專利名稱：多通多流閥裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于使至少兩條同時(shí)流動(dòng)的兩條或多條第一液流中的一條與一條或多條第二液流相連接的裝置或設(shè)備，例如閥。本發(fā)明可用于例如可逆型電滲析(“EDR”)或可逆型電去離子作用(“EDIR”)，它們可以各自利用兩條或多條分離的同時(shí)流動(dòng)的液流。本發(fā)明的裝置可以整體地組裝在EDR或EDIR套件的未端擋板或阻擋物處。
先有技術(shù)的描述用于將一條液流分導(dǎo)到幾個(gè)出口的單流多通閥在許多年以前已為公眾所知(例如見美國(guó)專利1,620,717；1,910,753；1,933,370；1,937,330；1,954,405；2,111,169；及2,146,983)。比如它們已被用于離子交換。在早先的離子交換裝置中裝有一種組閥。這些組閥不便于操作，并且有時(shí)導(dǎo)致誤操作。單流多通閥一直被用于硬水的離子交換處理，也就是通過單一逐步地旋轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)來使離子交換裝置進(jìn)行必須的步驟，即反洗、再生、漂洗和最后提供服務(wù)(即出水)。早先用于離子交換裝置的單流多通閥示于

圖1中。這種閥和互連管被安裝在離子交換槽上。該閥經(jīng)過閥結(jié)構(gòu)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)完成4次定位。
a)當(dāng)位置指示器從“軟化”位置移開時(shí)，離子交換裝置被關(guān)斷其“運(yùn)行”(即出水)操作。當(dāng)閥被充分轉(zhuǎn)動(dòng)讓位置指示器達(dá)到“洗”狀態(tài)時(shí)，反洗(上流洗滌)開始；b)當(dāng)反洗結(jié)束時(shí)，通過把閥旋到“鹽水”位置而開始再生過程，這種情況下置閥于再生位置，一個(gè)噴射器從貯存槽往外抽鹽水。
c)通過把閥轉(zhuǎn)到“漂洗”位置來結(jié)束再生操作，從而開始漂洗步驟；及d)通過把閥重新轉(zhuǎn)到“軟化”位置來結(jié)束漂洗而又開始“軟化”操作，從而完成操作循環(huán)。
明顯地，這樣一個(gè)閥一次只選擇一條輸出水流，即“軟化”，“反洗”，“再生”和“漂洗”，而不是同時(shí)地分導(dǎo)一個(gè)以上的水流。
早先的多通閥，象用于離子交換的那樣，由一塊平面的經(jīng)過復(fù)合表面加工的分配滑板構(gòu)成，該滑板與一塊固定的開口板保持緊密的接觸。該滑板從一個(gè)位置旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置，以便讓硬水在循環(huán)的每一步進(jìn)入合適的出口。流入的硬水經(jīng)過固定開口板的一側(cè)進(jìn)入，然后被引到可旋轉(zhuǎn)滑板的頂部，從那里由滑板上的一個(gè)出口引到位于固定開口板上的流出口。進(jìn)口水壓作用于滑板頂部，借助于一個(gè)彈簧的壓力使上述可旋轉(zhuǎn)滑板保持著緊緊貼在固定開口板上的狀態(tài)。小型離子交換裝置常常與多通單流閥設(shè)計(jì)在一起，該多通單流閥安裝在離子交換槽頂部，從而省掉外部的管道。一類單流多通閥是這樣設(shè)計(jì)的，也就是首先通過提起一個(gè)連桿來使旋轉(zhuǎn)滑板與上述固定開口板分離，然后再使其轉(zhuǎn)動(dòng)(美國(guó)專利2,111,169)。
自動(dòng)操作多通閥至少自從1935年就已經(jīng)使用了(見美國(guó)專利US1,495,317；US 1,914,333；US 1,933,370；US 1,954,405及US2,240,163)。例如，一只電動(dòng)機(jī)被用于旋轉(zhuǎn)一個(gè)多通閥的滑板?！斑\(yùn)行”操作時(shí)間的長(zhǎng)短由一電接觸一體化流量表或一電子計(jì)時(shí)器來控制。當(dāng)兩個(gè)控制器當(dāng)中的任一個(gè)達(dá)到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，一個(gè)電開關(guān)合上，起動(dòng)與多通閥相連的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)到閥的滑板達(dá)到反洗位置，這時(shí)一個(gè)電接觸開關(guān)斷開，使電動(dòng)機(jī)停止并起動(dòng)一個(gè)電子計(jì)時(shí)器。在達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，定時(shí)器重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。然后該電動(dòng)機(jī)把滑板旋轉(zhuǎn)至“再生”位置，讓再生劑從一個(gè)再生劑槽進(jìn)入到離子交換裝置。后面的一只浮動(dòng)開關(guān)合上，再次重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，然后該電動(dòng)機(jī)把滑板驅(qū)動(dòng)到“漂洗”位置，當(dāng)另一個(gè)電子接點(diǎn)被斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)再次停止，同時(shí)一計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)設(shè)定的漂洗時(shí)間達(dá)到時(shí)，計(jì)時(shí)器再次起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，把滑板轉(zhuǎn)到“運(yùn)行”位置，完成整個(gè)循環(huán)。
象上面指出的，這種手動(dòng)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多通閥每次使一條水流活動(dòng)，順序如下1．將待軟化的水(即“服務(wù)”水)引至離子交換槽的頂部，并從底部流出，提供使用；2．然后將反洗硬水通過閥引至離子交換槽的底部，并從頂部作為廢液排出；3．將再生劑經(jīng)閥引到離子交換槽的頂部。并從底部作為廢液排出；4．然后使漂洗水經(jīng)過閥流入離子交換槽頂部，再?gòu)牡撞孔鳛閺U液排出。
與上面提到的相反，一些過程要求同時(shí)分導(dǎo)兩條或更多的液流；如EDR;EDIR；可逆型或反洗型超濾(“UF”)或微濾(“MF”)；由酸再生的陽離子交換劑和堿再生的陰離子交換劑組成的離子交換去離子劑；圓盤型酸和堿再生的螯合陽離子交換劑；循環(huán)型同流換熱器(即一熱(冷)流體首先被用來加熱(冷卻)一個(gè)熱(冷)的存貯體，且后者接著用于加熱(冷卻)一冷(熱)的流體)，還有本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的許多其它方法。圖2中示出的EDR和EDIR解釋了這些方法，其中“C”代表陽離子交換膜(“CXM”)，它們幾乎只是借助于那些低分子量的，能溶解在水或其他可電離溶劑中的帶正電荷的離子(“陽離子”)而起導(dǎo)電作用，“A”代表陰離子交換膜(“AXM”)，它們幾乎只是借助于那些低分子量的，溶解在與上述陽離子同樣的液體中的帶負(fù)電荷的離子(“陰離子”)而起導(dǎo)電作用。最常見的陽離子是Na+,K+,Ca++和Mg++。最常見的陰離子是Cl-,SO4=,HCO3-,NO3-和F-。這些離子交換膜一般從0.1到約0.5mm厚且具有約0.3至約3m2能夠?qū)щ姷拿娣e。這些離子交換膜彼此間由厚度從約0.3至3.0mm的平面襯墊隔開，形成膜間空間(“腔”，“小室”，“室”)1到10。(在工業(yè)EDR或DEIR中，有幾百個(gè)這種室)。有兩組這種室奇數(shù)號(hào)室，在它們的左手側(cè)有CXM且在它們的右手側(cè)有AXM；偶數(shù)號(hào)室，它們是奇數(shù)號(hào)室的鏡像，即偶數(shù)號(hào)室在它們的右手側(cè)有CXM且在它們的左手側(cè)有AXM。一條歧管F1把第一進(jìn)料電解液輸送到奇數(shù)號(hào)室，而歧管F2把第二進(jìn)料電解液輸送到偶數(shù)號(hào)室。一條歧管P1把第一產(chǎn)品電解液從奇數(shù)號(hào)室中排出，而歧管P2把第二產(chǎn)品電解液從偶數(shù)號(hào)室中排出，一組離子交換膜和膜間襯墊在商業(yè)中稱作“套”或“疊板”。套或疊板每邊終止于電極，例如E1和E2(優(yōu)選鍍銥鈦板)，它們被襯墊與相鄰的離子交換膜隔開。從而形成電極室E1’和E2’。管道R1和R2把電解液分別輸入E1’和E2’中，而管道R1’和R2’把污水從該室排出。(雖然電極E1和E2看起來與相鄰的離子交換膜彼此分開，但是它們實(shí)際上可能是有小孔的并且與離子交換膜接觸，或者甚至部分地嵌在相鄰離子交換膜表面里)。可以看出，該裝置是相對(duì)于將室5與室6分隔開的AXM而對(duì)稱(反映)的。另外，該裝置相對(duì)于一個(gè)垂直于離子交換膜并且經(jīng)過該離子交換膜中點(diǎn)的平面而對(duì)稱(反映)的。所以向套裝組件進(jìn)料可以是P1，P2，R1’和R2’而流出液是F1,F2,R1和R2。運(yùn)行中電解液流經(jīng)各種室，并且以每一塊離子交換膜約1v的直流電勢(shì)施加在E1與E2間。由于是對(duì)稱的，所以哪個(gè)電極帶正電和哪個(gè)電極帶負(fù)電都沒有差別。任意地選擇E1作為負(fù)電極(E2必須是正電極)，所有室中帶正電離子(即陽離子，如Na+,K+,Ca++，和Mg++)將被吸向E1(被E2排斥)，所以象眾所周知的那樣，不同電荷彼此相吸，而相同電荷彼此排斥。在奇數(shù)號(hào)室(圖2中)中，水流F1中的陽離子能通過CXM(圖中“C”)而進(jìn)入偶數(shù)號(hào)室，但是后來它們一旦與進(jìn)料溶液F2中的陽離子一起經(jīng)過偶數(shù)號(hào)室時(shí)，不能進(jìn)一步靠近E1。這種現(xiàn)象是基于這樣一種事實(shí)，即CXM幾乎完全靠小分子量的陽離子導(dǎo)電，而AXM是阻止陽離子的通路。同時(shí)，所有室中帶負(fù)電離子(即陰離子Cl-,SO4-,HCO3-,NO3-和F-)被吸向E2。奇數(shù)號(hào)室內(nèi)的水流F1中的陰離子能通過AXM(圖2中“A”)而進(jìn)入偶數(shù)號(hào)室，但一旦它們與進(jìn)料溶液F2中的陰離子一起經(jīng)過偶數(shù)號(hào)室時(shí)，不能進(jìn)一步靠近E2。這種現(xiàn)象是基于這樣一種事實(shí)，即AXM幾乎完全靠小分子量陰離子導(dǎo)電，而CXM是阻止陰離子的通路。電于要保持把任何可測(cè)出的電荷分開就需要巨大的電勢(shì)差，所以正電荷通過CXM的凈遷移量等于負(fù)電荷通過AXM的凈遷移量。離子遷移的凈結(jié)果是，產(chǎn)品液流P1相對(duì)于進(jìn)料液流F1已除去了部分離子，而這些從F1中除去的離子就轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品液流P2中而從該成套裝置排出。經(jīng)過離子交換膜和膜間襯墊組成的套件的電流是由Na+,Ca++,Mg++,K+,Cl-,SO4=,HCO3-,F-以及也許其它化學(xué)元素的其它小分子量離子來導(dǎo)通的。但是由套件通向電極E2和E1以及由電極E2、E1通向套件的電流一般是由通過金屬導(dǎo)體的電子導(dǎo)通的。金屬導(dǎo)體是阻止離子通過套件的通路、而套件是阻止電子通過金屬導(dǎo)體的通路。因此，在電極處必須有一次電荷載體之間的轉(zhuǎn)換。在帶負(fù)電荷的電極(“陰極”，上面討論中的E1)，其電荷轉(zhuǎn)換是
