技术领域
[0003] 本发明总体上涉及流体处理系统，诸如包括水软化器的水处理系统，更特别地涉及水软化系统的控制阀。应该认识到的是本发明的许多方面可以应用于其他类型的流体处理系统，诸如过滤系统或去离子系统。
相关背景技术
[0004] 诸如水软化器的流体处理系统的控制阀组件通常使用装备有径向环形密封件的活塞来控制通过该控制阀组件的流体的流量。利用这种控制来在控制阀的定时器部分的控制下周期性地密封某些流动路径和打开其他流动路径。正如本领域已知的，这种水软化器在维护、回流、卤水冲洗、慢速冲洗、快速冲洗、卤水再注入和这种装备的设计人员所公知的其他操作之间循环。在美国专利号8,302,631、6,644,349和6,176,258中描述了这种阀的操作，这些专利号全部通过引用并入于此。
[0005] 一直存在对流体处理装置的更容易制造、组装、安装和维护的改进的控制阀组件的需要和渴望。
具体实施方式
[0046] 现在参见图1到8，用于流体处理系统的控制阀组件总体用10表示。优选地，与控制阀组件10一起使用的流体处理系统是水软化系统，其包括树脂罐和卤水罐(二者均未示出但在本领域中是公知的)；然而，可以预期到其他流体处理系统与本发明的控制阀组件10一起使用。还有，在本讨论中，“流体”旨在意思是任何类型的流动液体，但是优选指的是水。
[0047] 控制阀组件10包括壳体12、马达组件14和排放端口组件16。壳体还包括配置成接收未处理的流体的入口18和配置成使处理过的流体从控制阀组件10流出的出口20。
[0048] 旁通阀22经由两个夹子24a、24b可释放地连接到壳体12。优选地，一个夹子24a与入口18相联，第二个夹子24b与出口20相联。在2016年9月30日申请的美国申请序列号15/282,452(美国专利公开号2017/0114903)中详细披露了夹子24a、24b的优选设计，其全文通过引用并入于此。
[0049] 正如本领域中已知的，旁通阀22包括入口26和出口28。入口26典型地连接到流体源，例如原始的(raw)水或标准自来水。出口28紧固到例如水管或管道以向流体处理系统的下游提供流体。旁通阀22中还包括致动机构30，比如手动操作的柱塞，以选择性地控制流体是否通过流体处理系统或者在不需要处理时绕过该流体处理系统。这种旁通阀22在本领域中是已知的。
[0050] 现在参见图8，控制阀组件10还包括流量计32。流量计32优选地直接设置在控制阀组件10的出口20中。虽然可以预期到其他配置，但是本发明的控制阀组件的特点是不需要使流量计32位于壳体12的专门的部分中，而是位于已有的出口20中。
[0051] 此外，控制阀组件10的壳体12包括顶部34和底部36。在组装之后，顶部34和底部36经由例如螺纹紧固件38以密封接合方式紧固。壳体12，更具体地，顶部34和底部36限定了腔体40，所述腔体40包括从壳体12的一个端部42延伸到第二端部44的轴线A1(图8)。在绘出的实施方式中，马达组件14在第一端部42处紧固到壳体12，排放端口组件16在第二端部44处紧固到壳体12。可以预期到其他配置。
[0052] 现在参见图8‑10，活塞46延伸穿过壳体12。正如下面要更详细讨论的，活塞46配置成在与腔体40的轴线A1平行的方向上或者沿着该轴线A1往复运动以提供通过控制阀组件10的各种流体流动路径。
[0053] 在壳体12中，优选地在腔体40中布置多个模块化的腔室48、50、52。各种腔室配置成接收和引导流体，正如下面要更详细讨论的那样。在绘出的实施例中，有三个模块化的腔室48、50、52。虽然可以预期到任何数量的模块化的腔室，但是优选地存在至少两个腔室。
[0054] 现在参见图5、8、9和10，当组装好时，正如下面讨论的，模块化的腔室48、50、52形成缸体51，该缸体52具有用于活塞46的轴向孔56(下面讨论)。如图9和10中所示，在腔室48、50、52之间以及在控制阀组件10的其他元件之间使用O形环53或者其他类似的垫圈或密封件，以提供如本领域中已知的密封接合。应该注意的是O形环53每个分别位于相应的模块化腔室48、50、52中的相关凹槽中，从而使得当从壳体12移除这些腔室时，O形环53与相应的腔室一起被替换，其中一旦将壳体打开即可容易地完成腔室的移除而无需使用工具。
