水处理系统的制作方法

文档序号:11699140阅读:196来源:国知局
水处理系统的制作方法与工艺

本案为分案申请,其母案申请号为201280053024.2,国际申请日为2012年8月29日,发明名称为水处理系统。

相关申请

本申请请求享有于2011年8月29日提交的美国临时申请第61/528,367号的优先权,该申请全文通过引用并入本文中。

本发明大体上涉及水处理,且具体而言,涉及一种用于控制水处理设备的改进的控制系统和控制装置。



背景技术:

由本受让人所有的美国专利第4,298,025号公开了一种用于在具有两个树脂槽的软水器(watersoftener)中使用的控制阀。树脂槽中的一个一般是在线的,而另一个槽在再生(regenerated),且处于备用状态,直到第一槽需要再生。所公开的控制阀控制在线的槽,且控制用过的(exhausted)槽的再生序列(sequence)。由给定的槽处理的水量由机构监测,该机构包括在水离开在线的树脂槽时由水驱动的水用量涡轮。当处理确定量的水时(这在涡轮中产生了预定数目的回转)启动再生序列,这使备用槽在线并隔离用过的槽。

操作地连接到再生序列控制元件(以盘形式)上的第二涡轮借助在再生循环开始时触动的水流来旋转。水流贯穿其序列物理地驱动再生控制盘(经由涡轮和相关联的传动系)。如上所述,软水器系统的再生频率由直接地测量由特定的槽处理的流体量的用量涡轮来确定。

在也由本受让人所有的美国专利第4,427,549号中,公开了一种去离子方法和设备。所公开的设备包括控制阀,该控制阀与美国专利第4,298,025号中公开的控制阀相似之处在于其包括用于监测由给定的槽处理的源水的量的用量涡轮和用于通过再生序列驱动控制元件的再生控制涡轮。

美国专利第4,298,025号和第4,427,549号中公开的控制阀为非电气计量驱动的按需启动再生(dir)流体处理控制阀的实例。在两种情况下,它们都已经设计成以"双槽"构造操作。即,一个介质容器在使用中,而一个介质槽在备用模式下。这些单元借助于建造在控制阀中的设计特征使得它们能够具有操作优点,而与目前市场上的类似产品不同。不同之处包括:处理过的水的不间断供应、对流再生、通过计量的水用量的高效率,以及以处理过的水再生,这仅列出了一些。

尽管通常可期望,但这些特征是有代价的。阀在移动零件和同步化方面的复杂性、针对水化学方面的变化重新构造的能力、维护性、占用空间和成本全部都导致了未能普遍接受。因此,所认识到的是,需要具有远小的复杂性和增强的维护性,同时仍保留了关键的有益元件的控制阀。



技术实现要素:

本发明提供了一种用于控制流体处理设备的新的和改进的控制阀及方法,该流体处理设备包括一个处理槽,该处理槽包含设置在流动通道中的处理材料。该槽限定待处理的水穿过其中的流体流动通道。处理槽可形成软水器或过滤器的一部分。尽管类似于通过引用并入本文中的美国专利第4,298,025号和第4,427,549号中描述的控制阀,但公开的控制阀控制待处理的水与槽入口的连通,且控制从槽出口和导管或系统出口的处理过的水的连通。包括水驱动的涡轮的再生确定设备确定处理介质何时需要再生。

根据一个实施例,公开了一种水处理系统,其包括控制阀组件和单个水处理槽,该单个水处理槽包括需要定期再生的处理材料。控制阀包括具有多个级(levels)的阀壳体。水用量计量机构位于壳体内且操作成用以监测由处理槽处理的水量。入口/旁通阀也形成控制阀组件的一部分且操作成用以使源水与槽入口或处理系统出口连通,以此绕过槽。控制阀组件还包括控制槽出口与系统出口连通的流体压力操作的出口阀。与水用量计量机构协作的再生控制机构启动并控制用过的槽的再生。再生控制机构操作成用以向安装在阀壳体内的相关联的阀部件连通流体信号,阀部件中的一者为控制阀,该控制阀由来自再生控制机构的流体信号开启,以便使水连通到驱动再生控制机构的再生控制涡轮。控制阀还连通水到文氏管,以此使来自盐水储槽的盐水溶液连通到处理槽,优选为通过槽出口连通。提供了盐水安全阀,其控制文氏管与处理槽的连通。流体压力操作的泄放阀控制处理槽入口与周围的泄放处的连通,使得当盐水溶液经由槽出口传送到处理槽时,盐水溶液通过槽入口排放并输送到泄放处。