而在帶正電荷的電極(“陽極”，E2)，該轉(zhuǎn)換是
通常進(jìn)入電極室E1’的進(jìn)料R1可能含有Ca++和HCO3-離子，在這種情況下，由于在E1形成的OH-離子的作用而可能使不溶的碳酸鈣在E1’中沉淀
另外，進(jìn)入偶數(shù)號(hào)(濃縮)室的進(jìn)料F2可能含有接近它們互溶極限的Ca++和HCO3-和/或SO4=，所以由進(jìn)料液流F1通過離子交換膜而增加的Ca++、HCO3-和/或SO4=就可能導(dǎo)致在這樣的濃縮室中產(chǎn)生CaCO3和/或CaSO4沉淀。上面提到的沉淀物如果多了就會(huì)阻擋流體和/或電流通過受影響的室。然而，如果在一段時(shí)間之后(取決于累積的沉淀物的數(shù)量)，將E1與E2的極性顛倒過來(例如見美國(guó)專利2,863,813)，這樣在E1電荷轉(zhuǎn)換是，并且任何存在的CaCO3將被溶解，然后在R1’中沖走
偶數(shù)號(hào)室變成軟化室，任何CaCO3和/或CaSO4沉淀物在那里將被再次溶解，傳送到奇數(shù)號(hào)(那時(shí)的)濃縮室并在P1中沖走。在一段時(shí)間后，CaCO3沉淀物可能在E2’中累積(因?yàn)镋2已變成帶負(fù)電)并且CaCO3和/或CaSO4沉淀物可能在奇數(shù)號(hào)室(它們已變成濃縮室)中累積。E1與E2的極性可以再次顛倒(回到它們的初始極性)，并使再溶解和沉淀過程重復(fù)發(fā)生。這種換向可以在一無限的循環(huán)中繼續(xù)下去。換向頻率將取決于沉淀的嚴(yán)重程度，變化范圍從每刻鐘一次到幾個(gè)月一次。換向可以是對(duì)稱的，即，電流在一個(gè)方向流動(dòng)的時(shí)間可以基本上等于它在另一個(gè)方向流動(dòng)的時(shí)間。如果沉淀不嚴(yán)重，則換向不必對(duì)稱，即可以59分鐘流向一個(gè)方向而1分鐘流向另一方向。
離子交換(“Ⅸ”)樹脂顆粒的電阻大約與每升含有0.3克當(dāng)量NaCl的水溶液(約17,500mg/L，即ppm)相等。因此，如果被電滲析(“ED”)軟化的溶液中電解質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.3N。那么用IX樹脂顆粒填充ED套件的室是有利的。在這種情況下，樹脂顆粒不僅能降低ED套件的電阻(從而引起電流密度增加，即增加電解質(zhì)的輸送)，而且能起到擴(kuò)大離子交換膜表面積的作用，從而不管多大的電流流過都能降低實(shí)際的電流密度。IX顆?？梢允茿X顆粒或CX顆?；騼烧叩幕旌衔?，這取決于應(yīng)用的具體情況。當(dāng)不用這種顆粒時(shí)，離子交換膜之間的間距大約為0.5mm，在兩塊離子交換膜之間沒被膜間襯墊占據(jù)的空隙可以填充入編織的或非編織的網(wǎng)或多孔塑料網(wǎng)。最好把網(wǎng)定位，使水流頻繁地以約90°改變方向。這種方向上的頻繁改變有助于引起向著和背著離子交換膜的電解質(zhì)的對(duì)流傳質(zhì)。當(dāng)室中填充入IX顆粒時(shí)，離子交換膜之間的間距可以是3mm或更大。
當(dāng)使用可逆型ED(也就是“EDR”)時(shí)(不管在室中是否填充有X顆粒)，水流F1,F2,P1,P2,R1,R2,R1’和R2’的功能也發(fā)生改變。例如,P1將從部分軟化的產(chǎn)品到濃縮產(chǎn)品來回改變，而P2將相應(yīng)地從濃縮產(chǎn)品到部分軟化產(chǎn)品來回改變。此外，進(jìn)入軟化和濃縮室的進(jìn)料F1和F2可以不是相同溶液的一部分。例如，進(jìn)入軟化室中的進(jìn)料可以是干酪乳清和/或進(jìn)入濃縮室中的進(jìn)料可以是來自濃縮室的再循環(huán)排出液的一部分，以便將這些排出液濃縮到缺少這種再循環(huán)就不能使用的水平。在從濃縮室到軟化室的轉(zhuǎn)換過程中，從后者出來的第一排出液仍將具有濃縮排出液的組成，并在一段短時(shí)間后(與連續(xù)反轉(zhuǎn)之間的時(shí)間比較)呈現(xiàn)出所希望的軟化水的組成。這兩種組成之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于在室中的滯留時(shí)間，即取決于每個(gè)室的容積對(duì)進(jìn)入該室的體積流量之比。例如，在一個(gè)室中流路長(zhǎng)488cm且流量為20cm3/s·cm2流路截面(即20cm/s的面積速度)，那么在該室中的滯留時(shí)間是約24秒。在轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，來自軟化室的流出液的第一部分，如果需要的話，可以從“正常的”軟化流出液中分離出來。因此，一個(gè)完整循環(huán)的順序?yàn)橛^察操作(圖2中右手為正電極)步驟1、正常操作F1是稀釋室進(jìn)料；F2是濃縮室進(jìn)料；R1是負(fù)電極進(jìn)料；R2是正電極進(jìn)料；P1是稀釋室流出液；P2是濃縮室流出液；R1’是負(fù)電極流出液；R2’是正電極流出液。
反向操作(圖2中右手為負(fù)電極)步驟2，轉(zhuǎn)變期F1是濃縮室進(jìn)料；F2是稀釋室進(jìn)料；R1是正電極進(jìn)料；
R2是負(fù)電極進(jìn)料；P1開始是稀的、接著是過渡的、最后是濃的；P2開始是濃的、接著是過渡的、最后是稀的；R1’是正電極流出液；R2’是負(fù)電極流出液。
步驟3，正常操作F1是濃縮室進(jìn)料；F2是稀釋室進(jìn)料；R1是陽極進(jìn)料；R2是陰極進(jìn)料；P1是濃縮室流出液；P2是稀釋室流出液；R1’是陽極流出液；及R2’是陰極流出液。
觀察操作(圖2中右手電極又成了正極)步驟4，轉(zhuǎn)變期F1是稀釋室進(jìn)料；F2是濃縮室進(jìn)料；R1是陰極進(jìn)料；R2是陽極進(jìn)料；P1開始是濃的，最后是稀的；P2開始是稀的，最后是濃的；R1’是陰極流出液；及R2’是陽電極流出液。
上述是可逆型ED或EDR的簡(jiǎn)明概述。用于實(shí)現(xiàn)這些方法的本領(lǐng)域眾所周知的裝置可以是圖3中簡(jiǎn)單示出的裝置，其中30是一個(gè)ED或EDI套件，它帶有終止于電極E1、E2和E3的帶電級(jí)31和32，它們使用圖2中所用的指示符號(hào)。E1和E3具有相同極性，其極性與E2的極性相反。31和32各自由圖2中所示疊板組成。33和34分別是用于稀釋室和濃縮室液流的泵。35,36,37,38和39是三通閥。運(yùn)行過程中，進(jìn)料溶液通過管道46進(jìn)入裝置，然后由33和34分流。在觀察操作中
E2是正極，F(xiàn)1是由閥35與泵33相連的稀釋室的進(jìn)料。
F2是由閥36與泵34相連的濃縮室的進(jìn)料。
P1是由閥37與稀釋產(chǎn)品管道43相連的稀釋室流出液。
P2是由閥38與濃縮產(chǎn)品管道41相連的濃縮室流出液；將這種濃縮室流出液的一部分經(jīng)管道42通向泵34進(jìn)行再循環(huán)，以便提高該流出液的濃度。
到達(dá)電極的進(jìn)料和離開電極的流出液沒在圖3中示出。
在第一轉(zhuǎn)換期的開始，閥35和36打開，閥35將泵33與管道F2連通而閥36把泵34與管道F1連通。這種轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一種擴(kuò)散作用，其流頭在最初處于F2中的濃縮溶液(圖2中偶數(shù)號(hào)室)和現(xiàn)在從閥35進(jìn)入F2的進(jìn)料溶液之間。類似地，這種轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一種擴(kuò)散作用，其流頭在最初處于F2中的稀釋溶液(圖2中奇數(shù)號(hào)室)和現(xiàn)在從閥36進(jìn)入F1的濃縮溶液之間。如上所述，如果在圖3中每個(gè)疊板組件31和32中的路徑長(zhǎng)度是488cm，流速是20cm/s，那么，為了清洗每個(gè)疊板組件，流頭將花費(fèi)24秒的時(shí)間。因此，在閥35和36打開之后約50秒，E2的極性應(yīng)變成負(fù)并將閥37和38打開。然后閥37將P1(現(xiàn)在是濃縮液流)連入管道41，同時(shí)閥38將P2(現(xiàn)在是稀釋液流)連入管道43。電導(dǎo)率控制器40監(jiān)測(cè)管道43中稀釋液流的電導(dǎo)率，如果該電導(dǎo)率高于所需數(shù)值，則三通閥39分導(dǎo)該液流直到稀釋液流的電導(dǎo)率滿足要求為止。操作接下來按可逆型進(jìn)行，持續(xù)到第二個(gè)轉(zhuǎn)換期，這時(shí)閥35和36打開，回到它們?cè)谟^察操作時(shí)所處位置。再過大約50秒之后，E2的極性又變回正，閥37和38打開，回到它們?cè)谟^察操作時(shí)所處位置。任何不符合規(guī)格的產(chǎn)品又通過電導(dǎo)率控制器40和閥39分流。循環(huán)在觀察與反轉(zhuǎn)運(yùn)行間不確定地持續(xù)。
