JP2730741B2 - 逆浸透装置および逆浸透装置用の自動循環増圧ポンプ - Google Patents

逆浸透装置および逆浸透装置用の自動循環増圧ポンプ

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JP2730741B2
JP2730741B2 JP63265090A JP26509088A JP2730741B2 JP 2730741 B2 JP2730741 B2 JP 2730741B2 JP 63265090 A JP63265090 A JP 63265090A JP 26509088 A JP26509088 A JP 26509088A JP 2730741 B2 JP2730741 B2 JP 2730741B2
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    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B5/00—Machines or pumps with differential-surface pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/10—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid
    • F04B9/103—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 逆浸透装置は飲料水のような水から不純物を除去する
ために一般に用いられる。従来の逆浸透装置は逆浸透膜
を有する逆浸透フィルタを含んでいる。給水がフィルタ
に供給され、フィルタが減少した不純物の含有量を持つ
濾過した製品水を出す。フィルタに供給された給水のす
べてが逆浸透膜を通過するものではなく、この未濾過
水、すなわちブラインは排水管に放出され、またはその
一部がフィルタに再循環される。
生産量、すなわち製品水の容量を増大させるために、
逆浸透フィルタに供給される給水の圧力を増すようにポ
ンプを用いることは知られている。従来の電気モータ駆
動式ポンプはこの目的のために使用される。モータ駆動
式ポンプはポンプに対して電気配線を要することによっ
て設備費用が増す。さらに、ポンプは電力コスト、電気
モータの保守、修理および交換コストによって運転コス
トが一層高くなる。
（発明の要約） 本発明は、これらの欠点を解消すると共に、逆浸透フ
ィルタに供給される給水の圧力を増圧することによって
得られる望ましい結果を保持できる。この発明では、給
水自体で駆動されるポンプを開いて給水の圧力を増大さ
せ、従って、逆浸透フィルタは高い圧力で給水を受け
る。電気配線をポンプまで引張る必要はない。
ポンプは給水源とフィルタの入口ポートとの間の給水
入口導管に配置されている。ポンプはポンプに供給され
る給水の圧力を例えば3:1の望ましい比まで増大させる
ことができる。
ポンプは、好ましくは、ハウジングと、給水の圧力を
増すようにハウジング内で往復するピストンとを有す
る。この発明のポンプは、また、逆浸透フィルタから排
水管へのブラインの流れを制御する。さらに、ブライン
はあるポンプ制御機能に用いられる。ブラインの流れの
制御はブラインバルブによって達成される。ブラインの
流れを制御するブラインバルブの位置を変える手段が設
けられている。この発明では、例えば開放から閉鎖へま
たは閉鎖から開放へのブラインバルブの位置の変更はピ
ストンの運動方向を逆転させるのに用いられる。
ブラインバルブの位置は、好ましくは、ブラインバル
ブとピストンとの間の弾性連結によって変えられる。ば
ねによって与えられる弾性は戻りストロークの終了後で
次のポンプストロークの開始前にブラインバルブを閉じ
る。反対に、弾性連結は、ポンプストロークの終了後で
戻りストロークの開始前にブラインバルブを部分的に開
いた位置から全開位置に移動させるために設けられてい
る。この弾性連結およびピストンおよびブラインバルブ
の移動の順序はピストンがストロークの終了後に“停
止”してしまうのを防止するためのものである。言換え
ると、反転バルブとして働くブラインバルブによってピ
ストンは、ブラインバルブが完全に閉じられるかまたは
完全に開かれる前に、そのストロークの各々を完了す
る。さらに、弾性連結の弾力性はピストンによって付勢
されるものであり、ピストンの移動によりばねを圧縮し
てエネルギを貯蔵し、このエネルギは閉じられまたは完
全に開かれたブラインバルブを駆動するためについには
開放される。
ハウジングはキャビティを有し、ピストンはキャビテ
ィ内で往復し、かつキャビティを、入口ポートと連通す
る入口室と、出口ポートと連通する出口室と、に分け
る。増圧を達成するために、ピストンは差動面積ピスト
ンであり、入口室内において比較的大きな面積の第一面
および出口室において小さい面積の第二面を有する。こ