[0055] 模块化的腔室48、50、52接合位于相邻腔室上的狭槽54a和销54b以形成缸体51。模块化的腔室48、50、52还与马达组件14上的销54b和排放端口组件16(具体地为下面讨论的排放端口模块86)上的销54b接合以形成子组件。一旦形成了子组件，将其插入到壳体12中，在壳体12中，腔室48、50、52包括配置成与壳体顶部和底部34、36中的一个接合的接合部54c、54d。
[0056] 模块化的腔室48、50、52包括沿着腔体40的轴线A1布置的多个轴向孔56。这些孔56配置成由设置在活塞46的轴57上的诸如O形环的密封环58选择性地密封。活塞46的位置，以及因此还有密封环58的位置，提供了通过模块化的腔室48、50、52和控制阀组件10的各种流体流动路径，这取决于哪个孔56是打开的以及哪个孔56由各种密封环58关闭。至少一个密封环58与排放端口组件16相联。
[0057] 侧向流动孔60被构造并布置用于限定流体的路径以在与腔体40的轴线A1以及活塞46的纵向轴线A2正交的方向上流入和流出腔室48、50、52。在优选实施方式中，轴线A1和A2是共线的，不过可以预期到各种变型。这些侧向流动孔60中的一个优选地与入口18相联，这些横向流动孔60的另一个优选地与出口20相联。此外，这些孔60中的一些允许流体从腔室48、50、52流出并流入一体成型在壳体12中的通道中。
[0058] 现在参见图11‑14B，在处理系统(尤其是水软化器)的一些操作模式中，有时期望将进入控制阀组件10的原始的(raw)或者未处理过的流体与离开控制阀组件10的流体或处理过的流体混合。因此，控制阀组件10优选地包括混合阀62。混合阀62配置成提供在各个腔室48、50、52之间的选择性的流体连通。优选地，混合阀62与壳体12为一体，最优选地，与壳体12的顶部34成为一体。
[0059] 如图11和12中所示，混合阀62包括在壳体12的顶部34中的通道64和延伸穿过该通道64的轴或心轴66。通道64限定了与腔体40的轴线A1平行布置的纵向轴线A3。轴66延伸穿过通道64且沿着通道64的纵向轴线A3是可移位的。轴66上的螺纹部68配置为与滚花轮70的内表面69互补。盖72在滚花轮70上方延伸且经由柱76可活动地紧固到在壳体12的顶部34上的孔74。正如将会意识到的，滚花轮70的转动将会使轴66沿着通道64的纵向轴线A3移位。可移除的挡块78防止将轴66意外地从通道64抽出。
[0060] 如图10、13A、13B、14和14A中所示，通道64包括在壳体12的顶部34上的两个孔80a、80b，所述两个孔80a、80b设置成与腔室48、52中的混合阀端口82a、82b相联，如图10中所示。
更具体地，当将本发明的阀10组装好时，第一孔80a与第一腔室48上的混合阀端口82a相联，第二孔80b与第三腔室52上的混合阀端口82b相联。
[0061] 在绘出的实施方式中，第一腔室48与入口18相联，第三腔室52与出口20相联。根据混合阀62的轴66的位置，可选择的流体量绕过处理并流动通过第一混合阀端口82a，通过通道64，经由第二混合阀端口82b流入第三腔室52中，并通过出口20从控制阀组件10流出。
[0062] 现在参见图8，在一些操作模式中，流体经由排放端口组件16从控制阀组件10排出。如图所示，排放端口组件16包括经由夹子88紧固到排放端口模块86的排放端口84，所述夹子88具有与上面讨论过的夹子24a、24b相同的结构。排放端口模块86包括凸缘90，该凸缘90配置成接收在壳体12上的相关的狭槽中。优选地，排放端口组件16包括设置在排放端口模块86中的限流器92。
[0063] 现在参见图18‑21，在控制阀组件10的各种操作模式中，流体被引导进入或离开卤水罐(未示出)。因此，控制阀组件10优选地还包括卤水阀组件94。卤水阀组件94包括卤水阀96。
[0064] 喷射器98和卤水阀组件94至少部分地设置在一体成型于壳体12中的喷射器腔体100中。喷嘴102和分配器104设置在喷射器98的顶部上。覆盖喷射器98、喷嘴102和分配器
