CN1212636A - 多通多流阀装置 - Google Patents

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A·L·戈尔德斯泰恩
T·G·帕帕斯塔维罗斯
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Abstract

选择连接装置,用于把在至少两股同时流动的两股或多股入口液流中的一股与至少两股的一组出口液流中的一股或多股液流相连接。该装置至少具有一个可旋转的第一主体(50),它的一个第一表面与第二主体的第一表面相配合。第一主体(50)提供至少第一和第二流体管道(52a,52b),至少每条管道的一端终止于该第一主体的第一表面。该第二主体也提供至少第一和第二流体管道,至少每条管道的一端终止于该第二主体的第一表面。由第一主体提供的每条管道的第一端部和由第二主体提供的每条管道的第一端部均处于这样的预定位置,以至使第一主体的第一管道与第二主体的第二管道相连通。当该第一主体(50)旋转一个预定角度时,第一主体的第一管道(52a)与第二主体的第二管道相连通,并且第一主体(50)的第二管道(52b)与第二主体的第一管道相连通。这种装置可以与一个可逆型电渗析或电去离子套件的端板或端块形成一体。

Description

多通多流阀装置
发明背景
发明领域
本发明涉及一种用于使至少两条同时流动的两条或多条第一液流中的一条与一条或多条第二液流相连接的装置或设备，例如阀。本发明可用于例如可逆型电渗析(“EDR”)或可逆型电去离子作用(“EDIR”)，它们可以各自利用两条或多条分离的同时流动的液流。本发明的装置可以整体地组装在EDR或EDIR套件的未端挡板或阻挡物处。
先有技术的描述
用于将一条液流分导到几个出口的单流多通阀在许多年以前已为公众所知(例如见美国专利1,620,717；1,910,753；1,933,370；1,937,330；1,954,405；2,111,169；及2,146,983)。比如它们已被用于离子交换。在早先的离子交换装置中装有一种组阀。这些组阀不便于操作，并且有时导致误操作。单流多通阀一直被用于硬水的离子交换处理，也就是通过单一逐步地旋转阀机构来使离子交换装置进行必须的步骤，即反洗、再生、漂洗和最后提供服务(即出水)。早先用于离子交换装置的单流多通阀示于图1中。这种阀和互连管被安装在离子交换槽上。该阀经过阀结构的一个旋转完成4次定位。
a)当位置指示器从“软化”位置移开时，离子交换装置被关断其“运行”(即：出水)操作。当阀被充分转动让位置指示器达到“洗”状态时，反洗(上流洗涤)开始；
b)当反洗结束时，通过把阀旋到“盐水”位置而开始再生过程，这种情况下置阀于再生位置，一个喷射器从贮存槽往外抽盐水。
c)通过把阀转到“漂洗”位置来结束再生操作，从而开始漂洗步骤；及
d)通过把阀重新转到“软化”位置来结束漂洗而又开始“软化”操作，从而完成操作循环。
明显地，这样一个阀一次只选择一条输出水流，即：“软化”，“反洗”，“再生”和“漂洗”，而不是同时地分导一个以上的水流。
早先的多通阀，象用于离子交换的那样，由一块平面的经过复合表面加工的分配滑板构成，该滑板与一块固定的开口板保持紧密的接触。该滑板从一个位置旋转到另一个位置，以便让硬水在循环的每一步进入合适的出口。流入的硬水经过固定开口板的一侧进入，然后被引到可旋转滑板的顶部，从那里由滑板上的一个出口引到位于固定开口板上的流出口。进口水压作用于滑板顶部，借助于一个弹簧的压力使上述可旋转滑板保持着紧紧贴在固定开口板上的状态。小型离子交换装置常常与多通单流阀设计在一起，该多通单流阀安装在离子交换槽顶部，从而省掉外部的管道。一类单流多通阀是这样设计的，也就是首先通过提起一个连杆来使旋转滑板与上述固定开口板分离，然后再使其转动(美国专利2,111,169)。
自动操作多通阀至少自从1935年就已经使用了(见美国专利US1,495,317；US 1,914,333；US 1,933,370；US 1,954,405及US2,240,163)。例如，一只电动机被用于旋转一个多通阀的滑板。“运行”操作时间的长短由一电接触一体化流量表或一电子计时器来控制。当两个控制器当中的任一个达到设定点时，一个电开关合上，起动与多通阀相连的电动机。该电动机一直运转到阀的滑板达到反洗位置，这时一个电接触开关断开，使电动机停止并起动一个电子计时器。在达到设定时间后，定时器重新起动电动机。然后该电动机把滑板旋转至“再生”位置，让再生剂从一个再生剂槽进入到离子交换装置。后面的一只浮动开关合上，再次重新起动电动机，然后该电动机把滑板驱动到“漂洗”位置，当另一个电子接点被断开时，电动机再次停止，同时一计时器开始计时。当设定的漂洗时间达到时，计时器再次起动电动机，把滑板转到“运行”位置，完成整个循环。
象上面指出的，这种手动或电动机驱动多通阀每次使一条水流活动，顺序如下：1．将待软化的水(即：“服务”水)引至离子交换槽的顶部，并从底部流出，提供使用；2．然后将反洗硬水通过阀引至离子交换槽的底部，并从顶部作为废液排出；3．将再生剂经阀引到离子交换槽的顶部。并从底部作为废液排出；4．然后使漂洗水经过阀流入离子交换槽顶部，再从底部作为废液排出。
与上面提到的相反，一些过程要求同时分导两条或更多的液流；如EDR;EDIR；可逆型或反洗型超滤(“UF”)或微滤(“MF”)；由酸再生的阳离子交换剂和碱再生的阴离子交换剂组成的离子交换去离子剂；圆盘型酸和碱再生的螯合阳离子交换剂；循环型同流换热器(即：一热(冷)流体首先被用来加热(冷却)一个热(冷)的存贮体，且后者接着用于加热(冷却)一冷(热)的流体)，还有本领域技术人员所熟悉的许多其它方法。图2中示出的EDR和EDIR解释了这些方法，其中“C”代表阳离子交换膜(“CXM”)，它们几乎只是借助于那些低分子量的，能溶解在水或其他可电离溶剂中的带正电荷的离子(“阳离子”)而起导电作用，“A”代表阴离子交换膜(“AXM”)，它们几乎只是借助于那些低分子量的，溶解在与上述阳离子同样的液体中的带负电荷的离子(“阴离子”)而起导电作用。最常见的阳离子是Na+,K+,Ca++和Mg++。最常见的阴离子是Cl-,SO4 =,HCO3 -,NO3 -和F-。这些离子交换膜一般从0.1到约0.5mm厚且具有约0.3至约3m2能够导电的面积。这些离子交换膜彼此间由厚度从约0.3至3.0mm的平面衬垫隔开，形成膜间空间(“腔”，“小室”，“室”)1到10。(在工业EDR或DEIR中，有几百个这种室)。有两组这种室：奇数号室，在它们的左手侧有CXM且在它们的右手侧有AXM；偶数号室，它们是奇数号室的镜像，即偶数号室在它们的右手侧有CXM且在它们的左手侧有AXM。一条歧管F1把第一进料电解液输送到奇数号室，而歧管F2把第二进料电解液输送到偶数号室。一条歧管P1把第一产品电解液从奇数号室中排出，而歧管P2把第二产品电解液从偶数号室中排出，一组离子交换膜和膜间衬垫在商业中称作“套”或“叠板”。套或叠板每边终止于电极，例如E1和E2(优选镀铱钛板)，它们被衬垫与相邻的离子交换膜隔开。从而形成电极室E1’和E2’。管道R1和R2把电解液分别输入E1’和E2’中，而管道R1’和R2’把污水从该室排出。(虽然电极E1和E2看起来与相邻的离子交换膜彼此分开，但是它们实际上可能是有小孔的并且与离子交换膜接触，或者甚至部分地嵌在相邻离子交换膜表面里)。可以看出，该装置是相对于将室5与室6分隔开的AXM而对称(反映)的。另外，该装置相对于一个垂直于离子交换膜并且经过该离子交换膜中点的平面而对称(反映)的。所以向套装组件进料可以是P1，P2，R1’和R2’而流出液是F1,F2,R1和R2。