のことによって入口室内の流体がポンプストロークの際
ピストンを駆動し出口ポートにおいて増大した圧力で流
体を送り出すことができる。
好ましい構造では、ポンプストロークでピストンの移
動が終了し、ピストンはブラインバルブを開放位置に移
動させることによって逆転される。このことによってブ
ラインはフィルタからブラインバルブおよびハウジング
の排水ポートを通って、排水ポートおよびピストンと連
通しているハウジング内の反転室に流れることができ
る。このことにより反転室の圧力が上昇してピストンの
反転移動を助ける。さらに、ばねが戻りストロークの際
ピストンを押圧するのに用いられる。
次のポンプストロークの際高い圧力に高めることがで
きる流体で出口室を再充填するために、ポンプはピスト
ンによって支持されたチェックバルブを有する。チェッ
クバルブは戻りストロークで開いて流体を入口室からチ
ェックバルブを通して出口室に流す。ブラインバルブの
開放でフィルタと排水管との間を連通させて出口室内の
圧力を減じるので、チェックバルブは開く。チェックバ
ルブは、また、反転手段の一部を構成する。その理由は
それが開いてそのバルブが閉じたままのときに存在する
圧力を越えて出口室内の圧力を増大させるからである。
戻りストローク中、増大した圧力の給水はもはやフィ
ルタには供給されない。この発明では、戻りストローク
を達成するのに要する時間が最少にされる。
ブラインバルブは差動流体圧力によって閉鎖位置に通
常は維持される。このことは、例えば排水圧力にあるブ
ラインおよび流体に露呈される面をブラインバルブに設
けることによって達成され、ブラインはブラインバルブ
を閉じておく高い圧力にある。さらに、ブラインに露呈
されるブラインバルブの表面はハウジングと共にバルブ
室を形成し、室に導くブリード流路を形成する。バルブ
室が流体、例えばブラインで充填されると、バルブ室は
ブリード流路と協働してダッシュポットとして働き、バ
ルブの開放位置への移動を減速する。このことは、バル
ブを比較的遅く全開位置に移動させる弾性連結に匹敵す
るものである。
（好ましい実施例の説明） 次に、図面を参照して本発明を説明する。
図面は逆浸透フィルタ13およびポンプ15を有する逆浸
透装置11を示す。逆浸透装置11は従来通りであり、ハウ
ジング19内に逆浸透膜17を有している。ハウジング19は
入口ポート21、製品水出口ポート23およびブライン出口
ポート25を有している。
ポンプ15は、給水入口ポート29、給水ポート31、ブラ
イン入口ポート33、ブライン出口ポート35および排水ポ
ートを有するハウジング27を持っている。入口ポート29
は導管41によって圧力下の給水減39に連結され、出口ポ
ート31は導管43によってフィルタ13の入口ポート21に連
結されている。導管41および43は給水源39およびフィル
タの入口ポート21の間に延びる入口導管を構成する。
導管44はブライン出口ポート25をブライン入口ポート
33に結合している。排水導管47は導管45から排水路に延
びている。絞りオリフィス49が排水導管47に設けられて
いる。
種々の構成が可能であるが、好ましい実施例におい
て、ハウジング27は、主本体51、ポート31を含みかつ保
持リング55によって主本体に取付けられた端部部分53、
およびポート33および35を含みかつ任意の適当な方法で
主本体51の他端に取付けられた端部部分57を有する。端
部部分53はスリーブ部分59を有する。ハウジング27の内
部は中空であり、隔壁61が主本体51と端部部分57の間に
保持されてハウジングの内部を隔壁の両側のキャビティ
63および65に分けている。
ピストン67がキャビティ63内で往復自在であり、キャ
ビティを、入口ポート29に連通する入口室69と、出口ポ
ート31に連通する出口室71と、排水ポート37に連通する
反転室73と、に分けている。ピストン67は差動面積ピス
トンであり、入口室69内に面積の比較的大きな面75およ
び出口71内に面積の小さい面77を有する。面75および78
は拡大ヘッド79上にあり、拡大ヘッドは入口室67および
反転室73の周囲壁に沿って密封状態で摺動する。この実
施例では、面77は管状ステム81の端面として設けられて
おり、管状ステム81は端部部分53のスリーブ部分59内で
密封状態で摺動自在である。主本体51、スリーブ部分59
およびステム81は好ましくは同心的である。ステム81は
面77に隣接して管状内部ショルダ83を有する。ショルダ
85が面75に隣接しており、この実施例ではピストン67に
よって支持したスナップリングの端面によって与えられ
る。コイル圧縮ばね87が端部部分53およびピストン67の
ヘッド79の間で作用し、図面で見てピストンを下方に押
圧している。
チェックバルブ89が面77においてピストン67によって
支持されている。ステム81はステムを貫通する流路91を
有し、チェックバルブ89は流路91の上部端（図面で見
て）を開閉する。チェックバルブ89は、任意の形式のも
のでもよく、流路91内の圧力が出口室71内の圧力より大