104的盖106紧固到壳体12。盖106优选地是单独的元件，但是可选地其与壳体12的顶部34一体成型。
[0065] 卤水阀96包括具有端口112的卤水阀壳体110和延伸穿过卤水阀壳体110的卤水活塞114。卤水活塞114的第一端116延伸进入控制阀组件10的壳体12中。卤水活塞114的第二、相对端118从卤水阀壳体110伸出。设置有诸如螺旋弹簧的偏置元件120以对卤水活塞114进行偏置。正如下面要更详细描述的，卤水活塞114在沿着与腔体40的轴线A1平行的纵向轴线A4(图18)的方向上是可移位的。
[0066] 转到图19‑21，卤水活塞114的位置由通过马达组件14的马达(未示出)驱动的卤水凸轮122来控制。卤水凸轮122由与设置在轴130上的主活塞驱动凸轮129的盘128的第一表面126远离向外延伸的壁124形成，所述轴130通过马达(未示出)驱动。因此，卤水凸轮122和主活塞驱动凸轮129优选地是单个元件。壁124完全围绕盘128延伸，即360旋转度地围绕轴130延伸，且包括距离轴130(或转动点)具有恒定距离的平坦部132。壁124还包括通过增大或减小与轴130(或转动点)的距离而形成的斜坡部或凸起134。当盘128转动时，卤水活塞
114的第二端118将跟随壁124，并被偏置元件120朝向凸轮偏置。卤水活塞114将会根据壁
124的各个平坦部132和斜坡部134中哪个被卤水活塞114接触而在卤水阀壳体110内往复运动。
[0067] 现在参见图21，在主活塞驱动凸轮129上还包括盘128的第二表面136，其包括具有一个或多个间隙140的第二壁138。间隙140优选地具有不同的圆周或外周宽度。更具体地，光电传感器142设置在马达组件14上，并配置成基于第二壁138的存在、间隙140的存在、或者这二者的存在而产生电信号。因为第二壁138是在具有卤水凸轮122的盘上的，所以第二壁138的存在或者间隙140的存在将会至少代表圆盘128(或轴130)的转动位置以及卤水凸轮122的转动位置。优选地，由光电传感器142产生的电信号经由本领域中已知的设施被传递到控制器(未示出)，该控制器控制对壳体12中的活塞46进行驱动的马达(未示出)。
[0068] 转到图22，活塞46由马达组件14中的马达(未示出)经由止转棒轭(scotch yoke)144驱动。止转棒轭144包括在活塞46的一端上的带狭槽部分146。由马达经由齿轮(未示出)转动的驱动构件148设置在带狭槽部分146内。当马达绕与腔体40的轴线A1正交的轴线转动时，驱动构件148的位置将会变化。驱动构件148的运动将会被传递到活塞46，所述活塞46在沿着其纵向轴线A2的方向上运动。正如上面提到的，沿着活塞设置的密封环58会与腔室48、
50、52的各个孔56以及排放端口84相互作用以限定通过控制阀组件10的不同的流体流动路径。
[0069] 将简要描述在图22‑25中示出的示例性的操作模式或循环。在图22中，当卤水凸轮122定位成用于服务操作模式时，卤水活塞114定位成将卤水阀96关闭。如由图18中的箭头示出的，原始的或未处理的流体(浅色箭头)经由入口18被接收到控制阀组件10中，并流动穿过模块化的腔室48、50、52，并从控制阀组件10流出通过罐分配器150进入到用于处理的罐(未示出)中。与未处理的流体隔离的处理过的流体(深色箭头)经由罐分配器150返回到控制阀组件10。处理过的流体通过出口20从控制阀组件10流出。虽然没有绘出，但是可以利用混合阀62将所需量的未处理的或原始的流体与处理过的流体进行混合。
[0070] 现在转到图23和23A，当将卤水凸轮122定位成用于卤水处理或慢速冲洗操作模式时，卤水凸轮122使卤水活塞114移位以将卤水阀96打开，从而允许卤水流体从单独的卤水罐(未示出)抽入到控制阀组件10中。基于卤水凸轮122的位置以及与主活塞驱动凸轮129一起操作的光电传感器142(图19到21)，根据第二壁138或间隙140的存在的合适的信号被发送到马达，以将活塞46定位成提供通过控制阀组件10的期望的流体流动路径。
