CN110312684B - 流体分配器阀以及使用其的水净化和施配*** - Google Patents

流体分配器阀以及使用其的水净化和施配*** Download PDF

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Abstract

一种用于将入口流体流(Z)重分成两个出口流体流(X、Y)的流体分配器阀(1)，其包括：入口端口(10)；两个出口端口(11、12)；第一和第二阀机构(13、14)，一个布置在每一出口端口(11、12)的上游，其中每一阀机构(13、14)包括可在圆柱形阀孔(17)中按往复行程滑动通过阀轴(18)的阀体(15、16)，其中所述阀体(15、16)包括第一部分(15a、16a)，所述第一部分(15a、16a)形成有逐渐变化的直径以便减小在垂直于行程方向的平面(A、B)处阀孔内周边壁和阀体外周边壁之间的阀间隙，在所述阀机构(13、14)的常规操作范围内，从最大阀间隙减小到最小阀间隙，以在相对移动时减小或增加朝向相关联的出口端口(11、12)通过所述间隙的流动速率，并且其中所述阀机构(13、14)的所述阀体(15、16)中的至少一者、优选地两者被形成为使得在所述阀体(15、16)的所述行程在所述常规操作范围内的结束位置处维持所述最小阀间隙。

Description

流体分配器阀以及使用其的水净化和施配***
技术领域
本发明涉及一种用于将入口流体流重分成两个出口流体流的流体分配器阀。
本发明还涉及一种使用此流体分配器阀的水净化和施配***。
本发明具体来说涉及一种作为液压部件的致动器驱动的流体分配器阀，其实现对从入口流体流到两个出口流体流的流体重分的从逐滴速率到最大流动速率（即，上至4升每分钟）的准确控制。因此，其特别适用于水净化和施配***中，所述***在分配器阀的上游包括封闭水再循环回路和水净化装备，所述分配器阀继而将水再循环回路分支到施配经净化的水的使用点。
背景技术
在水净化领域中，经常需要将流体流划分成两个单独的流体流。此任务的两个已知实施方案示出在图1a和图1b中。图1a中的实施方案使用三通电磁阀20来将入口流体流X引导成第一出口流体流Z或第二出口流体流Y。虽然由于使用比例电磁阀而可以实现不同分配比，但是比例电磁阀的行程通常非常小(< 1mm)，使得必须经常校准所述阀。此外，此类阀昂贵、并且尤其是因非常小的行程长度而难以精确驱动，并且因此通常仅用于特定和有限应用。
图1b中所示的另一解决方案是使用与下游止回阀21相关联的两通电磁阀21。止回阀21暗示显著开启压力，这意味着液压回路被连续加压。这通常被视为缺点。
已知其它手动或电驱动的流体分配器阀。一个此分配器阀示出在图2中，并且其具有用于入口流Z的入口端口23，用于出口流X和Y的两个出口端口24、25，以及第一和第二阀机构27、26，一个布置在每一出口端口的上游。在此液压分配器阀中，中心阀体28被提供成可在壳体内竖直移动，所述壳体具有两个阀孔，所述阀孔被布置成由阀机构的阀体以0-100％的比率范围封闭。在图2的表示中，由于第二阀机构26完全打开并且第一阀机构27完全封闭，因此约100%的入口流Z被引导到第一出口Y。当第二阀机构26完全封闭并且第一阀机构27完全打开时，随着阀体28的向上移动，通过第二出口X的流动速率增加到100%，而通过第一出口Y的流动速率减小直到0%。而且，在此液压分配器阀中，两个出口流体流之间的流动速率分配取决于阀体的位置和其来自第一和第二阀机构处的完全封闭位置中的每一者的断开压力。
上文讨论的各种流体分配器构思具有各种缺点，一个缺点是完全封闭位置和完全打开位置之间的可用行程相对较小，使得难以使阀***置准确地联系到通过第一和第二出口的特定流动速率。也很难知道分配开始时阀体的位置。为了准确地控制小流动速率，必须将阀***置控制在极小移动范围内。虽然当手动驱动阀体时，此类设置和小行程处理是可能的，但是此手动解决方案不可精确地重复，难以设置极小流动速率，并且不适于在相应出口以足够精度设置预先确定的流动速率。
虽然已知电致动器用于按预先确定的操作方式和顺序驱动阀机构，但是难以通过电动马达驱动器处理相对小的行程长度。布置在电动马达和阀机构之间的昂贵传动装置是一种选项、但不是优选选项。从封闭位置通过特定出口的流动因阀机构在其封闭阀座处的断开所致的延迟开始问题以及施配极小流动速率的困难仍然保持待解决。此外，施配流动速率的精确确定需要阀行程与流动速率之间的关系的频繁校准。
