專利名稱：用于水處理再生階段的系統和方法
用于水處理再生階段的系統和方法相關申請根據35 U. S.C. § 119，本申請要求2009年1月30日提交的美國臨時專利申請 No. 61/148, 865的優先權，該申請的全部內容在此引入作為參考。
背景技術：
水處理系統，諸如礦物質(例如鐵、硫化物和錳)去除系統和/或軟水系統，用來對商業、工業以及家庭使用的水進行處理。傳統水處理系統包括箱，未處理的水流到該箱中，并被強制與含氧空氣混合。未處理水中的離子被含氧空氣氧化，形成固體顆粒。未處理水可以流過一樹脂層。樹脂層允許已處理的水流過，同時捕集固體顆粒。該過程在箱內部形成壓力積聚。因此，當該箱敞開到大氣里時，除氧空氣可以快速排空該箱。空氣的這種快速排空會震動管道及其他部件，導致水處理系統嘈雜。
發明內容
本發明的一些實施例提供了一種用于在水處理系統中提供再生階段的方法和系統。該方法包括進入第一放氣狀態第一時間周期，以允許增壓除氧空氣排出水處理系統； 和進入第二放氣狀態第二時間周期，以使水處理系統內部的剩余除氧空氣的第一空氣壓力與水處理系統外部的第二空氣壓力相等。該方法還可以包括進入反沖狀態第三時間周期， 以從水處理系統內部排出剩余的除氧空氣和顆粒；和進入吸氣狀態第四時間周期，以允許含氧空氣進入水處理系統。在有些實施例中，該方法可用于設計成從水里去除鐵、硫化物和 /或錳的水處理系統中。
圖1是依照本發明一個實施例的水處理系統在啟用狀態時的剖視圖。圖2是圖1中水處理系統的閥門組件的分解圖。圖3是圖2中閥門組件的活塞組件和隔離組件的分解圖。圖4是依照本發明一個實施例的圖1中水處理系統的運行流程圖。圖5是圖1中水處理系統在放氣狀態時的剖視圖。圖6是圖1中水處理系統在反沖狀態時的剖視圖。圖7是圖1中水處理系統在吸氣狀態時的剖視圖。圖8是圖1中水處理系統的動力頭的分解圖。圖9是圖8中動力頭的電路板的后透視圖。圖10是用于依照本發明一個實施例的水處理系統的用戶控制方法的方框圖。
具體實施例方式在詳細解釋本發明的所有實施例之前，應當明白，本發明在下面應用時不局限于下面說明書中所闡明的或下面附圖中所示的詳細構造和部件布置。本發明還具有其他實施例，并且能夠以各種方式實施或實現。而且，應當明白，在此使用的措辭和術語僅是為了描述，不應認為是限制。在此所使用的"包括"、“包含"或"具有"及其變形是指涵蓋后面所列的項目及其等效物以及補充項目。除非另有說明或限定，廣泛使用了術語"安裝"、“ 連接"、“支撐"和"耦合"及其變形，它們既包含直接地、又包含間接地安裝、連接、支撐和耦合。此外，“連接"和"耦合"不局限于物理或機械連接或耦合。下面的敘述能夠使本領域技術人員制造和使用本發明的實施例。所示實施例的各種修改對本領域技術人員來說是顯而易見的，這里的一般原理在沒有脫離本發明的實施例的情況下可以用于其他實施例和應用。因而，本發明的實施例不在于對所示實施例的限制， 而是符合與在此披露的原理和特征一致的最寬范圍。參照附圖閱讀下文的詳細說明，其中不同附圖中同樣的元件具有相同的參考標記。這些附圖不一定按照比例，它們描繪了所選擇的實施例，不意味著對本發明實施例范圍的限制。有經驗的技術人員應當認識到在此所提供的例子具有許多有效的變形，都落入本發明實施例的范圍內。圖1示出了依照本發明一個實施例的水處理系統10。水處理系統10可用于商業或住宅，從水中去除鐵、硫化物和/或錳以及其他可氧化的礦物質。水處理系統10可包括箱12和頭部14。頭部14可包括動力頭16 (如圖8所示)、閥門組件18和流體端口 20-28。 流體端口可包括一排泄口 20、箱12的頂部22、入口 24、出口洸和分配器沘。頭部14還可包括用于將頭部14耦合于箱12的螺紋部分30。在某些運行狀態時，箱12可包括空氣層 32、介質層34和水層36。圖2示出了依照本發明一個實施例的閥門組件18。閥門組件18可包括閥體38、 活塞組件40、隔離組件42、渦輪計組件44、噴咀組件46和旁通組件48。在有些實施例中， 水處理系統10可用于水軟化處理，閥門組件18還可包括鹽水閥門組件50和鹽水管線流量控制(BLFC)組件52。