FI128363B

FI128363B - Reject valve of reverse osmosis system

Info

Publication number: FI128363B
Application number: FI20195229A
Authority: FI
Inventors: Heikki Pohjola
Original assignee: Solar Water Solutions Oy
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-04-15
Also published as: FI20195229A1; WO2020193844A1

Abstract

Käänteisosmoosijärjestelmän rejektiventtiili, joka kuristaa rejektivirtauksen ja ylläpitää järjestelmän paineen ennalta määrätyllä tasolla siihen pumpatun virtauksen volyymista riippumatta. Rejektiventtiiliin rungossa (1) on sylinterimäinen virtauskanava (2). Kartiomainen elementti (5) sulkee ja avaa virtauskanavan (2). Venttiilin ollessa suljettu kartio (5) tukeutuu vaipastaan virtauskanavan (2) ulosvirtauspäätyyn (3). Rungon (1) ja kartion (5) varteen (4) tuetun tukilevyn (9) välissä on esijännitetty puristusjousi (6). Kun venttiiliin tulevan virtauksen paine kohdistaa kartioneulaan (5,4) voiman, joka ylittää jousen (6) siihen kohdistaman vastakkaissuuntaisen voiman, niin kartioneula (5,4) alkaa liikkua virtauksen suuntaan, avaten venttiilin virtauskanavan (2). Virtauskanavan (2) ulosvirtauspäätyyn (3) on tehty uramaiset pienet kanavat, jotka sallivat aina virtauksen, muodostaen vakioreiän. Virtauskanavan (2) halkaisija on vähintään 2.2 x varren (4) halkaisija ja kartion (5) kylkikulma on 13–20 astetta.A reverse osmosis system reject valve that restricts the reject flow and maintains the system pressure at a predetermined level regardless of the volume of flow pumped into it. The reject valve in the body (1) has a cylindrical flow channel (2). The conical element (5) closes and opens the flow channel (2). When the valve is closed, the cone (5) rests on its jacket on the outflow end (3) of the flow channel (2). A prestressing compression spring (6) is provided between the body (1) and the support plate (9) supported on the arm (4) of the cone (5). When the pressure of the flow into the valve applies a force to the conical needle (5,4) which exceeds the opposite force applied to it by the spring (6), the conical needle (5,4) begins to move in the direction of flow, opening the flow channel (2) of the valve. The outflow end (3) of the flow channel (2) is provided with grooved small channels which always allow flow, forming a constant hole. The diameter of the flow channel (2) is at least 2.2 x the diameter of the stem (4) and the side angle of the cone (5) is 13 to 20 degrees.

Description

Käänteisosmoosijärjestelmän rejektiventtiiliReverse osmosis system reject valve

Käänteisosmoosijärjestelmän rejektiventtiili, joka ylläpitää järjestelmän paineen ennalta määrätyllä tasolla rejektivirtauksen volyymin vaihtelusta riippumatta.A reverse osmosis system reject valve that maintains the system pressure at a predetermined level regardless of variation in reject flow volume.

On tunnettua, että käänteisosmoosimoduulista rejektinä poistuvan virtauksen kuristuksella voidaan säätää moduulissa vallitsevaa painetta silloin kun samanaikaisesti korkeapainepumpulla syötetään moduuliin vettä. Moduulilla tarkoitetaan tavanomaista, standardoitua putkimaista paineastiaa sekä sen sisällä sijaitsevaa käänteisosmoosimembraania. Suolaisen veden virtauksen kulkiessa moduulin läpi membraani erottaa siitä makeaa vettä. Jäljellejäävää konsentraattia, josta makea vesi on erotettu, sanotaan rejektiksi.It is known that by restricting the flow leaving the reverse osmosis module as a reject, the pressure prevailing in the module can be adjusted when water is supplied to the module at the same time by a high-pressure pump. By module is meant a conventional, standardized tubular pressure vessel and a reverse osmosis membrane within it. As the flow of salt water passes through the module, the membrane separates fresh water from it. The remaining concentrate from which fresh water has been separated is called a reject.

Käänteisosmoosijärjestelmässä membraanien lukumäärä ja tyyppi määrittää syöttövirtauksen volyymin raja-arvot.In a reverse osmosis system, the number and type of membranes determine the volume limits of the feed flow.

Mitä suurempi on veteen liuenneiden kiintoaineiden, lähinnä suolojen pitoisuus (TDS = total dissolved solids), niin sitä suurempi on veden osmoottinen paine. Jotta membraani erottaa suolaisesta vedestä makeaa vettä, on moduulissa vallitsevan paineen oltava vähintään yhtä suuri kuin moduulin läpi virtaavan konsentraatin osmoottinen paine. Membraanin erottamaa makeaa vettä sanotaan sen tuotoksi. Tuoton ja rejektin volyymien summa on sama kuin syöttövirta uksen volyymi.The higher the total dissolved solids (TDS) of the solids dissolved in the water, the higher the osmotic pressure of the water. In order for the membrane to separate fresh water from saline water, the pressure in the module must be at least equal to the osmotic pressure of the concentrate flowing through the module. The fresh water separated by the membrane is called its output. The sum of the yield and reject volumes is the same as the feed flow volume.