运行中电解液流经各种室，并且以每一块离子交换膜约1v的直流电势施加在E1与E2间。由于是对称的，所以哪个电极带正电和哪个电极带负电都没有差别。任意地选择E1作为负电极(E2必须是正电极)，所有室中带正电离子(即阳离子，如Na+,K+,Ca++，和Mg++)将被吸向E1(被E2排斥)，所以象众所周知的那样，不同电荷彼此相吸，而相同电荷彼此排斥。在奇数号室(图2中)中，水流F1中的阳离子能通过CXM(图中“C”)而进入偶数号室，但是后来它们一旦与进料溶液F2中的阳离子一起经过偶数号室时，不能进一步靠近E1。这种现象是基于这样一种事实，即CXM几乎完全靠小分子量的阳离子导电，而AXM是阻止阳离子的通路。同时，所有室中带负电离子(即阴离子Cl-,SO4 -,HCO3 -,NO3 -和F-)被吸向E2。奇数号室内的水流F1中的阴离子能通过AXM(图2中“A”)而进入偶数号室，但一旦它们与进料溶液F2中的阴离子一起经过偶数号室时，不能进一步靠近E2。这种现象是基于这样一种事实，即AXM几乎完全靠小分子量阴离子导电，而CXM是阻止阴离子的通路。电于要保持把任何可测出的电荷分开就需要巨大的电势差，所以正电荷通过CXM的净迁移量等于负电荷通过AXM的净迁移量。离子迁移的净结果是，产品液流P1相对于进料液流F1已除去了部分离子，而这些从F1中除去的离子就转移到产品液流P2中而从该成套装置排出。经过离子交换膜和膜间衬垫组成的套件的电流是由Na+,Ca++,Mg++,K+,Cl-,SO4 =,HCO3 -,F-以及也许其它化学元素的其它小分子量离子来导通的。但是由套件通向电极E2和E1以及由电极E2、E1通向套件的电流一般是由通过金属导体的电子导通的。金属导体是阻止离子通过套件的通路、而套件是阻止电子通过金属导体的通路。因此，在电极处必须有一次电荷载体之间的转换。在带负电荷的电极(“阴极”，上面讨论中的E1)，其电荷转换是：
     
而在带正电荷的电极(“阳极”，E2)，该转换是：
     
通常进入电极室E1’的进料R1可能含有Ca++和HCO3 -离子，在这种情况下，由于在E1形成的OH-离子的作用而可能使不溶的碳酸钙在E1’中沉淀：
     
另外，进入偶数号(浓缩)室的进料F2可能含有接近它们互溶极限的Ca++和HCO3 -和/或SO4 =，所以由进料液流F1通过离子交换膜而增加的Ca++、HCO3 -和/或SO4 =就可能导致在这样的浓缩室中产生CaCO3和/或CaSO4沉淀。上面提到的沉淀物如果多了就会阻挡流体和/或电流通过受影响的室。然而，如果在一段时间之后(取决于累积的沉淀物的数量)，将E1与E2的极性颠倒过来(例如见美国专利2,863,813)，这样在E1电荷转换是：
，并且任何存在的CaCO3将被溶解，然后在R1’中冲走：
偶数号室变成软化室，任何CaCO3和/或CaSO4沉淀物在那里将被再次溶解，传送到奇数号(那时的)浓缩室并在P1中冲走。在一段时间后，CaCO3沉淀物可能在E2’中累积(因为E2已变成带负电)并且CaCO3和/或CaSO4沉淀物可能在奇数号室(它们已变成浓缩室)中累积。E1与E2的极性可以再次颠倒(回到它们的初始极性)，并使再溶解和沉淀过程重复发生。这种换向可以在一无限的循环中继续下去。换向频率将取决于沉淀的严重程度，变化范围从每刻钟一次到几个月一次。换向可以是对称的，即，电流在一个方向流动的时间可以基本上等于它在另一个方向流动的时间。如果沉淀不严重，则换向不必对称，即可以59分钟流向一个方向而1分钟流向另一方向。
离子交换(“Ⅸ”)树脂颗粒的电阻大约与每升含有0.3克当量NaCl的水溶液(约17,500mg/L，即ppm)相等。因此，如果被电渗析(“ED”)软化的溶液中电解质浓度远远小于0.3N。那么用IX树脂颗粒填充ED套件的室是有利的。在这种情况下，树脂颗粒不仅能降低ED套件的电阻(从而引起电流密度增加，即增加电解质的输送)，而且能起到扩大离子交换膜表面积的作用，从而不管多大的电流流过都能降低实际的电流密度。IX颗粒可以是AX颗粒或CX颗粒或两者的混合物，这取决于应用的具体情况。当不用这种颗粒时，离子交换膜之间的间距大约为0.5mm，在两块离子交换膜之间没被膜间衬垫占据的空隙可以填充入编织的或非编织的网或多孔塑料网。最好把网定位，使水流频繁地以约90°改变方向。这种方向上的频繁改变有助于引起向着和背着离子交换膜的电解质的对流传质。当室中填充入IX颗粒时，离子交换膜之间的间距可以是3mm或更大。
当使用可逆型ED(也就是“EDR”)时(不管在室中是否填充有X颗粒)，水流F1,F2,P1,P2,R1,R2,R1’和R2’的功能也发生改变。例如,P1将从部分软化的产品到浓缩产品来回改变，而P2将相应地从浓缩产品到部分软化产品来回改变。此外，进入软化和浓缩室的进料F1和F2可以不是相同溶液的一部分。例如，进入软化室中的进料可以是干酪乳清和/或进入浓缩室中的进料可以是来自浓缩室的再循环排出液的一部分，以便将这些排出液浓缩到缺少这种再循环就不能使用的水平。在从浓缩室到软化室的转换过程中，从后者出来的第一排出液仍将具有浓缩排出液的组成，并在一段短时间后(与连续反转之间的时间比较)呈现出所希望的软化水的组成。这两种组成之间的转换时间取决于在室中的滞留时间，即取决于每个室的容积对进入该室的体积流量之比。例如，在一个室中流路长488cm且流量为20cm3/s·cm2流路截面(即20cm/s的面积速度)，那么在该室中的滞留时间是约24秒。在转换时间内，来自软化室的流出液的第一部分，如果需要的话，可以从“正常的”软化流出液中分离出来。因此，一个完整循环的顺序为观察操作(图2中右手为正电极)：
步骤1、正常操作
F1是稀释室进料；
F2是浓缩室进料；
R1是负电极进料；
R2是正电极进料；
P1是稀释室流出液；
P2是浓缩室流出液；
R1’是负电极流出液；
R2’是正电极流出液。
反向操作(图2中右手为负电极)：
步骤2，转变期：
F1是浓缩室进料；
F2是稀释室进料；
R1是正电极进料；
R2是负电极进料；
P1开始是稀的、接着是过渡的、最后是浓的；
P2开始是浓的、接着是过渡的、最后是稀的；
R1’是正电极流出液；
R2’是负电极流出液。
步骤3，正常操作：
F1是浓缩室进料；
F2是稀释室进料；
R1是阳极进料；
R2是阴极进料；
P1是浓缩室流出液；
P2是稀释室流出液；
R1’是阳极流出液；及
R2’是阴极流出液。
观察操作(图2中右手电极又成了正极)：
步骤4，转变期：
F1是稀释室进料；
F2是浓缩室进料；
R1是阴极进料；
R2是阳极进料；
P1开始是浓的，最后是稀的；
P2开始是稀的，最后是浓的；
R1’是阴极流出液；及
R2’是阳电极流出液。
上述是可逆型ED或EDR的简明概述。用于实现这些方法的本领域众所周知的装置可以是图3中简单示出的装置，其中30是一个ED或EDI套件，它带有终止于电极E1、E2和E3的带电级31和32，它们使用图2中所用的指示符号。E1和E3具有相同极性，其极性与E2的极性相反。31和32各自由图2中所示叠板组成。33和34分别是用于稀释室和浓缩室液流的泵。35,36,37,38和39是三通阀。运行过程中，进料溶液通过管道46进入装置，然后由33和34分流。在观察操作中：
E2是正极，F1是由阀35与泵33相连的稀释室的进料。
F2是由阀36与泵34相连的浓缩室的进料。
P1是由阀37与稀释产品管道43相连的稀释室流出液。
P2是由阀38与浓缩产品管道41相连的浓缩室流出液；将这种浓缩室流出液的一部分经管道42通向泵34进行再循环，以便提高该流出液的浓度。
到达电极的进料和离开电极的流出液没在图3中示出。