きくなると、開く。図示の実施例では、チェックバルブ
89は面77においてステム81に適当に取付けられた開放ケ
ージ93およびケージ内かつ面77上に緩く軸線方向に保持
された弾性バルブ要素95を有する。したがって、流路91
内の流体圧力が出口室71内の流体圧力を越えると、流路
91内の流体圧力が図面から見てバルブ要素95を上方に押
し流し流路91から出口71に流れるのを可能にする。逆
に、バルブ要素の両側の圧力差が逆のときには、バルブ
要素95は面77に対して堅く着座し、出口室71と流路91と
の間の流れを遮断する。
反転バルブすなわちブラインバルブ97はブライン入口
ポート33からブライン出口ポート35へのブラインの流れ
を制御する。ブラインバルブ97はピストン67から離れて
いても良いが、この実施例ではブラインバルブおよびピ
ストンは同一ハウジング内で接近して配置されている。
ブラインバルブ97はポンプ15に対する制御機能をはた
し、したがってピストン67から離れて置かれるとしても
ポンプハウジング内でポンプの一部と考えることができ
る。
ブラインバルブ97はバルブ要素99およびハウジング27
の端部部分57にある軟質の柔軟な材料のバルブシート10
1を有する。バルブ要素99は、バルブ要素99がバルブシ
ート101に着座する閉鎖位置（図面に示す位置）とバル
ブ要素99が上方に移動されてバルブシート101から軸線
方向に離れ、それによってブライン入口ポート33からブ
ライン出口ポート35へのブラインの流れを可能にする開
放位置（図面に示す位置）との間で移動できる。バルブ
要素99はハウジングと協働してバルブ要素の上方に（第
１図で見て）バルブ室102を形成する。バルブ要素99と
隔壁61との間のブライン流路103によってブラインはブ
ライン入口ポート33から室102に流入する。このように
して、バルブ要素99はブライン圧力にあるブラインに露
呈する面と、導管45に存在する排水圧力にある流体に露
呈する反対側の面とを持つ。
ブラインバルブ97はピストン67の移動によって開閉さ
れ，この目的のために、ブラインバルブおよびピストン
は弾力的に互いに連結されている。このことは別の仕方
で達成できるが、この実施例においては、連結は、バル
ブ要素99に連結され、密封関係で隔壁61のボアを通して
流路91の中へ延びているロッド105によって行われる。
連結手段はロッド105上に固定された保持リング111と11
3との間でロッド105上を摺動するカラー107および109
と、カラー間にありカラーを互いに弾性的に押し離すコ
イル圧縮ばね115とを有する。連結手段はさらに、ショ
ルダ83および85を有している。
使用の際、給水は給水源39から導管41および給水入口
ポート29を通して入口室69に供給される。図示のよう
に、ピストン67は最下部位置にあり、排水圧力の水は反
転室73内でばね87と共にピストンの面78に対して作用し
ピストンをこの最下部位置に保持している。出口室71が
給水で充填されているものと仮定すると、比較的大きな
面75に作用する入口圧力にある給水はポンプストローク
の際ピストン67を移動させる（図面から見て上方に）の
に充分となり、出口室71内の水を加圧し、加圧した給水
を導管43を通してフィルタ13の入口ポート21に送る。そ
のとき、ポンプ15は給水源39における水の圧力を高い圧
力に増圧し、水をフィルタ13に送り出す。ピストン67の
ポンプストローク中、ブラインバルブ97は、バルブ要素
99の両側に作用する流体圧力差およびロッドの上部端に
作用する圧力により閉じたままであり、初期には、ばね
115はカラー107と109との間で圧縮されてバルブ97を閉
鎖位置に向けて一層押圧する。しかし、ポンプストロー
クが進行するにつれてばね115が拡張したカラー107を移
動させてリング111に係合させる。
逆浸透膜17はフィルタ13に供給された水から不純物を
除去し、水を濾過した製品水として出口ポート23に送り
出す。ブラインバルブ97が閉じているので、ブラインは
フィルタ13から排水管に流れない。その結果、ピストン
67はポンプストロークの際に移動し、製品水が出口ポー
ト23から放出される流量と同一流量で給水を補給する。
ピストン67がポンプストロークの終了近くになると、
すなわち第２図の位置に接近すると、ショルダ85がカラ
ー109に係合し、ばね115を圧縮する。このことによって
バルブ要素99に上向きの力を及ぼし、この上向きの力が
バルブ要素99の両側に作用する圧力差によって生じるバ
ルブの閉鎖力に打勝つのに充分であると、バルブ要素99
はシート101から持ち上げられ、ポンプストロークの終
了後ばね115によって全開位置に駆動される。
いずれにしても、ブラインバルブ97が開くと、ブライ
ンは導管44、ブライン入口ポンプ33、ブライン出口ポン
プ35および導管45を通して反転室73およびオリフィス49
の両方に流れることができる。導管45が導管47を介して
排水管に通じているが、導管47に絞りオリフィス49が存
