使用的术语“或”和“和/或”将被解释为包括性的或意指任何一种或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”意指“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某种方式固有地相互排斥时，才将发生此定义的例外。

根据美国专利号6,110,360的控制阀是在佛罗里达州（通常是温水市场）首次被引入的。该阀使用如专利中陈述的特氟龙活塞，特氟龙活塞被选择以避免因活塞运动对O形环的磨损，并且只要水温从未剧烈转变，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、然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，但是它是太不稳定的材料，以至于在大的温度范围（如在美国的可能大多数地区和许多其他国家中可以被预期的）内不能正常起作用。为了克服此问题，本发明利用一种稳定得多的塑料族用作控制阀活塞的材料，即，乙缩醛型塑料，诸如通过示例的方式，如由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维持所要求的尺寸公差，以在任何合理的温度范围内提供非常令人满意的操作。

而且，美国专利号6,110,360的控制阀是当典型的反渗透膜的日产量为每天大约15加仑时被开发的。在该方面中，重要的是注意，在美国专利号6,110,360的控制阀的设计中，所有功能操作都与定时相关—何时泄放（vent）、何时关闭、何时开启等。在该方面中，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，借此可将产品水添加到囊的内部容积，而在产品水产生期间囊的外表面被泄放到大气压力，并且在产品水分配期间将挤水（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、图2和图3图示了根据本发明的控制阀，其中，可看到控制阀的主要部件。控制阀包括壳体20，该壳体中具有控制活塞22，该控制活塞在左端处由帽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）、挤水端口30和排放端口32连同产品水连接部34。在这些附图中，所示的截面是并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，这已使控制活塞22变形，不过除了流动路径40之外，控制活塞22具有回转曲面（surface of revolution）。

在壳体20的右端处是给水计量螺杆36，该给水计量螺杆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和控制活塞22之间的O形环（即，O形环42）阻挡时，该延伸部与流动路径40一起允许通过给水端口28的缓慢但正（positive）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中的给水全压力，并且控制活塞22的左端（较大端）总是通过产品水连接部34暴露于产品水压力，如随后应描述的，该产品水连接部通过它和产品水储存罐之间的止回阀而与回到产品水储存罐的反向流隔离。因此，如可在图1中看到的，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22两端的面积不同而迫使控制活塞22到最右位置，如在图1中所示的。在此最右位置中，O形环42阻挡任何给水流经过O形环，从而使系统中的所有水流都停止。在该方面中，如前文所提到的，此实施例中的反渗透膜始终联接到原水（raw water）源（自来水），其中给水端口28联接到反渗透过滤器单元的废水出口。因此，切断通过给水端口28的流则切断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后的水时，产品水连接部34中的产品水压力将立即下降，从而允许给水端口28中的给水压力迫使控制活塞22到最左位置，如图2中所示的，这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联接到挤水端口30以对产品水储存罐中的囊的外表面加压，这进而迫使囊内的产品水通过分配器。

当分配停止时，挤水端口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水压力，该挤水压力等于给水压力。因此，控制活塞22将开始向右移动，直到挤水端口30联接到排放端口32，如可在图3中看到的。在此位置中，O形环42在控制活塞22右端周围阻挡来自给水端口28的流。而且，在控制活塞22处于图3中所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中的泄放/排放井48联接到排放端口32。这引起挤水端口30上和产品水储存罐外侧上的挤水压力下降到大气压力。然而，先前提到的止回阀防止产品水回流出产品水连接部34，并且当然因为分配阀现在被关闭，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中所示的位置处。在此条件下，产品水储存罐中的囊外侧上的压力基本为大气压力，并且经过反渗透膜并通过给水端口28的给水流受到限制。在此时间期间，生产产品水，由此用产品水填充储存罐，在此之后，产品水压力将增加，如先前所描述的，从而使控制活塞22移动到图1中所示的最右位置，这将系统切断。

然而，在现有技术系统中，控制活塞的低速移动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泄放/排放井是以90度角切割的。这已被发现在当今最好的系统中引起至少两个问题。