舉例來說，F(xiàn)1和F2中的流量可以是各約92美國(guó)加侖/分，適當(dāng)?shù)赜晒Q2″PVC管輸送。因此流速約10英尺/秒。閥35到39可以是2″規(guī)格的三通電動(dòng)機(jī)操作無關(guān)死點(diǎn)球閥，操作時(shí)間為7.5秒。
三通閥型號(hào)和它們的操作時(shí)間部分地取決于需要避免發(fā)生稱做“水錘”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象往往在液體柱被突然停下時(shí)發(fā)生。這種突然停止產(chǎn)生的最大壓力可由Joukowsky方程來估算hwh=a(Δυ)/gc其中a=[d8c(ik+DbE)]-0.5]]>其中-hwh=水錘壓頭，流體高度(英尺)；-a=波傳播速度，英尺/秒；-Δv=流體速度變量，英尺/秒；-gc=尺寸常數(shù)，32.17磅英尺每磅力秒2；-d=流體密度，磅/立方英尺(對(duì)于水68°F時(shí)為62.33磅/立方英尺)；-K=流體體積彈性模量，磅力/英尺2(對(duì)于水為45.6×106磅力/英尺2)；-D=管道內(nèi)徑，英寸(1.939″對(duì)應(yīng)于規(guī)范80中的標(biāo)稱2″PVC管；2.900″對(duì)應(yīng)于規(guī)范80中的標(biāo)稱3″PVC管)；-b=管壁厚度，英寸(0.218″對(duì)應(yīng)于規(guī)范80中的標(biāo)稱2″PVC管；0.300″對(duì)應(yīng)于規(guī)范80中的標(biāo)稱3″PVC管)；-E=管壁材料彈性模量，磅力/英尺2(對(duì)于PVC管約54×106磅力/英尺2)將PVC管和水的有關(guān)參數(shù)值代入之后可得a=4851(1+0.8445×D/b)即對(duì)于2″規(guī)范80的PVC管和水為1660英尺/秒，對(duì)于3″規(guī)范80的PVC管和水為1600英尺/秒。水錘壓力以磅/平方英寸為單位是Pwh=0.01345a(Δv)即對(duì)于10英尺/秒的ΔvPwh=223psi。
如果在壓力波從停止點(diǎn)傳播到管道末端(或傳播到全部波反射點(diǎn))并返回的時(shí)間內(nèi)水流量發(fā)生變化，最大壓力也能推導(dǎo)出來，在一段時(shí)間內(nèi)它被給出t=2L/a其中t是以秒為單位的管道時(shí)間，L是以英尺為單位的管道長(zhǎng)度，a是以英尺/秒為單位的波傳播速度，同Joukowsky方程設(shè)定的一樣。例如，如果L是10英尺，那么對(duì)于規(guī)范80的標(biāo)稱2”PVC管和水，t是約0.012秒。通過使用具有相對(duì)較長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的閥和/或“先開后關(guān)”閥(“make-before-break”)，即在完全斷掉舊的連通之前預(yù)先部分地開新的連通，這樣就可以避免水錘現(xiàn)象。
關(guān)于水錘及其控制的更多信息可從下述文獻(xiàn)獲得，例如-Parmakian,水錘分析(Water Hammer Analysis),Prertice-Hall,Englewood Cliffs,NJ,1955；-Wylie和Streeter,水力學(xué)瞬態(tài)(Hydraulic Transients),McGraw-Hill,NY,1978；-Rich,水力學(xué)瞬態(tài)(Hydraulic Transients),McGraw-Hill,NY,1951；-Angus，工程師水力學(xué)(Hydraulics for Engineers)3d.Ed.,Pitman,Toronto.
如果流動(dòng)停止時(shí)間稍長(zhǎng)于一管道時(shí)間，那么由于直接壓力波的一部分將被反射壓力波抵消，所以壓力上升將沒有Joukowsky方程給出的那么大。實(shí)際壓力上升能根據(jù)稱做Allievi方程或上面列出的在Angus中和在Rich中給出的圖表來決定。Wood和Jones,Proc.Am.Soc.Civ.Eng.,J.Hydraulic Div.99(HY1),167-178(1973)提供了不同閥門關(guān)閉型式水錘壓力的更可靠的圖表。
再參考圖3，雖然1000多個(gè)用這種系統(tǒng)的EDR設(shè)備已經(jīng)安裝于世界各地，顯然這種設(shè)備需要一組三通閥，這些閥、與其相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器、管道和控制器是復(fù)雜且昂貴的。因此本發(fā)明的目的包括-在EDR和EDIR裝置中(和在其它裝置中把兩條或以上進(jìn)口水流(至少其中兩個(gè)同時(shí)流動(dòng))與至少兩個(gè)一組的一條或以上排出水流相聯(lián))要求減少轉(zhuǎn)換閥的數(shù)量；-在這種裝置中要求降低復(fù)雜性和/或轉(zhuǎn)換閥系統(tǒng)的成本。
-為這種裝置提供改進(jìn)的轉(zhuǎn)換閥系統(tǒng)；-為這種裝置提供一種水流轉(zhuǎn)換裝置，它至少有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的第一主體，第一主體的第一表面與第二主體的第一表面相鄰，第一主體具有至少第一和第二管道，至少每個(gè)管道的一端終止于第一主體、第二主體的第一表面，在第一主體中的每條管道的第一端部和第二主體中每條管道的第一端部處于這種預(yù)定位置，使得第一主體的第一管道與第二主體的第一管道和第二主體的第二管道相通，如此設(shè)計(jì)這種水流轉(zhuǎn)換裝置，使得當(dāng)?shù)谝恢黧w被旋轉(zhuǎn)至一個(gè)預(yù)定的角度時(shí)，第一主體的第一管道與第二主體的第二管道相通，而第一主體的第二管道則與第二主體的第一管道相通；-通過把這種系統(tǒng)安裝在EDR或EDIR上(或者其它需要將水流轉(zhuǎn)換的裝置)來降低與這類水流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連接的管道的復(fù)雜性和成本；-通過把該系統(tǒng)加入到需要將水流轉(zhuǎn)換的EDR或EDIR套件的端板或端塊來降低與這類多流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連接的管道的復(fù)雜性和成本；-通過把該系統(tǒng)加到EDR或EDIR的端板和/或端塊上來降低多路水流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本；-提供一種在水流轉(zhuǎn)換時(shí)不出現(xiàn)水錘現(xiàn)象的多路水流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
這些及其它目的將從下面本發(fā)明的描述和所附的權(quán)利要求書中變得更清晰。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種多路水流轉(zhuǎn)換裝置，它可隨意或以一預(yù)定的方式把至少兩路同時(shí)流動(dòng)的兩路或以上的入口水流與至少兩路一組中的一路或以上的出口水流相連。該水流轉(zhuǎn)換裝置至少有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的第一主體，它的第一表面與第二主體的第一表面相鄰。第一主體具有至少第一和第二流體管道，至少每個(gè)管道的一端終止于第一主體的第一主體的第一表面。第二主體也具有至少第一和第二流體管道，至少每個(gè)管道的一端終止于第二主體的第一表面。第一主體所具有的每條管道的第一端和第二主體所具有的每條管道的第一端處于預(yù)定位置時(shí)能使第一主體的第一管道與第二主體的第一管道和第二主體的第二管道相通，并能使第一主體的第二管道與第二主體的第二管道相通。采用多種方式把第一主體旋轉(zhuǎn)至預(yù)定角度，從而使第一主體的第一管道與第二主體的第二管道相通，并使第一主體的第二管道與第二主體的第一管道相通。本發(fā)明也提供了多路水流轉(zhuǎn)換裝置，它的設(shè)計(jì)和/或操作可避免水錘現(xiàn)象。本發(fā)明還提供了這樣的多路水流轉(zhuǎn)換裝置，它被組裝到EDR或EDIR套件的端板和/或端塊上，或者組裝到其它設(shè)備上，以便使該轉(zhuǎn)換裝置能為這些設(shè)備提供可供選擇的多路水流。
附圖簡(jiǎn)述-圖1是為有選擇地把單一入口水流轉(zhuǎn)換到一組幾個(gè)出口部件之一的，為本領(lǐng)域公知的手動(dòng)閥的橫截面示意圖。
-圖2是一個(gè)套件或疊板的橫截面示意圖，它用于進(jìn)行可逆型電滲析(“EDR”)，包括充滿小室的電滲析，也稱電去離子作用(“EDIR”)，為本領(lǐng)域共知；-圖3是一個(gè)工藝流程示意圖，它用于進(jìn)行EDR和/或EDIR，示出了本領(lǐng)域中通常使用的三通閥組。
-圖4是本發(fā)明的多路流體轉(zhuǎn)換裝置的一個(gè)優(yōu)選方案的各種橫截面的示意圖；-圖5是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案的示意圖，適用于與EDR或EDIR套件結(jié)合的多網(wǎng)水流轉(zhuǎn)換裝置。
-圖6是本發(fā)明的第三優(yōu)選方案的簡(jiǎn)明示意圖，部分地描述了本發(fā)明的靈活性。
-圖7是為了與本發(fā)明的一些優(yōu)選方案的主要部件結(jié)合的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)明示意圖；-圖8是本發(fā)明的第四優(yōu)選方案的的簡(jiǎn)明示意圖，它也部分地描述了本發(fā)明可能的派生裝置。
-圖9是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案的簡(jiǎn)明示意圖，它能反復(fù)地將一個(gè)或多個(gè)EDR和/或EDIR套件的稀釋水流和濃縮水流相互變換，并能在這種相互變換的期間分導(dǎo)出不合格的稀釋水流；-圖10是一些優(yōu)選流體流管道的簡(jiǎn)明示意圖，它可由本發(fā)明的優(yōu)選方案的可旋轉(zhuǎn)第一主體提供。
