申请日2005.01.18
公开(公告)日2005.07.27
IPC分类号F16K11/085; C02F1/68; C02F1/44; F16K31/02; C02F1/00
摘要
本发明公开的三位五通转角阀，其旋转电磁铁转子、五通旋转阀转轴及手动扳手相互嵌合，同轴回转，从而具备自动手动两用、体积小、成本低的特点，不仅可替代现有自动控制阀，尤其适合小型水处理设备的自动控制。同时公开三种由该阀控制的水处理产品：全自动家用自来水处理系统，同时净化洗浴水和饮用水，洗浴水净化器十年以内无须更换滤芯，饮用水净化器换料周期成倍延长;除重金属污染净水器，可去除铅、砷、镍等数十种有毒重金属，确保矿山等水污染地区住户的饮水安全;洗浴水净化器不仅有利于热水浴时的人体健康，还有显著的美容护发效果，适宜美容美发店、浴室、宾馆客房的水处理，同时它还可以用于社区和单位的废水处理回收。
权利要求书
1.一种五通旋转阀，其特征在于：包括一阀芯，一阀套和一阀盖， 阀芯与阀套滑动配合，由阀盖密封;阀芯为圆柱形，上设一自来 水连通道，一滤水连通道，一排水连通道和一阀芯转轴，阀套和 阀盖上，设一进水口、一出水口、一滤水进口、一滤水出口和一 排污口。
2.一种三位五通转角阀，其特征在于：包括一控制器，一执行机构 和一根据权利要求1所述的五通旋转阀，控制器的控制信号驱动 执行机构，执行机构带动五通旋转阀做角位移，执行机构为旋转 电磁铁，还包括一手动扳手和三只限位开关，旋转电磁铁转子一 端与五通旋转阀阀芯转轴嵌合，手动扳手也与转轴连接，三者同 轴回转，限位开关安装在一固定支撑物上，并与旋转电磁铁定子 线圈电连接。
3.一种三位五通转角阀控制的全自动自来水处理系统，其特征在 于：系统包括一根据权利要求2所述的三位五通转角阀，一水净 化组件和一组后续用水单元，阀体上的进水口与自来水水源相连 接，阀体上的出水口与水净化组件的入水口相连接，阀体上的滤 水进口与水净化组件的出水口相连接，阀体上的滤水出口与后续 用水单元的入水口相连接，阀体上的排污口与下水道相连通。
4.根据权利要求3所述的三位五通转角阀控制的全自动自来水处 理系统，其特征在于：上述水净化组件为一装填KDF介质的滤 芯。
5.根据权利要求3所述的三位五通转角阀控制的全自动自来水处 理系统，其特征在于：所述水净化组件包括一烧结微孔管和置于 该烧结微孔管中空部位的一KDF滤芯，两者串联连接。
6.根据权利要求3所述的三位五通转角阀控制的全自动自来水处 理系统，其特征在于：所述水净化组件为一烧结微孔管和一置于 该管中空部位的KDF滤芯串联组成，所述后续用水单元包括一 洗浴水热水器和一饮用水净化器，饮用水净化器是活性炭净水 器、纳滤膜净水器、反渗透膜净水器中的一种。
7.根据权利要求3所述的三位五通转角阀控制的全自动自来水处 理系统，其特征在于：所述水净化组件中的滤水介质是石英砂， 麦饭石、离子交换树脂、颗粒活性炭、烧结微孔管中的一种。
8.根据权利要求3所述的三位五通转角阀控制的全自动自来水处 理系统，其特征在于：所述的后续用水单元是另一由三位五通转 角阀控制的水处理设备。
说明书
三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理系统
技术领域：
本发明涉及一种阀和一种由该阀控制的自来水处理系统，具体说涉及 一种三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理系统。
背景技术：
水的净化处理过程，就是根据不同水源的污染状况以及用户对水质的 具体要求，采用相应的水处理介质，通过物理的、化学的、生物的方法， 去除或减少水中有害污染物质的过程。
