反渗透水对水控制阀.pdf

本发明描述了用于反渗透过滤系统中的水对水阀。水对水阀由产品管线中的压力调节，该产品管线包含从过滤器模块的产品管线的流体和/或从水对水储罐的产品侧的流体。示例性阀是由反渗透过滤器模块的产品侧下游的压力调节的梭阀。该阀可包括外壳内的活塞，并且该活塞的末端可具有相对于该活塞的其余部分的最大直径的增大直径。该活塞的主体可具有不同直径的节段，其中较小直径的节段形成流动通道，或者该主体与格栅和流动通道结合可具有沿其长度基本上相同的直径。

权利要求书
1.  一种过滤系统，包括：
水对水储罐，所述水对水储罐包括由隔膜分隔的挤出侧和产品侧；
过滤器模块，所述过滤器模块与所述水对水储罐、进水源、产品出口和排水出口流体连通；
进水管线，所述进水管线将所述进水源连接至所述过滤器模块的进水入口；
产品管线，所述产品管线将所述过滤器模块的滤液出口连接至所述水对水储罐的产品侧和所述产品出口；和
排水管线，所述排水管线将所述过滤器模块的废水出口连接至所述水对水储罐的挤出侧和所述过滤系统的排水出口；和
阀或阀的组合，所述阀或阀的组合调节从所述进水源的流动，其中所述产品管线中的压力确定所述阀或所述阀的组合的状态。

2.  根据权利要求1所述的过滤系统，其中所述阀或所述阀的组合具有至少三种状态，其中：
当有通过所述产品出口的流动时，所述第一状态允许从所述进水源到所述过滤器模块的流动和从所述过滤器模块的废水出口到所述水对水储罐的挤出侧的流动，
当没有通过所述产品出口的流动并且所述产品侧未满时，所述第二状态允许从所述进水源到所述过滤器模块的流动和从所述水对水储罐的挤出侧到所述过滤系统的排水出口的流动，并且
当所述产品侧满时，所述第三状态阻止从所述进水源到所述过滤系统的流动。

3.  根据权利要求1所述的过滤系统，其中所述过滤器模块包括反渗透过滤器。

4.  根据权利要求3所述的过滤系统，其中所述过滤器模块包括位于所述反渗透过滤器上游的一个或多个前置过滤器。

5.  根据权利要求3所述的过滤系统，其中所述过滤器模块包括位于所述水对水储罐的产品侧下游的后置过滤器。

6.  根据权利要求1所述的过滤系统，还包括位于所述过滤器模块的滤液出口下游的止回阀，所述止回阀防止流体流动到所述过滤器模块的滤液出口中。

7.  根据权利要求2所述的过滤系统，还包括流量控制调节器，当所述阀处于所述第一状态时，所述流量控制调节器调节从所述过滤器模块的废水出口到所述过滤系统的排水出口的流动。

8.  根据权利要求1所述的过滤系统，其中所述阀包括梭阀或多口阀。

9.  根据权利要求8所述的过滤系统，其中所述梭阀的末端部分与所述产品侧下游的压力连通。

10.  根据权利要求8所述的过滤系统，其中用于所述多口阀的控制器与所述产品侧下游的压力连通。

11.  根据权利要求1所述的过滤系统，其中所述阀的组合包括控制器和多个阀。

12.  根据权利要求11所述的过滤系统，其中所述控制器与所述产品侧下游的压力连通。

13.  根据权利要求2所述的过滤系统，还包括位于所述产品侧下游和所述阀或所述阀的组合上游的止回阀，以维持在所述第三状态期间的保持压力。

14.  一种反渗透水对水阀，包括：
阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口，其中所述阀具有至少三种状态，其中：
在所述第一状态中，第一流体路径由与所述阀进水出口流体连通的所述阀进水入口限定，并且第二流体路径由与所述罐挤出口流体连通的所述废水口限定；
在所述第二状态中，第三流体路径由与所述阀进水出口流体连通的所述阀进水入口限定，并且第四流体路径由与所述排水口流体连通的所述罐挤出口限定；并且
在所述第三状态中，所述阀进水入口不与所述阀进水出口流体连通。

15.  根据权利要求14所述的反渗透水对水阀，其中所述反渗透水对水阀是梭阀。

16.  根据权利要求14所述的反渗透水对水阀，其中所述反渗透水对水阀是螺线管控制的多口阀。

17.  根据权利要求14所述的反渗透水对水阀，其中所述反渗透水对水阀是螺旋管控制的阀的组合。

18.  根据权利要求15所述的反渗透水对水阀，其中所述梭阀包括外壳中的活塞体，所述活塞体具有连接至弹簧的第一末端部分。

19.  根据权利要求18所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体的第二末端部分上的压力确定所述梭阀是处于所述第一状态、所述第二状态还是所述第三状态中。

20.  根据权利要求19所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体还包括在所述活塞体的第二末端部分处的活塞面，其中所述活塞面的直径大于所述活塞体的最大直径。