在优选和示出的实施例中,水计量机构还包括由处理过的水在其离开槽时驱动的涡轮。根据本发明的特征,涡轮由具有多个齿轮的齿轮系操作地联接到计量盘上,齿轮中的至少一者在与涡轮公用的轴上旋转。在更优选的实施例中,多个齿轮系齿轮均在公共轴上旋转,以便减少由涡轮/齿轮系占用的体积,因此产生更加紧凑的阀壳体。

在示出的实施例中,再生控制涡轮形成再生控制机构的一部分且优选为沿与计量涡轮的旋转方向相反的方向旋转。该特征也有助于减小阀壳体的体积。

在优选和示出的实施例中,控制阀组件示为水软化系统的一部分。然而,应注意的是,控制阀组件可用于其它水处理/过滤应用中。

根据本发明的另一个特征,控制阀组件包括装固到阀壳体上的盖。优选的阀壳体具有多个可分开的级,且在该优选实施例中,盖使用将阀壳体的多个级装固在一起的相同紧固件装固到阀壳体上。在所示出的实施例中,盖优选为包括用于观察阀壳体内的计量部件的观察窗口,或作为备选,整个盖或盖的部分由基本透明的材料形成,以便观察阀壳体的内部,且具体而言,观察各个水计量部件的位置。

在优选实施例中,公开了在不需要拆卸阀壳体的情况下可从控制阀组件中除去的文氏管。根据该增强的实施例的另一个特征,与再生涡轮室连通的通气元件保持涡轮室中的预定水位,且优选为模制到阀壳体中。更优选的是,抗虹吸止回阀位于通气元件与泄放处之间,以禁止泄放水虹吸到所述涡轮室中。

根据本发明,公开了一种用于具有需要使用再生溶液(如,储存在储槽中的盐水)来定期再生的树脂的再生软水器或其它处理系统的方法。根据优选的方法,提供了包含水软化树脂或其它水处理树脂的槽,该槽具有入口和出口。将待处理的水连通到入口且允许其穿过树脂而然后通过出口排放。

当处理槽中的树脂被用过时,其通过以下方法再生。在入口处的源水通过旁通通道直接连通到出口。在入口处的一部分水连通到包括驱动再生控制机构的涡轮的再生控制室。入口水还连通到文氏管且然后连通到槽入口,使得在水流过文氏管时,再生溶液(如,盐水)从再生溶液储槽中吸出且连通到槽出口,由此其穿过树脂且排放到槽入口。槽入口同时与泄放处连通,从而排放再生溶液。在优选的方法中,再生溶液从再生储槽中吸出直到预定量的再生溶液由储槽排放,由此阻挡来自储槽的再生溶液的进一步流动。根据该方法,允许水继续流向文氏管且流入处理槽的出口中,以便执行缓慢冲洗。在预定量的缓慢冲洗水穿过处理槽之后或在预定量的时间之后,阻挡文氏管与槽出口的连通,以便终止缓慢冲洗步骤。允许水继续流过文氏管且流入再生溶液储槽中,以便再填充储槽。然后,在系统出口处的水连通到处理槽的出口且允许穿过树脂和穿出槽入口,且然后至泄放处,以便执行快速冲洗。再生序列通过阻挡旁通通道和使入口水与槽入口连通而同时中断槽入口与系统泄放处的连通来结束。