優(yōu)選方案的描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案簡(jiǎn)明地示于圖4中。在圖4(a)、(b)、(c)和(d)中，50表示一個(gè)由任何合適材料構(gòu)成的塊件，這種材料能耐溫、耐機(jī)械應(yīng)力及來自被處理流體的腐蝕和磨損，這種材料包括金屬，例如碳鋼，不銹鋼、鎳、蒙乃爾、鋁、黃銅、青銅和鈦；熱塑性塑料，例如硬聚氯乙烯、乙烯的聚合物和共聚物、聚酯、偏二氯乙烯聚合物和共聚物(莎綸)、苯乙烯聚合物和共聚物、丙烯聚合物和共聚物、四氟乙烯聚合物和共聚物、丙烯腈丁二烯-苯乙烯(ABS)三元共聚物、高密度聚苯乙烯、聚碳酸脂、氯三氟乙烯聚合物和共聚物(如Kel-F)、偏二氟乙烯聚合物和共聚物、尼龍和聚酰亞胺、聚醛、乙酸一丁酸纖維素和聚砜；熱固性聚合物，例如聚二環(huán)戊二烯聚合物和共聚物，聚酯(包括雙酚聚酯)，環(huán)氧樹酯、呋喃、酚醛、尿素或蜜胺聚合物；陶瓷品，例如瓷器；玻璃；石墨或碳?？梢杂脧?fù)合材料，例如金屬陶瓷或用纖維織物或粉末，例如玻璃纖維、礦物纖維、硅膠或粉末、碳黑等加強(qiáng)的任何上述聚合物。其它復(fù)合材料包括陶瓷或塑料涂覆的鋼。在平面圖4(a)中，51是一個(gè)在塊件50中的環(huán)形室。52a和52b是從該塊件的一個(gè)表面延伸到腔室51的管道。這種管道不必有相同形狀或橫截面積而且不必是直線地通過塊件50。這些管道的直徑使它能與標(biāo)準(zhǔn)管子的尺寸相匹配，所說標(biāo)準(zhǔn)管子可通過溶劑或熱熔焊接法連接到塊件上或者以其它方式連接到塊件上，如用法蘭或螺紋固定。54是適合于連桿或螺栓的孔。圖4(a)中的塊件從圖的頂?shù)降资菍?duì)稱的，且右手側(cè)是左側(cè)的鏡像。對(duì)于本發(fā)明的這個(gè)方案，多路水流轉(zhuǎn)換設(shè)備需要兩個(gè)塊件，它們可以是相同或不同材料的，構(gòu)造基本如圖4(a)所示。第二個(gè)塊件翻過來放在第一個(gè)塊件的上面，以至每個(gè)塊件的腔室51與另一件塊件的腔室51對(duì)齊。將這兩個(gè)塊件相互向?qū)Ψ叫D(zhuǎn)90°(或270°)使第二個(gè)塊件的管道52a和52b到達(dá)圖4(a)中用虛線表示的位置53a和53b上。
圖4(b)對(duì)應(yīng)于圖4(a)的a-a截面。圖4(c)是一個(gè)平面圖，它表示一個(gè)具有第一和第二液體通道的可旋轉(zhuǎn)主體，在該例子中設(shè)計(jì)成一種先開后關(guān)的操作方式，適用于快速起動(dòng)。圖4(c)可以配合圖4(d)來理解，圖4(d)是圖4(c)沿b-b的截面圖。56是一合適材料的塊件，其材料可與圖4(a)中所用材料相同或不同。例如，該塊件可由不銹鋼構(gòu)成，至少在那些與塊件50相鄰的表面上涂覆有合適的聚合物或彈性體。該塊件具有近似圓弧形的開口52c、52d，以及53c、53d。這種開口可以有任何合適的形狀，例如三角形、楔形、矩形或其它多邊形；拋物線或橢圓或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀的弧形。在塊件56的兩面，這些開口不必具有相同的深度或形狀，并且這些開口不必同深或同形。55a-55a’是用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子56的驅(qū)動(dòng)軸。該驅(qū)動(dòng)軸可以連接到驅(qū)動(dòng)臂58或轉(zhuǎn)子56或成為它們的一部分。驅(qū)動(dòng)臂可以具有任何合適的長(zhǎng)度和橫截面，如正方形、長(zhǎng)方形、不規(guī)則四邊形而且在其端部可以具有不同于處在或接近驅(qū)動(dòng)軸55a-55a’處的形狀和橫截面積。雖然驅(qū)動(dòng)臂58被顯示在塊件56的一個(gè)側(cè)面上，但是它們可以在塊件的加工過程中被嵌入塊件中，例如塊件可以通過鑄造或聚合而包圍在所說驅(qū)動(dòng)臂的周圍，在這種情況下也優(yōu)選包圍在驅(qū)動(dòng)軸55a-55a’的周圍。該塊件在制造時(shí)可以通過螺紋、釘子、螺栓、焊接或其他連接方式而將兩個(gè)或多個(gè)塊件連接在一起，一個(gè)或以上的塊件具有合適的空腔來接納驅(qū)動(dòng)臂。驅(qū)動(dòng)軸55a-55a’或緊或松地裝在塊件56的孔55b和兩個(gè)塊件50的孔55中，形成如上所述的多路水流轉(zhuǎn)換裝置的外部。如上所述，象57a’和57b’顯示的那樣，57a和57b是在圍繞轉(zhuǎn)子56兩面延伸的相配的凹槽中的O形密封圈?？梢杂脝蝹€(gè)密封圈。57c是一個(gè)適合于接納O形密封圈的凹槽，其作用是使如上所述兩個(gè)連結(jié)在一起的塊件50密封，以便防止液體從空腔51泄漏或滲漏到該裝置的外部。襯墊57a和57b可以注入潤(rùn)滑油或自潤(rùn)滑。例如襯墊57a,57b和57c可以具有圓形或橢圓形橫截面(即同密封墊的橫截面)或具有其它合適的橫截面，例如三角形、倒“V”字形，“Λ”形或梯形、如圖4(e)和4(f)所示。襯墊可以與或不與適合的凹槽結(jié)合(例如用膠)起來。襯墊可用機(jī)械方法固定于具有向內(nèi)傾斜面的凹槽內(nèi)，同樣可見圖4(e)和4(f)。密封墊被壓得越多，它在凹槽中就越緊。優(yōu)選的密封墊材料是聚四氟乙烯或全氟乙烯-丙烯共聚物，但其他材料也能使用。密封墊材料可以使用填充料，例如玻璃填充料。襯墊57a和57b可以具有用于接觸式滑動(dòng)膜蒸發(fā)器的滑片的外形。
圖4中的多路水流轉(zhuǎn)換裝置可以通過把轉(zhuǎn)子56放入塊件50的腔室51中和把轉(zhuǎn)子56的驅(qū)動(dòng)軸55a’裝入塊件50的孔55中而裝配起來。一個(gè)具有圖4(a)形狀的第二塊件置于轉(zhuǎn)子56之上，腔室51和驅(qū)動(dòng)軸55a裝入該第二塊件50的孔55中。第二塊件50被旋轉(zhuǎn)直到它的管道52a和52b處于圖4(c)的53a和53b位置上為止。這時(shí)塊件50被例如用螺母和螺栓和/或連桿通過定位孔54壓在一起?？梢钥闯?，當(dāng)轉(zhuǎn)子56的臂從1:30點(diǎn)鐘的位置轉(zhuǎn)到7:30點(diǎn)鐘的位置(參考圖4(a))時(shí)，第一塊件50中的開孔52b將與第二塊件中位于53b上的開孔相通。類似地，轉(zhuǎn)子56將提供一條從管道52a到達(dá)第二塊件中位于53a上的開孔之間的管道。如果轉(zhuǎn)子56接著在任一方向旋轉(zhuǎn)90°，它將從4:30點(diǎn)鐘的位置轉(zhuǎn)到10:30點(diǎn)鐘的位置(再次參考圖4(a))。轉(zhuǎn)子56這時(shí)將提供一條從開孔52b到達(dá)第二塊件50中位于53a上的開孔之間的第一管道以及從開孔53a到達(dá)第二塊件50中位于53b上的開孔之間的第二管道。
雖然開孔52a和52b示出在第一塊件上而開孔“52a”和“53b”示出在第二塊件上，但是這些開孔的0到4可能在第一塊件而4到0在第二塊件上。
舉例來說，對(duì)于圖4(a)中管道52a和52b中的每一條中約200美國(guó)加侖/分(“GAM”)水流量，以及用80號(hào)硬PVC管而言，圖4(a)、4(b)、4(c)和4(d)中裝置的尺寸為
-圖4(a)中塊件50的尺寸16″×16″×3″；腔室51的直徑12-9/16″；-腔室51的深度1-17/32″；-開孔52a和52b的直徑3-1/2″；-開孔52a和52b間中心距離8-1/2″-螺栓圓的直徑(通過開孔54中心的圓的直徑)14″；-轉(zhuǎn)子56的長(zhǎng)度12-1/2″；-轉(zhuǎn)子56的最大寬度3″；-轉(zhuǎn)子56的深度3″；-驅(qū)動(dòng)軸55a-55a’的直徑5/8″；-密封墊57a,57b和57c的橫截面直徑3/16″。
塊件50和56可以是硬PVC；驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)臂可以是316型不銹鋼；密封墊是填充玻璃粉的聚四氟乙烯。
在圖4(a)中，塊件50基本呈正方形。顯然它也可以是具有比通過開孔54中心的圓的直徑稍大直徑的圓形。例如，如果后一種圓的直徑為14″，則塊件50的直徑可以是16″?？蛇x擇地，塊件50可以具有任何所需的周邊形狀，只要它不明顯降低所得到的多流轉(zhuǎn)換裝置的機(jī)械強(qiáng)度且允許兩個(gè)這樣的塊件緊密結(jié)合在一起即可。兩個(gè)塊件50不必有相同的外部尺寸或周邊形狀。另外這些塊件不必相同。例如，結(jié)合圖4(a)和4(b)來看，每個(gè)塊件50有一相同的腔室，它們共同具有用于接納轉(zhuǎn)子56的空間。顯然，需要的腔室在塊件之間可以不等分。包括這樣一種可能性，即整個(gè)腔室在一個(gè)塊件中，另一個(gè)塊件基本上起蓋板的作用。如上所述，做為流體管道入口和出口的孔可以按任何需要的方式分布于兩個(gè)塊件50之間，不管哪一個(gè)包含容納轉(zhuǎn)子56的腔室。同樣顯然地，腔室可以由一段正圓柱構(gòu)成，兩端用平板封口，封口板中的一個(gè)或兩個(gè)包含開孔52a,52b,“53a”和“53b”。連接螺栓或連桿可以與圓柱軸線平行經(jīng)過圓柱壁或穿出圓柱壁之外。該圓柱可以粘到或焊到(包括溶劑焊)端板中的一個(gè)或兩個(gè)上和/或可以裝入該端板上具有任何所需橫截面的凹槽中。圖4(a)的結(jié)構(gòu)可以由這樣一段正圓柱和一塊平端板組成。然而，裝配好的腔室51可以包含圓的臺(tái)肩，在57a’和57b’上的密封圈或滑片搭在臺(tái)肩上。類似地，轉(zhuǎn)子56可以環(huán)繞在57a’和57b’上，以便從密封圈或滑片上除去應(yīng)力并為塊件50提供更好的封閉。
同樣顯然地，用轉(zhuǎn)子56和一個(gè)由單獨(dú)圓柱體或單獨(dú)塊件50(有一蓋板)提供的腔室，開孔52a、52b，“53a”和“53b”中的一部分或全部可以移到圓柱體壁上。