閥門組件18還可包括分別與排泄口 20、入口 24、出口沈和分配器觀分別流體連通的排泄流道M、入口流道56、出口流道58和分配流道60。排泄流道M通過排泄殼體62 或帶有排泄保持夾66的替換排泄殼體64連接于管系(未顯示)。入口流道56和出口流道 58通過H型夾68耦合于旁通組件48。旁通組件48又經由0形環72和H型夾68耦合于連接件70。在有些實施例中，可使用備用連接件74或彎管接頭76 (通過0形環72和H型夾68)替換連接件70。分配流道60可通過適配器80和0形環72耦合于第一收集器78。 另外，噴咀組件46可包括噴射器帽82、噴射器噴嘴84、噴射器喉部86、滾珠88、滾珠定位裝置90、噴射器篩網92和0形環72。噴咀組件46可用于允許空氣進入閥門組件18，并且可以通過H型夾68耦合于閥體。圖3示出了活塞組件40和隔離組件42。如圖3所示，隔離組件42可包括由隔離件96分開的活塞密封部94。活塞密封部94可定位在閥體38中的流體端口 1846之間。 活塞組件40可包括聯桿98、活塞桿100、端塞102、0形環72、方形環104、端塞密封件106、 活塞桿保持器108和活塞110。活塞110可以包括大直徑部分112和小直徑部分114。大直徑部分112可以接合活塞密封部94，以根據活塞110在隔離組件42中的位置，基本上密封一個或更多個流體端口 1816之間的流體路徑。另外，小直徑部分114可以容許一個或更多個流體端口 1846之間的流體路徑連通。活塞110的位置可以影響水處理系統10的運行狀態，如下所述。
圖4是依照本發明一個實施例的水處理系統10的運行流程圖。水處理系統10可以在步驟116以啟用狀態啟動，在該步驟，活塞110位于第一位置。如果在步驟118觸發再生階段，則活塞110在步驟120重新定位，使得水處理系統10處于步驟122的第一放氣狀態。水處理系統10 —直處于第一放氣狀態(步驟12 ，直到在步驟IM達到某一時間限度。活塞110則在步驟1 重新定位，使得水處理系統10處于步驟128的第二放氣狀態。 經過步驟130的另一時間限度之后，活塞110在步驟132重新定位，使得水處理系統10處于步驟134的反沖狀態。水處理系統10可以一直處于反沖狀態(步驟134)，直到在步驟 136達到另一個時間限度。一旦在步驟136達到該時間限度，活塞110就在步驟138再次重新定位，使得水處理系統10處于步驟140的吸氣狀態直到另一時間限度(步驟142)。然后活塞110在步驟144返回第一位置，水處理系統10又處于步驟116的啟用狀態。這些時間限度可以預先確定，并且可以彼此不同(如下所述)。圖1示出了處于備用狀態的水處理系統10(即在圖4的步驟116)。在啟用 (service)狀態，活塞110可以定位到隔離組件42內的最右邊，這樣，未處理水可以通過入口 M進入，然后通過頂部22，流過擋板146，進入箱12的空氣層32。擋板146可以將未處理水分散到空氣層32中，以允許空氣層32中的氧分子與未處理水中的礦物質(例如離子形式的鐵、硫化物、錳等等)充分混合。通過與氧分子的混合，礦物質被氧化，由此變成固體分子或顆粒。在流過空氣層32以后，未處理水可以到達介質層34。介質層34可包括過濾介質或樹脂148，過濾介質或樹脂可以過濾中空氣層32中形成的固體顆粒以及任何其他顆粒，以允許處理過的水流到水層36。然后處理過的水流過第二收集器150，沿著分布管152 向上，通過分配器28，并通過出口沈流出。第二收集器150可以充當防止過濾介質148離開箱12的篩網。當在啟用狀態時，由于礦物質的氧化，空氣層32中的氧被耗盡。因此，水處理系統 10可以進入再生階段，以重新充注空氣層30。再生階段可包括第一放氣狀態(即圖4的步驟122)、第二放氣狀態(即圖4的步驟128)、反沖狀態(即圖4的步驟134)和吸氣狀態 (即圖4的步驟140)。在第一放氣狀態，如圖5所示，活塞110可以向左稍微移動，使得頂部22不再與入口 M流體連通。活塞110可以設置成稍微偏離其中一個活塞密封部94，這樣，在頂部22與排泄口 20之間形成小的通氣流道154，從而允許空氣(即壓縮空氣)通過排泄口 20排出箱12。