通过结合所附附图阅读以下详细描述,本发明的附加特征将变得明显且得到更完整的理解。

附图说明

在参照所附附图阅读以下描述时,本发明的前述和其它特征及优点将对与本发明相关的领域中的技术人员变得明显,在附图中:

图1为根据本发明的优选实施例构造的水处理系统的示意图;

图2为形成图1中示意性地示出的控制阀组件的部分的盖组件的分解视图;

图3为图1中示意性地示出的控制阀组件的上部部分的分解视图;

图4为水用量和再生涡轮以及形成图1中示意性地示出的控制阀组件的部分的相关联的减速齿轮系的分解视图;

图5为示出形成控制阀组件的一部分的文氏管子组件的控制阀组件的分解视图;

图6为控制阀组件的一部分的分解视图;

图7和图8为图1中示意性地示出的控制阀组件的其它部分的分解视图;

图9a为图1中示意性地示出的控制阀组件的侧部立面视图;

图9b为如从由线9b-9b和图9a指出的平面中看到的控制阀组件的截面视图;

图10a为控制阀组件的顶部平面视图;

图10b为如从由图10a中的线10-10b指出的平面中看到的控制阀组件的片段截面视图;

图10c为如从由图10a中的线10c-10c指出的平面中看到的控制阀组件的截面视图;

图11a为如从由图10a中的线11a-11a指出的平面中看到的控制阀组件的截面视图;

图12a为控制阀组件的另一个平面视图;以及,

图12b为如从由图12a中的线12b-12b指出的平面中看到的控制阀组件的截面视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的优选实施例构造的水处理系统。该系统包括处理槽10,处理槽10可包含定期需要再生的离子交换树脂或其它过滤或处理材料。控制阀组件14优选为安装到槽顶部上且控制在入口20处待处理的源水与处理槽10和/或与出口24的连通。出口24通常连接到家用或商用的配水系统上。控制阀组件14还在处理槽10被用过时控制处理槽10的再生。

控制阀组件14包括多个水压操作阀,该阀的开启和关闭由大体上由参考标号30指出的流体信号控制系统控制。

具体而言,阀组件包括流体压力操作的入口/旁通阀34,在第一位置(图1中示出的)中,其允许在入口20处的源水经由导管或通道40流入处理槽中。在称为"旁通"位置的另一个位置中,阀34阻挡入口20与槽导管40的连通,而作为替代,允许入口20与旁通导管或通道44之间的连通,这允许在入口20处的源水直接流到出口24,从而绕过处理槽10。当处理槽再生时,入口/旁通阀24移动到其旁通位置,以便未处理的水供应到配水系统,且因此,家用或商用的水流在再生期间不会中断。

当处理水时,即,入口/旁通阀34处于如图1所示的位置中时,处理过的水由处理槽10排放到出口导管46中且经由导管46a,46b流到并通过涡轮室50。处理过的水从涡轮室行进到出口24。流过涡轮室50的水引起形成水用量监测机构54的一部分的涡轮50a的旋转,水用量监测机构54监测由处理槽10处理的水量。这些监测到的信息用于在已经处理了预定量的水时触发处理槽10的再生。

为了便于阐释,图1中示出的系统将描述成其将作为水软化系统运行。如已知的那样,在水软化系统中,源水穿过从水中除去了硬离子的处理槽。所捕获的离子必须定期地从离子交换树脂中除去。这通过再生过程来实现,再生过程涉及盐水溶液穿过离子交换树脂的连通。盐水溶液由盐水槽60供应,盐水槽60包括连接到文氏管66上的盐水导管62。