圖4(a)和4(c)中多路水流轉(zhuǎn)換裝置中的流體表壓趨向于使兩個(gè)塊件50彼此分開。因此為了阻止流體泄漏和滲漏到塊件50之外以及在塊件50內(nèi)部互泄和互滲，塊件50必須固定在一起，封閉壓力或多或少與流體表壓成正比。這可以按如上所述那樣，用連桿和/或螺母螺栓方便地實(shí)現(xiàn)。在螺母和/或螺栓頭與塊件50間可以有墊圈、緊固墊圈。Belleville墊圈和/或彈簧，后面兩種零件在塊件50的材料與連桿和/或螺栓材料具有不同熱膨脹系數(shù)的情況下有助于保持密封壓力?？梢园呀饘侪h(huán)放在開孔54所在圓上，在萬一被處理的流體表壓太高時(shí)，它可以幫助分散密封壓力，這種金屬環(huán)具有與開孔54對(duì)齊的開孔。本領(lǐng)域熟知的其它壓力分布方法也可以使用。例如，可以用星形輪、星形輪的每個(gè)腳放入對(duì)應(yīng)于開孔54的洞里。星形輪可以有一個(gè)中心孔、驅(qū)動(dòng)軸55a或55a’通過它。星形輪應(yīng)設(shè)計(jì)成在塊件50的表面均勻地分布封閉壓力?？蛇x擇地，塊件50可以有放射狀的加強(qiáng)肋(支持物)，這些加強(qiáng)肋通常從開孔54朝塊件50中心的方向延伸一段距離。
本發(fā)明多路水流轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)子56可以用各種方法轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4(a)4(b)、4(c)和4(d)示出了一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸55a-55a’，它穿過塊件50并固定到轉(zhuǎn)子56的中心。驅(qū)動(dòng)軸可以用手轉(zhuǎn)動(dòng)，例如，借助操縱桿，桿組或連接在驅(qū)動(dòng)軸外周部分的手輪。在此情況下，塊件50應(yīng)有合適的標(biāo)志來指示旋轉(zhuǎn)桿、桿組的正確位置，或者它和/或應(yīng)有止動(dòng)器或制動(dòng)器來限制或阻止轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。止動(dòng)器或制動(dòng)器可以在腔室51內(nèi)部，尤其如果轉(zhuǎn)子在10:30和1:30的位置之間來回移動(dòng)時(shí)更是如此。
驅(qū)動(dòng)軸也可以利用各種本領(lǐng)域熟知的傳動(dòng)裝置來定位，如此，利用齒輪齒條副型氣動(dòng)、水動(dòng)或電動(dòng)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置。這種傳動(dòng)裝置可以是慢轉(zhuǎn)的或是快轉(zhuǎn)的。如果傳動(dòng)裝置是慢轉(zhuǎn)的，則本發(fā)明的多路水流轉(zhuǎn)換裝置可以或者是先開后關(guān)型或者是先關(guān)后開型；如果是快轉(zhuǎn)的，則優(yōu)選采用先開后關(guān)操作以便盡可能地減少水錘現(xiàn)象。如果驅(qū)動(dòng)軸端部有一個(gè)沿一合適扇輪帶有輪齒的輪子，那么該輪子可由電動(dòng)、氣動(dòng)或水動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的蝸輪或小齒輪驅(qū)動(dòng)。帶齒的輪子可以由鏈條或帶齒的帶子驅(qū)動(dòng)，鏈條和帶齒的帶子又由鏈輪或主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，鏈輪和主動(dòng)輪又由上述的一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸可以與一個(gè)具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性(如，100英寸一磅)的馬達(dá)配合，如行星輪馬達(dá)。兩個(gè)或多個(gè)多路水流轉(zhuǎn)換裝置可以用1個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成一組。
參考圖3和4，圖4中的一套多路水流轉(zhuǎn)換裝置顯然一方面可以替換三通閥35和36，另一方面，第二套這種裝置可以替換三通閥37和38。參考圖5，一個(gè)普通EDR套件在其端塊上具有入口歧管的多個(gè)開口，如52a和52b所示。52a和52b的面積是每個(gè)約0.02平方英尺，即對(duì)應(yīng)于80號(hào)的標(biāo)稱管尺寸2″。52a和52b的中心距離是約4″。在相同套件端塊的另一長(zhǎng)邊有一對(duì)鏡像對(duì)稱的出口歧管，52b與它的鏡像歧管間的中心線距離是約7.2″。這樣一個(gè)EDR套件在其每端有一塊端板，當(dāng)該套件由幾百塊離子交換膜組成時(shí)，通過套件的兩個(gè)端板而實(shí)現(xiàn)該套件的水力學(xué)連接。
在圖5中，51表示多路水流轉(zhuǎn)換裝置中的空腔。它可以由一個(gè)內(nèi)徑約為7-11/32″并且固定到EDR套件端板上的正圓柱構(gòu)成。該圓柱段的材料可以是硬塑料或塑料包覆或橡膠包覆的鋼。一個(gè)蓋板可以裝在圓柱體上，該蓋板具有可供80號(hào)標(biāo)稱2″管子用的管道，這種管道位于圖5中所示的虛線圓圈53a和53b處。蓋板可與圓柱部分結(jié)合成一體。56表示一個(gè)處于所示位置的轉(zhuǎn)子，一條從52b到53b的第一流體管道和一條從52a到53a的第二管道。當(dāng)該套件反過來時(shí)，轉(zhuǎn)子56可以沿任一方向轉(zhuǎn)90°，于是它提供一條從52b到53a的第一管道和一條從52a到53b的第二管道。
一套EDR設(shè)備可以由兩個(gè)或多個(gè)EDR套件串聯(lián)組成，每個(gè)套件具有幾百塊離子交換膜。這種情況下，如圖5所示，串聯(lián)中的第一個(gè)套件在一塊端板上具有一個(gè)多路入口轉(zhuǎn)換裝置，而第二個(gè)套件在相反一面的端板上具有一個(gè)同樣的多路入口轉(zhuǎn)換裝置。這種串聯(lián)中的最后一個(gè)套件可以在其一塊端板上具有一多路出口轉(zhuǎn)換裝置，正象圖5所示，而第二個(gè)這種裝置則在相反一面的端板上。在串聯(lián)套件之間的水流方式是將第一套件的稀釋液出口與第二套件的稀釋液入口直接聯(lián)通，以及將該第一套件的濃縮液出口與該第二套件的濃縮液入口直接聯(lián)通。
參考圖5，如果需要，可以將上述蓋板與上述圓柱段結(jié)合在一起，并且可以用螺栓固定到端板上，這樣就能壓縮這兩塊端板，使其擠緊該EDR套件。
根據(jù)本發(fā)明，多路水流轉(zhuǎn)換裝置也可以與EDIR套件的端板結(jié)合在一起。
在EDR-EDIR套件端板上的歧管開口52a和52b分別是不規(guī)則四邊形和長(zhǎng)方形，與EDR和EDIR套件的離子交換膜和膜間襯墊上類似形狀的開口對(duì)齊，從而形成供內(nèi)部液體流動(dòng)的歧管。這種開口52a和52b的形狀在該端板的外表面上顯然可以是圓的，但在通過該端板的整個(gè)厚度之后其截面就變成了所說的不規(guī)則四邊形和長(zhǎng)方形。
許多其它多路水流轉(zhuǎn)換裝置都可能在本發(fā)明范圍內(nèi)，只是在細(xì)節(jié)上與圖4和5中所公開的裝置有所不同。例如在圖6中，(a)代表一個(gè)帶有開孔2,4,6,8,10,12,14和16的板，管道可以接到這些孔上，就這個(gè)實(shí)例來說，接到該圖所示平面下方的孔上。因此，板(a)一般可裝到例如固定于EDR或EDIR套件的端板或端塊上的位置。在圖6中，(c)代表第二塊帶有開孔1,3,5,7,9,11,13和15的板，管道也可以接到這些孔上，就本實(shí)例來說，接到該圖所示平面上方的孔上。板(a)一般也因此按一定距離被固定。一個(gè)多通多路水流轉(zhuǎn)換裝置可以例如通過把圖6的零件(b)放在零件(a)的上面且把零件(c)放在零件(b)的上面而組成。在零件(b)中，A、B、C、D、E、F、G和H是長(zhǎng)橢圓形普通曲線管道。零件(b)可以在零件(a)和(c)之間轉(zhuǎn)動(dòng)。
疊起來看-管道A連通孔1和2(在孔1和2間形成管道)；-管道B連通孔3和4(與孔3和4形成管道)；-管道C連通孔5和6(在孔5和6間形成管道)；-管道D連通孔7和8；及-管道E連通孔9和10。
由管道F、G和H提供的通道可通過對(duì)圖的觀察而變得明顯。如果圖6的零件(b)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，那么顯然管道A將連通孔2和3，并且其它字母標(biāo)號(hào)的管道將類似地連接到不同的成對(duì)的數(shù)字標(biāo)號(hào)孔中。另外，如果零件(b)代之以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，那么顯然管道A將連通孔1和8(代替1和2或2和3)且其它字母標(biāo)號(hào)的管道將類似地連接到不同的成對(duì)的數(shù)字標(biāo)號(hào)孔中。
圖6裝置允許8條同時(shí)流動(dòng)的液流相互換接，例如就一個(gè)EDR或EDIR套件或它們的組合裝置而言，包括稀釋的流入液和流出液，濃縮的流入液和流出液，陽極的流入液和流出液，及陰極的流入液和流出液。如果圖6的裝置裝在這種套件的端板和/或端塊上，那么該端塊內(nèi)的管道(如孔道)可以把孔1到孔8與該套件中適當(dāng)?shù)膬?nèi)部歧管相連接。顯然，流體與該套件另一端的電極的連通也能通過內(nèi)部歧管來實(shí)現(xiàn)，另外，也可通過外部管道，例如管子，來實(shí)現(xiàn)。
雖然上面公開的是一種具有8個(gè)開孔的外部定子板以及具有8條流體通道的內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子板，但是對(duì)于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然在本發(fā)明范圍內(nèi)許多其它的組合也是可能的，組合的細(xì)節(jié)取決于該裝置打算應(yīng)用的細(xì)節(jié)。
圖6的零件(a)、(b)和(c)可由上面在討論圖4時(shí)所列出的任一種材料制成。中心盤必須在外面板之間旋轉(zhuǎn)且一般與后者緊密相鄰或挨著。在此情況下，中心盤與外面板不能粘合或咬住。中心盤(和/或外板)可以有自潤(rùn)滑特性，它可以是例如尼龍，石墨，滑石或聚四氟乙烯?？梢允褂靡环N石墨中心轉(zhuǎn)子，例如可以用鋼或不銹鋼的外板。轉(zhuǎn)子可由如鉛或包有聚四氟乙烯的不銹鋼組成。碳可以用來與玻璃、陶瓷、瓷料或涂瓷料的鋼相配合。陶瓷一般可用來與陶瓷相配合。中心盤與外盤間的配合面可以涂上潤(rùn)滑劑，如硅油或蠟，二硫化鉬、聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、滑石和石墨。金屬的配合表面可以通過鍍錫(如與巴氏合金或青銅配合)來減少轉(zhuǎn)動(dòng)零件與固定件之間的摩擦。