在第二放氣狀態下，活塞110再次向左移動，以進一步打開通氣流道 154，允許更多的空氣離開箱12。在第二放氣狀態后，仍然在箱12中的任何空氣具有與箱 12外部相同的壓力(即箱12內部不再具有壓縮空氣)。在有些實施例中，活塞密封部94 和活塞110之間在第一放氣期間的距離可以在約0. 01英寸到約0. 02英寸的范圍內，從而建立帶有約0. 05平方英寸的面積的通氣流道154。活塞密封部94和活塞110之間在第二放氣期間的距離可以大于或等于約0. 05英寸，從而建立帶有約0. 1平方英寸的面積的通氣流道154。已經發現，這些距離和區域能夠提供有效的放氣，不會造成不良影響，例如噪音和振動。在啟用狀態時，未處理水的添加能夠壓縮箱12內的空氣，形成壓縮空氣頭。如果活塞Iio在再生階段將要完全打開頂部22與排泄口 20之間的流體路徑，壓縮空氣將迅速排空箱12。空氣的這種快速排空會導致氣流本身產生噪音，也可能使管道和部件震動，導致水處理系統嘈雜。通過對第一放氣狀態使用小的通氣流道IM—預定時間周期，使壓縮空氣慢慢放掉，從而減少水處理系統10中的噪音。第一放氣狀態和第二放氣狀態的時間周期可以限定成在基本最少的時限內執行放氣狀態，該最少的時限仍然能夠實現最優的放氣， 不會受到不良影響。反沖狀態，如圖6所示，可以在第二放氣狀態之后進行。在反沖狀態下，活塞110 可以向左邊定位得更遠，使得入口 M與分配器觀連通，頂部22與排泄口 20連通。水從入口 M流過分配器28，經由分配管152和第二收集器150返回到箱12中。水層36因此上升，從而提升并攪動過濾介質148，以將顆粒(即固體分子)通過頂部22至排泄口 20而運送到箱12外面。另外，當水層36上升時，留在箱12中的所有空氣都被通過排泄口排出來。圖7示出了處于吸氣狀態的水處理系統10。在反沖狀態之后，來自大氣的空氣(即含氧的空氣)再次進入箱12，以重新充滿空氣層32并封裝下面的介質層34。空氣可以經由噴咀組件46進入閥門組件18。然后空氣可以流過文丘里組件156。文丘里組件156可以形成真空，以將空氣和未處理水從入口 M吸取至頂部22。空氣可以與穿過頂部22的未處理水混合，并重新充注箱12中的空氣層32。一旦完成吸氣(即空氣層32具有新的氧源)， 活塞110就可以重新定位返回到最右邊，并且水處理系統10可以返回到啟用狀態。如圖8所示中，活塞組件40可以由動力頭16中的編碼器158、例如光學編碼器操作。編碼器158可以包括與偏心軸162耦合或一體形成的編碼器軸160。偏心軸162通過接合聯桿98 (即活塞組件40的聯桿98，如圖3所示)中的孔164而耦合于活塞110。在一些實施例中，編碼器158可以包括約85個用于定位的槽/肋對和一個用于復位的槽/肋對。 用于定位的槽/肋的布置允許控制編碼器158在約兩個角度增量內旋轉。用于復位的槽/ 肋對可用于停止編碼器158的旋轉。活塞110的全部橫向運動大約為1. 125英寸，運動控制增量約為0. 013英寸，這是因為運動從旋轉元件(即編碼器158)傳輸至線性元件(即活塞110)，形成了旋轉控制和線性控制之間的正弦曲線關系。編碼器158的精確控制使活塞 110在第一和第二放氣狀態期間相對于活塞密封部94形成小的通氣流道154。通過使用馬達166、光學傳感器167(如圖9所示)和控制器169(例如微型控制器，如圖9所示)提供對編碼器158的位置控制。馬達的驅動齒輪168由馬達166帶動旋轉，并接合編碼器驅動齒輪170以使編碼器158旋轉。馬達166可以利用緊固件174耦合到上支撐板172上，并由該上支撐板支撐。馬達166還可以通過線束178電氣連接到電路板176上。控制器169可以耦合于電路板176的前側195，如圖8所示。光學傳感器167可以與編碼器158分開形成或一體形成，并可以向控制器169提供與編碼器158的位置相關的控制輸入。在一個實施例中，光學傳感器167可以耦合于電路板176的背側179，如圖9所示。馬達166可以從控制器169接收控制輸出，以調節或保持編碼器158的位置。