根据物质不灭定律，水中有害物质的减少必然引发净水介质中有害物 质的增加或有用物质的减少，当有害物质的增加或有用物质的减少达到某 一极限时，净水介质也就丧失了净化功能。例如颗粒活性炭可以吸附水中 余氯和有机污染物，但是吸附饱和后，活性炭的吸附功能完全丧失，如不 及时更换，还会引发新的污染。实验表明，在正常进水水质条件下，一升 体积的颗粒活性炭只能净化4立方米的水;离子交换树脂中的钠离子置换 硬水中的钙镁离子，实现水的软化，然而钠离子的含量降低到某一极限后， 离子交换树脂的软化功能随之消失;铜锌合金的KDF介质，通过氧化还 原反应，可以去除水中余氯及有毒重金属离子，但是在净化过程中，片状 介质的外表会沉积氧化铁和硫化铜等不可溶固态物，一旦这些固态物将 KDF介质完全覆盖时，KDF介质也就丧失原有的净化功能;石英沙以及各 类膜组件，可以去除水中的颗粒污染物，如果这些颗粒污染物不断沉积， 将导致净水介质堵塞失效等等。
因此，要保证净化处理后的水质量稳定可靠，前提是必须确保水处理 介质处于最佳的净化工作状态。为了实现这一目的，除了选用使用寿命长、 净水容量大的净水介质外，最为有效的措施就是在水处理系统中设置专门 装置，定期对净水介质进行反向冲洗和正向冲洗，及时清除净水介质中累 积的有害物质或再生补充净水介质中丢失的有用物质，使净水介质重新恢 复到最佳的净化状态。显然，此时的净水介质必须具备反冲洗后可再生的 特点。例如，KDF介质反冲洗后可立即再生，恢复到原有的质量状况，其 使用寿命可超过10年;石英沙和各类膜组件经反冲洗后也可恢复原有的 过滤功能;离子交换树脂经盐水反洗后同样可恢复原有的软化功能。然而 活性炭的水净化功能是通过毛细管吸附而实现的，在高温高压条件下才可 能再生，常温条件下的反冲洗不仅无法使其再生，相反会加速其饱和失效。
控制水处理系统在净化、反向冲洗、正向冲洗三种不同工作状态之间 循环转换的专门装置称为控制阀(Control valve)。
控制阀可划分为手动控制阀和自动控制阀。
本发明人在公开号CN1333185A中国专利申请和US6149809美国专利 中，曾公开了一种五通球阀(five-channel ball valve)，此阀存在以下不足： 一是只能手动控制，无法自动控制，用户使用极不方便;二是阀芯为球形， 阀套内腔为圆柱形，阀芯与阀套间必须增加上下两只密封套，使阀体体积 加大，且球状阀芯加工复杂，球体外径精度难以保证，既增加成本，又极 易发生水泄漏。
自动控制阀已广泛应用于集中制水企业以及工业水处理领域，产品多 为美国等跨国水处理公司设计制造。自动控制阀由控制电路、执行机构和 阀体三部分组成，控制器又分为时间控制型和流量控制型两种，时间控制 型是按照控制器预先设置的时间间隔周期性地发出一组指令信号，驱动执 行器完成规定动作，并带动阀体中的阀芯作机械位移，实现净水、反向冲 洗、正向冲洗三种工位之间的相互转换;而流量控制器则是预先设置一个 总的水流量，当净化水的累计流量达到预设值时，控制器发出一组指令信 号，驱动执行器并带动阀芯完成转换工位的操作。净水——反向冲洗—— 正向冲洗——净水，上述固定的操作规程是由水处理工艺所决定的，任何 类型的控制阀都应该满足。因此，尽管自动控制阀的种类很多，但控制器 的原理及具体设计大同小异，作为公知技术，本实用新型不作详述。
在自动控制阀中，执行机构接收到控制电路发出的指令信号后，带动 阀芯作机械位移，最终完成三种工作位置的相互转换。选取什么样的阀体 设计，配置何种执行机构，执行机构与阀体之间如何实现机械连接，这是 自动控制阀的关键技术，也是不同种类自动控制阀之间最重要的区别特 征。