下面的表列出了一些選用的配合材料之間靜摩擦和動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)靜止滑動(dòng)干油潤(rùn)滑干油潤(rùn)滑硬鋼在硬鋼上 0.780.110.420.029硬鋼在石墨上 0.210.09— —軟鋼在軟鋼上 0.74— 0.57 —鋁在鋁上 1.05— 1.4 —青銅在鑄鐵上 — — 0.22 0.77黃銅在軟鋼上 0.51— 0.44 —錫在鑄鐵上— — 0.32 —碳在玻璃上— — 0.18 —鑄鐵在鑄鐵上 1.10— 0.15 —
摩擦系數(shù)定義為摩擦力與把兩個(gè)平的物體壓在一起的力的比值。顯然，配合表面的選擇能使需要加在中心轉(zhuǎn)子上的起動(dòng)和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生顯著差異。
流體從本發(fā)明的閥向外泄漏或滲漏是不希望的。被處理液流之間的互泄或互滲也是不希望的。如果配合面能精確地連接或配合而且它們沒有咬住而是被潤(rùn)滑或自潤(rùn)滑，那么實(shí)際上互滲可以忽略不計(jì)。另一方法，在外板(定子)上的孔和/或在中心板(轉(zhuǎn)子)上的管道可以用墊片包圍起來，墊板最好固定到板上或與板結(jié)合成一體。墊板可以加潤(rùn)滑劑或是自潤(rùn)滑。
象上面圖4中提到的，流經(jīng)本發(fā)明的多路水流轉(zhuǎn)換閥的流體的壓力趨于使塊或板彼此分離。因此，為了阻止向外泄漏和滲漏以及內(nèi)部互滲，封閉壓力的大或小與流體表壓成正比。如果外面的靜止盤(定子)明顯大于里面的，由圖7示出的可旋轉(zhuǎn)盤(轉(zhuǎn)子)，那么這可以方便地實(shí)現(xiàn)。
在圖7中，“P”代表接到板“a”上兩個(gè)孔的管，“t”是連桿，“n”是螺母，把板“a”和“c”壓在可轉(zhuǎn)盤“b”上，“s”是支座，是從管子上仔細(xì)切得的短管，用于防止過壓及板“a”和“c”的變形。(支座“s”可以由帶有適合讓連桿“t”通過的穿孔的一段正圓柱代替)。這種圓柱段也可用于其它目的它能容納向外泄漏或滲漏的液體，任選地帶有一滲水孔以排出任何這種泄漏或滲漏的液體；它可以用氣封或水封(如用滲漏液本身，從而減少內(nèi)外盤界面之間滲漏的趨勢(shì)；它能與內(nèi)盤“b”接觸，從而允許其它流體連接從圓柱的側(cè)面到可轉(zhuǎn)盤“b”的周圍；圓柱與外板可以共同地形成一個(gè)腔室以便讓如圖4中所討論那樣的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)水流轉(zhuǎn)換元件在其中轉(zhuǎn)動(dòng))。
在螺母“n”和板“a”和/或“c”之間可有墊圈、緊固墊圈、Belleville墊圈和/或彈簧。連桿和螺母可由螺母螺栓代替。圖7(b)示出一個(gè)金屬環(huán)，它可以放在板“a”上，以便在由于被處理的流體表壓突然增高的情況下促使密封壓力分散?！癏”是環(huán)“r”上的孔，它們與板“a”和“c”上類似的孔對(duì)齊。第二個(gè)金屬環(huán)可以類似地裝在板“c”的下邊。在圖7(b)中連桿和螺母(或螺母和螺栓)沒有示出。在圖7(a)和7(b)中，“d”是一個(gè)穿過板“a”并接到板“b”上的驅(qū)動(dòng)軸，象上面討論的那樣，該軸用于使板“b”相對(duì)于板“a”和“c”轉(zhuǎn)動(dòng)。在高流體壓力和高轉(zhuǎn)矩作用在螺母“n”上(為了把板“a”和“c”壓在板“b”上)的情況下，可能使板“a”和“c”發(fā)生明顯變形，從而導(dǎo)致在板上的兩個(gè)開孔之間的交叉泄漏。這種變形可以通過例如增加板“a”和“c”厚度、減小環(huán)“r”的內(nèi)徑甚至到0(盡管在環(huán)“r”上給管“p”和驅(qū)動(dòng)軸“d”留有開孔)來阻止?？梢杂闷渌绢I(lǐng)域熟知的方法。例如，出于減少重量的考慮，環(huán)“r”可以象圖4中提到的那樣由星形輪或支持物(放射狀加強(qiáng)肋)來代替。
圖6和7中的閥的中心板可以按各種形式轉(zhuǎn)動(dòng)。圖7中例如示出了一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸“d”，該軸穿過閥的一塊外板并接到該中心板的中心。驅(qū)動(dòng)軸與中心板間的剛性配合可以按各種形式裝配。例如在中心板(轉(zhuǎn)子)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸的端部可以帶有一個(gè)任何方便形狀的孔(如圓形、正方形、六邊形、三角形)，一只銷子穿過該孔，該銷子具有與驅(qū)動(dòng)軸上的孔相對(duì)應(yīng)的橫截面，該銷子具有明顯大于驅(qū)動(dòng)軸直徑的長(zhǎng)度。另一方法是，驅(qū)動(dòng)軸可以穿過銷子中合適形狀的孔。該銷子可以緊裝在一個(gè)與驅(qū)動(dòng)軸成直角地穿過中央板的孔里。另外，用另一個(gè)例子的方法，驅(qū)動(dòng)軸可以端接于一個(gè)與驅(qū)動(dòng)軸結(jié)合成一體、焊到驅(qū)動(dòng)軸上或以其他方式固定到驅(qū)動(dòng)軸上的星形輪上，驅(qū)動(dòng)軸的末端與星形輪一起在加工中央板的過程中嵌入中央板中。例如，中心板可以鑄在星形輪周圍或者中心板可以由兩個(gè)或更多的盤構(gòu)成，至少一個(gè)盤帶有容納星形輪腳的槽。中心板的一個(gè)表面或雙面可以帶有一個(gè)或多個(gè)垂直于驅(qū)動(dòng)軸的凹槽，這種凹槽可容納接到驅(qū)動(dòng)軸上的桿(具有任何方便的橫截面形狀)。在某些構(gòu)成材料的情況下把驅(qū)動(dòng)軸焊到中心板上可以使其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，也就是說，這種焊接足以耐受轉(zhuǎn)動(dòng)中心板的力矩。中心板和驅(qū)動(dòng)軸可以鑄成一個(gè)整塊或由一大塊合適材料加工而成。
如圖4中提到的，驅(qū)動(dòng)軸“d”可以用手轉(zhuǎn)動(dòng)，如用操縱桿、桿組或接到驅(qū)動(dòng)軸外部的輪子或者用各種驅(qū)動(dòng)器定位。圖6或7的中心盤可以交替地由圖4中討論的大多數(shù)傳動(dòng)裝置中的圓周邊緣來驅(qū)動(dòng)。例如操縱桿可通過圓盤的邊緣連接；圓盤可由平的、V型或帶齒的帶子或鏈條驅(qū)動(dòng)，圓盤的邊緣相應(yīng)地是平滑的、帶槽的或帶齒的；圓盤至少在其邊緣的一部分上帶有齒并由齒條、小齒輪或蝸輪副來驅(qū)動(dòng)。在任何一種這些情況中，夾緊裝置必須被裝成不影響驅(qū)動(dòng)裝置。
這里所討論的驅(qū)動(dòng)裝置并不是限定的、詳盡的或全部包括的。有用的驅(qū)動(dòng)裝置或定位器(包括步進(jìn)或多步驅(qū)動(dòng)裝置或定位器)在本領(lǐng)域是眾所周知的，并容易地適應(yīng)于本發(fā)明的多路水流轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明的多路水流轉(zhuǎn)換閥上面已經(jīng)做為一種開/關(guān)裝置進(jìn)行了討論，它能轉(zhuǎn)換幾路水流。它也可以關(guān)掉這些水流中的全部或一些。(例如，如果圖6(b)中可旋轉(zhuǎn)盤向右或向左轉(zhuǎn)22.5°，那么管道A,B,C和D將不在任何成對(duì)數(shù)字標(biāo)號(hào)的開孔之間提供通道)。本發(fā)明的水流轉(zhuǎn)換裝置也可以用于控制液流的流動(dòng)速度。例如參考圖6，如果中心盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)很少幾度，那么例如參考管道“A”，這種管道裝置的右手端將節(jié)制經(jīng)過圖6(a)中孔2的水流(而不阻礙經(jīng)過圖6(c)中孔1的水流。(如圖6所示，經(jīng)過圖6(a)中所有外部開孔的水流將類似地被由對(duì)應(yīng)的字母標(biāo)號(hào)的管道裝置節(jié)流)。顯然任何管道裝置的長(zhǎng)度可以充分延伸，從而當(dāng)中心板發(fā)生小位移時(shí)，它們將不節(jié)流它們所傳導(dǎo)的水流，而同時(shí)其他管道裝置則節(jié)流它們所傳導(dǎo)的水流。類似地，任何可以通過選擇數(shù)字標(biāo)號(hào)開孔的形狀來提高或減小由于轉(zhuǎn)子發(fā)生小位移所造成的節(jié)流。如果期望由中心盤的小位移來控制水流，那么合適的傳導(dǎo)裝置和/或孔可以具有方便于這種控制的形狀。例如圖6(a)中的開孔10可以有三角形橫截面，該三角形的一個(gè)頂點(diǎn)指向逆時(shí)針和/或圖6(b)中管道裝置“E”可以有三角形順時(shí)針末端、代替所示圓端、三角形頂點(diǎn)指向順時(shí)針。
在圖4、6和7的討論中，轉(zhuǎn)子具有平面平行表面，而固定塊、板或圓盤至少有一個(gè)處處與一轉(zhuǎn)子平面充分配合的平面。更一般地，固定件的表面與轉(zhuǎn)子配合的表面處處充分對(duì)齊是很必要的，不管在轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過多大角度，例如，如果圖4中轉(zhuǎn)子56在10:30與1:30時(shí)鐘位置間前后僅轉(zhuǎn)動(dòng)90°，那么該轉(zhuǎn)子必須在從10:30到1:30和從4:30到7:30的弧形上與塊件50對(duì)齊。(在這兩個(gè)塊件或轉(zhuǎn)子的兩個(gè)對(duì)面臂上，對(duì)齊不必相同。所以在任何運(yùn)動(dòng)弧形板中，兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面可以是從轉(zhuǎn)子和相鄰定子表面的中點(diǎn)延伸到這些元件邊緣的一條線在旋轉(zhuǎn)時(shí)所形成的任何表面。如果這條線是直線(即半徑)，那么轉(zhuǎn)子和定子表面相應(yīng)部分是平面；如果這條線是曲線(包括多曲線)處在平行于轉(zhuǎn)子和定子的軸線方向，那么相應(yīng)表面部分將是旋轉(zhuǎn)曲面，例如圓、橢圓、拋物線等的部分旋轉(zhuǎn)面，每種情況下，曲面的軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸一致。