Jos rejektipuolella käytetään vakiokuristusta, kuten virtauksen kuristavaa reikää, niin ongelmaksi muodostuu se, että paine järjestelmässä muuttuu, kun veden suolaisuus muuttuu. Myös käsiteltävän veden lämpötila vaikuttaa merkittävästi membraanien tuottoon, jolloin vastaavasti rejektin volyymi muuttuu. Ongelmaksi vakiokuristuksessa muodostuu myös se, että membraanien tuotto heikkenee niiden ikääntyessä, jolloin rejektin volyymi suhteessa syöttövirta uksen volyymiin suurenee. Vakiokuritus sopii ainoastaan tilanteeseen, jossa syöttövirta uksen volyymi on vakio ja jossa membraanien tuotto pysyy vakiona.If a standard constriction is used on the reject side, such as a flow restrictor hole, then the problem becomes that the pressure in the system changes as the salinity of the water changes. The temperature of the water to be treated also has a significant effect on the yield of the membranes, whereby the volume of the reject changes accordingly. Another problem with standard constriction is that the yield of the membranes decreases as they age, whereby the volume of the reject relative to the volume of the feed flow increases. Standard choke is only suitable for a situation where the volume of the supply flow is constant and where the yield of the membranes remains constant.

Pienissä käänteisosmoosilaitteissa, jotka on tarkoitettu vähäsuolaiselle murtovedelle (engl. brackish water) ja joiden tuotto on muutama kymmen litraa tunnissa, käytetään rejektivirtausta kuristavana venttiilinä yleensä manuaalisesti säädettävää neulaventtiiliä, joka säädetään halutulle kuristustasolle, kun järjestelmän painepumppu on käynnistetty. Käytännön ongelma näissä laitteissa on, että membraanin tuotto alkaa tasaantua vasta kun systeemiä on jonkin aikaa käytetty. Kuristusventtiiliin saattaa myös kertyä suolakivettymää, joka muuttaa sen virtauspoikkipintaa.In small reverse osmosis systems for brackish water with a flow rate of a few tens of liters per hour, a reject-controlled throttle valve is usually a manually adjustable needle valve that is adjusted to the desired throttle level when the system pressure pump is started. A practical problem with these devices is that the membrane output only begins to stabilize after the system has been used for some time. Salt petrification may also accumulate in the throttle valve, which changes its flow cross-section.

Erityisesti jos käänteisosmoosijärjestelmää halutaan käyttää aurinkopaneeleista saatavalla energialla, ilman välissä olevia akkuja, niin rejektiventtiilin manuaalinen säätötarve olisi jatkuvaa. Tämä johtuu siitä, että aurinkopaneeleista saatava teho muuttuu auringon säteilyn intensiteetin kW/m² (engl. irradiance) vaihdellessa. Tällöin myös järjestelmän invertteriohjatun syöttöpumpun kierrosluku vaihtelee ja sen seurauksena järjestelmän syöttövolyymi ja rejektivolyymi vaihtelevat.In particular, if the reverse osmosis system is to be operated with energy from solar panels, without intermediate batteries, then the need for manual adjustment of the reject valve would be constant. This is because the power from solar panels changes as the intensity of solar radiation in kW / m ² (irradiance) varies. In this case, the speed of the inverter-controlled feed pump of the system also varies and, as a result, the feed volume and the reject volume of the system vary.

Keksinnön mukainen rejektiventtiili ratkaisee käänteisosmoosijärjestelmän rejektiventtiilin säätöön liittyvän ongelman. Se ylläpitää järjestelmässä vakiopaineen rejektin virtausvolyymin vaihtelusta huolimatta. Venttiili on jousitoiminen.The reject valve according to the invention solves the problem of adjusting the reject valve of a reverse osmosis system. It maintains a constant pressure in the system despite variations in the flow rate of the reject. The valve is spring-loaded.

Rakenteellisesti kaikki tunnetut jousitoimiset venttiilit, kuten takaiskuventtiili, paineena lennusventtiili, varoventtiili ja ohivirtausventtiili muistuttavat toisiaan, mutta niiden toimintaperiaate ja käyttötarkoitus on erilainen.Structurally, all known spring-loaded valves, such as non-return valve, pressurized flight valve, safety valve and bypass valve, resemble each other, but their principle of operation and purpose are different.