当需要离子交换或树脂槽10再生时,再生序列由水用量监测机构54启动。再生序列包括入口/旁通阀34转移到其旁通位置,在该旁通位置处,来自导管40的入口水受阻,而作为替代,直接连通到旁通导管44且因此直接连通到出口24。在入口/旁通阀34的转移的同时,出口阀64通过如下来关闭,即:对相关联的压力室64a加压,以便向下驱动阀元件64b,使得其接合相关联的阀座65且因此阻挡出口导管46a与支流出口导管46b之间的连通。再生控制阀70也开启,以便允许源水从入口室72穿过限流器74到再生控制涡轮室76中。穿过该室的水流引起再生控制涡轮76a的旋转。涡轮76a形成再生控制机构80的一部分。具体而言,涡轮76a的旋转造成了再生控制盘80a的旋转,再生控制盘80a靠在固定的端口盘80b的顶部。在再生控制盘旋转时,各个端口被覆盖和揭开以连通加压的水或为各种控制阀的室提供减压泄放通道,以此开启和关闭阀。美国专利第4,298,025号中可找到再生控制机构的细节,该专利通过引用并入本文中。控制阀的开启还向文氏管66供应给(驱动)水。

在入口/旁通阀34转移到其旁通位置之后,盐水安全阀90移动到其开启位置(图1中示为关闭的),同时再生控制盘80a暴露于由端口盘80b限定的端口且为给水线92加压,以此克服弹簧90a,以引起盐水安全阀90的阀元件90b从图1中示出的位置移动到开启位置。当阀70和90开启时,入口水经由导管/通道94和支流导管/通道94a给送到文氏管66。支流导管94a包括可选的限流器96,以控制穿过文氏管66的流的速率。在水流过文氏管66时,盐水溶液从盐水导管62中吸出,且与流入支流导管94a中的水混合。该盐水溶液传送穿过盐水安全阀90且进入处理槽的出口46中。在该步骤期间,泄放阀102也开启,这使入口导管40经由支流导管108和泄放导管110与泄放处106连通。泄放导管110包括限流器112。在示出的构造中,盐水溶液沿下流方向从槽出口46流入,且排放到槽入口导管40中以及最终排放到泄放处106。

当足够的盐水溶液穿过处理槽10时,盐水槽60中的盐水溶液水位将下降,且流动开关或截气阀120将关闭盐水导管62,以此禁止盐水溶液或空气进一步流动到文氏管。只要再生控制阀70保持开启,来自入口室72的水就将流过文氏管66,流过盐水安全阀90且进入处理槽10的出口46中。这将利用源水有效地冲洗处理槽。当已经发生充分冲洗时,再生控制盘80a将移动到将允许加压的水压信号使出口阀室64a加压的位置。这将引起出口阀64开启,允许较大体积的出口水穿过导管46a和导管46、穿过处理槽10、穿过导管108、穿过开启的泄放阀102、穿过限流器112、穿过导管110以泄放。该较大的体积向介质提供了快速冲洗或反洗。快速冲洗/反洗的体积由限流器112控制。快速冲洗/反洗的源为沿相反方向穿过涡轮室50的出口水。以类似的方式,在预定的时间或再生控制盘80a中的预定移动之后,处理槽将通过开启阀34重新使用。随后,阀90将关闭,接着是再生控制阀70。这使水停止流动到再生涡轮76,从而使再生控制盘80的移动停止且隔离盐水槽60和导管62与任何加压的水源。然而,这里应注意的是,只要再生控制阀70保持开启,则水将流向文氏管66且向下流到盐水供应管线62,以此再填充盐水槽60。然而,在再生序列的该部分期间,盐水安全阀90关闭以阻挡盐水溶液连通到槽。

监测由处理系统处理的水量且用于触发用过的槽的再生的用量盘54可采用通过引用并入本文中的美国专利第4,298,025号和第6,214,214号,和/或美国专利第4,427,549号中示出的机构形式。作为备选,用量盘机构可包括未决的国际申请第pct/us2011/063085号中示出的用量监测机构,该申请也通过引用并入本文中。附录1还详述了该备选的用量盘机构的操作。

图2至图12b包括图1中示意性地示出的控制阀组件14的分解视图和立面视图。为了便于阐释,图2至图11b中示出的部件将由图1中使用的相同参考标号给定,以指出它们的示意性对应物。