光學傳感器167相對于編碼器158可以定位成，使得由馬達166帶動的編碼器158的旋轉可以交替地使光學傳感器的光程有效和無效。如圖8所示，動力頭16還可以包括背板180、蓋182、顯示器184、下支撐板186、開關188、凸輪190、變換器192和計量電纜194。背板180和蓋182可以裝入動力頭16的部件，包括馬達166、電路板176、編碼器158等等。顯示器184可以耦合于電路板176的前側 195，并由控制器169控制。蓋182上的孔196允許用戶觀察顯示器184。下支撐板186可以支撐編碼器185和編碼器驅動齒輪170。開關188和凸輪190可以由上支撐板172支撐。變換器192可以電氣連接到常規出口，以向水處理系統10 (例如通過控制器169)提供動力。計量電纜194可用于檢測至箱12的水流量，并可以電氣連接到控制器169。在有些實施例中，控制器169可以在計量電纜194檢測到預定量的水流至箱12之后觸發再生階段。 在其他實施例中，控制器169可以在預定時間之后觸發再生階段。圖10示出了用于依照本發明一個實施例的水處理系統10的用戶控制方法的方框圖。如下所述的步驟可以是控制器169所使用的操作水處理系統10的可調操作控制。這些步驟可以由顯示器184顯示，并且用戶可以穿過蓋184上的按鈕蓋200按壓電路板176上的按鈕198進行調節。在一個實施例中，這些步驟在水處理系統10的"系統設置"期間顯示。在步驟202，用戶可以選擇系統類型，例如計時系統或計量系統。計時系統可以在預定時長之后觸發再生階段，而計量系統可以在預定量的水流之后觸發再生階段，如上面參照計量電纜194所述的。在步驟204，用戶可以選擇閥門類型，例如通過進入或選擇在水處理系統10中使用的閥門組件的類型。在步驟206，用戶可以選擇再生流所需的類型。例如，用戶可以選擇執行5次循環再生階段。在步驟208，用戶可以選擇信息是以公制(Si)單位顯示還是以美制(UQ單位顯示。在步驟210，用戶可以選擇再生超越時間，例如若干天。當再生階段在預定時長(用戶指定)內沒有觸發時，就會進行再生超越。在步驟212，用戶可以選擇在一天的什么時間觸發再生階段。在步驟214，用戶可以選擇水處理系統10在第一循環(例如第一放氣狀態)運行的時間周期，諸如約2分鐘。在步驟216，用戶可以選擇水處理系統10在第二循環(例如第二放氣狀態)運行的時間周期，諸如約1分鐘。在步驟218， 用戶可以選擇水處理系統10在第三循環(例如反沖狀態)運行的時間周期，例如約10分鐘。在控制步驟220，用戶可以選擇水處理系統40在第四循環(例如吸氣狀態)運行的時間周期，例如約40分鐘。在步驟222，用戶可以選擇水處理系統10在第五循環(例如快速漂洗狀態，常用于水軟化處理)運行的時間周期，例如約10分鐘。在步驟224，用戶可以選擇使輔助繼電器起作用或不起作用，例如報警裝置。在控制步驟，用戶可以選擇允許水處理系統10進入啟用狀態(例如安裝之后第一次)。本領域技術人員應當明白，雖然上文已經結合特定實施例和例子描述了本發明， 但是，本發明沒必要這樣限制，不偏離實施例、例子和使用的各種其他實施例、例子、使用和改變都由在此所附的權利要求書涵蓋。在此援引的各個專利和公開的全部內容都在此結合作為參考，就好象各個這樣的專利或公開分別在此結合作為參考一樣。本發明的各個特征和優點在下面的權利要求書中闡述。
權利要求
1.一種在水處理系統中提供再生階段的方法，該方法包括進入第一放氣狀態第一時間周期，以允許增壓除氧空氣排出水處理系統； 進入第二放氣狀態第二時間周期，以使水處理系統內部的剩余除氧空氣的第一空氣壓力與水處理系統外部的第二空氣壓力相等；進入反沖狀態第三時間周期，以從水處理系統內部排出剩余除氧空氣和顆粒；和進入吸氣狀態第四時間周期，以允許含氧空氣進入水處理系統。
2.如權利要求1所述的方法，還包括提供閥門組件和動力頭，以在第一放氣狀態、第二放氣狀態、反沖狀態和吸氣狀態操作水處理系統。
3.如權利要求1所述的方法，其中，第一時間周期約為2分鐘。
4.如權利要求1所述的方法，其中，第二時間周期約為1分鐘。