Keksinnön mukainen venttiili muistuttaa rakenteeltaan läheisesti takaiskuventtiiliä (engl. checkvalve), mutta ei kuitenkaan ole toiminnaltaan eikä käyttötarkoitukseltaan takaiskuventtiili, ei paineenalennusventtiili (engl. pressure relief valve), eikä myöskään muu edellä mainituista venttiileistä. Se on venttiili, jonka virtauspoikkipinta säätyy dynaamisesti tulovirtauksen volyymin vaihtelun mukaisesti. Tätä eivät muut edellä mainitut venttiilit tee.The valve according to the invention closely resembles a checkvalve, but is not a non-return valve, a pressure relief valve, nor any of the above-mentioned valves. It is a valve whose flow cross-section is dynamically adjusted according to the variation of the volume of the inlet flow. This is not done by the other valves mentioned above.

Julkaisussa JP 3079258U on kuvattu takaiskuventtiili, joka rakenteeltaan läheisesti muistuttaa keksinnön mukaista venttiiliä. Siinä jousi puristaa venttiilin sulkevaa kartiota kartiomaisen istukan (engl. valve seat) seinämää vasten. Kartio on syvällä istukassa ja kartion ympärille on asennettu tiivisterengas. Venttiilin käyttötarkoitus on se, että suljettuna ollessaan se ei päästä yhtään virtausta tulovirtaukselle vastakkaisesta suunnasta. Koska kartio on pääosin istukassa, niin tulovirtauksen venttiiliä avaamaan pyrkivä paine kohdistuu lähinnä sen varren päätyyn ja hyvin vähän itse kartioon. Kun tulovirtauksen paineen kartioon ja sen varteen kohdistama voima kasvaa suuremmaksi kuin jousen kartioon kohdistama vastakkainen voima (engl. cracking force), niin kartio nousee hypähdyksenomaisesti avaten kanavan. Tällöin virtauksen paine kartion ja sen kartiomaisen istukan välissä putoaa välittömästi lähes nollaan. Tämä johtuu siitä, että virtauksen nopeus kasvaa toisiaan lähellä olevien seinämien välissä suureksi. Fig.5 ja Fig.6 valaisevat asiaa. Fig.5 kuvaa virtauksen paineen ja nopeuden muutosta kuristusreiän läpi (engl. choke). Julkaisun tyyppisessä venttiilissä tulovirtauksen paine kohdistuu hyvin vähän itse kartioon Fig.6, joten venttiilin avauduttua jousivoima vetää kartion takaisin istukkaan. Jotta näin ei tapahtuisi on tulovirtauksen volyymin oltava riittävän suuri ja jousivoiman pieni, muuten kartio alkaa hakata istukkaan. Mitä suurempi kartioon kohdistuva jousivoima on, sitä pahempi tämä hakkaamisilmiö on. Jousen onkin tarkoitus olla mahdollisimman löysä ja ainoastaan palauttaa kartio istukkaan virtauksen loputtua. Käytännössä tällainen takaiskuventtiili on aina maksimaalisesti avoin tai sitten kokonaan suljettu. Kyseisen takaiskuventtiilin rakenne ei sovellu tulovirtauksen paineen vakiona pitämiseen virtauksen volyymin vaihdellessa.JP 3079258U describes a non-return valve which closely resembles a valve according to the invention. In it, a spring presses the valve-closing cone against the wall of the valve seat. The cone is deep in the seat and a sealing ring is installed around the cone. The purpose of the valve is that when closed it does not allow any flow to the inlet flow from the opposite direction. Since the cone is mainly in the seat, the pressure tending to open the inlet valve is applied mainly to the end of its stem and very little to the cone itself. As the force exerted by the pressure of the inlet flow on the cone and its arm increases greater than the cracking force exerted by the spring on the cone, the cone rises abruptly, opening the channel. In this case, the flow pressure between the cone and its conical seat immediately drops to almost zero. This is because the flow rate increases between the adjacent walls. Fig. 5 and Fig. 6 illustrate this. Fig.5 illustrates the change in flow pressure and velocity through the choke. In a valve of the publication type, the pressure of the inlet flow is applied very little to the cone itself Fig.6, so that when the valve opens, a spring force pulls the cone back into the seat. To prevent this from happening, the volume of the inflow must be large enough and the spring force small, otherwise the cone will start to hit the seat. The higher the spring force on the cone, the worse this beating phenomenon is. The spring is intended to be as loose as possible and only to return the cone to the seat after the flow has ceased. In practice, such a non-return valve is always maximally open or completely closed. The design of this non-return valve is not suitable for keeping the inlet flow pressure constant as the flow volume varies.

Julkaisussa WO2014168768 on kuvattu venttiili, joka rakenteeltaan muistuttaa keksinnön mukaista venttiiliä. Se on tarkoitettu meren syvyydessä korkeapaineisessa ympäristössä tapahtuvaan järjestelmän sisäisen kaasunpaineen äkilliseen pudottamiseen (pressure relief) paineen järjestelmässä jostain syystä noustessa. Sitä ei ole tarkoitettu nestevirtaukselle eikä tulovirtauksen paineen ylläpitoon. Nestevirtauksessa sitä koskisivat samat ongelmat kuin edellä mainitussa julkaisussa kuvattua takaiskuventtiiliä.WO2014168768 describes a valve which is similar in structure to a valve according to the invention. It is intended for the sudden relief of the internal gas pressure in the system at a depth of the sea in a high-pressure environment when the pressure in the system rises for some reason. It is not intended for fluid flow or to maintain inlet flow pressure. In fluid flow, it would face the same problems as the non-return valve described in the above publication.