第一个问题是泄放/排放井48的通道从一个壁到另一壁的宽度表示挤压泄放和系统关闭之间的时间。使用最新的反渗透膜技术用于在最新的反渗透过滤系统（诸如，美国专利号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，较快的水引起控制活塞22从完全挤压位置（分配）（图2）移动通过挤水排放位置（图3）到关闭（图1）并且从不漏水（make water）。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，系统仍将无法开箱即用（work right out of the box）。

此问题在本发明中通过对控制活塞22中的泄放/排放井48的至少一个侧部斜切（chamfering）而得到解决，如附图中所示的。为了本说明书的目的，对泄放/排放井48的侧部“斜切”意指在泄放/排放井上提供成角度的壁，如附图中所示的。“斜切部”充分延伸到泄放/排放井48中而比O形环44更远，使得“斜切部”提供经过O形环44的路径，该路径随着控制活塞22向右移动而缓慢开放。“斜切部”可延伸到泄放/排放井48的全深度，如附图中所示的，使得“斜切部”将控制活塞22的外圆柱形表面连接到泄放/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

对泄放/排放井48的侧部的斜切实现了两件事。首先，它开始早早地且缓慢地将挤水泄放经过O形环44。这允许系统稳定并且避免在发生挤水的泄放之后产品水压力的任何瞬时维持或使之减少到最低程度，从而减缓控制活塞22向右的移动并允许它在挤水泄放经过O形环44时停止，从而使产品水到控制活塞22左侧部的流动停止，但是通过先前所描述的止回阀而保持其水容积。然后，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，借此控制活塞22现在继续朝右移动以完成循环（直至如图1中所示的完全关闭）。

最后，对泄放/排放井48的斜切还防止泄放/排放井48的原本为方形的角部卡住O形环44，并且提供自对中动作以避免该问题。

在一些实施例中，控制阀（如图1-3中所图示）会随着控制活塞22向右移动而产生幻象（phantom）（或谐波）噪声。例如，随着控制活塞22向右移动，在控制活塞22右端周围的外周边会抵靠O形环42磨擦（rub），而受限制的给水在流动路径40中流动。磨擦和/或受限制的给水的流动会产生令人不安的幻象噪声。为了消除或显著降低噪声，可以将凹部或空腔并入到控制活塞22中。

图4图示了图1的控制阀，其中控制活塞22的右端具有从控制活塞22的外周边或侧部向内间隔开的凹部或空腔50。凹部50可设置在控制活塞22右端周围。在实施例中，凹部50可从控制活塞22的非渐缩部分延伸到渐缩部分。在另一个实施例中，凹部50可仅设置在控制活塞22的非渐缩部分或渐缩部分上。凹部50的尺寸可变化，诸如在毫米的范围内（例如，大致1 mm的厚度）。

在操作中，随着控制活塞22向右移动，在控制活塞22右端周围的外周边和O形环42之间的磨擦或摩擦由于凹部50所产生的间隙或空间所致而显著减少。此外，受限制的给水也将被允许流过流动路径40中的一个或多个凹部50，由此消除或显著降低幻象噪声。

图5是根据实施例的示例控制活塞的俯视图。在图5中，控制活塞22包括四个凹部50（例如，弓形凹部），不过取决于控制阀的设计，可在控制活塞22中包括任何数量的凹部。如图所示，凹部50设置在控制活塞22的一端周围并从控制活塞22的外周边向内间隔开。在此示例中，凹部50彼此大致相等地间隔开，不过可以并入其他构型。

虽然已在附图中描述和示出了某些示例性实施例，但是将理解的是，此类实施例对于宽泛发明仅仅是图示性的而非限制性的，并且本发明不限于所示出和描述的具体构型和布置，因为本领域普通技术人员可能想到各种其他修改。因此，该描述将被认为是图示性的而非限制性的。

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，其具有给水端口、挤水端口、排放端口和产品水连接部，以上各者中的每一者都通向孔中；