5.如權利要求1所述的方法，其中，第一時間周期、第二時間周期、第三時間周期和第四時間周期中的每一個都是能夠調節的。
6.如權利要求1所述的方法，還包括利用水處理系統，去除鐵、硫化物和錳中的至少一種。
7.一種用于從水中去除鐵、硫化物和錳中的至少一種的水處理系統，該水處理系統包括箱；頭部，其與所述箱耦合，并包括流體端口 ；位于所述頭部中的閥門組件，所述閥門組件包括位于一隔離組件內部的活塞組件；和頭部中的動力頭，所述動力頭包括編碼器、控制器、光學傳感器和馬達， 編碼器耦合于活塞組件，并由馬達提供動力以控制活塞組件在隔離組件內部的位置， 從而提供啟用狀態，在該啟用狀態中從水中去除鐵、硫化物和錳中的至少一種，第一放氣狀態，在該第一放氣狀態中從所述箱中釋放第一量的空氣，第二放氣狀態，在該第二放氣狀態中從所述箱中釋放第二量的空氣，第二量大于第一量，反沖狀態，和， 吸氣狀態，光學傳感器電氣連接于控制器，以傳達活塞組件在隔離組件內部的位置。
8.如權利要求7所述的水處理系統，其中，活塞組件的位置調節增量約為0.013英寸。
9.如權利要求7所述的水處理系統，其中，光學編碼器包括大約85個槽/肋對。
10.如權利要求7所述的水處理系統，其中，編碼器通過一偏心軸耦合于活塞組件，所述偏心軸耦合于編碼器和活塞組件上的球形把手。
11.如權利要求7所述的水處理系統，其中，活塞組件在隔離組件內部的位置禁止或允許一個或更多個流體端口之間的流體連通。
12.如權利要求7所述的水處理系統，其中，所述流體端口包括流體入口、流體出口、分配器流體端口、頂部流體端口和排泄流體端口。
13.一種水處理系統，其包括 箱；頭部，其與所述箱耦合，并包括流體端口 ；閥門組件，其包括位于一隔離組件內部的活塞組件，活塞組件包括多個部分，隔離組件包括接合所述多個部分的多個活塞密封部；和動力頭，用以控制活塞組件在隔離組件內部的位置，所述動力頭控制所述多個部分之一與所述多個活塞密封部之一之間的第一距離，第一距離為約0. 01英寸到約0. 02英寸，以形成用于第一放氣狀態的第一通氣流道，在第一放氣狀態，空氣以低噪音從箱中釋放。
14.如權利要求13所述的水處理系統，其中，動力頭控制活塞組件在隔離組件內部的位置，使得所述多個部分之一與所述多個活塞密封部之一之間的開放面積約為0. 05平方英寸，以形成用于第一放氣狀態的第一通氣流道。
15.如權利要求13所述的水處理系統，其中，動力頭控制活塞組件在隔離組件內部的位置，使得所述多個部分之一與所述多個活塞密封部之一之間的第二距離大于或等于約 0. 05英寸，以形成用于第二放氣狀態的第二通氣流道。
16.如權利要求13所述的水處理系統，其中，動力頭控制活塞組件在隔離組件內部的位置，使得所述多個部分之一與所述多個活塞密封部之一之間的開放面積約為0. 05平方英寸，以形成用于第二放氣狀態的第二通氣流道。
17.如權利要求13所述的水處理系統，其中，動力頭包括控制器、馬達、編碼器和光學傳感器，用以控制活塞組件在隔離組件內部的位置。
18.如權利要求13所述的水處理系統，其中，活塞組件在隔離組件內部的位置禁止或允許一個或更多個流體端口之間的流體連通。
19.如權利要求13所述的水處理系統，其中，流體端口包括流體入口、流體出口、分配器流體端口、頂部流體端口和排泄流體端口。
20.如權利要求13所述的水處理系統，其中，水處理系統從水中去除鐵、硫化物和錳中的至少一種。
全文摘要
本發明的實施例提供了一種用于在水處理系統中提供再生階段的方法和系統。該方法包括進入第一放氣狀態，以允許增壓除氧空氣排出水處理系統；進入第二放氣狀態，以使水處理系統內部的剩余除氧空氣的第一空氣壓力與水處理系統外部的第二空氣壓力相等；進入反沖狀態，以從水處理系統內部排出剩余除氧空氣和顆粒；和進入吸氣狀態，以允許含氧空氣進入水處理系統。
文檔編號B01D35/00GK102341154SQ201080010902
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月1日 優先權日2009年1月30日
發明者A·蒂施恩多爾夫, K·波爾, M·林德福斯 申請人:濱特爾民用過濾有限責任公司