Keksinnön mukainen venttiilin toimintaperiaate on se, että sen virtauskanavan suuruus säätyy automaattisesti tulovirtauksen volyymin mukaisesti, eli volyymin kasvaessa kanavan virtauspoikkipinta suurenee ja volyymin vähetessä se vastaavasti pienenee. Tällä tavoin venttiili pitää järjestelmän tulovirtauksen puoleisen paineen ennalta määrätyllä tasolla etukäteen määritetyllä tulovirtauksen volyymialueella.The operating principle of the valve according to the invention is that the size of its flow channel is automatically adjusted according to the volume of the inlet flow, i.e. as the volume increases the flow cross-section of the channel increases and as the volume decreases it correspondingly decreases. In this way, the valve maintains the pressure on the inlet side of the system at a predetermined level in a predetermined volume range of the inlet flow.

Edellä mainitusta ominaisuudesta johtuen venttiili mahdollistaa sen, että käänteisosmoosiyksikön korkeapainepumpun sähkömoottoria voidaan käyttää suoraan aurinkopaneeleista saatavalla sähköllä invertterin kautta, jolloin moottorin kierrosluku ja vastaavasti syöttövirtauksen volyymi vaihtelee aurinkopaneeleista saadun energian mukaisesti. Moottorin kierrosluvun vaihtelun seurauksena käänteisosmoosijärjestelmän aikayksikössä tuottaman makean veden ja vastaavasti rejektin volyymi vaihtelee.Due to the above-mentioned feature, the valve allows the electric motor of the high-pressure pump of the reverse osmosis unit to be driven directly by electricity from solar panels via an inverter, whereby the motor speed and the supply flow volume vary according to the energy from the solar panels. As a result of the variation of the engine speed, the volume of fresh water and reject, respectively, produced by the reverse osmosis system per unit time varies.

Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaisen venttiilin rakennetta ja toimintaa yksityiskohtaisemmin viittaamalla kuvioihin 1-7.The structure and operation of the valve according to the invention will now be described in more detail with reference to Figures 1-7.

Kuvio 1 Figure 1 kuvaa tunnettua tekniikan tasoa olevaa takaiskuventtiiliä, jossa venttii- 1 ikartio tukeutuu kartiomaiseen istukkaan. describes a prior art non-return valve in which the valve 1 cone rests on a conical chuck. Kuvio 2 Figure 2 kuvaa keksinnön mukaisen venttiilin rakennetta. describes the structure of a valve according to the invention. Kuvio 3 Figure 3 kuvaa keksinnön mukaisen venttiilin kartion ohi kulkevaa virtausta venttiilin ollessa suljettuna. illustrates the flow past the cone of a valve according to the invention with the valve closed. Kuvio 4 Figure 4 kuvaa keksinnön mukaisen venttiilin kartiota sen ollessa avoinna ääriasennossaan rejektivirtauksen maksimivolyymilla. illustrates the cone of a valve according to the invention when it is open in its extreme position at the maximum volume of reject flow. Kuvio 5 Figure 5 kuvaa graafisesti virtauksen paineen ja nopeuden muutosta virtauksen kulkiessa kuristusreiän läpi. graphically depicts the change in flow pressure and velocity as the flow passes through the orifice. Kuvio 6 Figure 6 kuvaa graafisesti virtauksen paineen ja nopeuden muutosta virtauksen kulkiessa kuviossa 1 kuvatun takaiskuventtii li n läpi. graphically depicts the change in flow pressure and velocity as the flow passes through the check valve illustrated in Figure 1. Kuvio 7 Figure 7 kuvaa graafisesti virtauksen paineen ja nopeuden muutosta virtauksen kulkiessa keksinnön mukaisen venttiilin läpi. graphically depicts the change in flow pressure and velocity as the flow passes through a valve according to the invention.