在第一转换期的开始，阀35和36打开，阀35将泵33与管道F2连通而阀36把泵34与管道F1连通。这种转换产生一种扩散作用，其流头在最初处于F2中的浓缩溶液(图2中偶数号室)和现在从阀35进入F2的进料溶液之间。类似地，这种转换产生一种扩散作用，其流头在最初处于F2中的稀释溶液(图2中奇数号室)和现在从阀36进入F1的浓缩溶液之间。如上所述，如果在图3中每个叠板组件31和32中的路径长度是488cm，流速是20cm/s，那么，为了清洗每个叠板组件，流头将花费24秒的时间。因此，在阀35和36打开之后约50秒，E2的极性应变成负并将阀37和38打开。然后阀37将P1(现在是浓缩液流)连入管道41，同时阀38将P2(现在是稀释液流)连入管道43。电导率控制器40监测管道43中稀释液流的电导率，如果该电导率高于所需数值，则三通阀39分导该液流直到稀释液流的电导率满足要求为止。操作接下来按可逆型进行，持续到第二个转换期，这时阀35和36打开，回到它们在观察操作时所处位置。再过大约50秒之后，E2的极性又变回正，阀37和38打开，回到它们在观察操作时所处位置。任何不符合规格的产品又通过电导率控制器40和阀39分流。循环在观察与反转运行间不确定地持续。
举例来说，F1和F2中的流量可以是各约92美国加仑/分，适当地由公称2″PVC管输送。因此流速约10英尺/秒。阀35到39可以是2″规格的三通电动机操作无关死点球阀，操作时间为7.5秒。
三通阀型号和它们的操作时间部分地取决于需要避免发生称做“水锤”的现象，这种现象往往在液体柱被突然停下时发生。这种突然停止产生的最大压力可由Joukowsky方程来估算：
hwh=a(Δυ)/gc    其中 a = [ d 8 c ( i k + D bE ) ] - 0.5
其中
-hwh=水锤压头，流体高度(英尺)；
-a=波传播速度，英尺/秒；
-Δv=流体速度变量，英尺/秒；
-gc=尺寸常数，32.17磅英尺每磅力秒2；
-d=流体密度，磅/立方英尺(对于水68°F时为62.33磅/立方英尺)；
-K=流体体积弹性模量，磅力/英尺2(对于水为45.6×106磅力/英尺2)；
-D=管道内径，英寸(1.939″对应于规范80中的标称2″PVC管；2.900″对应于规范80中的标称3″PVC管)；
-b=管壁厚度，英寸(0.218″对应于规范80中的标称2″PVC管；0.300″对应于规范80中的标称3″PVC管)；
-E=管壁材料弹性模量，磅力/英尺2(对于PVC管约54×106磅力/英尺2)
将PVC管和水的有关参数值代入之后可得：
a=4851(1+0.8445×D/b)即对于2″规范80的PVC管和水为1660英尺/秒，对于3″规范80的PVC管和水为1600英尺/秒。水锤压力以磅/平方英寸为单位是：
     Pwh=0.01345a(Δv)即对于10英尺/秒的Δv
     Pwh=223psi。
如果在压力波从停止点传播到管道末端(或传播到全部波反射点)并返回的时间内水流量发生变化，最大压力也能推导出来，在一段时间内它被给出：
     t=2L/a其中
t是以秒为单位的管道时间，L是以英尺为单位的管道长度，a是以英尺/秒为单位的波传播速度，同Joukowsky方程设定的一样。例如，如果L是10英尺，那么对于规范80的标称2”PVC管和水，t是约0.012秒。通过使用具有相对较长运行时间的阀和/或“先开后关”阀(“make-before-break”)，即在完全断掉旧的连通之前预先部分地开新的连通，这样就可以避免水锤现象。
关于水锤及其控制的更多信息可从下述文献获得，例如：
-Parmakian,水锤分析(Water Hammer Analysis),Prertice-Hall,Englewood Cliffs,NJ,1955；
-Wylie和Streeter,水力学瞬态(Hydraulic Transients),McGraw-Hill,NY,1978；
-Rich,水力学瞬态(Hydraulic Transients),McGraw-Hill,NY,1951；
-Angus，工程师水力学(Hydraulics for Engineers)3d.Ed.,Pitman,Toronto.
如果流动停止时间稍长于一管道时间，那么由于直接压力波的一部分将被反射压力波抵消，所以压力上升将没有Joukowsky方程给出的那么大。实际压力上升能根据称做Allievi方程或上面列出的在Angus中和在Rich中给出的图表来决定。Wood和Jones,Proc.Am.Soc.Civ.Eng.,J.Hydraulic Div.99(HY1),167-178(1973)提供了不同阀门关闭型式水锤压力的更可靠的图表。
再参考图3，虽然1000多个用这种系统的EDR设备已经安装于世界各地，显然这种设备需要一组三通阀，这些阀、与其相联的驱动器、管道和控制器是复杂且昂贵的。因此本发明的目的包括：
-在EDR和EDIR装置中(和在其它装置中把两条或以上进口水流(至少其中两个同时流动)与至少两个一组的一条或以上排出水流相联)要求减少转换阀的数量；
-在这种装置中要求降低复杂性和/或转换阀系统的成本。
-为这种装置提供改进的转换阀系统；
-为这种装置提供一种水流转换装置，它至少有一个可旋转的第一主体，第一主体的第一表面与第二主体的第一表面相邻，第一主体具有至少第一和第二管道，至少每个管道的一端终止于第一主体、第二主体的第一表面，在第一主体中的每条管道的第一端部和第二主体中每条管道的第一端部处于这种预定位置，使得第一主体的第一管道与第二主体的第一管道和第二主体的第二管道相通，如此设计这种水流转换装置，使得当第一主体被旋转至一个预定的角度时，第一主体的第一管道与第二主体的第二管道相通，而第一主体的第二管道则与第二主体的第一管道相通；
-通过把这种系统安装在EDR或EDIR上(或者其它需要将水流转换的装置)来降低与这类水流转换系统相连接的管道的复杂性和成本；
-通过把该系统加入到需要将水流转换的EDR或EDIR套件的端板或端块来降低与这类多流转换系统相连接的管道的复杂性和成本；
-通过把该系统加到EDR或EDIR的端板和/或端块上来降低多路水流转换系统的复杂性和成本；
-提供一种在水流转换时不出现水锤现象的多路水流转换系统。
这些及其它目的将从下面本发明的描述和所附的权利要求书中变得更清晰。
发明概述
本发明提供一种多路水流转换装置，它可随意或以一预定的方式把至少两路同时流动的两路或以上的入口水流与至少两路一组中的一路或以上的出口水流相连。该水流转换装置至少有一个可旋转的第一主体，它的第一表面与第二主体的第一表面相邻。第一主体具有至少第一和第二流体管道，至少每个管道的一端终止于第一主体的第一主体的第一表面。第二主体也具有至少第一和第二流体管道，至少每个管道的一端终止于第二主体的第一表面。第一主体所具有的每条管道的第一端和第二主体所具有的每条管道的第一端处于预定位置时能使第一主体的第一管道与第二主体的第一管道和第二主体的第二管道相通，并能使第一主体的第二管道与第二主体的第二管道相通。采用多种方式把第一主体旋转至预定角度，从而使第一主体的第一管道与第二主体的第二管道相通，并使第一主体的第二管道与第二主体的第一管道相通。本发明也提供了多路水流转换装置，它的设计和/或操作可避免水锤现象。本发明还提供了这样的多路水流转换装置，它被组装到EDR或EDIR套件的端板和/或端块上，或者组装到其它设备上，以便使该转换装置能为这些设备提供可供选择的多路水流。
附图简述
-图1是为有选择地把单一入口水流转换到一组几个出口部件之一的，为本领域公知的手动阀的横截面示意图。
-图2是一个套件或叠板的横截面示意图，它用于进行可逆型电渗析(“EDR”)，包括充满小室的电渗析，也称电去离子作用(“EDIR”)，为本领域共知；