21.  根据权利要求18所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体包括多个节段，第一组节段各自独立地具有第一直径，根据所述反渗透水对水阀的状态，所述第一组节段能有效地阻挡从或到下列口中的一个或多个口的流动：所述阀进水入口、所述阀进水出口、所述排水口、所述废水口和所述罐挤出口，并且第二组节段各自独立地具有相对于所述第一直径中的一个或多个第一直径的减小直径，根据所述反渗透水对水阀的状态，所述第二组节段能有效地允许从或到下列口中的一个或多个口的流动：所述阀进水入口、所述阀进水出口、所述排水口、所述废水口和所述罐挤出口。

22.  根据权利要求21所述的反渗透水对水阀，其中所述第一组节段与所述第二组节段以交替布置方式布置。

23.  根据权利要求21所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体还包括流动狭槽，以随着所述反渗透水对水阀从所述第三状态移动到所述第一状态而允许所述阀进水入口和所述阀进水出口之间的流体连通。

24.  根据权利要求18所述的反渗透水对水阀，还包括穿过所述外壳的排气孔，以便允许当所述活塞体在各状态之间移动时排出空气。

25.  根据权利要求18所述的反渗透水对水阀，还包括多个密封装置，所述多个密封装置在所述第一状态期间能有效地将所述第一流体路径与所述第二流体路径分隔，并且在所述第二状态期间能有效地将所述第三流体路径与所述第四流体路径分隔。

26.  根据权利要求19所述的反渗透水对水阀，其中所述外壳包括与所述活塞体的第二末端部分流体连通的腔室，其中所述腔室中的压力变化使所述活塞移动。

27.  根据权利要求26所述的反渗透水对水阀，其中所述腔室中包括入口止回阀和出口止回阀，其中所述入口止回阀的开启压力大于所述出口止回阀的开启压力。

28.  根据权利要求18所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体包括多个节段，第一组节段各自独立地具有实心表面，根据所述反渗透水对水阀的状态，所述第一组节段能有效地阻挡从或到下列口中的一个或多个口的流动：所述阀进水入口、所述阀进水出口、所述排水口、所述废水口和所述罐挤出口，并且第二组节段各自独立地具有多个通道，根据所述反渗透水对水阀的状态，所述第二组节段能有效地允许从或到下列口中的一个或多个口的流动：所述阀进水入口、所述阀进水出口、所述排水口、所述废水口和所述罐挤出口。

29.  根据权利要求28所述的反渗透水对水阀，其中所述多个通道独立地包括限定所述通道的直线格栅或螺旋格栅。

30.  根据权利要求28所述的反渗透水对水阀，其中所述活塞体具有沿其长度基本上相同的直径。

31.  一种过滤系统，包括：
水对水储罐，所述水对水储罐包括由隔膜分隔的挤出侧和产品侧；
过滤器模块，所述过滤器模块由进水管线连接至进水源、由产品管线连接至产品出口以及由排水管线连接至排水出口；和
根据权利要求14所述的反渗透水对水阀。

32.  根据权利要求30所述的过滤系统，其中所述产品管线的压力确定所述反渗透水对水阀的状态。

33.  根据权利要求30所述的过滤系统，还包括所述产品管线中的止回阀，以维持在所述第三状态期间所述反渗透水对水阀上的保持压力。

34.  一种利用过滤系统提供已过滤水的方法，所述方法包括：
将给水引入阀或阀的组合；
将所述给水从所述阀输送至过滤器模块；
用所述过滤器模块过滤所述给水，以提供已过滤水和废水；
将已过滤水储存在水对水储罐中；
通过产品管线将已过滤水从所述水对水储罐分配到产品出口；
以及
通过排水出口排放废水，
其中所述产品管线中的压力确定所述阀或所述阀的组合的状态。

35.  根据权利要求33所述的方法，其中所述阀包括：阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口，其中所述阀具有至少三种状态，
其中：
在所述第一状态中，第一流体路径由与所述阀进水出口流体连通的所述阀进水入口限定，并且第二流体路径由与所述罐挤出口流体连通的所述废水口限定；
在所述第二状态中，第三流体路径由与所述阀进水出口流体连通的所述阀进水入口限定，并且第四流体路径由与所述排水口流体连通的所述罐挤出口限定；并且
在所述第三状态中，所述阀进水入口不与所述阀进水出口流体连通。