顯然如果轉(zhuǎn)子表面是凹的，那么因此表面必須與相鄰定子表面處處配合，后者表面全部相對(duì)運(yùn)動(dòng)的弧必須是凸的。轉(zhuǎn)子的兩個(gè)表面不必具有相同的曲率；例如，一個(gè)面可以是例如一個(gè)扁橢球面的凹的部分而另一個(gè)是一個(gè)長(zhǎng)橢球面凸的部分。相關(guān)表面部分實(shí)際上可以具有任何形狀，只要它們是旋轉(zhuǎn)面，且相鄰定子表面是可旋轉(zhuǎn)盤表面的負(fù)面。例如表面可以具有一個(gè)或多個(gè)呈任何理想橫截面形狀的圓峰或谷。這種峰和/或谷可以幫助固定定子和轉(zhuǎn)子、還可減少轉(zhuǎn)子的任何中央驅(qū)動(dòng)軸的彎矩。
圖8簡(jiǎn)明地示出本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案。為了便于解釋，假設(shè)塊(b)放在塊件(c)上且(a)放在(b)上。一旦以這種形式裝配，閥可以按任何方向定向。在圖8(a)和8(b)中由實(shí)線包圍的圓代表經(jīng)過定子(a)和(b)延伸到與管與管道相通的孔，而由虛線包圍的弧形橢圓代表凸起于定子邊上而與轉(zhuǎn)子(b)相鄰的管道。在顯示的方位，接通情況是19到21；20到22；17到23；及18到24。如果轉(zhuǎn)子或順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)45°，則接通情況是19到24；20到21；17到22；及18到23。
圖9簡(jiǎn)明地示出本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，它能用一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置把圖3中5個(gè)3通閥的功能合并在一個(gè)帶有起動(dòng)器的多路轉(zhuǎn)換裝置中。圖9僅是在本發(fā)明范圍內(nèi)能用于合并這些功能的幾個(gè)可選方案之一。流路F1,F2,P1和P2可通過鑄造或機(jī)械加工而形成于定子(a)中。流路由用陰影表示的圓柱壁分開。連接到1個(gè)或多個(gè)的EDR或EDIR套件的管或管道與示于圖9(h)中定子9(a)下面的每個(gè)流路中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)聯(lián)通。具有這種流路且與轉(zhuǎn)子相鄰的圖9(a)中定子的側(cè)面由一個(gè)具有由小圈表示的開口的圓盤(如石墨盤)覆蓋，也象圖9(h)中表示的那樣。顯示在1:30和7:30位置的溝道，它們換接水流F1和F2的流路，使其彼此不連通。顯示在4:30和10:30位置的溝道。它們換接流路P1和P2，也使其彼此不連通。上面提到的溝道示于圖9(a)由10:30到4:30的一個(gè)剖面圖9(e)中和9(a)的a-a剖面圖9(f)中。
覆蓋定子9(a)的轉(zhuǎn)子側(cè)面的圓盤可以通過焊接(包括溶焊)，螺紋或螺栓固定于定子9(a)上，或以其它方式固定于后者上，或者可以是定子的一個(gè)組成部分。
圖9(b)簡(jiǎn)明地示出一個(gè)具有管道Q、R、S和T的轉(zhuǎn)子。圖9(a)示出了一個(gè)第二定子，它的結(jié)構(gòu)如圖9(a)中所討論的那樣，它具有一個(gè)進(jìn)入到一個(gè)EDR或EDIR套件的稀釋室的流路(Di)；濃縮室入口(Ci)；稀釋室出口(Do)和濃縮室出口(Co)。在3:00和9:00點(diǎn)鐘位置是示出的溝道，當(dāng)由管道s連接時(shí)，允許P1和P2的水流通過旁路(Do)以代替連接點(diǎn)(Co)(即把任何不合格稀釋排出液送入濃縮液流。)圖9(c)中的定子的帶有流路且與轉(zhuǎn)子相鄰的一側(cè)被一個(gè)具有由小圈代表的開口的圓盤所覆蓋，也象圖9(d)和9(g)中表示的那樣。圖9(d)是圖9(c)從9:00到3:00點(diǎn)鐘位置的剖面圖，它示出了上面討論過的定子9(c)中的溝道。圖9(g)是圖9(c)從12:00點(diǎn)鐘到6:00點(diǎn)鐘位置的剖面圖，它示出了流路到服務(wù)于EDR和EDIR套件的液壓傳動(dòng)裝置的接頭。圖9中水流轉(zhuǎn)換裝置能服務(wù)于幾個(gè)布置成串聯(lián)或并聯(lián)排列的EDR和/或EDIR套件。
在運(yùn)行過程中，當(dāng)圖9(b)中管道處在12:00點(diǎn)鐘位置時(shí)，觀察到穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行。在到達(dá)所需的運(yùn)行時(shí)間之后，電流的極性被倒轉(zhuǎn)過來，此后不久(如圖3中討論的)，轉(zhuǎn)子9(b)順時(shí)針轉(zhuǎn)到3:00點(diǎn)鐘位置，允許一個(gè)短時(shí)間的過渡性運(yùn)行，其間P1和P2流向(Co)。這種旋動(dòng)也將F1和Di對(duì)應(yīng)于F2和(Ci)的連接方式改變成F2和(Di)對(duì)應(yīng)F1和(Ci)的連接方式。在短時(shí)間的過渡運(yùn)行之后，轉(zhuǎn)子9(b)順時(shí)針轉(zhuǎn)到6:00點(diǎn)鐘位置，達(dá)到在逆轉(zhuǎn)類型的穩(wěn)定態(tài)運(yùn)行。在經(jīng)過所需的運(yùn)行時(shí)間之后，電流的極性返回到觀察方向，此后不久，轉(zhuǎn)子9(b)轉(zhuǎn)到9:00點(diǎn)鐘位置，又達(dá)到過渡運(yùn)行，這時(shí)P1和P2均流向(Co)c。接著轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)到12:00點(diǎn)鐘位置，完成無限重復(fù)的循環(huán)。
優(yōu)選轉(zhuǎn)子9(b)以將水錘現(xiàn)象減至最低限度的速度離開12:00,3:00,6:00,9:00點(diǎn)鐘位置。一旦已離開這些位置，該轉(zhuǎn)子就能迅速移到下一個(gè)位置。EDR和/或EDIR套件可以通過把轉(zhuǎn)子9(b)停在12:00,3:00,6:00,9:00點(diǎn)鐘位置之間的任何位置來從水力學(xué)服務(wù)系統(tǒng)脫離。
圖6,7和8中，定子和轉(zhuǎn)子已經(jīng)被顯示為圓盤。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然這種形狀不是必須的。例如形成定子和/或轉(zhuǎn)子圓周的8個(gè)45°圓弧的任何幾個(gè)或全部可由圓的弦或甚至用具有負(fù)(凹的)曲率或任何其它出于美學(xué)，制造或應(yīng)用等原因的理想形狀來代替，出于密封和機(jī)械強(qiáng)度考慮，在定子或轉(zhuǎn)子的邊緣和各種管道或開孔之間都常常留出足夠的間距。類似地，圖9中定子和轉(zhuǎn)子可以具有任何理想形狀的圓周，它可以內(nèi)接9(a)、9(b)和/或9(c)的圖形。
圖6(b)和8(b)中的管道在圖中呈現(xiàn)為穿透的。它們從每個(gè)轉(zhuǎn)子的一個(gè)表面完全貫穿到對(duì)面。在許多情況下，這將是方便的。圖10舉例說明一些可供選擇的方案，這些方案在某些情況下是優(yōu)選的。當(dāng)與管道相聯(lián)的孔處在同一定子中時(shí)，圖10(c)和10(f)是有用的管道形式。如果所有孔(與各條管道相聯(lián)的)處在同一定子中，那么多路水流轉(zhuǎn)換裝置可以僅由一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成。圖10(b)、10(c)、10(d)和10(f)中的虛線提出一個(gè)構(gòu)成更復(fù)雜形狀的方法，如，轉(zhuǎn)子可以由兩層或多層構(gòu)成，它們通過溶焊、粘接，螺栓、螺紋或其它方式而固定在一起。
非常復(fù)雜的多路水流轉(zhuǎn)換可以通過利用兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子來處理，該轉(zhuǎn)子可以彼此接觸或被一個(gè)或多個(gè)定子分開。如果用兩個(gè)這種轉(zhuǎn)子，那么每個(gè)可以由自身中心驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)(它們可以是對(duì)置的，即從對(duì)§面外部定子進(jìn)來，或者可以是同軸的，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸在另一個(gè)中間)。兩個(gè)或多個(gè)這種轉(zhuǎn)子可以分別由上面討論的機(jī)構(gòu)通過它們的邊緣來驅(qū)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子是中心驅(qū)動(dòng)的，那么定子可以被緊密安裝的“有支座”的環(huán)分開，在此情況下，如果轉(zhuǎn)子被流體緊壓在這種有支座環(huán)的內(nèi)側(cè)(如通過合適的密封)，則從側(cè)面流入和/或流出的流也能實(shí)現(xiàn)流體連通。
權(quán)利要求