-图3是一个工艺流程示意图，它用于进行EDR和/或EDIR，示出了本领域中通常使用的三通阀组。
-图4是本发明的多路流体转换装置的一个优选方案的各种横截面的示意图；
-图5是本发明的另一个优选方案的示意图，适用于与EDR或EDIR套件结合的多网水流转换装置。
-图6是本发明的第三优选方案的简明示意图，部分地描述了本发明的灵活性。
-图7是为了与本发明的一些优选方案的主要部件结合的优选结构的简明示意图；
-图8是本发明的第四优选方案的的简明示意图，它也部分地描述了本发明可能的派生装置。
-图9是本发明的一个优选方案的简明示意图，它能反复地将一个或多个EDR和/或EDIR套件的稀释水流和浓缩水流相互变换，并能在这种相互变换的期间分导出不合格的稀释水流；
-图10是一些优选流体流管道的简明示意图，它可由本发明的优选方案的可旋转第一主体提供。
优选方案的描述
本发明的一个优选方案简明地示于图4中。在图4(a)、(b)、(c)和(d)中，50表示一个由任何合适材料构成的块件，这种材料能耐温、耐机械应力及来自被处理流体的腐蚀和磨损，这种材料包括：金属，例如：碳钢，不锈钢、镍、蒙乃尔、铝、黄铜、青铜和钛；热塑性塑料，例如硬聚氯乙烯、乙烯的聚合物和共聚物、聚酯、偏二氯乙烯聚合物和共聚物(莎纶)、苯乙烯聚合物和共聚物、丙烯聚合物和共聚物、四氟乙烯聚合物和共聚物、丙烯腈丁二烯-苯乙烯(ABS)三元共聚物、高密度聚苯乙烯、聚碳酸脂、氯三氟乙烯聚合物和共聚物(如Kel-F)、偏二氟乙烯聚合物和共聚物、尼龙和聚酰亚胺、聚醛、乙酸一丁酸纤维素和聚砜；热固性聚合物，例如聚二环戊二烯聚合物和共聚物，聚酯(包括双酚聚酯)，环氧树酯、呋喃、酚醛、尿素或蜜胺聚合物；陶瓷品，例如瓷器；玻璃；石墨或碳。可以用复合材料，例如金属陶瓷或用纤维织物或粉末，例如玻璃纤维、矿物纤维、硅胶或粉末、碳黑等加强的任何上述聚合物。其它复合材料包括陶瓷或塑料涂覆的钢。在平面图4(a)中，51是一个在块件50中的环形室。52a和52b是从该块件的一个表面延伸到腔室51的管道。这种管道不必有相同形状或横截面积而且不必是直线地通过块件50。这些管道的直径使它能与标准管子的尺寸相匹配，所说标准管子可通过溶剂或热熔焊接法连接到块件上或者以其它方式连接到块件上，如用法兰或螺纹固定。54是适合于连杆或螺栓的孔。图4(a)中的块件从图的顶到底是对称的，且右手侧是左侧的镜像。对于本发明的这个方案，多路水流转换设备需要两个块件，它们可以是相同或不同材料的，构造基本如图4(a)所示。第二个块件翻过来放在第一个块件的上面，以至每个块件的腔室51与另一件块件的腔室51对齐。将这两个块件相互向对方旋转90°(或270°)使第二个块件的管道52a和52b到达图4(a)中用虚线表示的位置53a和53b上。
图4(b)对应于图4(a)的a-a截面。图4(c)是一个平面图，它表示一个具有第一和第二液体通道的可旋转主体，在该例子中设计成一种先开后关的操作方式，适用于快速起动。图4(c)可以配合图4(d)来理解，图4(d)是图4(c)沿b-b的截面图。56是一合适材料的块件，其材料可与图4(a)中所用材料相同或不同。例如，该块件可由不锈钢构成，至少在那些与块件50相邻的表面上涂覆有合适的聚合物或弹性体。该块件具有近似圆弧形的开口52c、52d，以及53c、53d。这种开口可以有任何合适的形状，例如三角形、楔形、矩形或其它多边形；抛物线或椭圆或其它规则或不规则形状的弧形。在块件56的两面，这些开口不必具有相同的深度或形状，并且这些开口不必同深或同形。55a-55a’是用于驱动转子56的驱动轴。该驱动轴可以连接到驱动臂58或转子56或成为它们的一部分。驱动臂可以具有任何合适的长度和横截面，如正方形、长方形、不规则四边形而且在其端部可以具有不同于处在或接近驱动轴55a-55a’处的形状和横截面积。虽然驱动臂58被显示在块件56的一个侧面上，但是它们可以在块件的加工过程中被嵌入块件中，例如块件可以通过铸造或聚合而包围在所说驱动臂的周围，在这种情况下也优选包围在驱动轴55a-55a’的周围。该块件在制造时可以通过螺纹、钉子、螺栓、焊接或其他连接方式而将两个或多个块件连接在一起，一个或以上的块件具有合适的空腔来接纳驱动臂。驱动轴55a-55a’或紧或松地装在块件56的孔55b和两个块件50的孔55中，形成如上所述的多路水流转换装置的外部。如上所述，象57a’和57b’显示的那样，57a和57b是在围绕转子56两面延伸的相配的凹槽中的O形密封圈。可以用单个密封圈。57c是一个适合于接纳O形密封圈的凹槽，其作用是使如上所述两个连结在一起的块件50密封，以便防止液体从空腔51泄漏或渗漏到该装置的外部。衬垫57a和57b可以注入润滑油或自润滑。例如衬垫57a,57b和57c可以具有圆形或椭圆形横截面(即同密封垫的横截面)或具有其它合适的横截面，例如三角形、倒“V”字形，“Λ”形或梯形、如图4(e)和4(f)所示。衬垫可以与或不与适合的凹槽结合(例如用胶)起来。衬垫可用机械方法固定于具有向内倾斜面的凹槽内，同样可见图4(e)和4(f)。密封垫被压得越多，它在凹槽中就越紧。优选的密封垫材料是聚四氟乙烯或全氟乙烯-丙烯共聚物，但其他材料也能使用。密封垫材料可以使用填充料，例如玻璃填充料。衬垫57a和57b可以具有用于接触式滑动膜蒸发器的滑片的外形。
图4中的多路水流转换装置可以通过把转子56放入块件50的腔室51中和把转子56的驱动轴55a’装入块件50的孔55中而装配起来。一个具有图4(a)形状的第二块件置于转子56之上，腔室51和驱动轴55a装入该第二块件50的孔55中。第二块件50被旋转直到它的管道52a和52b处于图4(c)的53a和53b位置上为止。这时块件50被例如用螺母和螺栓和/或连杆通过定位孔54压在一起。可以看出，当转子56的臂从1:30点钟的位置转到7:30点钟的位置(参考图4(a))时，第一块件50中的开孔52b将与第二块件中位于53b上的开孔相通。类似地，转子56将提供一条从管道52a到达第二块件中位于53a上的开孔之间的管道。如果转子56接着在任一方向旋转90°，它将从4:30点钟的位置转到10:30点钟的位置(再次参考图4(a))。转子56这时将提供一条从开孔52b到达第二块件50中位于53a上的开孔之间的第一管道以及从开孔53a到达第二块件50中位于53b上的开孔之间的第二管道。
虽然开孔52a和52b示出在第一块件上而开孔“52a”和“53b”示出在第二块件上，但是这些开孔的0到4可能在第一块件而4到0在第二块件上。
举例来说，对于图4(a)中管道52a和52b中的每一条中约200美国加仑/分(“GAM”)水流量，以及用80号硬PVC管而言，图4(a)、4(b)、4(c)和4(d)中装置的尺寸为：
-图4(a)中块件50的尺寸：16″×16″×3″；
腔室51的直径：12-9/16″；
-腔室51的深度：1-17/32″；
-开孔52a和52b的直径：3-1/2″；
-开孔52a和52b间中心距离：8-1/2″
-螺栓圆的直径(通过开孔54中心的圆的直径)：14″；
-转子56的长度：12-1/2″；
-转子56的最大宽度：3″；
-转子56的深度：3″；
-驱动轴55a-55a’的直径：5/8″；
-密封垫57a,57b和57c的横截面直径：3/16″。
块件50和56可以是硬PVC；驱动轴和驱动臂可以是316型不锈钢；密封垫是填充玻璃粉的聚四氟乙烯。