36.  根据权利要求33所述的方法，其中所述阀包括梭阀。

说明书反渗透水对水控制阀
技术领域
本发明的实施例一般涉及过滤系统，具体地涉及水对水控制阀和包括此类阀的反渗透系统。
背景技术
针对住宅用途和商业用途而设计的各种水过滤系统在用于从输入水中去除不想要的物质方面已经变得越来越受欢迎。过滤系统利用诸如反渗透过滤器模块的过滤器模块来提供过滤后的输出水用于消耗或其他用途。
两种常用的水过滤系统是将产品水抵抗由容器内的空气隔室产生的反向压力而排入封闭压力容器的空气对水系统，和将产品水排入封闭压力容器和柔性水隔室的水对水过滤系统，所述封闭压力容器和柔性水隔室可以被单独水源压缩以将产品水移出所述容器。
在空气对水系统中，储水罐被分成两个隔室。第一隔室用于保持产品水，并且第二隔室填充有预充的空气。随着过滤系统产生水并且填充储罐，空气隔室被压缩，以适应引入产品隔室的产品水的体积，这增加了空气压力。对于被迫进入储罐的每盎司的产品水，这种空气压力的增加继续上升。如此，空气对水系统受到空气隔室的反向压力，这使得在该过滤系统的过滤部分上的压差减小。该压差的减小从而降低了在给定时间内制成的过滤后的产品水的质量并减少其数量。特别地，如果经常少量地抽走和再注入产品水，则产品水的水质会变差，这通常出现在家用过滤系统中。此外，因为随着空气隔室推进的水从储存容器倒空，空气隔室逐渐失去压力，所以空气对水系统不提供恒定流速的产品水。
水对水过滤系统可克服空气对水系统的许多缺点。水对水过滤系统通常包括具有两个充水隔室的压力容器。通常情况下，第一隔室储存产品水，并且第二隔室包含“挤出”水。隔室之间的物理分隔是可移动的或柔性的，使得第一隔室中的水压受第二隔室中的水压影响。因此，当有用水 需求时，来自“挤出”侧的压力可以将水从产品侧排到下游的水龙头或其他出口。隔室之间的物理分隔可以是隔膜或其他类似结构。在这些水对水过滤系统中，随着产品隔室被填充，仅有少量的反向压力作用在隔膜上，该少量的反向压力是迫使水从挤出隔室到排水管所需的压力的量。
一直需要改善的水对水阀和使用此类阀的过滤系统。
发明内容
本发明的一个方面涉及过滤系统，该过滤系统包括具有由隔膜分隔的挤出侧和产品侧的水对水储罐；与水对水储罐、进水源、产品出口和排水出口流体连通的过滤器模块；将进水源连接至过滤器模块的进水入口的进水管线；将过滤器模块的滤液出口连接至水对水储罐的产品侧和产品出口的产品管线；和将过滤器模块的废水出口连接至水对水储罐的挤出侧和过滤系统的排水出口的排水管线；以及阀或阀的组合，所述阀或阀的组合调节从进水源的流量，其中产品管线中的压力确定阀或阀的组合的状态。
在一个或多个实施例中，阀或阀的组合具有至少三种状态，其中：当有通过产品出口的流动时，第一状态允许从进水源到过滤器模块的流动以及从过滤器模块的废水出口到水对水储罐的挤出侧的流动；当没有通过产品出口的流动并且产品侧未满时，第二状态允许从进水源到过滤器模块的流动以及从水对水储罐的挤出侧到过滤系统的排水出口的流动；并且当产品侧满时，第三状态阻止从进水源到过滤系统的流动。
过滤器模块可包括反渗透过滤器。在一个或多个实施例中，过滤器模块也包括位于反渗透过滤器上游的一个或多个前置过滤器。在一些实施例中，过滤器模块包括位于水对水储罐的产品侧下游的后置过滤器。
过滤系统也可包括一个或多个止回阀诸如位于过滤器模块的滤液出口下游的止回阀，该止回阀防止流体流动到过滤器模块的滤液出口中。另一个止回阀可放置在产品侧下游和阀或阀的组合上游，以维持在第三状态期间的保持压力。
在一个或多个实施例中，过滤系统可包括流量控制调节器，当阀处于第一状态时，该流量控制调节器调节从过滤器模块的废水出口到过滤系统的排水出口的流量。
一个或多个实施例提供了阀包括梭阀或多口阀。如果反渗透水对水阀是梭阀，则在一些实施例中，梭阀的末端部分与产品侧下游的压力连通。如果反渗透水对水阀是多口阀，则在一些实施例中，用于多口阀的控制器与产品侧下游的压力连通。
其他实施例提供了过滤系统由阀的组合调节。在这些实施例中，阀的组合可包括控制器和多个阀。一些实施例提供了控制器与产品侧下游的压力连通。
本发明的另一个方面涉及包括阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口的反渗透水对水阀。在该方面的实施例中，阀具有至少三种状态，其中在第一状态中，第一流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第二流体路径由与罐挤出口流体连通的废水口限定；在第二状态中，第三流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第四流体路径由与排水口流体连通的罐挤出口限定；以及在第三状态中，阀进水入口不与阀进水出口流体连通。
在一些实施例中，阀可以是一个螺线管控制的多口阀或者是螺线管控制的阀的组合。
在一些实施例中，阀可以是梭阀。梭阀可包括外壳中的活塞体，该活塞体具有连接至弹簧的第一末端部分。一些实施例提供了活塞体的第二末端部分上的压力确定梭阀是处于第一状态、第二状态还是第三状态中。