第一O形环，其位于所述孔中、在所述给水端口和所述挤水端口之间；

第二O形环，其位于所述孔中、在所述挤水端口和所述排放端口之间；

第三O形环，其位于所述孔中、在所述排放端口和所述产品水连接部之间；以及

控制活塞，其可移动地位于所述壳体的所述孔中，所述控制活塞包括泄放/排放井，其中侧部被斜切并且至少一个凹部设置在所述控制活塞的一端周围，当所述泄放/排放井越过所述第二O形环时，所述泄放/排放井在所述挤水端口和所述排放端口之间提供流体通路，所述流体通路包括形成在所述第二O形环和所述泄放/排放井的斜切侧部之间的开口。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，

所述泄放/排放井的所述斜切侧部延伸到所述泄放/排放井的全深度以提供经过所述第二O形环的流动路径，所述流动路径随着所述控制活塞从离所述给水端口最远的位置朝向所述给水端口移动而开放；

当所述流动路径开放时，所述流动路径中的通过所述至少一个凹部的受限制的给水流通过所述控制活塞中的所述泄放/排放井联接到所述排放端口。

3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述至少一个凹部从所述控制活塞的外周边向内间隔开。

4.根据权利要求3所述的控制阀，其特征在于，所述至少一个凹部包括彼此大致相等地间隔开的四个凹部。

5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述至少一个凹部从所述控制活塞的非渐缩部分延伸到渐缩部分。

6.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，当挤水泄放经过所述第二O形环时，所述控制活塞停止。

7.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述泄放/排放井的所述斜切侧部从所述控制活塞的外圆柱形表面延伸到所述泄放/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述控制活塞包括第一流动路径，当所述第一流动路径不被所述第一O形环阻挡时，所述第一流动路径提供从所述给水端口到所述挤水端口的缓慢但正的给水流速率。

9.根据权利要求8所述的控制阀，其特征在于，当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时，所述控制活塞进一步与所述第三O形环协作，以阻挡所述排放端口和所述产品水连接部之间的流动。

10.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，当所述控制活塞在离所述给水端口最远的位置处时，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水端口。

11.一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，所述止回阀防止从所述产品水连接部回到所述产品水储存罐的反向流；

将产品水分配阀联接到所述控制阀的所述产品水连接部，使得所述止回阀防止从所述产品水分配阀回到所述产品水储存罐的反向流；

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离所述给水端口最远的位置并由此将所述给水端口联接到所述控制阀的挤水端口，以对所述产品水储存罐中的囊的外表面加压；以及

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由此联接所述挤水端口和所述控制阀的排放端口并且降低所述囊的所述外表面上的压力，其中，所述控制活塞包括泄放/排放井，其中侧部被斜切并且至少一个凹部设置在所述控制活塞的一端周围，当所述泄放/排放井越过O形环时，所述泄放/排放井在所述挤水端口和所述排放端口之间提供流体通路，所述流体通路包括形成在所述O形环和所述泄放/排放井的斜切侧部之间的开口。

12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述泄放/排放井的所述斜切侧部延伸到所述泄放/排放井的全深度以提供经过所述O形环的流动路径，所述流动路径随着所述控制活塞从离所述给水端口最远的位置朝向所述给水端口移动而开放，并且

当所述流动路径开放时，所述流动路径中的通过所述至少一个凹部的受限制的给水流通过所述控制活塞中的所述泄放/排放井联接到所述排放端口。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个凹部从所述控制活塞的外周边向内间隔开。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个凹部包括彼此大致相等地间隔开的四个凹部。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一个凹部从所述控制活塞的非渐缩部分延伸到渐缩部分。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当挤水泄放经过所述O形环时，所述控制活塞停止。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述泄放/排放井的所述斜切侧部从所述控制活塞的外圆柱形表面延伸到所述泄放/排放井的底部处的平行圆柱形表面。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其进一步包括：当所述泄放/排放井超过所述O形环时，提供从所述给水端口到所述挤水端口的缓慢但正的给水流速率。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，其进一步包括：当所述控制活塞在最靠近所述给水端口的位置处时，阻挡所述排放端口和所述产品水连接部之间的流动。

20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其进一步包括：当所述控制活塞在离所述给水端口最远的位置处时，将所述给水端口直接联接到所述挤水端口。

Images