在するので、導管45内の圧力、反転室73内の圧力が排水
圧力（ほぼ零psig）にまで完全に下がらないようにす
る。その結果、反転室73内に充分な圧力の増大があり、
この圧力が面積の比較的大きな面78に作用する。さら
に、ブラインバルブ97の開放はフィルタ13、導管43およ
び出口室71内の圧力を入口室69内の給水の圧力以下にま
で減少させる。その結果、チェックバルブ89の両側に作
用する圧力差がバルブ要素95を持ち上げ、水が入口室69
から出口室71に流れる。
この効果には２つの要素がある。第一には、チェック
バルブ89の開放で面77を給水源39からの給水の圧力に
し、これはチェックバルブ89の開放直前に出口室71内に
存在した圧力に対する圧力増加である。したがって、ば
ね87の力と共に、出口室71および反転室73内の増大した
圧力は、面75に作用する給水の力に抗してピストン67を
その戻り（リターン）ストロークの際下方に移動させる
のに充分である。
第二には、戻りストロークの際チェックバルブ89の開
放によって出口室71に給水を再充填することができる。
その結果、次のポンプストロークで、出口室71には増大
した圧力でフィルタ13に送り出される水が充填される。
ピストン67が戻りストロークの終了に近づくと、ショ
ルダ83はカラー107に接触し、ばね115を圧縮してバルブ
要素99に作用する弾性閉鎖力を生じさせる。ばねが充分
に圧縮されると、ばねは適当な閉鎖力を発生させてバル
ブ要素99を下方に移動させてシート101に密封係合さ
せ、それによってブラインバルブ97を閉じる。しかしな
がら、ばね115は戻りストロークの終了後にバルブ97を
閉じる。このことにより、前述した最初のポンプストロ
ークの始めに存在する状態に再び戻り、この作動が以後
繰返される。
前述のことから、ピストン67の移動がブラインバルブ
を開閉するのに用いられていることは明らかである。ま
た、ブラインバルブ97の開放はポンプストロークの終了
をもたらし、ブランインバルブ97の閉鎖が戻りストロー
クの終了をもたらす。ポンプストロークの終了時におけ
るピストン67の反転運動はキャビティ63および室71内の
圧力を増大させることによって引き起こされる。
バルブ室102およびブリード流路103はダッシュポット
と同様に作用し、開放位置または閉鎖位置のいずれかに
向かうバルブ要素99の移動を減速させる。ばね115と共
に、バルブ要素99のこの比較的遅い移動によって、バル
ブ要素99の移動が完了する前にピストン67はそのストロ
ークを確実に完了することになる。
戻りストローク中、増大した圧力の給水はもはやフィ
ルタ13には加えられない。その結果、戻りストロークを
達成しかつブラインバルブ97を閉じる時間の長さを最少
にすべきである。本発明によると、前述のようにピスト
ン67に作用する力によって戻りストロークが最少の時
間、例えば1.5ないし２秒間で達成される。例えばポン
プストロークが1.5分継続すると、この場合、戻りスト
ロークおよびブラインバルブ97の閉鎖にかかるサイクル
時間の部分は最少である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、ピストンがポンプストロークの初期における
状態で、逆浸透装置および圧力下の給水によって駆動さ
れるポンプの好ましい実施例を示す概略断面図である。 第２図は、ピストンがポンプストロークの終了時におけ
る状態で、第１図の部分を示す概略断面図である。 11……逆浸透装置、 13……逆浸透フィルタ、 15……ポンプ、 17……逆浸透膜、 19……ハウジング、 21……入口ポート、 23……製品水出口ポート、 25……ブライン出口ポート、 27……ハウジング、 29……給水入口ポート、 31……給水出口ポート、 33……ブライン入口ポート、 35……ブライン出口ポート、 37……排水ポート、 39……給水源、 51……主本体、 67……ピストン、 89……チェックバルブ、 95……バルブ要素、 97……ブラインバルブ。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】逆浸透膜を備え、給水入口導管を介して所
    定圧力の給水源に連結した入口ポート、濾過した製品水
    用の製品水出口ポートおよびブライン用のブライン出口
    ポートを有する逆浸透フィルタを有する逆浸透装置にお
    いて、 給水源とフィルタの入口ポートの間の給水入口導管に配
    置したポンプを有し、前記ポンプは、ポンプストローク
    の際圧力下の給水によって駆動され、給水の圧力を前記
    所定の圧力よりも大きな圧力に増大させるための圧力増
    大手段を有し、それによって逆浸透フィルタが増大した
    圧力で給水を受け、前記逆浸透装置がポンプストローク
    中逆浸透フィルタから前記圧力増大手段へのブラインの