在一个或多个实施例中，活塞体还包括在活塞体的第二末端部分处的活塞面，其中活塞面的直径大于活塞体的最大直径。活塞体可包括多个节段，其中第一组节段各自独立地具有第一直径，根据反渗透水对水阀的状态，该第一组节段能有效地阻挡从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口，并且第二组节段各自独立地具有相对于第一直径中的一个或多个第一直径的减小直径，根据反渗透水对水阀的状态，该第二组节段能有效地允许从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口。第一组节段可与第二组节段可以以交替排列方式布置。
在其他实施例中，活塞体包括多个节段，第一组节段各自独立地具有实心表面，根据反渗透水对水阀的状态，该第一组节段能有效地阻挡从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口、阀进水出口、排水口、 废水口和罐挤出口，并且第二组节段各自独立地具有多个通道，根据反渗透水对水阀的状态，所述第二组节段能有效地允许从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口。通道可独立地包括限定通道的直线格栅或螺旋格栅。活塞体可具有沿其长度基本上相同的直径。
活塞体也可包括流动狭槽，以随着阀从第三状态移动到第一状态而允许阀进水入口和阀进水出口之间的流体连通。
在一些实施例中，外壳包括穿过外壳的一个或多个排气孔，以便允许当活塞体在各状态之间移动时排出空气。一个或多个排气孔可以在活塞的第一末端、活塞的第二末端或这两者上。
外壳也可包括与活塞体的第二末端部分流体连通的腔室，其中腔室中的压力变化使活塞移动。腔室内可包括入口止回阀和出口止回阀，其中入口止回阀具有的开启压力大于出口止回阀的开启压力。
阀也可包括在各种状态期间分隔流体路径的多个密封装置。在一些实施例中，密封装置在第一状态期间能有效地将第一流体路径与第二流体路径分隔，并且在第二状态期间能有效地将第三流体路径与第四流体路径分隔。
在过滤系统中可利用根据该方面或本文所述的任何实施例的反渗透水对水阀。此类过滤系统可包括具有由隔膜分隔的挤出侧和产品侧的水对水储罐；由进水管线连接至进水源、由产品管线连接至产品出口以及由排水管线连接至排水出口的过滤器模块；和阀。在一些实施例中，产品管线的压力可确定反渗透水对水阀的状态。止回阀可位于产品管线中，以维持在第三状态期间反渗透水对水阀上的保持压力。
本发明的另一个方面涉及利用过滤系统提供已过滤水的方法。在该方面的实施例中，该方法包括将给水引入阀或阀的组合，将给水从阀输送至过滤器模块，用过滤器模块过滤给水以提供已过滤水和废水，将已过滤水储存在水对水储罐中，通过产品管线将已过滤水从水对水储罐分配到产品出口，以及通过排水出口排放废水。在一些实施例中，产品管线中的压力确定阀或阀的组合的状态。
在一个或多个实施例中，阀包括：阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口。阀可具有至少三种状态，其中：在第一状态中， 第一流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第二流体路径由与罐挤出口流体连通的废水口限定；在第二状态中，第三流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第四流体路径由与排水口流体连通的罐挤出口限定；以及在第三状态中，阀进水入口不与阀进水出口流体连通。在一些实施例中，阀包括梭阀。
附图说明
结合附图，参考以下对本发明的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一个或多个实施例的反渗透过滤系统的示意图；
图2-4是根据本发明的一个或多个实施例的处于三种不同状态的梭阀的横截面图；
图5是示例性过滤系统的示意图；
图6是根据图1所示的活塞体的活塞体的示意图；以及
图7&8是活塞体的其他实施例的示意图。
附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号是指类似部件。然而，应当理解的是，在给定附图中指示部件的标号的使用并不旨在限制另一附图中标记有相同标号的部件。
具体实施方式
提供了用于反渗透系统或其他过滤系统的水对水控制阀。在各种实施例中，水对水阀由产品管线中的压力调节，该产品管线包含从过滤器模块的产品管线的流体和/或从水对水储罐的产品侧的流体。在一些实施例中，使用产品管线压力代替废水管线压力可用低需求的流速减少阀震颤。使用产品管线压力也可降低阀将在过渡状态中停止的可能性。
当前水对水过滤系统仍然具有某些缺点。当控制阀处于过渡状态中时，如果发生另一个用水需求，则过滤系统的控制阀可停止或冻结。在停止后，在阀可自行恢复和开始水制备之前可以有长的时间延迟。如果流速需求非常低，诸如制冰机的流速，则也可发生阀颤振。此外，因为水对水储罐需要在阀可操作之前清除空气，所以初始启动程序可以是困难的。启动可需要填充产品隔室，之后填充挤出隔室，然后再次填充产品隔室。已 出乎意料地发现使用产品管线中的压力来调节控制阀的状态或配置解决了当前水对水过滤系统的某些缺点。