在图4(a)中，块件50基本呈正方形。显然它也可以是具有比通过开孔54中心的圆的直径稍大直径的圆形。例如，如果后一种圆的直径为14″，则块件50的直径可以是16″。可选择地，块件50可以具有任何所需的周边形状，只要它不明显降低所得到的多流转换装置的机械强度且允许两个这样的块件紧密结合在一起即可。两个块件50不必有相同的外部尺寸或周边形状。另外这些块件不必相同。例如，结合图4(a)和4(b)来看，每个块件50有一相同的腔室，它们共同具有用于接纳转子56的空间。显然，需要的腔室在块件之间可以不等分。包括这样一种可能性，即整个腔室在一个块件中，另一个块件基本上起盖板的作用。如上所述，做为流体管道入口和出口的孔可以按任何需要的方式分布于两个块件50之间，不管哪一个包含容纳转子56的腔室。同样显然地，腔室可以由一段正圆柱构成，两端用平板封口，封口板中的一个或两个包含开孔52a,52b,“53a”和“53b”。连接螺栓或连杆可以与圆柱轴线平行经过圆柱壁或穿出圆柱壁之外。该圆柱可以粘到或焊到(包括溶剂焊)端板中的一个或两个上和/或可以装入该端板上具有任何所需横截面的凹槽中。图4(a)的结构可以由这样一段正圆柱和一块平端板组成。然而，装配好的腔室51可以包含圆的台肩，在57a’和57b’上的密封圈或滑片搭在台肩上。类似地，转子56可以环绕在57a’和57b’上，以便从密封圈或滑片上除去应力并为块件50提供更好的封闭。
同样显然地，用转子56和一个由单独圆柱体或单独块件50(有一盖板)提供的腔室，开孔52a、52b，“53a”和“53b”中的一部分或全部可以移到圆柱体壁上。
图4(a)和4(c)中多路水流转换装置中的流体表压趋向于使两个块件50彼此分开。因此为了阻止流体泄漏和渗漏到块件50之外以及在块件50内部互泄和互渗，块件50必须固定在一起，封闭压力或多或少与流体表压成正比。这可以按如上所述那样，用连杆和/或螺母螺栓方便地实现。在螺母和/或螺栓头与块件50间可以有垫圈、紧固垫圈。Belleville垫圈和/或弹簧，后面两种零件在块件50的材料与连杆和/或螺栓材料具有不同热膨胀系数的情况下有助于保持密封压力。可以把金属环放在开孔54所在圆上，在万一被处理的流体表压太高时，它可以帮助分散密封压力，这种金属环具有与开孔54对齐的开孔。本领域熟知的其它压力分布方法也可以使用。例如，可以用星形轮、星形轮的每个脚放入对应于开孔54的洞里。星形轮可以有一个中心孔、驱动轴55a或55a’通过它。星形轮应设计成在块件50的表面均匀地分布封闭压力。可选择地，块件50可以有放射状的加强肋(支持物)，这些加强肋通常从开孔54朝块件50中心的方向延伸一段距离。
本发明多路水流转换装置的转子56可以用各种方法转动。图4(a)4(b)、4(c)和4(d)示出了一个驱动轴55a-55a’，它穿过块件50并固定到转子56的中心。驱动轴可以用手转动，例如，借助操纵杆，杆组或连接在驱动轴外周部分的手轮。在此情况下，块件50应有合适的标志来指示旋转杆、杆组的正确位置，或者它和/或应有止动器或制动器来限制或阻止转子的运动。止动器或制动器可以在腔室51内部，尤其如果转子在10:30和1:30的位置之间来回移动时更是如此。
驱动轴也可以利用各种本领域熟知的传动装置来定位，如此，利用齿轮齿条副型气动、水动或电动的旋转传动装置。这种传动装置可以是慢转的或是快转的。如果传动装置是慢转的，则本发明的多路水流转换装置可以或者是先开后关型或者是先关后开型；如果是快转的，则优选采用先开后关操作以便尽可能地减少水锤现象。如果驱动轴端部有一个沿一合适扇轮带有轮齿的轮子，那么该轮子可由电动、气动或水动马达驱动的蜗轮或小齿轮驱动。带齿的轮子可以由链条或带齿的带子驱动，链条和带齿的带子又由链轮或主动轮驱动，链轮和主动轮又由上述的一种马达驱动。驱动轴可以与一个具有高起动转矩特性(如，100英寸一磅)的马达配合，如行星轮马达。两个或多个多路水流转换装置可以用1个或多个驱动器组成一组。
参考图3和4，图4中的一套多路水流转换装置显然一方面可以替换三通阀35和36，另一方面，第二套这种装置可以替换三通阀37和38。参考图5，一个普通EDR套件在其端块上具有入口歧管的多个开口，如52a和52b所示。52a和52b的面积是每个约0.02平方英尺，即对应于80号的标称管尺寸2″。52a和52b的中心距离是约4″。在相同套件端块的另一长边有一对镜像对称的出口歧管，52b与它的镜像歧管间的中心线距离是约7.2″。这样一个EDR套件在其每端有一块端板，当该套件由几百块离子交换膜组成时，通过套件的两个端板而实现该套件的水力学连接。
在图5中，51表示多路水流转换装置中的空腔。它可以由一个内径约为7-11/32″并且固定到EDR套件端板上的正圆柱构成。该圆柱段的材料可以是硬塑料或塑料包覆或橡胶包覆的钢。一个盖板可以装在圆柱体上，该盖板具有可供80号标称2″管子用的管道，这种管道位于图5中所示的虚线圆圈53a和53b处。盖板可与圆柱部分结合成一体。56表示一个处于所示位置的转子，一条从52b到53b的第一流体管道和一条从52a到53a的第二管道。当该套件反过来时，转子56可以沿任一方向转90°，于是它提供一条从52b到53a的第一管道和一条从52a到53b的第二管道。
一套EDR设备可以由两个或多个EDR套件串联组成，每个套件具有几百块离子交换膜。这种情况下，如图5所示，串联中的第一个套件在一块端板上具有一个多路入口转换装置，而第二个套件在相反一面的端板上具有一个同样的多路入口转换装置。这种串联中的最后一个套件可以在其一块端板上具有一多路出口转换装置，正象图5所示，而第二个这种装置则在相反一面的端板上。在串联套件之间的水流方式是将第一套件的稀释液出口与第二套件的稀释液入口直接联通，以及将该第一套件的浓缩液出口与该第二套件的浓缩液入口直接联通。
参考图5，如果需要，可以将上述盖板与上述圆柱段结合在一起，并且可以用螺栓固定到端板上，这样就能压缩这两块端板，使其挤紧该EDR套件。
根据本发明，多路水流转换装置也可以与EDIR套件的端板结合在一起。
在EDR-EDIR套件端板上的歧管开口52a和52b分别是不规则四边形和长方形，与EDR和EDIR套件的离子交换膜和膜间衬垫上类似形状的开口对齐，从而形成供内部液体流动的歧管。这种开口52a和52b的形状在该端板的外表面上显然可以是圆的，但在通过该端板的整个厚度之后其截面就变成了所说的不规则四边形和长方形。
许多其它多路水流转换装置都可能在本发明范围内，只是在细节上与图4和5中所公开的装置有所不同。例如在图6中，(a)代表一个带有开孔2,4,6,8,10,12,14和16的板，管道可以接到这些孔上，就这个实例来说，接到该图所示平面下方的孔上。因此，板(a)一般可装到例如固定于EDR或EDIR套件的端板或端块上的位置。在图6中，(c)代表第二块带有开孔1,3,5,7,9,11,13和15的板，管道也可以接到这些孔上，就本实例来说，接到该图所示平面上方的孔上。板(a)一般也因此按一定距离被固定。一个多通多路水流转换装置可以例如通过把图6的零件(b)放在零件(a)的上面且把零件(c)放在零件(b)的上面而组成。在零件(b)中，A、B、C、D、E、F、G和H是长椭圆形普通曲线管道。零件(b)可以在零件(a)和(c)之间转动。
叠起来看：
-管道A连通孔1和2(在孔1和2间形成管道)；
-管道B连通孔3和4(与孔3和4形成管道)；
-管道C连通孔5和6(在孔5和6间形成管道)；
-管道D连通孔7和8；及
-管道E连通孔9和10。
由管道F、G和H提供的通道可通过对图的观察而变得明显。如果图6的零件(b)顺时针旋转45°，那么显然管道A将连通孔2和3，并且其它字母标号的管道将类似地连接到不同的成对的数字标号孔中。另外，如果零件(b)代之以逆时针旋转45°，那么显然管道A将连通孔1和8(代替1和2或2和3)且其它字母标号的管道将类似地连接到不同的成对的数字标号孔中。