Kuviossa 2 on keksinnön mukaisen rejektiventtiilin poikkileikkaus. Venttiilin perusrakenne on aksiaalisesti liitetty rejektivirtauksen tuloputkeen 11. Putken 11 pituus on sellainen, että ventti il ikanavan 2 sulkevan kartion 5 varsi 4 ja putken 11 seinämää läheisesti sivuava tukilevy 9 pääsevät vapaasti liikkumaan putken 11 sisällä. Runkoon 1 tuetun vartta 4 ohjaavan liukuelimen 7 sekä tukilevyn 9 väliin on tuettu jännitteellinen puristusjousi 6 jonka aiheuttama voima, venttiilin ollessa suljettu, puristaa kartion 5 virtauskanavan 2 ulosvirtauksen puoleiseen päätyä 3 vasten. Puristusjousi 6 on varren 4 ympärillä ja jousen 6 uikohalkaisija on valittu niin että se läheisesti sivuaa putken 11 seinämää, jolloin jousi 6 ei pääse putkessa vääntyilemään.Figure 2 is a cross-section of a reject valve according to the invention. The basic structure of the valve is axially connected to the reject flow inlet pipe 11. The length of the pipe 11 is such that the arm 4 of the cone 5 closing the valve channel 2 and the support plate 9 close to the wall of the pipe 11 can move freely inside the pipe 11. Between the sliding member 7 guiding the arm 4 supported on the body 1 and the support plate 9, a tensioning compression spring 6 is supported, the force of which, when the valve is closed, presses the cone 5 against the outlet end 3 of the flow channel 2. The compression spring 6 is around the arm 4 and the outer diameter of the spring 6 is chosen so as to be close to the wall of the tube 11, whereby the spring 6 cannot be distorted in the tube.

Liukuelimessä 7 on virtauksen sallivat kanavat 8 ja myös tukilevy 9 sallii läpivirtauksen.The slider 7 has flow-allowing channels 8 and also a support plate 9 allows flow-through.

Kanavan 2 ulosvirtauspäätyyn 3 tukeutuessaan kartio 5 ei koskaan täysin sulje ulosvirtauskanavaa 2 vaan sallii aina osittaisen läpivirtauksen, mikä on järjestetty ulosvirtauskanavan 2 ulosvirtauspäädyn 3 kehälle tehtyjen virtausurien 10 avulla, jotka kartion 5 ollessa tukeutuneena ulosvirtauspäädyn 3 kehälle vastaavat vakioreikää, jonka kautta juuri ennen kuin kartion 5 liike alkaa avata ulosvirtauskanavaa 2, eli silloin kun tavoiteltu järjestelmäpaine on saavutettu, pääsee rejektiventtiiIin läpi virtaus, joka on volyymiltaan 20^0 % rejektivirtauksen maksimivolyymista. Fig.3. Voidaan ajatella, että kanavan 2 vieressä olisi erillinen vakioreikä, mutta paitsi että se olisi työstöteknisesti hankala toteuttaa, niin suolainen rejektikonsentraatti tukkisi sen nopeasti huonon huuhtelun takia. Etenkin aurinkoenergialla toimivissa laitteistoissa, jotka seisovat yöaikaan, reikään kehittyisi suolakertymää. Kartion 5 virtausta säätävän toiminnan kannalta on myös edullista, että tuIovirtauksen koko volyymi kulkee sen ympärillä.Relying on the outflow end 3 of the channel 2, the cone 5 never completely closes the outflow channel 2 but always allows partial flow, which is arranged by means of flow grooves 10 made in the circumference of the outflow end 3 of the outflow channel 2. the movement begins to open the outflow channel 2, i.e. when the target system pressure is reached, a flow of 20 ^ 0% of the maximum volume of the reject flow enters the reject valve. Fig.3. It is conceivable that there would be a separate standard hole next to channel 2, but not only would it be difficult to machine, the saline reject concentrate would clog it quickly due to poor rinsing. Especially in solar-powered installations that stand at night, salt would develop in the hole. It is also advantageous for the flow-regulating function of the cone 5 that the entire volume of the inflow flows around it.

Sylinterimäinen tulovirtauskanava 2 ja kartion 5 varsi 4 on mitoitettu siten, että kanava 2 on halkaisijaltaan vähintään 2.2 kertainen varren 4 halkaisijaan nähden, jolloin kartio 5 on kaikissa virtaustilanteissa niin syvällä sylinterimäisessä kanavassa 2, että tulopuolen virtauksen paine kohdistaa kartioon 5 venttiilin paineensäätötoiminnan kannalta riittävän voiman myös silloin, kun venttiili on avautunut mutta virtauksen volyymi on vielä alle 45 % maksimivirtausvolyymista. Fig.3, Fig.4 ja Fig.7.A cylindrical inlet channel 2 and the cone 5 of the arm 4 is dimensioned so that the channel 2 has a diameter at least in relation to 2.2 times the arm 4 of diameter, the cone 5 is in all flow situations so deep in the cylindrical channel 2, the inlet side of the flow of the pressure applied to the cone 5 of the valve pressure control operation of a force sufficient to when the valve is open but the flow volume is still less than 45% of the maximum flow volume. Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 7.

Kun järjestelmän pumpun aikaansaama virtausvolyymi kasvaa 20-40 prosenttiin maksimivolyymistaan, edullisessa tapauksessa 25-35 prosenttiin, kasvaa virtauksen tulopuolen paine ennalta määrättyyn järjestelmäpaineeseen, mikä tarkoittaa sitä, että myös rejektivirtaus kasvaa 20^t0 prosenttiin maksimivolyymistaan. Tämä tarkoittaa myös sitä, että juuri ennen kuin kartio 5 alkaa liikkua, niin kanavan 10 kautta virtaa 20-40 % rejektin maksimivolyymista.When the system is provided by the pump flow volume will increase from 20 to 40 per cent of full volume, in the preferred case, from 25 to 35 percent, increases the flow of inlet pressure to a predetermined system pressure, which means that also increases rejektivirtaus ^ t0 20 percent full volume. This also means that just before the cone 5 starts to move, 20-40% of the maximum volume of the reject flows through the channel 10.