虽然具体引用了反渗透过滤系统，但是本文所述的水对水阀和过滤系统可与其他类似流体过滤系统一起使用。
如本文所用，张紧器或弹簧是指提供拉动或推动另一个部件的张力或压缩力的任何部件。在一些实施例中，张紧器或弹簧是施加取决于弹簧位移的力的常规弹簧。弹簧的类型包括但不限于悬臂弹簧、螺旋弹簧、平衡弹簧、钢板弹簧、V形弹簧、贝氏弹簧、气体弹簧、压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和恒力弹簧。
如本文所用，过滤器模块是指从流体除去杂质或其他不期望物质的一个或多个过滤构件或过滤器元件。过滤器模块可由单个过滤器元件组成，或者可包括多个过滤元件。在一个或多个实施例中，过滤器模块包括反渗透过滤器元件。在各种实施例中，过滤器模块包括另外的过滤器元件，诸如前置过滤器、后置过滤器或另外的反渗透过滤器元件。
如本文所用，压力熔断器是指调节熔断器下游的压力使得下游压力不超过跳闸压力的部件。术语压力熔断器是包括可重置装置和不可重置装置两者的一般术语。合适的压力熔断器在2012年7月2日提交的共同拥有的美国专利申请No.61/667,103中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
所引用的“梭阀”是指带有与内部结构结合的多个开口的主体例如三个或更多个，该内部结构在该主体内移动以阻止所述开口中的一个或多个开口。
本文提供的一个方面涉及用于过滤从进水源的流体或水以提供产品水的输出的过滤系统。在图5中，示出了一般过滤系统500。阀或阀的组合505控制从一个或多个输入端到一个或多个输出端的流动。另外，该过滤系统的一部分是过滤器元件532和水对水储罐502。过滤器元件532具有滤液出口531和废水出口533，过滤后的流体或水作为产品流体或产品水从滤液出口531离开，废流体或废水从废水出口533流动。水对水储罐502具有可以接收产品流体或产品水的产品侧或隔室508以及可以接收废流体或废水的挤出侧或隔室506。流动路径基于产品管线525中的压力，其中阀或阀的组合进入允许特定流动路径的特定状态。流动路径可以如下。在第一状 态中，第一流动路径由与阀进水出口518流体连通的阀进水入口516限定，并且第二流体路径由与罐挤出口522流体连通的废水口520限定。在第二状态中，第三流体路径由与阀进水出口518流体连通的阀进水入口516限定，并且第四流体路径由与排水口524流体连通的罐挤出口522限定。在第三状态中，阀进水入口516不与阀进水出口518流体连通。过滤器模块可以是纯化流体诸如水的一个或多个结构，其中经纯化的流体或输出的水通过滤液出口531从过滤系统离开。例如，过滤器模块可包括过滤器元件532、在过滤器元件之前的前置过滤器和/或在过滤器元件之后的后置过滤器。过滤器元件532接收通过进水管线515和进水入口517的待过滤的进水源流体或水。滤液或产品流体或产品水通过滤液出口531离开过滤器元件并且通过产品管线525到达产品侧508和/或产品出口544。废流体或废水通过废水出口533离开过滤器元件，并且通过排水管线535行进到排水出口542或挤出侧506。对于液压操作的阀，产品管线525可与阀505接触，而对于机械阀，此类接触不是必要的。止回阀538与阀505连通，并且该止回阀538维持当产品隔室满时的保持压力，以针对特定状态诸如恢复状态和静止状态将阀505保持在适当位置。
图1示出根据一个或多个实施例的详细示例性过滤系统100。过滤系统100包括水对水储罐102、控制阀105和过滤器元件132。水对水储罐102包括用于储存产品水的第一隔室108和用于储存挤出水的第二隔室106。隔离壁104将水对水储罐102分隔成产品侧或隔室和挤出侧或隔室。隔离壁104可以是用于将产品侧与挤出侧物理地分隔但允许来自挤出隔室106的压力作用在产品隔室108中的流体上的隔膜、袋子、隔板或其他类似结构。同样，来自产品隔室108的压力作用在挤出隔室106上。
过滤器元件132与进水源114、排水出口142和产品出口144诸如水龙头流体连通。通过过滤器元件132，过滤系统100过滤来自进水源114的流体，以将产品水的输出提供给产品出口144，其中剩余的废水流动到排水出口142。例如，如果过滤器元件132是反渗透过滤器元件，则离开过滤器元件132的滤液出口131的产品水将具有比来自进水源114的流体更低的实心或杂质含量，并且废水将具有比进水源流体更高的实心或杂质浓度。因此，通过过滤器元件132的废水出口133离开的废水是反渗透过程的副产 品并且通过排水出口142处理掉。过滤器元件132的滤液出口131可与止回阀136流体连通，以保护免受过滤器元件132上的反向压力。
过滤系统也可包括将进水源114连接至过滤器元件132的进水入口117的进水管线115、将过滤器元件132的滤液出口131连接至水对水储罐102的产品隔室108和过滤系统的产品出口144的产品管线125以及将过滤器元件132的废水出口133连接至水对水储罐102的挤出隔室106和过滤系统的排水出口142的排水管线135。