图9a和图10a分别为控制阀组件14的侧部立面视图和顶部平面视图。所示出的控制阀组件在外形上类似于由本申请的受让人制造和出售且例如美国专利第4,298.025号和第6,214,214号中示出的现有技术的控制阀组件。如常规,控制阀组件14包括由树脂槽10(图1中示出的)中的螺纹开口收纳的悬垂螺纹颈部15。过滤器300禁止树脂或过滤材料从槽10中排放。如图10a中更好地看到的那样,控制阀组件14包括用于接收源水的入口配接件20和用于从控制阀14排放水的出口配接件24。配接件24通常连接到家用水源上。类似于其之前的阀,控制阀组件14为多级阀。然而,本发明的控制阀14组件更加紧凑且尺寸更小,且具有至多70立方英寸(与现有阀的122立方英寸相比)的体积,且可承受小于15psi的压降下大于九(9)加仑每分钟的通过控制阀组件的水流动速率。

参看图2和图3,示出了控制阀组件14的顶部级14a。级14a安装包括用量或计量盘机构54和再生控制机构80的阀控制系统30。再生控制机构包括使顶部端口盘80b旋转的可旋转的再生控制盘80。大体上由参考标号310,312表示的涡轮驱动的棘爪/棘齿机构切换(index)或旋转相应的用量盘54和再生控制盘80a。未决的国际申请第pct/us2011/063085号中可找到棘爪/棘齿机构怎样起作用的细节,该专利也通过引用并入本文中。附录1还详述了备选的用量盘机构的操作。

美国序列第61/419,339号作为附录1附上和/或美国专利第4,298,025号,该专利通过引用并入本文中(附录1)。

流体信号控制系统30和水用量监测机构54以及再生控制机构80容纳在形成于控制阀壳体的顶部级14a中的凹口或室320内。盖322使室320密封且在图2中最佳地示出。应注意的是,盖322由将控制阀组件的多个级或区段保持在一起的相同的螺钉322b保持就位。现有设计中的盖由单独的螺钉或紧固件保持就位。该特征便于组装且减少了成本和零件数目。

盖322包括用于调整再生频率的可旋转地安装的调整旋钮326。旋钮操作地联接到轴或柄328上,轴或柄328可与形成水用量机构54的一部分的上计量环330a接合。旋钮用于调整上环330a相对于下计量环或盘330b的相对位置。盖包括允许观察上计量盘330a和下计量盘330b的相对位置的观察窗口332。通过限制观察窗口的尺寸,实质地减少了在该单元安装在外部时藻类生长(algaegrowth)等问题。附录1中可找到该机构的操作的完整阐释。在备选实施例中,整个盖322或盖的部分可由透明材料制成,这省去了单独的观察窗口332。

图4示出了控制阀组件14的第二级14b且示出了再生控制和用量涡轮50a,76a、它们相关联的减速齿轮系联接到图3中示出的相关联的棘爪机构310,312上。级14b包括再生和用量涡轮室76,50。

根据本发明,水用量和再生控制机构54,80构造成用以使它们在阀组件14内需要占用的体积最小化。为了实现该特征,齿轮中的至少一些(例如,齿轮336,338,340,342)沿与它们相应的涡轮50a,76a相同的轴线,而不是在单独的轴线上旋转。

图5示出了控制阀组件的第三级14c和可除去地安装的文氏管66,这允许在不拆卸阀的情况下容易地维护文氏管。用于再生涡轮给送通道的限流器74安装在形成于阀级14c中的通道内。这里也应注意到的是,在优选的实施例中,使用快速释放连接器将流体导管处连接至阀,如,连接处344(其将泄放线106连接到控制阀组件上),该连接器可从parkerhannifin处获得且被称为"真实的密封推动连接流体连接器"(truesealpush-to-connectfluidconnector)。

图6示出了旁通阀34以及出口阀64、再生控制阀70、盐水安全阀90和泄放阀102。图10b示出了旁通阀34以及其伺服室34a,34b,伺服室34a,34b被加压和减压,以便从第一位置中移开旁通阀,在第一位置处,其允许源水流入入口导管40中(图1和图10b中示出的)。在该位置,阀座或阀头350在其相关联的密封表面350a上方间隔开且允许源水连通到在槽10内中心的供水导管356,当在该位置中时,上阀座或阀头358(如图10b中看到的)接合其相关联的密封表面358a且阻挡到出口/旁通导管44(图1中示出的)的连通。