Kartion 5 edullinen geometrinen kylkikulma on 13-20 astetta, edullisessa tapauksessa 14-18 astetta. Silloin kartio 5 ei siihen kohdistuvan jousivoiman johdosta pääse jumittumaan virtauskanavan päätyyn 3 siihen tukeutuessaan ja koska d/D < 4.5 niin kartio 5 on venttiilin toiminnan kannalta kaikissa virtaustilanteissa riittävänThe preferred geometric side angle of the cone 5 is 13-20 degrees, preferably 14-18 degrees. Then, due to the spring force applied to it, the cone 5 cannot get stuck at the end 3 of the flow channel when it rests on it, and since d / D <4.5, the cone 5 is sufficient for the operation of the valve in all flow situations.

20195229 prh 17-01- 2020 syvällä virtauskanavassa 2. Olennaista venttiilin rakenteelle on, että kartio 5 tukeutuu sylinterimäisen kanavan 2 päätyyn. Venttiili, jossa on kartiomainen istukka ei toimi keksinnön mukaisessa käyttötarkoituksessa, minkä graafinen kuvio 6 selkeästi osoittaa.20195229 prh 17-01-2020 deep in the flow channel 2. It is essential for the valve structure that the cone 5 rests on the end of the cylindrical channel 2. A valve with a conical seat does not function in the application according to the invention, which is clearly shown in Figure 6.

Kun kartio 5 avaa venttiilin, niin kanavan 2 päädyn virtauspoikkipinta kasvaa ja jousi alkaa puristua. Mitä pitempää jousta 6 käytetään, sitä vähäisempi on sen puristumisen aiheuttama voiman muutos. Jotta jousi 6 säätää kartion 5 liikettä virtauksen volyymin muutoksen mukaisesti, on jousen 6 syytä olla suora ja riittävän pitkä puris10 tusjousi. Koska venttiili muodostaa esiasennetun kokonaisuuden kuvio 2, niin sen runkoon 1 voidaan liittää kierreliitoksella minkä mittainen putki 11 hyvänsä.When the cone 5 opens the valve, the flow cross-section of the end of the channel 2 increases and the spring begins to compress. The longer the spring 6 is used, the smaller the change in force due to its compression. In order for the spring 6 to adjust the movement of the cone 5 according to the change in the flow volume, the spring 6 should be a straight and sufficiently long compression spring. Since the valve forms a pre-assembled unit Fig. 2, a pipe 11 of any length can be connected to its body 1 by means of a threaded connection.

Suoritusesimerkissä kanavan 2 halkaisija D on 20 mm ja kartion 5 kylkikulma 17 astetta ja puristusjousen 6 vapaa pituus on 200 mm. Selvyyden vuoksi tässä esimer15 kissä ei huomioida kanavan 10 poikkipintaa.In the exemplary embodiment, the diameter D of the channel 2 is 20 mm and the side angle of the cone 5 is 17 degrees, and the free length of the compression spring 6 is 200 mm. For the sake of clarity, the cross-section of the channel 10 is not taken into account in this example.

Jousi on esijännitetty 170 mm mittaiseksi. Tämä tarkoittaa sitä, että kun kartio 5 on liikkunut 1 mm matkan avaten kanavaa 2 niin rengasmaisen virtauspoikkipinnan ala on kasvanut nollasta arvoon 19 mm² ja jousen 6 kartioon 5 kohdistama voima on 20 kasvanut 0.6 %. Kun virtauksen volyymi on kasvanut niin paljon, että kartio 5 on liikkunut 5 mm kanavaa 2 avaten, niin rengasmainen virtauspoikkipinta on kasvanut arvoon 87 mm². Tämä tarkoittaa virtauspoikkipinnan 460 % kasvua edelliseen asentoon nähden, mikä tarkoittaa myös virtausvolyymin vastaavaa kasvua. Jousen kartioon kohdistama voima sen sijaan on kasvanut ainoastaan 2.4 %. On todettava, että 25 87 mm²virtauskanava vastaa halkaisijaltaan 10.5 mm putkea. Tämä suoritusesimerkki todistaa, että jousen 6 kartioon 5 kohdistama voima pysyy olennaisen vakiona rejektin virtausvolyymin kasvaessa.The spring is prestressed to a length of 170 mm. This means that when the cone 5 has moved a distance of 1 mm opening the channel 2, the area of the annular flow cross-section has increased from zero to 19 mm ² and the force applied by the spring 6 to the cone 5 has increased by 0.6%. When the volume of the flow has increased so much that the cone 5 has moved 5 mm opening the channel 2, the annular flow cross-section has increased to 87 mm ² . This means a 460% increase in the flow cross-section compared to the previous position, which also means a corresponding increase in the flow volume. The force exerted by the spring on the cone, on the other hand, has increased by only 2.4%. It should be noted that the 25 87 mm ² flow channel corresponds to a 10.5 mm diameter pipe. This embodiment proves that the force exerted by the spring 6 on the cone 5 remains substantially constant as the flow volume of the reject increases.