图6装置允许8条同时流动的液流相互换接，例如就一个EDR或EDIR套件或它们的组合装置而言，包括稀释的流入液和流出液，浓缩的流入液和流出液，阳极的流入液和流出液，及阴极的流入液和流出液。如果图6的装置装在这种套件的端板和/或端块上，那么该端块内的管道(如孔道)可以把孔1到孔8与该套件中适当的内部歧管相连接。显然，流体与该套件另一端的电极的连通也能通过内部歧管来实现，另外，也可通过外部管道，例如管子，来实现。
虽然上面公开的是一种具有8个开孔的外部定子板以及具有8条流体通道的内部可旋转的转子板，但是对于那些本领域技术人员来说显然在本发明范围内许多其它的组合也是可能的，组合的细节取决于该装置打算应用的细节。
图6的零件(a)、(b)和(c)可由上面在讨论图4时所列出的任一种材料制成。中心盘必须在外面板之间旋转且一般与后者紧密相邻或挨着。在此情况下，中心盘与外面板不能粘合或咬住。中心盘(和/或外板)可以有自润滑特性，它可以是例如尼龙，石墨，滑石或聚四氟乙烯。可以使用一种石墨中心转子，例如可以用钢或不锈钢的外板。转子可由如铅或包有聚四氟乙烯的不锈钢组成。碳可以用来与玻璃、陶瓷、瓷料或涂瓷料的钢相配合。陶瓷一般可用来与陶瓷相配合。中心盘与外盘间的配合面可以涂上润滑剂，如硅油或蜡，二硫化钼、聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、滑石和石墨。金属的配合表面可以通过镀锡(如与巴氏合金或青铜配合)来减少转动零件与固定件之间的摩擦。
下面的表列出了一些选用的配合材料之间静摩擦和动摩擦的摩擦系数：
             静止            滑动
          干    油润滑    干    油润滑硬钢在硬钢上 0.7    80.11    0.42    0.029硬钢在石墨上 0.21    0.09    —           —软钢在软钢上 0.74    —           0.57     —铝在铝上     1.05    —           1.4      —青铜在铸铁上  —         —          0.22     0.77黄铜在软钢上 0.51    —           0.44     —锡在铸铁上    —         —           0.32      —碳在玻璃上    —         —           0.18      —铸铁在铸铁上 1.10    —           0.15      —
摩擦系数定义为摩擦力与把两个平的物体压在一起的力的比值。显然，配合表面的选择能使需要加在中心转子上的起动和运行转矩产生显著差异。
流体从本发明的阀向外泄漏或渗漏是不希望的。被处理液流之间的互泄或互渗也是不希望的。如果配合面能精确地连接或配合而且它们没有咬住而是被润滑或自润滑，那么实际上互渗可以忽略不计。另一方法，在外板(定子)上的孔和/或在中心板(转子)上的管道可以用垫片包围起来，垫板最好固定到板上或与板结合成一体。垫板可以加润滑剂或是自润滑。
象上面图4中提到的，流经本发明的多路水流转换阀的流体的压力趋于使块或板彼此分离。因此，为了阻止向外泄漏和渗漏以及内部互渗，封闭压力的大或小与流体表压成正比。如果外面的静止盘(定子)明显大于里面的，由图7示出的可旋转盘(转子)，那么这可以方便地实现。
在图7中，“P”代表接到板“a”上两个孔的管，“t”是连杆，“n”是螺母，把板“a”和“c”压在可转盘“b”上，“s”是支座，是从管子上仔细切得的短管，用于防止过压及板“a”和“c”的变形。(支座“s”可以由带有适合让连杆“t”通过的穿孔的一段正圆柱代替)。这种圆柱段也可用于其它目的：它能容纳向外泄漏或渗漏的液体，任选地带有一渗水孔以排出任何这种泄漏或渗漏的液体；它可以用气封或水封(如用渗漏液本身，从而减少内外盘界面之间渗漏的趋势；它能与内盘“b”接触，从而允许其它流体连接从圆柱的侧面到可转盘“b”的周围；圆柱与外板可以共同地形成一个腔室以便让如图4中所讨论那样的一个可旋转水流转换元件在其中转动)。
在螺母“n”和板“a”和/或“c”之间可有垫圈、紧固垫圈、Belleville垫圈和/或弹簧。连杆和螺母可由螺母螺栓代替。图7(b)示出一个金属环，它可以放在板“a”上，以便在由于被处理的流体表压突然增高的情况下促使密封压力分散。“H”是环“r”上的孔，它们与板“a”和“c”上类似的孔对齐。第二个金属环可以类似地装在板“c”的下边。在图7(b)中连杆和螺母(或螺母和螺栓)没有示出。在图7(a)和7(b)中，“d”是一个穿过板“a”并接到板“b”上的驱动轴，象上面讨论的那样，该轴用于使板“b”相对于板“a”和“c”转动。在高流体压力和高转矩作用在螺母“n”上(为了把板“a”和“c”压在板“b”上)的情况下，可能使板“a”和“c”发生明显变形，从而导致在板上的两个开孔之间的交叉泄漏。这种变形可以通过例如增加板“a”和“c”厚度、减小环“r”的内径甚至到0(尽管在环“r”上给管“p”和驱动轴“d”留有开孔)来阻止。可以用其它本领域熟知的方法。例如，出于减少重量的考虑，环“r”可以象图4中提到的那样由星形轮或支持物(放射状加强肋)来代替。
图6和7中的阀的中心板可以按各种形式转动。图7中例如示出了一个驱动轴“d”，该轴穿过阀的一块外板并接到该中心板的中心。驱动轴与中心板间的刚性配合可以按各种形式装配。例如在中心板(转子)内的驱动轴的端部可以带有一个任何方便形状的孔(如圆形、正方形、六边形、三角形)，一只销子穿过该孔，该销子具有与驱动轴上的孔相对应的横截面，该销子具有明显大于驱动轴直径的长度。另一方法是，驱动轴可以穿过销子中合适形状的孔。该销子可以紧装在一个与驱动轴成直角地穿过中央板的孔里。另外，用另一个例子的方法，驱动轴可以端接于一个与驱动轴结合成一体、焊到驱动轴上或以其他方式固定到驱动轴上的星形轮上，驱动轴的末端与星形轮一起在加工中央板的过程中嵌入中央板中。例如，中心板可以铸在星形轮周围或者中心板可以由两个或更多的盘构成，至少一个盘带有容纳星形轮脚的槽。中心板的一个表面或双面可以带有一个或多个垂直于驱动轴的凹槽，这种凹槽可容纳接到驱动轴上的杆(具有任何方便的横截面形状)。在某些构成材料的情况下把驱动轴焊到中心板上可以使其具有足够的机械强度，也就是说，这种焊接足以耐受转动中心板的力矩。中心板和驱动轴可以铸成一个整块或由一大块合适材料加工而成。
如图4中提到的，驱动轴“d”可以用手转动，如用操纵杆、杆组或接到驱动轴外部的轮子或者用各种驱动器定位。图6或7的中心盘可以交替地由图4中讨论的大多数传动装置中的圆周边缘来驱动。例如操纵杆可通过圆盘的边缘连接；圆盘可由平的、V型或带齿的带子或链条驱动，圆盘的边缘相应地是平滑的、带槽的或带齿的；圆盘至少在其边缘的一部分上带有齿并由齿条、小齿轮或蜗轮副来驱动。在任何一种这些情况中，夹紧装置必须被装成不影响驱动装置。
这里所讨论的驱动装置并不是限定的、详尽的或全部包括的。有用的驱动装置或定位器(包括步进或多步驱动装置或定位器)在本领域是众所周知的，并容易地适应于本发明的多路水流转换装置。
本发明的多路水流转换阀上面已经做为一种开/关装置进行了讨论，它能转换几路水流。它也可以关掉这些水流中的全部或一些。(例如，如果图6(b)中可旋转盘向右或向左转22.5°，那么管道A,B,C和D将不在任何成对数字标号的开孔之间提供通道)。本发明的水流转换装置也可以用于控制液流的流动速度。例如参考图6，如果中心盘逆时针旋转很少几度，那么例如参考管道“A”，这种管道装置的右手端将节制经过图6(a)中孔2的水流(而不阻碍经过图6(c)中孔1的水流。(如图6所示，经过图6(a)中所有外部开孔的水流将类似地被由对应的字母标号的管道装置节流)。显然任何管道装置的长度可以充分延伸，从而当中心板发生小位移时，它们将不节流它们所传导的水流，而同时其他管道装置则节流它们所传导的水流。类似地，任何可以通过选择数字标号开孔的形状来提高或减小由于转子发生小位移所造成的节流。如果期望由中心盘的小位移来控制水流，那么合适的传导装置和/或孔可以具有方便于这种控制的形状。例如图6(a)中的开孔10可以有三角形横截面，该三角形的一个顶点指向逆时针和/或图6(b)中管道装置“E”可以有三角形顺时针末端、代替所示圆端、三角形顶点指向顺时针。
