JPH01143602A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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がら不純物を除去するた
めに一般に用いられる６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址を持つ濾
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なめに使用
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
開がれる前に、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解放され
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、入口ポートと連通ずる
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分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、戻りストロークと
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
リード流路と協動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１ｆｌｌ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２
３およびブライン出口ボー１〜２５を有している。

ポンプ１５は、給水入口ポート２つ、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源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４つが排水導管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５
７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に連通ずる入口室６９と、
出口ポート３１に連通ずる出口室７１と、排水ポート３
７に連通する反転室７３と、に分けている。ピストン６
７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および出ロア１内に面積の小さい面７
７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５つ内で密封状
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、この実施例ではビス１〜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７つの間で作用し、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８つが面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７
１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を上方に押し流体を流路９
１から出ロア１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。

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１０１を有する。バルブ要素９９は、バルブ要素９
９がバルブシート１０１に着座する閉鎖位置く図面に示
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はハウジングと協動し
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３
３から室１０２に流入する。このようにして、バルブ要
素９つ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１１３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
、比較的大きな而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１１
５が拡張しカラー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、ブライン入口ポート３３、ブライン出口
ポート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（はぼ零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６つから出
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３つからの給水の圧力
にし、これはチェックバルブ８９の開放直前に出口室７
１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。しがしながら、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
かに向がうバルブ要素９つの移動を減速させる。ばね１
１５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６
７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６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・・プラインバルブ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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比較的大きな
   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. （９）流体駆動式ポンプにおいて、 キャビティ、入口ポートおよび出口ポートを有するハウ
   ジングと、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
   ィを、入口ポートと連通する入口室および出口ポートと
   連通する出口室に分ける差動面積ピストンと、を有し、
   前記ピストンは前記入口室内に比較的大きな面積の第一
   面および出口室に小さい面積の第二面を有し、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を有する、ピス
   トンを反転させるための手段と、 バルブ室内の加圧流体が反転バルブを閉じるように反転
   バルブの一部にバルブ室を形成するための、反転バルブ
   の一部を有する手段と、前記バルブ室から導かれるブリ
   ード流路を形成する手段と、 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を閉じるようにピストンによって付
   勢される弾性手段と、 を有する、ことを特徴とするポンプ。
10. （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。