Jousen 6 jousivoima on määrätty siten, että rejektiventtiilin tulopuolen virtauksen 30 paineen noustessa 95 +/- 5 prosenttiin etukäteen määrätystä järjestelmäpaineesta kartio 5 alkaa liikkua avaten ulosvirtauskanavaa 2.The spring force of the spring 6 in such a manner that rejektiventtiilin input side stream 30, a rising pressure of 95 +/- 5 percent of the predetermined system pressure of the cone 5 will begin to move, opening the outflow channel 2.

Kartion varsi 4 läpäisee aksiaalisesti venttiilin virtauskanavan 2. Varren 4 halkaisija on d ja kanavan 2 halkaisija D. Olennaista venttiilille on, että d/D < 0.45 silläThe stem 4 of the cone passes axially through the flow channel 2 of the valve. The diameter of the stem 4 is d and the diameter D of the channel 2. It is essential for the valve that d / D <0.45 because

20195229 prh 17-01- 2020 muutoin venttiili ei säädä hyvin virtausta, koska se kartion 5 pinta-ala johon tulovirtauksen paine kohdistuu, olisi liian pieni Fig.3, Fig.4 ja Fig.7.20195229 prh 17-01- 2020 otherwise the valve does not regulate the flow well because the area of the cone 5 to which the pressure of the inlet flow is applied would be too small Fig.3, Fig.4 and Fig.7.

Venttiilin ollessa avoin virtauksen paine muuttuu ulosvirtauskanavan 2 päädyn 3 kohdalla pääosin nopeudeksi Fig.7. Virtauksen nopeus vl kanavan 2 päädyn koh5 dalla saadaan yhtälöstä v = Co(2gH)^1/2. Tässä painekorkeus H vastaa paine-eroa Δρ = (pl - p2) ulosvirtauskanavan päädyn eri puolilla.When the valve is open, the flow pressure at the end 3 of the outflow channel 2 changes mainly to the velocity Fig.7. The flow rate vl at the end of channel 2 is obtained from the equation v = Co (2gH) ^1/2 . Here, the pressure head H corresponds to the pressure difference Δρ = (pl - p2) on different sides of the outlet end.

Venttiilin poikkileikkaukseltaan pyöreän virtauskanavan 2 läpivirtauksen suuruus saadaan likimäärin kaavasta Q = CD-A (2g H)^1/2, missä Q [m³/s]; Cd kanavan muo10 dosta riippuva vakio; A [m²] on kanavan poikkipinta; g on 9.81 m/s² ja H on painekorkeus metreissä. Laadut laskelmissa on tosin muutettava cm³ ja mm²tasolle. Kaavasta ilmenee, että vakiokuristuksella, kun virtausvolyymi nousee esimerkiksi neljäkymmentä prosenttia, niin tulopaine nousee sata prosenttia. Toisaalta jos virtauksen volyymi kasvaa neljäkymmentä prosenttia ja myös virtauskanavan poikkipinta suure15 nee neljäkymmentä prosenttia, niin tulovirtauksen paine pysyy vakiona. Keksinnön mukainen venttiili säätää virtauspoikkipintaa virtausvolyymin mukaisesti juuri siten, että paine pysyy vakiona.The magnitude of the flow through the flow channel 2 of circular cross-section of the valve is obtained approximately from the formula Q = CD-A (2g H) ^1/2 , where Q [m ³ / s]; CD channel format dependent constant; A [m ² ] is the cross-sectional area of the channel; g is 9.81 m / s ² and H is the pressure head in meters. However, the qualities in the calculations have to be changed to cm ³ and mm ² levels. The formula shows that with constant constriction, when the flow volume increases, for example, by forty percent, the inlet pressure increases by one hundred percent. On the other hand, if the flow volume increases by forty percent and also the cross-sectional area of the flow channel increases by forty percent, then the pressure of the inlet flow remains constant. The valve according to the invention adjusts the flow cross-section according to the flow volume precisely so that the pressure remains constant.