现有技术中，按照阀体结构不同，自动控制阀可划分为管道排列型自 动控制阀和活塞型自动控制阀两种。所谓管道排列型，就是在阀体径向方 向并行排列若干根相互独立的水流导管，根据净水、反向冲洗、正向冲洗 三种不同工位时不同的水流方向及路线，有规律地关闭或开启相应的水流 导管，从而实现三工位的相互转换。很显然，在每根水流导管的入口处或 出口处装配一只管道电磁阀即可满足使用要求。也就是说，在管道排列型 自动控制阀里，一组管道电磁阀就是执行机构。所谓活塞型，阀体由一根 圆柱形阀套和一根圆柱形阀芯组合而成，阀套外壁在不同的轴向位置开有 若干个水流通道，阀芯与阀套内腔滑配合并可作往返活塞运动，当活塞分 别处于三种不同的工作位置时，进水将会分别按照净水、反向冲洗、正向 冲洗预设的水流走向流动，上述阀体设计，要求执行机构带动活塞杆进行 直线运动。现有技术中，例如美国Pentai公司生产的自动控制阀，阀体即 为活塞型，执行机构采用一旋转电机经减速器，通过齿轮传动拉动活塞作 往返直线位移。
现有的管道排列型自动控制阀以及活塞型自动控制阀，都存在以下不 足：
第一，控制阀三种不同工作位置之间的转换，只能电动完成，无法手 动控制。这样务必存在两种潜在风险：一是当自动控制阀出现任何故障时， 系统只能停机待修;二是在系统处于反向冲洗或正向冲洗操作过程中，遭 遇停电，手工无法使其复位到净水工位，只能关闭进水水源，停止用水， 否则会造成大量排水损失;第二，自动控制阀组件的体积无法实现小型化。 管道排列型自动控制阀，并行水流导管数量很多，为保证足够流量，管径 又不能很细，因而阀体径向尺寸无法缩小，为避免相邻水流导管中的管道 电磁阀相互间的电磁干扰，确保电磁阀闭合或开启动作可靠，阀体轴向尺 寸同样无法缩短;活塞型自动控制阀，执行机构是通过旋转电机的旋转运 动并经齿轮传动拉动活塞杆沿阀体轴线方向完成往返直线运动，因此，旋 转电机及与之配套的减速器的安装位置，以阀体为参照坐标，传动齿轮的 外齿在轴向方向上必须偏离阀体端面相应的距离，在径向方向上必须偏离 阀体中心轴线相应的距离，因此自动控制阀组件的体积同样无法实现小型 化。第三，制造成本偏高。通过上述简单描述，不难看出，无论是管道排 列型自动控制阀，还是活塞型自动控制阀，在执行机构带动阀芯实施三种 不同工作位置相互转换的过程中，需要控制的机械连接点数量很多，既使 元件数量增加，又使装配难度提高，制造成本必然偏高。
正是由于上述现有自动控制阀的不足，还直接影响到自动控制阀的进 一步推广使用。目前，集中制水企业、工商企业专业水处理部门是自动 控制阀的传统用户。这类用户，有专业操作维修队伍，有合理的维修备件 储备，有专门的水处理厂房，有必要的采购资金，对他们而言，现有自动 控制阀体积大，价格贵，只能电动无法手动的缺陷往往不被关注。
与此相反，对于普通家庭、小型单位、特殊行业的经营门店、水体污 染严重地区(多为贫困地区)的住户，他们购买配有自动控制阀的水净化 产品，由于不懂维修，也无维修配件，遭遇停电或自动控制阀出现故障， 只能关闭水源，停止用水;由于室内空间有限，供水管道又通常靠近地面 铺设，净水设备体积很大，不仅需要重新改变室内平面布置，还必须在空 中架设给排水管道;净水设备售价很贵、使用成本太高，用户难于承受。 此时，现有自动控制阀的上述不足，无疑将会成为用户关注的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既可电动，又可手动，体积小巧， 制造成本低的自动控制阀;同时，提供一系列满足不同用户需要，尤其是 满足普通家庭、小型单位、特殊服务行业经营店、特定水体污染地区住户 需要的由这种自动控制阀控制的全自动自来水处理系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种五通旋转阀，其特征在于：包括一阀芯，一阀套和一阀盖，阀芯 与阀套滑动配合，由阀盖密封;阀芯为圆柱形，上设一自来水连通道，一 滤水连通道，一排水连通道和一阀芯转轴，阀套和阀盖上，设一进水口、 一出水口、一滤水进口、一滤水出口和一排污口。