进水管线115也可将压力熔断器128和一个或多个前置过滤器130流体地连接至过滤器元件132的进水入口。压力熔断器128可以是通过充当“熔断器”来确保压力熔断器128下游的压力不超过阈值的装置。当压力熔断器128处的压力达到或超过阈值时，压力熔断器128将跳闸并防止压位于力熔断器128下游的部件暴露于压力增加的情况中。以这种方式，压力熔断器128与电熔断器或电路断路器类似地操作。压力熔断器可以是可重置的或不可重置的，这取决于使用。过滤器元件132可以是过滤器模块137的一部分，过滤器模块137可包括另外的部件诸如前置过滤器130或后置过滤器134。前置过滤器130可在流体到达初级过滤器元件132之前过滤该流体。
后置过滤器134可放置在产品管线125中，以在将水输送至产品出口144之前成为增泽过滤器。后置过滤器134可位于过滤器元件132的产品侧和产品隔室108两者的下游。
阀或阀的组合105控制流体流动到过滤系统中并且控制流体流动到过滤系统100的各种部件。阀105可以是包括活塞体110、弹簧112和多个口116、118、120、122和124的梭阀。口116、118、120、122和124的布置和连通性可以变化，以提供用于通过过滤系统100调节流体流动的许多潜在配置。可以利用更多或更少的口。在一个或多个实施例中，口116可以是阀进水入口，以接收来自进水源114的流体；口118可以是阀进水出口，以将进水源流体提供给过滤器元件132；口120可以是废水口，以接收来自过滤器元件132的废水；口122可以是罐挤出口，以将流体送到挤出隔室106并接收来自挤出隔室106的流体；并且口124可以是排水口，以将废水提供给排水出口142。另选地，可使用具有至少一个入口和至少一个 出口的阀的组合，而不是使用单个多口阀。本领域的技术人员将认识到许多潜在的阀配置可用于通过过滤系统对流体流动提供期望的调节。
一个或多个O形环158可通过阀105分隔流体流动，以防止混合流体流以及防止水从阀渗漏出来。
控制阀105可具有多种状态，所述多种状态各自都通过该过滤系统提供不同的流动。根据一个或多个实施例，控制阀105的状态由产品隔室108下游的压力确定。例如，在活塞体110的末端部分126处的产品管线125中的压力可确定控制阀105的状态。
控制阀或阀的组合105可由流体压力液压地控制，或者可被机电地控制。合适液压阀的示例包括梭阀。适用于机电控制的阀的示例包括螺线管控制的阀、球阀、球形阀和旋塞阀。在控制阀被机电地控制的实施例中，控制系统可通过一个或多个螺线管或电动马达的使用来控制阀105的状态。控制系统可与位于整个过滤系统的压力传感器或流量传感器连通。控制系统可使用这些压力传感器或流量传感器来确定何时有用水需求并因此调整控制阀105的状态。例如，如果压力传感器测得产品管线125的压降，则控制系统可将阀105从静止状态转换到分配状态。因此，即使控制系统用于控制控制阀105的状态，反渗透水对水阀的状态也可由产品管线125中的压力或流量间接地确定。
多个状态可被称为静止状态、分配状态和恢复状态。在图1中，所示的配置是“分配”配置，其中当有诸如来自饮用水龙头或制冰机、来自产品出口144等的用水需求时，末端部分126上的保持压力减小到约0psig并且弹簧112延伸至其全长。在该状态中，控制阀105允许从进水源114流入阀进水入口116并从阀进水出口118流出。控制阀105也允许过滤器元件132的废水出口133与水对水储罐102的挤出隔室106之间通过废水口120和罐挤出口122流体连通。在分配状态期间，不通过排水口124流体连通。给水在进入阀105中的罐挤出口122之前沿过滤器元件132的涡卷的长度向下行进(有时称为“快速冲洗”)，并且然后行进到罐的挤出隔室106。
随着废水进入挤出隔室106，水被迫从产品隔室108出来。此时，产品隔室108的底部处的压力将等同于通过后置过滤器134的压降、下游管线中的阻力和水龙头或其他产品出口144中的任何流量控制。废水可通过 流量控制调节器140流动，流量控制调节器140调节到达排水出口142的流量。
当用水需求结束时，控制阀105继续允许流体从进水源114到过滤系统中。过滤器元件132继续制备产品流体，并且产品管线125和产品隔室108中的压力将上升。一旦达到一定压力，控制阀105就可转换到“恢复”状态。根据一个或多个实施例，由于末端部分126处的压力克服了弹簧112的力，因而发生该转换。
在恢复状态中，控制阀105维持从进水源114到过滤系统中的流体连通。控制阀105也使挤出隔室106与排水出口142通过罐挤出口122和排水口124流体连通。一旦挤出隔室106连接至排水出口142，水对水储罐102的反向压力接近0psi。然而，在控制阀105的末端部分126附近的止回阀138维持当产品隔室满时获得的保持压力，以对于如下面讨论的恢复状态和静止状态将控制阀105保持在适当位置中。过滤器元件132继续产生产品水并填充产品隔室108，这迫使挤出水从水对水储罐102的挤出隔室106出来。因为罐的挤出隔室106在恢复状态中打开以排水，所以隔离壁102上的反向压力仅需要迫使水从挤出隔室106出来并到达排水出口142。
在过滤器元件132正使水对水储罐102的产品隔室108填充有产品水的同时，废水被迫通过施加反渗透所需要的压力的流量控制调节器140。该过程继续进行直到产品隔室108满了为止。