参看图11b,示出了出口阀64且包括伺服室64a和阀元件64b,其可与相关联的阀座65接合。在图11b中示出的位置中,出口阀关闭且阻挡槽出口通道46。

参看图1、图5和图10c,保持再生涡轮室76a中的预定水位的通气元件76b优选为包括模制到控制阀组件14的第三级145c中的管(图5中最佳地示出了该管)。

图1中最佳地示出了通气元件76b的功能。参看图1和图5两者,在优选和示出的实施例中,采用止回阀77来禁止虹吸。如图1中最佳地看到的,止回阀优选为偏压止回阀,且阻挡从泄放处到再生涡轮室76a的流动。偏压止回阀77禁止水从再生室76a到泄放处的流动,直到克服了偏压力(由参考标号77a示意性地指出),允许球形止回阀开启且然后允许从室76a流动到泄放处。从neoperl公司处可获得适合于该应用的止回阀。

参看图6,入口/旁通阀34包括柄360a,360b从其延伸的双动式活塞360。柄360a,360b接收安装密封元件370的对应的入口和旁通阀座或阀头350,358。阀座350,358分别朝向和远离相关联的密封表面350a,358a移动。具体而言,当上压力室34a加压时,旁通阀34向下移动直到入口阀座350移动到与相关联的密封表面350a密封地接触且阻挡水流进入槽10。当下压力室34b加压时,旁通入口/旁通阀34向上移动直到其上阀座358密封地接合相关联的密封表面358a,以此阻挡源水到旁通通道44的流动。类似地,出口阀64包括阀座64b和伺服室64a。当伺服室64a加压时,出口阀如图1和图10b中所观察到的向下移动,直到其相关联的阀座或阀头64b接合相关联的密封表面65,以此阻挡水流入或流出槽出口通道46。

参看图9b,示出了再生和用量涡轮机构。水用量涡轮50a在轴400上旋转,其与在其相关联的减速齿轮系(图4中最佳地示出的)中的一些齿轮共用轴400。离开控制组件14的水必须穿过形成为第三级14c的一部分的喷嘴室402且图5中最佳地看到。喷嘴室402的侧壁中适合地定位的开口引导水流,这引起水撞击涡轮50a的叶片,以此产生旋转。涡轮50a的旋转操作棘爪机构310(图3中示出的),以便如附录1更全面的阐释的那样旋转水用量盘54。为了减小空间要求,涡轮50a的旋转与再生涡轮76a的旋转相反,如图9b中看到的那样,再生涡轮76a在水用量涡轮50a的下方。通过将水用量构造成沿顺时针方向(如图9b中看到的)旋转,实现了紧凑的设计。如技术人员将认识到的那样,如果水用量涡轮50a设计成用以如现有设计中的情况那样沿逆时针方向旋转,则涡轮50a将必须从其在图9b中示出的位置中移开,或将必须移开用于对着涡轮引导水的喷嘴室402且制成更小和制成更受限制的。变化涡轮50a和/或通道402的位置将增大控制阀组件14的总体尺寸。

如图9b中观察到的再生涡轮76a旨在逆时针旋转且由通过再生控制喷嘴410排放的水流驱动。在如由再生控制阀70控制的再生循环期间,将压力下的源水输送到再生控制涡轮。由于水用量盘或环54由棘齿/棘爪机构驱动,故棘爪(如由用量涡轮50a驱动的)的旋转方向不会影响水用量环自身的旋转方向。

利用公开的本发明,实现了用于单个槽水处理系统(如,软水器)的紧凑的、非电控制阀组件。控制阀组件允许文氏管组件的容易的维护性且不会消极地影响在其操作期间可承受的通过阀的流动速率。

根据本发明的以上描述,本领域中的技术人员将认识到改进、变化和改型。

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