一种三位五通转角阀，其特征在于：包括一控制器，一执行机构和一 上述的五通旋转阀，控制器的控制信号驱动执行机构，执行机构带动五通 旋转阀做角位移，执行机构为旋转电磁铁，还包括一手动扳手和三只限位 开关，旋转电磁铁转子一端与五通旋转阀阀芯转轴嵌合，手动扳手也与转 轴连接，三者同轴回转，限位开关安装在一固定支撑物上，并与旋转电磁 铁定子线圈电连接。
一种三位五通转角阀控制的全自动自来水处理系统，其特征在于：系 统包括一上述的三位五通转角阀，一水净化组件和一组后续用水单元，阀 体上的进水口与自来水水源相连接，阀体上的出水口与水净化组件的入水 口相连接，阀体上的滤水进口与水净化组件的出水口相连接，阀体上的滤 水出口与后续用水单元的入水口相连接，阀体上的排污口与下水道相连 通。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果。
第一，与CN1333185A中国专利申请和US6149809美国专利中的五通 球阀比较，三位五通转角阀中的五通旋转阀阀芯改球形为圆柱形，在依然 保持原有全部功能的情况下省去两只密封套，使阀体径向及轴向尺寸同时 缩小，且阀芯加工简单，外径精度易于保证，不仅节约物料成本和加工成 本，还解决了水泄漏等质量瑕疵;第二，作为一种全新的自动控制阀，三 位五通转角阀不仅可以完成现有自动控制阀具备的所有自动换位功能，而 且还可以手动完成换位操作，倘若遭遇停电或控制器、执行机构出现故障 (五通旋转阀阀体的机械设计保证了其故障率极低)时，用户不需装卸任 何零部件，只要用手拨动手动扳手，同样可以完成换位操作，免除了用户 对现有自动控制阀无法手动复位，担心出现系统故障或停电时，只能关闭 水源，暂停用水的后顾之忧;第三，执行机构采用旋转电磁铁转子与阀杆 同轴向直接连接，不用减速器和任何换向元件，机械连接点仅有一处，使 总体积减至最小，与相同体积旋转电机相比，旋转电磁铁的旋转力矩更大; 第四，由于机械连接仅有一处，又无高速旋转运动，阀体和执行机构结构 简单，零件数量少、加工工艺简单、装配工序少、材质要求一般，制造成 本低。
自动控制阀作为全自动自来水处理系统中的关键组件，在相当程度上， 它的几何尺寸及结构形式、操作方法、制造成本决定了整个水处理系统的 技术方案和使用对象。
针对不同用户的个性化需求，下述几种由三位五通转角阀控制的全自 动自来水处理系统，同样具有显著效果。
具体方案一，除重金属污染净水器。
砷、铅、镍、铬、镉、汞、银等有毒重金属对人体生命健康危害极大， 通常，在上述重金属矿区周围，水源中有害重金属含量往往超过饮用水安 全标准;例如甘肃省白银市，是闻名于世的“镍都”，水源中的镍含量严 重超标，所谓“一方水土养一方人”，尽管采取不同的治理方案，都无法 杜绝当地居民使用当地水源，因而，“除重金属污染净水器”的使用价值 凸显无疑。
KDF介质对上述有毒重金属的去除率都在99%以上，在满足定期反向 冲洗、正向冲洗的工艺条件下，有效寿命超过十年。
本技术方案的“除重金属污染净水器”，由一只三位五通转角阀和一根 KDF介质滤柱组合而成。由于仅需对饮用水净化处理，流速和处理水量都 不大，所需KDF数量不多，产品成本低，体积较同类活性炭净水器还小， 兼有电动、手动两种功能，尤为用户青睐的将是，在正常家用电器有效寿 命的期限内，“净水器必须定期更换滤芯”的常规被彻底破除。
具体方案二，全自动家用自来水处理系统。
管道自来水加氯消毒，历史久远，尽管在二十世纪中叶，美国有几个 州曾一度立法禁止该工艺，然而对比实验结果表明，唯有氯气在水中最稳 定，消毒效果最好，最终还是恢复氯气消毒工艺。我国强制性国家标准， 要求自来水终端出水中的游离余氯含量不得低于0.05毫克/升，并未规定 含量上限，以上海为例，自来水游离余氯含量大体为0.2毫克/升，夏季更 高。
自来水采用氯气消毒的负面作用早已为科学界公认。原因在于游离余 氯与水中有机物结合，生成三氯甲烷、三氯乙烯等有毒致突变物质，有毒 物质的合成速度与水温呈指数关系上升。上述有毒物质不仅经饮水进入人 体，还在洗浴过程中，经呼吸道皮肤侵入人体。研究实验表明，在热水浴 时，人体在弥漫在浴室中有毒物质的摄入量是饮水时的6～100倍。上述有 毒物质不仅易引发癌症和其它疾病，而且还导致皮肤干燥、头屑多、皮肤 发痒。