当产品隔室108是满的并且进水源仍然在一直进入过滤系统时，过滤器元件132将继续过滤水。因为没有用于产品水的出口，压力将在过滤系统中和在与末端部分126相邻的产品管线125中上升。当压力达到用于“静止”状态的压力(诸如约25psig)时，阀105将移动以压缩弹簧112(至图1的右侧)并且进水源通路将被关闭。压力将随时间推移通过流量控制调节器140减小至0psig，并且一旦该压力下降到低于渗透压力，过滤器元件132就将不再产生产品水。这将关闭过滤系统直到下一个用水需求为止。
在恢复之后和直到下一个用水需求的时间期间，控制阀是“静止的”。在该状态中，水对水储罐102的产品隔室108填充有流体，并且控制阀105防止从进水源114到过滤系统100中的流动。在该状态中，水对水储罐102、后置过滤器134和控制阀105的末端部分126可在大致相同的 压力下。该压力可根据控制阀的设计变化，但在一些实施例中可以在从约10psig至约50psig的范围内。在一些实施例中，末端部分126处的压力在从约20psig至约30psig的范围内，诸如约25psig。抵抗控制阀105的末端部分126的该压力将抵抗弹簧112的力使阀保持在静止位置中。罐的挤出隔室106和来自过滤器元件132的废水管线可对排水出口142开放。因为前置过滤器130和过滤器模块132都与给水压力和水锤事件隔离，所以这两个部件可以在约0psig处。
本文的另一个方面涉及可用在反渗透过滤系统中的控制阀。该控制阀可用在如上所述的过滤系统中。在该方面的一个或多个实施例中，阀包括外壳中的活塞体，并且活塞体具有连接至弹簧的第一末端部分。阀也具有进水入口、进水出口、排水口、废水口和罐挤出口。阀也具有限定口之间不同流体路径的多种状态。
在可以是“分配”状态的第一状态中，第一流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第二流体路径由与罐挤出口流体连通的废水口限定。在可以是“恢复”状态的第二状态中，第三流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第四流体路径由与排水出口流体连通的罐挤出口限定。第二状态的第三流体路径可以与第一状态中的第一流体路径相同，或者两个流体路径可以是不同的。在可以是“静止”状态的第三状态中，阀进水入口不与阀进水出口流体连通。在一个或多个实施例中，O形环和/或活塞体的形状在第一状态中能有效地将第一流体路径与第二流体路径分隔，并且在第二状态期间能有效地将第三流体路径与第四流体路径分隔。
图2中示出了处于静止状态的控制阀的示例性实施例。图2中所示的阀205具有外壳246中的活塞体210。图2中的控制阀205的口216、218、220、222和224的配置是图1中的控制阀105的口116、118、120、122和124的另选配置。弹簧212作用在活塞体的第一末端上。活塞体226的第二末端可具有活塞面227。弹簧212的力抵抗由活塞面227处的压力提供的力作用。在一个或多个实施例中，活塞面227的直径大于剩余活塞体210的最大直径。如果活塞面227相对于剩余活塞体210具有增大直径，则与来自活塞面227处的压力的力相比活塞体210上的摩擦力是相对低的。直径增大的活塞面227的使用也允许更硬的弹簧212的使用。在一个或多个实 施例中，活塞面具有在从0.25英寸至2.5英寸的范围内的直径(即直径尺寸可以包括但不限于：0.25英寸、0.5英寸、0.75英寸、1.0英寸、1.25英寸、1.5英寸、1.75英寸、2.0英寸、2.25英寸或甚至2.50英寸)或者具有在从0.05平方英寸至5平方英寸的范围内的表面积(即表面积可以是但不限于：0.05平方英寸、0.2平方英寸、0.4平方英寸、0.8平方英寸、1.2平方英寸、1.8平方英寸、2.4平方英寸、3.1平方英寸、4.0平方英寸或甚至4.9平方英寸)。另外，在一个或多个实施例中，弹簧具有在从每英寸10磅至每英寸60磅的范围内的弹簧比率(即弹簧比率可以是10psi、15psi、20psi、25psi、30psi、35psi、40psi、45psi、50psi、55psi或甚至60psi)。
第二末端226可封闭在腔室248中。腔室248可包括入口止回阀250和出口止回阀252。该腔室可与将过滤后的流体从过滤器模块的滤液出口输送到产品出口诸如水龙头的产品管线225(对应于图1中的产品管线125)流体连通。在一些实施例中，入口止回阀250具有的开启压力大于出口止回阀252的开启压力。“强”入口止回阀250可创建到阀的更动态的压力引入，以帮助克服O形环静摩擦力。另外，与强入口止回阀252配对的“弱”出口止回阀252可允许基本上所有水流出腔室248，并且因此当有用水需求且过滤系统需要响应时活塞210可自由地移动。止回阀238(对应于图1中的止回阀138)也可帮助捕集止回阀238下游的压力，以将控制阀维持在特定状态中。在一个或多个实施例中，止回阀238可具有在从0psi至0.5psi的范围内的开启压力，止回阀250可具有在从20psi至60psi的范围内的开启压力，并且止回阀252可具有在从0psi至5psi的范围内的开启压力。