在图4、6和7的讨论中，转子具有平面平行表面，而固定块、板或圆盘至少有一个处处与一转子平面充分配合的平面。更一般地，固定件的表面与转子配合的表面处处充分对齐是很必要的，不管在转换过程中转子转过多大角度，例如，如果图4中转子56在10:30与1:30时钟位置间前后仅转动90°，那么该转子必须在从10:30到1:30和从4:30到7:30的弧形上与块件50对齐。(在这两个块件或转子的两个对面臂上，对齐不必相同。所以在任何运动弧形板中，两个对应表面可以是从转子和相邻定子表面的中点延伸到这些元件边缘的一条线在旋转时所形成的任何表面。如果这条线是直线(即半径)，那么转子和定子表面相应部分是平面；如果这条线是曲线(包括多曲线)处在平行于转子和定子的轴线方向，那么相应表面部分将是旋转曲面，例如圆、椭圆、抛物线等的部分旋转面，每种情况下，曲面的轴与转子旋转轴一致。
显然如果转子表面是凹的，那么因此表面必须与相邻定子表面处处配合，后者表面全部相对运动的弧必须是凸的。转子的两个表面不必具有相同的曲率；例如，一个面可以是例如一个扁椭球面的凹的部分而另一个是一个长椭球面凸的部分。相关表面部分实际上可以具有任何形状，只要它们是旋转面，且相邻定子表面是可旋转盘表面的负面。例如表面可以具有一个或多个呈任何理想横截面形状的圆峰或谷。这种峰和/或谷可以帮助固定定子和转子、还可减少转子的任何中央驱动轴的弯矩。
图8简明地示出本发明的另一个优选方案。为了便于解释，假设块(b)放在块件(c)上且(a)放在(b)上。一旦以这种形式装配，阀可以按任何方向定向。在图8(a)和8(b)中由实线包围的圆代表经过定子(a)和(b)延伸到与管与管道相通的孔，而由虚线包围的弧形椭圆代表凸起于定子边上而与转子(b)相邻的管道。在显示的方位，接通情况是：19到21；20到22；17到23；及18到24。如果转子或顺时针或逆时针转45°，则接通情况是：19到24；20到21；17到22；及18到23。
图9简明地示出本发明的另一个优选方案，它能用一个驱动装置把图3中5个3通阀的功能合并在一个带有起动器的多路转换装置中。图9仅是在本发明范围内能用于合并这些功能的几个可选方案之一。流路F1,F2,P1和P2可通过铸造或机械加工而形成于定子(a)中。流路由用阴影表示的圆柱壁分开。连接到1个或多个的EDR或EDIR套件的管或管道与示于图9(h)中定子9(a)下面的每个流路中的一个或多个点联通。具有这种流路且与转子相邻的图9(a)中定子的侧面由一个具有由小圈表示的开口的圆盘(如石墨盘)覆盖，也象图9(h)中表示的那样。显示在1:30和7:30位置的沟道，它们换接水流F1和F2的流路，使其彼此不连通。显示在4:30和10:30位置的沟道。它们换接流路P1和P2，也使其彼此不连通。上面提到的沟道示于图9(a)由10:30到4:30的一个剖面图9(e)中和9(a)的a-a剖面图9(f)中。
覆盖定子9(a)的转子侧面的圆盘可以通过焊接(包括溶焊)，螺纹或螺栓固定于定子9(a)上，或以其它方式固定于后者上，或者可以是定子的一个组成部分。
图9(b)简明地示出一个具有管道Q、R、S和T的转子。图9(a)示出了一个第二定子，它的结构如图9(a)中所讨论的那样，它具有一个进入到一个EDR或EDIR套件的稀释室的流路(Di)；浓缩室入口(Ci)；稀释室出口(Do)和浓缩室出口(Co)。在3:00和9:00点钟位置是示出的沟道，当由管道s连接时，允许P1和P2的水流通过旁路(Do)以代替连接点(Co)(即：把任何不合格稀释排出液送入浓缩液流。)图9(c)中的定子的带有流路且与转子相邻的一侧被一个具有由小圈代表的开口的圆盘所覆盖，也象图9(d)和9(g)中表示的那样。图9(d)是图9(c)从9:00到3:00点钟位置的剖面图，它示出了上面讨论过的定子9(c)中的沟道。图9(g)是图9(c)从12:00点钟到6:00点钟位置的剖面图，它示出了流路到服务于EDR和EDIR套件的液压传动装置的接头。图9中水流转换装置能服务于几个布置成串联或并联排列的EDR和/或EDIR套件。
在运行过程中，当图9(b)中管道处在12:00点钟位置时，观察到稳定状态运行。在到达所需的运行时间之后，电流的极性被倒转过来，此后不久(如图3中讨论的)，转子9(b)顺时针转到3:00点钟位置，允许一个短时间的过渡性运行，其间P1和P2流向(Co)。这种旋动也将F1和Di对应于F2和(Ci)的连接方式改变成F2和(Di)对应F1和(Ci)的连接方式。在短时间的过渡运行之后，转子9(b)顺时针转到6:00点钟位置，达到在逆转类型的稳定态运行。在经过所需的运行时间之后，电流的极性返回到观察方向，此后不久，转子9(b)转到9:00点钟位置，又达到过渡运行，这时P1和P2均流向(Co)c。接着转子顺时针转到12:00点钟位置，完成无限重复的循环。
优选转子9(b)以将水锤现象减至最低限度的速度离开12:00,3:00,6:00,9:00点钟位置。一旦已离开这些位置，该转子就能迅速移到下一个位置。EDR和/或EDIR套件可以通过把转子9(b)停在12:00,3:00,6:00,9:00点钟位置之间的任何位置来从水力学服务系统脱离。
图6,7和8中，定子和转子已经被显示为圆盘。对于本领域技术人员来说，显然这种形状不是必须的。例如形成定子和/或转子圆周的8个45°圆弧的任何几个或全部可由圆的弦或甚至用具有负(凹的)曲率或任何其它出于美学，制造或应用等原因的理想形状来代替，出于密封和机械强度考虑，在定子或转子的边缘和各种管道或开孔之间都常常留出足够的间距。类似地，图9中定子和转子可以具有任何理想形状的圆周，它可以内接9(a)、9(b)和/或9(c)的图形。
图6(b)和8(b)中的管道在图中呈现为穿透的。它们从每个转子的一个表面完全贯穿到对面。在许多情况下，这将是方便的。图10举例说明一些可供选择的方案，这些方案在某些情况下是优选的。当与管道相联的孔处在同一定子中时，图10(c)和10(f)是有用的管道形式。如果所有孔(与各条管道相联的)处在同一定子中，那么多路水流转换装置可以仅由一个定子和一个转子组成。图10(b)、10(c)、10(d)和10(f)中的虚线提出一个构成更复杂形状的方法，如，转子可以由两层或多层构成，它们通过溶焊、粘接，螺栓、螺纹或其它方式而固定在一起。
非常复杂的多路水流转换可以通过利用两个或多个转子来处理，该转子可以彼此接触或被一个或多个定子分开。如果用两个这种转子，那么每个可以由自身中心驱动轴驱动(它们可以是对置的，即从对§面外部定子进来，或者可以是同轴的，即一个驱动轴在另一个中间)。两个或多个这种转子可以分别由上面讨论的机构通过它们的边缘来驱动。如果转子是中心驱动的，那么定子可以被紧密安装的“有支座”的环分开，在此情况下，如果转子被流体紧压在这种有支座环的内侧(如通过合适的密封)，则从侧面流入和/或流出的流也能实现流体连通。

Claims (11)