[0071] 如由图23和23A中的箭头示出的，来自于远处卤水罐的卤水经由入口18被接收到控制阀组件10中并从第一腔室48流出，通过第二腔室50，并到达第三腔室52。用过的来自于处理罐(未示出)的处理过的流体通过排放端口组件16从控制阀组件10流出。在图23a中，示出了卤水进入到控制阀组件10中的具体路径。具体地，在卤水阀组件94中，卤水流动通过喷嘴102和喷射器98。如已知的，当未处理的流体流动通过喷射器98时，经过的流体将经由卤水阀96的端口112(见图19)从卤水罐(未示出)抽出卤水流体。卤水流体和未处理的流体的混合物流动通过罐分配器150进入处理罐中。
[0072] 来自于之前的服务模式的留在处理罐中的处理过的流体(意思是不同于未处理流体/卤水流体混合物的流体)从处理罐通过罐分配器150返回到控制阀组件10并通过排放端口组件16从控制阀组件10流出。
[0073] 现在转到图24，当卤水凸轮122定位成用于快速冲洗操作模式时，卤水活塞114定位成将卤水阀96关闭。再次基于卤水凸轮122的位置，主活塞驱动凸轮129上的光电传感器142(图19到21)根据第二壁138或间隙140的存在将另一信号发送到马达，以将活塞46定位成提供通过控制阀组件10的期望的流体流动路径。
[0074] 如在图24中由箭头表示的，在快速冲洗操作模式中通过控制阀组件10的流体流动路径与上面描述的卤水处理或慢速冲洗操作模式类似。具体地，原始的或未处理的流体由控制阀组件10经由入口18接收。原始的或未处理的流体从第一腔室48流出，通过第二腔室50，并到达第三腔室52。未处理的或原始的流体的一部分通过排放端口组件16从控制阀组件10流出以冲洗来自于处理罐的卤水。
[0075] 在快速冲洗操作模式中，未处理的或原始的流体的第二部分直接流动通过罐分配器150进入到处理罐中。处理过的流体(意思是不同于未处理流体的流体)通过罐分配器150返回到控制阀组件并通过排放端口组件16从控制阀组件10流出。
[0076] 转到图25和25A，当卤水凸轮122定位成用于注入操作模式时，卤水凸轮122使卤水活塞114移位以打开卤水阀96，从而允许流体从控制阀组件10流出并经由端口112(见图19)流入卤水罐中。基于卤水凸轮122和主活塞驱动凸轮129的位置，光电传感器142(图19‑21)根据主活塞驱动凸轮上第二壁138或间隙140的存在而向马达发送另一信号，以将活塞46定位成提供通过控制阀组件10的期望的流体流动路径。
[0077] 如在图25和25A中的箭头示出的，原始的或未处理的流体经由入口18被接收到控制阀组件10中，并通过罐分配器150从控制阀组件10流出到达处理罐。与未处理的流体隔离的处理过的流体(意思是其与未处理的流体不同)经由罐分配器150返回到控制阀组件10。来自于第三腔室52的处理过的流体的第一部分通过出口20从控制阀组件10流出。处理过的流体的第二部分流到卤水阀组件94。
[0078] 如在图25A中看到的，流体及通过分配器104、喷嘴102和喷射器98向下游流动也通过喷射器向上游(基于附图的定向)流动。流体经由端口112(图19)从卤水阀组件94和控制阀组件10流出并流到卤水罐以对卤水罐进行填充。
[0079] 在卤水凸轮122转动之后，卤水活塞114将关闭卤水阀96，并且活塞46将基于光电传感器142产生的信号移位，并且控制阀可以回到例如服务操作模式。
[0080] 本领域普通技术人员应该意识到并理解的是诸如各种夹子、紧固件、连接件、接口、密封元件、O形环、以及其他元件(它们中的一些在图中示出)并没有具体讨论，因为它们的细节确信在本领域普通技术人员的知识范畴内是公知的，并且对它们的描述对于实施或理解本发明的实施方式来说不是必需的。
[0081] 虽然在前面的详细描述中呈现了控制阀组件的至少一个示例性实施方式，但是应该意识到的是存在大量变型。还应该意识到的是该示例性实施方式或者这些示例性实施方式仅是示例，并不旨在以任何方式限制控制阀组件的范围、应用或配置。而是，前面的详细描述会为本领域技术人员提供实施控制阀组件的示例性实施方式的便利方式，应该理解的是在示例性实施方式中描述的元件的功能和配置中可以做出各种变化而不会脱离在所附的权利要求中叙述的控制阀组件以及它们的合法等价方式的范围。