外壳可具有阀进水入口216、阀进水出口218、废水口220、罐挤出口222和排水口224。活塞体210可具有多个节段，所述多个节段包括第一组节段254和第二组节段256。第一组节段254可各自独立地具有第一直径，根据反渗透水对水阀的状态，该第一组节段能有效地阻挡从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口216、阀进水出口218、废水口220、罐挤出口222和排水口224。第二组节段256可各自独立地具有相对于第一组节段254的第一直径中的一个或多个第一直径的减小直径，根据反渗透水对水阀的状态，其中第二组节段256能有效地允许从或到下列口中的一个或多个口的流动：阀进水入口216、阀进水出口218、废水口220、罐挤 出口222和排水口224。一个或多个密封装置258也可阻止两个或更多个口之间的流动，或防止从外壳246的流出。密封装置可以是O形环、垫圈等。外壳也可包括一个或多个排气孔260，以便允许当控制阀在各状态之间移动时排出空气。
如图2中所示，控制阀的静止状态可阻止从进水入口216到进水出口218的流体流动。部分254和O形环258可提供紧密的密封，使得在这些口之间防止流体流动。图2中所示的进水入口216和进水出口218的配置允许进水压力紧紧地抵抗密封件压制O形环。静止状态也可允许流体从罐挤出口222流动到排水口224。
图3示出处于分配状态的示例性控制阀。进水入口216与进水出口218流体连通，并且废水口220与罐挤出口222流体连通。当有用水需求时阀可处于该状态，并因此允许从产品隔室的流体流动并且到达产品出口。
随着阀从静止状态过渡到分配状态，进水入口216和进水出口218之间的O形环258可抓住活塞体210，因此防止活塞移动并且从而防止在O形环258上的流动连通。因此，在一些实施例中，活塞体包括活塞一移动任何距离就允许连通的流动狭槽262或其他沟槽。此类流动狭槽262可以因此有助于允许阀打开并且移动到分配状态。
图4示出处于恢复状态的控制阀。在该状态中，进水入口216与进水出口218流体连通，并且罐挤出口222与排水口224流体连通。一旦不再有用水需求，控制阀就可处于该状态，并且水对水储罐填充有来自反渗透过滤模块的产品水。一旦水对水储罐是满的，活塞面227处的所得的压力增加就将阀从恢复状态移动到静止状态。
在图6中，示出了根据图1的活塞体110的示意图，其详细示出有减小的直径的节段111以有利于各种流动口，即阀进水入口、阀进水出口、废水口、罐挤出口和排水口之间的流体连通的情况。这些减小的直径的节段在操作期间从固定的O形环密封件下面通过。在活塞体上方的密封件拉伸和压缩在阀移动期间损失，然后重新获得。活塞一移动任何距离，流动狭槽162或其他沟槽就可允许口之间的连通。
在图7-8中，提供了活塞体的其他实施例的示意图，其中活塞体具有沿其长度基本上相同的直径。在图7-8中，活塞体710和810包含格栅752和852，以分别形成螺旋通道750和直线通道850，从而有利于各种流动口 之间的流体连通。通过用格栅752和852替换图6的减小的直径的节段，格栅752和852具有与主体的其余部分基本上相同的高度并且包括充当流动通道的螺旋通道750或直线通道850，O形环密封件在操作期间不改变高度。这意味着可维持在活塞体上方的拉伸和压缩，从而减小在过渡期间重新获得该密封件所需要的力。以这种方式，与图6的活塞体相比，操作包含根据图7-8的活塞体的阀将需要更小的力。在非限制性、详细的实施例中，当使用根据图7或图8的活塞体时，活塞面可具有1平方英寸的横截面积和具有每英尺25磅的弹簧比率的弹簧。
另一个方面涉及利用过滤系统提供已过滤水的方法。该方法可包括本文所述的步骤中的任何一个。在该方面的一个或多个实施例中，该方法包括将给水引入阀，将给水从阀输送至过滤器模块，用过滤器模块过滤给水以提供已过滤水和废水，将已过滤水储存在水对水储罐中，将已过滤水从水对水储罐分配到过滤系统的产品出口，以及通过过滤系统的排水出口排放废水。
阀可具有上述控制阀的特征中的任何一个。在一个或多个实施例中，阀包括阀进水入口、阀进水出口、排水口、废水口和罐挤出口。阀可具有多种状态，所述多种状态通过过滤系统调节流体流动。在一些实施例中，在第一状态中，第一流体路径由于阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第二流体路径由与罐挤出口流体连通的废水口限定。在一些实施例中，在第二状态中，第三流体路径由与阀进水出口流体连通的阀进水入口限定，并且第四流体路径由与排水口流体连通的罐挤出口限定。在一些实施例中，在第三状态中，阀进水入口不与阀进水出口流体连通。
在一个或多个实施例中，反渗透水对水阀是由过滤系统的水压力操作的液压阀。在其他实施例中，反渗透水对水阀是由响应在过滤系统中的各种位置处的压力传感器或流量传感器的控制系统操作的机电阀。
虽然本文已参照具体的实施例描述了本发明，但应理解到，这些实施例仅仅是举例说明本发明的原理和应用。本领域技术人员会明白，可不脱离本发明的实质和范围，对本发明的方法和设备作各种修改和变型。因此意图是，本发明包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变型。