    流れを遮断するブラインバルブを有する。 ことを特徴とする逆浸透装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、圧力増大手
    段が前記所定圧力以上に給水の圧力を増大させない戻り
    ストロークを有し、かつ前記戻りストローク中ブライン
    が圧力増大手段に流れるように前記ブラインバルブを開
    く手段を有する、ことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求項２記載の装置において、ポンプスト
    ロークの際応力を受けて戻りストロークの際圧力増大手
    段を駆動するばねを有する、ことを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】請求項２記載の装置において、ポンプはキ
    ャビティを有するハウジングを有し、圧力増大手段がポ
    ンプおよび戻りストロークの際キャビティ内を往復する
    ピストンを有する、ことを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１つに記載の
    装置において、圧力増大手段が給水が流れる流路を有す
    る、ことを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】請求項５記載の装置において、圧力増大手
    段を通る流路を流れる給水の流れを制御するための、圧
    力増大手段に支持されたチェックバルブを有する、こと
    を特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１つに記載の
    装置において、圧力増大手段がブラインバルブを作動す
    るようにブラインバルブと圧力増大手段とを弾性的に連
    結する手段を有する、ことを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】請求項１記載の装置において、ポンプは、
    キャビティ、給水入口ポート、給水出口ポートおよび反
    転ポートを持つハウジングを有し、圧力増大手段は、ポ
    ンプストロークおよび戻りストロークの際前記ハウジン
    グ内で往復動しかつハウジングのキャビティを、給水入
    口ポートと連通する入口室、出口ポートと連通する出口
    室および反転ポートと連通する反転室に分ける差動面積
    ピストンを有し、前記ピストンは前記入口室内に大きな
    面積の第一面、出口室内に小さな面積の第二面、および
    反転室内に反転面を有し、それによって入口室内の流体
    がポンプストロークの際ピストンを駆動し、増大した圧
    力で給水出口ポートを通して逆浸透フィルタの入口ポー
    トに流体を送り出し、ポンプはブライン出口ポートと反
    転ポートとの間に延びるブライン導管を有し、ブライン
    バルブがブライン導管内にあり、ポンプがブラインバル
    ブを作動するための、ピストンによって駆動される手段
    を有する、ことを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】流体駆動式ポンプ15において、 キャビティ63、入口ポート29および出口ポート31を有す
    るハウジング27と、 ポンプストロークおよび戻りストロークの際前記ハウジ
    ング内で往復動しかつハウジングのキャビティ63を、入
    口ポートと連通する入口室69および出口ポートと連通す
    る出口室71に分ける差動面積ピストン67と、を有し、前
    記ピストンは前記入口室内に大きな面積の第一面75およ
    び出口室に小さい面積の第二面77を有し、それによって
    入口室内の流体はポンプストロークの際ピストンを駆動
    して出口ポートに増大した圧力の流体を送り出し、 戻りストロークを開始するように開きかつポンプストロ
    ークを開始するように閉じる反転バルブ97を有する、ピ
    ストン67を反転させるための手段と、 部分的に反転バルブ97の一部として形成され、反転バル
    ブの一方の側に配置されたバルブチャンバ102であっ
    て、該バルブチャンバ内の圧力流体が反転バルブを閉じ
    るように構成されており、 前記バルブ室102から導かれるブリード流路103を形成す
    る手段と、 戻りストロークの終了後でかつ次のポンプストロークの
    開始前に反転バルブ97を閉じるようにピストン67によっ
    て付勢される弾性手段115と、 を有する、ことを特徴とするポンプ。
  10. 【請求項１０】請求項９記載のポンプにおいて、流体を
    入口室から出口室に入れて出口室を流体で再充填するた
    めに、ピストンによって支持されかつ戻りストロークの
    際開かれるチェックバルブを有することを特徴とするポ
    ンプ。
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