因此，从保护人体健康出发，对饮用水和洗浴水在加热前进行除氯处 理，是家庭自来水处理的基本任务。
目前我国市场上的各类家用净水器、桶装纯净水、管道直饮水仅用于 饮用水净化，无法解决洗浴水净化;美国市场有一种淋浴过滤器(Shower Filter)，采用KDF对洗浴水进行除氯处理，该产品实际上就是一种装填 KDF介质的淋浴喷头，只能对加热后的洗浴水进行处理，而在热水器加热 过程中，水温很高，水中游离余氯与有机物结合速度极快，大量游离余氯 已经转化为含氯化合物，KDF无法去除氯化合物，因此这种淋浴过滤器对 降低浴室中有毒物质含量的作用极其有限，况且，该产品在中国已进行过 小批量试用，由于我国管网水压偏低，浊度偏高，无法在我国市场推广使 用;近两年来，市场上出现一种面向高端家庭的“中央智能净水机”，采 用石英砂、KDF、颗粒活性炭三级过滤，由自动控制阀控制，对进入家庭 的全部用水集中处理。该产品的主要不足是资源浪费严重，使用成本太高。 颗粒活性炭与石英砂、KDF两种滤水介质相比，一是使用寿命不在同一数 量级，二是常温下的反冲洗，不仅无法使其再生，相反会加速其吸附饱和， 由于家庭全部进水都流经活性炭，负载过重，使活性炭更换周期大为缩短， 用户使用成本很高，对分散居住的家庭用户，更换下来的颗粒活性炭不可 能集中回收再生，只能丢弃。而实际上，除了洗浴水和饮用水，家庭用水 中的大多半与人体健康和家庭生活质量并无直接联系，普通管道自来水足 以满足使用要求，而颗粒活性炭是一种高耗能的有机物终端产品，这样的 使用方法，无疑是一种资源浪费。
为解决上述技术问题，本发明的全自动家用自来水处理系统采用如下 技术方案：系统由洗浴水净化器和饮用水深度净化器两部分组成;洗浴水 净化器由三位五通转角阀和由烧结微孔管和置于该烧结微孔管中空部位 的KDF滤芯串连后的净化组件连接而成，其滤水出口与热水器进水口相 连接;饮用水深度净化器是活性炭净水器、纳滤膜净水器、反渗透膜净水 器中的任意一种，其进水口既可以与洗浴水净化器滤水出口直接连接，也 可以与该滤水出口相连通的任何管线相连接。
与现有技术相比，本技术方案的显著效果是：第一，在加热前，对家 庭饮用水和洗浴水同时完成了净化处理;第二，洗浴水经烧结微孔管和 KDF两级净化处理，前者去除水中颗粒污染物，使水清澈透亮，还保护了 KDF介质，后者彻底去除余氯，软化水质，完全满足用户对洗浴水的要求; 饮用水深度净化器可任意选择活性炭、纳滤膜组件、反渗透膜组件中的一 种，以满足不同用户对饮用水品位的不同需要，与桶装纯净水相比，水质 更为新鲜;第三，在定期反冲、正冲的条件下，烧结微孔管和KDF介质 的有效寿命均可超过十年，在合理的使用寿命内，洗浴水净化器无须更换 滤芯;而饮用水深度净化器，由于进水业经精密过滤和除氯处理，其滤芯 更换周期较正常情况延长一倍以上，这无疑使用户的使用成本大幅降低; 第四，KDF滤芯置于烧结微孔管的中空部位，大大缩小了洗浴水净化器的 体积，而且饮用水深度净化器既可以与洗浴水净化器直接连接，也可通过 已有管线进行连接，这样，使得该全自动家用自来水处理系统的安装等同 于市场上常见的家用净水器的安装，对安装场地和管道架设没有特殊要 求，不仅适合高端别墅家庭，同样适合普通住房家庭。
具体方案三，洗浴水净化器和污水处理回收器。
采用上述全自动家用自来水处理系统中的洗浴水净化器的技术方案， 同时还可以生产出适合美容美发店、桑拿浴、澡堂、宾馆客房需要的洗浴 水净化器，它不仅可以确保热水浴时的人体健康，还具有显著的美容美发 效果。采用相同技术方案的其它产品，还可以用于社区、单位的废水回收 处理，区别仅在于水流速率和处理水量不同而已。