1.一種從至少兩個(gè)入口水流中的每一個(gè)中任意選擇連接方式的裝置，這些水流中的至少兩股同時(shí)流向一組至少兩個(gè)流出水流裝置中的一個(gè)或多個(gè)，所說的裝置包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)定位的第一主體，每個(gè)所說的第一主體具有一只旋轉(zhuǎn)軸及至少一個(gè)圍繞所說第一主體的所說旋轉(zhuǎn)軸的直線或曲線旋轉(zhuǎn)面，所說的表面與一個(gè)第二主體的表面配合，所說第二主體的表面也是一個(gè)圍繞所說第一主體的所說旋轉(zhuǎn)軸的直線或曲線旋轉(zhuǎn)面，所說第一主體提供至少第一和第二液流管道，每個(gè)所說的管道，具有第一端和第二端，至少每個(gè)所說管道的第一端位于所說第一主體的所說一個(gè)表面上，所說的第二主體提供至少第一和第二流體流動(dòng)管道，所說第二主體的每個(gè)所說管道具有第一端和第二端，至少所說第二主體的每個(gè)所說管道的第一端終止于所說第二主體的所說表面上，在所說第一主體中的每個(gè)所說管道的所說第一端和所說第二主體的每個(gè)所說管道的所說第一端位于這樣的預(yù)定位置a)所說第一主體的所說第一液流管道與所說第二主體的所說第一液流管道連通，并且所說第一主體的所說第二液流管道與所說第二主體的所說第二液流管道連通；以及b)當(dāng)所說第一主體圍繞所說的軸旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度時(shí)，所說第一主體的所說第一液流管道與所說第二主體的所說第二液流管道連通，并且所說第一主體的第二液流管道與所說第二主體的所說第一液流管道連通，所說裝置也包括用于讓所說第一主體相對(duì)于所說第二主體旋轉(zhuǎn)定位的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，它還包括一個(gè)具有至少第一組和第二組液流腔室的電滲析套件，所說第一組的構(gòu)件與所說第二組的構(gòu)件交替地排列，當(dāng)直流電按第一方向流過所說套件時(shí)，所說第一組的各室是稀釋室而所說第二組的各室是濃縮室，當(dāng)直流電按與所說第一方向相反的第二方向流過所說套件時(shí)，所說第一組的各室是濃縮室而所說第二組的各室是稀釋室，所說的第一和第二組室任選地包括一個(gè)離子交換樹脂構(gòu)件，該構(gòu)件允許液流通過，所說裝置還包括把所說第二主體的所說第一管道裝置與所說第一組液流腔室相連接的第一流體輸送裝置，以及把所說第二主體的所說第二管道裝置與所說第二組液流腔室相連接的第二流體運(yùn)輸裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當(dāng)?shù)谝恢黧w圍繞所說的軸旋轉(zhuǎn)所說的預(yù)定角度時(shí)，由所說第一主體提供的所說第一液流管道與所說第二主休的所說第一液流管道部分聯(lián)通，同時(shí)與所說第二主休的所說第二流體流動(dòng)管道部分聯(lián)通，以便使所說預(yù)定角的預(yù)定分?jǐn)?shù)小于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所說第一主體的所說表面通過一個(gè)或多個(gè)固定到所說第一主體的所說表面的墊圈而與所說第二主體的所說表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置具有至少同時(shí)流動(dòng)的入口水流Ci,Di,P1和P2和至少流出流Co,Do,F1和F2，其中，在所說第一主體的第一位置上，Ci與F1連通。Di與F2連通、P1與Co連通以及P2與Do連通，而在所說第一主體相對(duì)于第二主體的第二位置上，Ci與F2連通、Di與F2連通、P1與Do連通以及P2與Do連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所說的電滲析套件包括至少一個(gè)端塊，而所說第二主體與所說的至少一個(gè)端塊結(jié)合成整體。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，該裝置還包括-第一流體容積V1(升)由所說第一流體輸送裝置的流體容積(升)加上所說第一組液流腔室的流體容積(升)組成；-第二流體容積V2(升)由所說第二流體輸送裝置的流體容積(升)加上所說第二組液流腔室的流體容積(升)組成；-第一流體控制裝置，用于把通過所說第一組液流腔室的液體流量控制在預(yù)定的速率(升/秒)；-第二流體控制裝置，用于把通過所說第二組液流腔室的液體流量控制在預(yù)定的速率(升/秒)；-驅(qū)動(dòng)裝置，用于在時(shí)間t1驅(qū)動(dòng)所說裝置以使所說第一主體相對(duì)于第二主體旋轉(zhuǎn)定位；-用于在時(shí)間t2改變穿過所說套件的所說電流方向的裝置，其中t2基本上不大于t2+V3/F1和t2+V2/F2中較大者。
8.一種裝置，該裝置包括a)一個(gè)電滲析套件，它具有至少第一組和第二組腔室，每個(gè)所說的腔室在其第一端部具有一個(gè)第一流體溝道裝置，在具第二端部具有第二流體溝道裝置，所說第一組各室的構(gòu)件與所說第二組各室的構(gòu)件交替地排列，當(dāng)直流電按第一方向流過所說套件時(shí)，所說第一組各室是稀釋室而所說第二組各室是濃縮室，當(dāng)直流電在按與所說第一方向相反的第二方向流過所說套件時(shí)，所說第一組各室是濃縮室而所說第二組各室是稀釋室，所說第一和第二組的各室包括下列構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件1)引起電解質(zhì)朝向和遠(yuǎn)離所說套件的離子交換膜的對(duì)流傳質(zhì)的結(jié)構(gòu)；和2)離子交換樹脂基體，每個(gè)這種基體允許流體流過；b)至少第一和第二閥、每個(gè)閥任意選擇連接-來自至少兩股同時(shí)流動(dòng)的至少兩股入口水流中的一股；-到達(dá)至少兩個(gè)流出水流，每個(gè)所說的閥包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)定位的第一主體，每個(gè)所說的第一主體包括至少一個(gè)與第二主體的旋轉(zhuǎn)表面配合的旋轉(zhuǎn)表面，所說第一主體具有至少第一和第二流體管道，每個(gè)所說的管道具有第一端部和第二端部，至少每個(gè)所說管道的第一端部位于所說第一主體的所說一個(gè)表面上，每個(gè)所說閥的所說第二主體具有至少第一和第二流體管道，每個(gè)所說第二主體的所說管道具有第一端部和第二端部，至少所說第二主體的每個(gè)所說管道的第一端部位于所說第二主體的所說表面上，所說第二主體的每個(gè)所說管道的所說第一端部和所說第一主體中每個(gè)所說管道的所說第一端部位于這樣的預(yù)定位置-所說第一主體的所說第一流體管道與所說第二主體的所說第一流體管道連通，而所說第一主體的所說第二流體管道與所說第二主體的所說第二流體管道連通；以及-如果該第一體旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度，那么所說第一主體的所說第一流體管道與所說第二主體的所說第二流體管道連通，而所說第一主體的所說第二流體管道與所說第二主體的所說第一流體管道連通；-每個(gè)所說閥還包括用于使所說的第一主體相對(duì)于所說第二主體旋轉(zhuǎn)定位的傳動(dòng)裝置；c)第一流體歧管裝置把所說第一閥的第二主體的所說第一管道裝置與所說第一組腔室的所說第一流體溝道裝置相連通，第二流體歧管裝置把所說第一閥的所說第二主體的所說第二管道裝置與所說第二組腔室的所說第一流體溝道裝置相連通，第三流體歧管裝置把所說第二閥的所說第二主體的所說第一管道裝置與所說第一組腔室的所說第二流體溝道裝置相連通而第四流體歧管裝置把所說第二閥的所說第二主體的所說第二管道裝置與所說第二組腔室的所說第二流體溝道裝置相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所說的電滲析套件還包括在所說套件一端的第一端塊和在所說套件另一端的第二端塊，其中至少一個(gè)所說閥的第二主體與一個(gè)所說的端塊構(gòu)成一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，如果至少一個(gè)所說閥的所說第一主體旋轉(zhuǎn)所說的預(yù)定角度，那么所說第一主體提供的第一流體管道與所說第二主體的所說第一流體管道部分連通，同時(shí)與所說第二主體的所說第二流體管道連通，以便使預(yù)定角的預(yù)定分?jǐn)?shù)小于1。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，該裝置還包括-第一流體容積V1(升)由所說第一流體輸送裝置的流體容積(升)加上所說第一組液流腔室的流體容積(升)組成；-第二流體容積V2(升)由所說第二流體輸送裝置的流體容積(升)加上所說第二組液流腔室的流體容積(升)組成；-第三流體容積V3(升)由V1加上所說第三歧管裝置的流體容積(升)組成；-第四流體容積V4(升)由V2加上所說第四歧管裝置的流體容積(升)組成；-第一流體控制裝置，用于把通過所說第一組腔室的液體流量控制在預(yù)定的速率(升/秒)；-第二流體控制裝置，用于把通過所說第二組腔室的液體流量控制在預(yù)定的速率(升/秒)；-驅(qū)動(dòng)裝置，用于在時(shí)間t1起動(dòng)輔助執(zhí)行裝置，以便驅(qū)動(dòng)所說第一閥的所說第一主體相對(duì)于所說第一閥的所說第二主體旋轉(zhuǎn)定位；-用于在時(shí)間t2改變穿過所說套件的所說電流方向的裝置，其中t2基本上不大于t1+V1/F1和t1+V2/F2中較大者。-驅(qū)動(dòng)裝置，用于在時(shí)間t3驅(qū)動(dòng)所說執(zhí)行裝置，以便使所說第二閥的所說第一主體相對(duì)于所說第二閥的所說第二主體旋轉(zhuǎn)定位，其中，t3基本不大于t2+V3/F1和t1+V4/F2中較大者。
全文摘要
選擇連接裝置,用于把在至少兩股同時(shí)流動(dòng)的兩股或多股入口液流中的一股與至少兩股的一組出口液流中的一股或多股液流相連接。該裝置至少具有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的第一主體(50),它的一個(gè)第一表面與第二主體的第一表面相配合。第一主體(50)提供至少第一和第二流體管道(52a,52b),至少每條管道的一端終止于該第一主體的第一表面。該第二主體也提供至少第一和第二流體管道,至少每條管道的一端終止于該第二主體的第一表面。由第一主體提供的每條管道的第一端部和由第二主體提供的每條管道的第一端部均處于這樣的預(yù)定位置,以至使第一主體的第一管道與第二主體的第二管道相連通。當(dāng)該第一主體(50)旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定角度時(shí),第一主體的第一管道(52a)與第二主體的第二管道相連通,并且第一主體(50)的第二管道(52b)與第二主體的第一管道相連通。這種裝置可以與一個(gè)可逆型電滲析或電去離子套件的端板或端塊形成一體。
文檔編號(hào)F16K11/06GK1212636SQ97192730
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月11日
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