Venttiilin vakioreikäominaisuuden seurauksena käänteisosmoosijärjestelmän paine, sen korkeapainepumpun käynnistyessä ja kierrosluvun noustessa, ei nouse äkillisesti, koska myös kanavan 10 kautta tapahtuva läpivirtauksen volyymi järjestelmän paineen noustessa kasvaa. Toisaalta järjestelmän ollessa pysähtyneenä moduuleihin ei jää painetta, mikä edesauttaa paineen vähittäistä nousua, kun järjestelmä uudelleen käynnistetään. Jos moduuleihin jäisi korkea paine, kun järjestelmä pysähtyy, niin tämä aiheuttaisi myös kalvojen tukkeutumista suoloilla koska huuhtelua ei silloin ole. Jatkuvasta virtauksesta kanavan 10 kautta on myös se erityinen etu, että kartio 5 ei avaa kanavaa 2 hypähdyksenomaisesti kun järjestelmäpaine saavutetaan, vaan virtausvolyymin kasvun mukaisesti tasaisella liikkeellä. Näin ollen kanavasta 10 on paljon etua.As a result of the standard borehole feature of the valve, the pressure of the reverse osmosis system, as its high pressure pump starts and the speed increases, does not increase abruptly because the flow rate through the channel 10 also increases as the system pressure increases. On the other hand, when the system is stopped, no pressure remains in the modules, which contributes to a gradual increase in pressure when the system is restarted. If high pressure were left in the modules when the system stopped, then this would also cause the membranes to become clogged with salts because there is no flushing then. The continuous flow through the channel 10 also has the particular advantage that the cone 5 does not open the channel 2 abruptly when the system pressure is reached, but in a steady motion according to the increase in the flow volume. Thus, channel 10 has many advantages.

Rejektiventtiili, jonka ulosvirtauskanava 2, kartio 5 ja varsi 4 ovat mitoitetut toisiinsa nähden niin, että venttiilin ollessa auki, tulovirtauksen kartioon 5 ja sen varteen 4 kohdistama voima pysyy aina yhtä suurena kuin jousen 6 kartioon 5 kohdistama vastakkaissuuntainen voima, minkä seurauksena kartio 5 säätää dynaamisesti ulosvirtauskanavan 2 ulosvirtauspäädyn 3 poikkipintaa virtausvolyymin vaihtelun mukaisesti ja paine järjestelmässä pysyy ennalta määrätyllä tasolla.A reject valve whose outflow channel 2, cone 5 and arm 4 are dimensioned relative to each other so that when the valve is open, the force exerted by the inlet flow on the cone 5 and its arm 4 always remains equal to the opposite force exerted by the spring 6 on the cone 5. the cross-section of the outflow end 3 of the outflow channel 2 according to the variation of the flow volume and the pressure in the system remains at a predetermined level.

Claims

claim

A reversing valve for an inverted osmosis system which maintains the system pressure at a predetermined level regardless of the volume of the rejection flow variation, the shutoff valve comprising a body (1), a cylindrical outlet channel (2) in the body (1), a cone (5) closing (2) in which an axially elongated arm (4) is supported, which together with the cone (5) forms a conical needle (5, 4), and a support plate (9) is supported against the arm (4) against the cone (5) end and between the body (1) and the support plate (9), a tensioned compression spring (6) is supported, which exerts a force on the needle (5, 4) which, when the valve is closed, presses the cone (5) towards the outlet end (3) on the the outlet channel (2) and where the inflow pressure applied to the valve applies a force to the needle (5,4) exceeding the force exerted in the opposite direction by the spring (6), the movement of the cone (5) begins to open the outlet channel (2), characterized in that when the cone (5) when supported on u at the outflow end (3) of the channel (2), it never completely closes the outflow channel (2) but always permits a partial throughput, which is arranged by flow grooves (10) around the outflow end (3) on the outflow channel (2), with the cone (5) supported at the circumference of the outlet end (3) corresponds to a standard hole through which, just before the movement of the cone (5) begins to open the outlet duct (2), ie when the desired system pressure is reached, a flow through the shut-off valve, which has a volume of 20 - 40, is reached. % of the maximum volume for the reject current.

Discharge valve according to claim 1, characterized in that the spring force (6) of the spring (6) is determined such that when the flow of the shut-off valve on the inlet side rises to 95 +/- 5 percent of the predetermined system pressure, the cone (5) begins to move, which opens the outflow channel (2). ).

Check valve according to claim 1 or 2, characterized in that the flank angle (5) of the cone is 13-20 degrees.

Check valve according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cylindrical outlet duct (2) and the arm (4) of the cone (5) are dimensioned so that the outlet duct (2) has a diameter of at least 2.2 x the arm (4). diameter,

Wherein the cone (5) in all flow situations is so deep in the cylindrical outlet duct (2) that the inlet side flow exerts a pressure on the cone (5) sufficient from the point of view of the pressure control valve, even when the valve has been opened, but the flow volume is still smaller. than 45% of the maximum flow volume.

Check valve according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the outlet duct (2), the cone (5) and the arm (4) are dimensioned relative to each other so that, when the valve is open, the force directed towards the inlet flow cone (5) is maintained. ) and its arm (4) always equal to the opposite force.

The pressure exerted on the cone (5) by the spring (6) results in the cone (5) dynamically adjusting the cross-sectional area of the outflow channel (2) of the outflow channel (2) according to the variation of the flow volume and the pressure in the system remains at a predetermined level.