1、一种从至少两个入口水流中的每一个中任意选择连接方式的装置，这些水流中的至少两股同时流向一组至少两个流出水流装置中的一个或多个，所说的装置包括至少一个可旋转定位的第一主体，每个所说的第一主体具有一只旋转轴及至少一个围绕所说第一主体的所说旋转轴的直线或曲线旋转面，所说的表面与一个第二主体的表面配合，所说第二主体的表面也是一个围绕所说第一主体的所说旋转轴的直线或曲线旋转面，所说第一主体提供至少第一和第二液流管道，每个所说的管道，具有第一端和第二端，至少每个所说管道的第一端位于所说第一主体的所说一个表面上，所说的第二主体提供至少第一和第二流体流动管道，所说第二主体的每个所说管道具有第一端和第二端，至少所说第二主体的每个所说管道的第一端终止于所说第二主体的所说表面上，在所说第一主体中的每个所说管道的所说第一端和所说第二主体的每个所说管道的所说第一端位于这样的预定位置：
a)所说第一主体的所说第一液流管道与所说第二主体的所说第一液流管道连通，并且所说第一主体的所说第二液流管道与所说第二主体的所说第二液流管道连通；以及
b)当所说第一主体围绕所说的轴旋转一预定角度时，所说第一主体的所说第一液流管道与所说第二主体的所说第二液流管道连通，并且所说第一主体的第二液流管道与所说第二主体的所说第一液流管道连通，所说装置也包括用于让所说第一主体相对于所说第二主体旋转定位的装置。
2、根据权利要求1所述的装置，它还包括一个具有至少第一组和第二组液流腔室的电渗析套件，所说第一组的构件与所说第二组的构件交替地排列，当直流电按第一方向流过所说套件时，所说第一组的各室是稀释室而所说第二组的各室是浓缩室，当直流电按与所说第一方向相反的第二方向流过所说套件时，所说第一组的各室是浓缩室而所说第二组的各室是稀释室，所说的第一和第二组室任选地包括一个离子交换树脂构件，该构件允许液流通过，所说装置还包括把所说第二主体的所说第一管道装置与所说第一组液流腔室相连接的第一流体输送装置，以及把所说第二主体的所说第二管道装置与所说第二组液流腔室相连接的第二流体运输装置。
3、根据权利要求1所述的装置，其中，当第一主体围绕所说的轴旋转所说的预定角度时，由所说第一主体提供的所说第一液流管道与所说第二主休的所说第一液流管道部分联通，同时与所说第二主休的所说第二流体流动管道部分联通，以便使所说预定角的预定分数小于1。
4、根据权利要求1所述的装置，其中，所说第一主体的所说表面通过一个或多个固定到所说第一主体的所说表面的垫圈而与所说第二主体的所说表面接触。
5、根据权利要求1所述的装置，该装置具有至少同时流动的入口水流Ci,Di,P1和P2和至少流出流Co,Do,F1和F2，其中，在所说第一主体的第一位置上，Ci与F1连通。Di与F2连通、P1与Co连通以及P2与Do连通，而在所说第一主体相对于第二主体的第二位置上，Ci与F2连通、Di与F2连通、P1与Do连通以及P2与Do连通。
6、根据权利要求2所述的装置，其中，所说的电渗析套件包括至少一个端块，而所说第二主体与所说的至少一个端块结合成整体。
7、根据权利要求2所述的装置，该装置还包括：
-第一流体容积V1(升)由所说第一流体输送装置的流体容积(升)加上所说第一组液流腔室的流体容积(升)组成；
-第二流体容积V2(升)由所说第二流体输送装置的流体容积(升)加上所说第二组液流腔室的流体容积(升)组成；
-第一流体控制装置，用于把通过所说第一组液流腔室的液体流量控制在预定的速率(升/秒)；
-第二流体控制装置，用于把通过所说第二组液流腔室的液体流量控制在预定的速率(升/秒)；
-驱动装置，用于在时间t1驱动所说装置以使所说第一主体相对于第二主体旋转定位；
-用于在时间t2改变穿过所说套件的所说电流方向的装置，其中t2基本上不大于t2+V3/F1和t2+V2/F2中较大者。
8、一种装置，该装置包括：
a)一个电渗析套件，它具有至少第一组和第二组腔室，每个所说的腔室在其第一端部具有一个第一流体沟道装置，在具第二端部具有第二流体沟道装置，所说第一组各室的构件与所说第二组各室的构件交替地排列，当直流电按第一方向流过所说套件时，所说第一组各室是稀释室而所说第二组各室是浓缩室，当直流电在按与所说第一方向相反的第二方向流过所说套件时，所说第一组各室是浓缩室而所说第二组各室是稀释室，所说第一和第二组的各室包括下列构件中的至少一个构件：
1)引起电解质朝向和远离所说套件的离子交换膜的对流传质的结构；和
2)离子交换树脂基体，每个这种基体允许流体流过；
b)至少第一和第二阀、每个阀任意选择连接：
-来自至少两股同时流动的至少两股入口水流中的一股；
-到达至少两个流出水流，
每个所说的阀包括至少一个可旋转定位的第一主体，每个所说的第一主体包括至少一个与第二主体的旋转表面配合的旋转表面，所说第一主体具有至少第一和第二流体管道，每个所说的管道具有第一端部和第二端部，至少每个所说管道的第一端部位于所说第一主体的所说一个表面上，每个所说阀的所说第二主体具有至少第一和第二流体管道，每个所说第二主体的所说管道具有第一端部和第二端部，至少所说第二主体的每个所说管道的第一端部位于所说第二主体的所说表面上，所说第二主体的每个所说管道的所说第一端部和所说第一主体中每个所说管道的所说第一端部位于这样的预定位置：
-所说第一主体的所说第一流体管道与所说第二主体的所说第一流体管道连通，而所说第一主体的所说第二流体管道与所说第二主体的所说第二流体管道连通；以及
-如果该第一体旋转一预定角度，那么所说第一主体的所说第一流体管道与所说第二主体的所说第二流体管道连通，而所说第一主体的所说第二流体管道与所说第二主体的所说第一流体管道连通；
-每个所说阀还包括用于使所说的第一主体相对于所说第二主体旋转定位的传动装置；
c)第一流体歧管装置把所说第一阀的第二主体的所说第一管道装置与所说第一组腔室的所说第一流体沟道装置相连通，第二流体歧管装置把所说第一阀的所说第二主体的所说第二管道装置与所说第二组腔室的所说第一流体沟道装置相连通，第三流体歧管装置把所说第二阀的所说第二主体的所说第一管道装置与所说第一组腔室的所说第二流体沟道装置相连通而第四流体歧管装置把所说第二阀的所说第二主体的所说第二管道装置与所说第二组腔室的所说第二流体沟道装置相连通。
9、根据权利要求8所述的装置，其中所说的电渗析套件还包括在所说套件一端的第一端块和在所说套件另一端的第二端块，其中至少一个所说阀的第二主体与一个所说的端块构成一体。
10、根据权利要求8所述的装置，其中，如果至少一个所说阀的所说第一主体旋转所说的预定角度，那么所说第一主体提供的第一流体管道与所说第二主体的所说第一流体管道部分连通，同时与所说第二主体的所说第二流体管道连通，以便使预定角的预定分数小于1。
11、根据权利要求8所述的装置，该装置还包括：
-第一流体容积V1(升)由所说第一流体输送装置的流体容积(升)加上所说第一组液流腔室的流体容积(升)组成；
-第二流体容积V2(升)由所说第二流体输送装置的流体容积(升)加上所说第二组液流腔室的流体容积(升)组成；
-第三流体容积V3(升)由V1加上所说第三歧管装置的流体容积(升)组成；
-第四流体容积V4(升)由V2加上所说第四歧管装置的流体容积(升)组成；
-第一流体控制装置，用于把通过所说第一组腔室的液体流量控制在预定的速率(升/秒)；
-第二流体控制装置，用于把通过所说第二组腔室的液体流量控制在预定的速率(升/秒)；
-驱动装置，用于在时间t1起动辅助执行装置，以便驱动所说第一阀的所说第一主体相对于所说第一阀的所说第二主体旋转定位；
-用于在时间t2改变穿过所说套件的所说电流方向的装置，其中t2基本上不大于t1+V1/F1和t1+V2/F2中较大者。
-驱动装置，用于在时间t3驱动所说执行装置，以便使所说第二阀的所说第一主体相对于所说第二阀的所说第二主体旋转定位，其中，t3基本不大于t2+V3/F1和t1+V4/F2中较大者。
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