其中可以有利地配备和使用本发明的流体分配器阀的类型的水净化***旨在优选地产生超纯水并且在一个或更多个施配地点处按所期望的体积提供经净化的水。超纯水可以被限定为最高质量试剂级水，其超过ASTM I类标准，并且在25°C和小于十亿分之五(ppb)的总有机碳(TOC)含量下具有大于18.0 MΩ–cm的特定电阻。
许多应用需要使用超纯水，特别是在生物和化学分析实验室中。用于根据所期望的纯度水平在此***中净化水的部件本身已知。根据相应应用或用户所需的水的体积，需要净化***以最大处理能力和吞吐量（其可以例如是2或3升每分钟）或接近最大处理能力和吞吐量或者以低于最大处理能力降至逐滴施配速率的吞吐量分配经净化的水。在一些应用中，必需尽可能准确地输送预先确定体积的经净化的水，并且应该自动测量所述体积，而不需要用户监测和测量所施配的体积。
通常需要一种如下的水净化和施配***：其可以从大处理吞吐量（例如以便尽可能块地填充容器）到甚至降至逐滴速率的低或非常低的吞吐量（例如以便调节容器中的水位）以渐进速率产生并且选择性地分配和准确地施配经净化的水（优选地处于超纯水平）。同时，应该配备所述***以便以预先限定的体积自动且精确地分配经净化的水，例如以便以预先确定的准确体积填充某些容器。
例如在文献EP 1814007A1中公开用于此目的的水净化和施配***及方法。在此文献中公开的水净化和施配***的构思性布局示出在图11中，并且其包括在水入口点处供应有待净化的水的封闭水再循环回路106，并且其具有经净化的水的一个或更多个出口使用点。所述***还包括在回路上的泵送装置103和水净化装置，其沿通过回路的水流动方向分别在入口点的下游和出口点的上游。水净化装置通常包括预处理单元151、UV灯152（优选地在185nm的波长下操作）以及精加工或抛光盒153。此已知***包括两个独立的阀，第一阀在回路上、在泵送装置的上游，并且第二阀分别在使用出口点的每一点的上游。
此***使用两通电磁阀作为第一阀和一个或更多个第二阀，其中所述阀中的一者被提供为再循环回路中的第一或再循环阀，没有如预加载的止回阀等额外背压设备，并且另一/其它阀从用于产生经净化的水的水净化装置在出口的下游侧上被提供为第二或施配阀，用于在相应施配地点处分配经净化的水。在此***中，再循环在净化回路中无内部压力的情况下在施配电磁阀封闭并且再循环电磁阀打开的情况下发生，并且施配在再循环电磁阀封闭并且施配电磁阀打开的情况下发生。施配流动速率由施配泵的DC马达的速度控制。此构造通过在使用出口点的相应点的上游选择性地操作相应施配电磁阀来允许同时手动施配。然而，依赖于DC马达速度控制来调节施配体积或速率的限制是，无法实施如逐滴等非常低的流动速率，因为无法以足够低的速度控制DC马达。此外，在设置此低速度所需的低电压下存在与DC马达启动相关联的某延迟或滞后。文献EP 1814007A1公开通过在使用出口点的点处进行施配的同时打开再循环电磁阀来实现非常低的施配流动速率。然而，使用此设置不可能控制如逐滴等非常低的施配流动速率，因为施配流动速率取决于最终过滤器压力降。所述***的另一缺点在于，施配体积从逐滴到大流动速率的按比例调整并不完美。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将入口流重分成两个出口流的流体分配器阀，这避免至少一些上文讨论的缺点，并且允许出口流之间的分配比从逐滴速率到全施配速率的精确设置。
本发明的另一目的是提供一种水净化和施配***，其包括封闭再水循环回路，并且关于施配特性（即，施配体积的范围和特定体积的施配的准确度）得到改进。
本发明提供一种具有权利要求1的特征的流体分配器阀以及一种在权利要求17中限定的使用本发明的流体分配器阀的水净化和施配***。流体分配器阀的优选实施例限定在从属权利要求中。
因此，本发明涉及一种用于将入口流体流重分成两个出口流体流的流体分配器阀，包括：入口端口；两个出口端口；第一和第二阀机构，一个布置在每一出口端口上游，其中每一阀机构包括可在圆柱形阀孔中按往复行程滑动通过阀轴的阀体，其中阀体包括第一部分，所述第一部分形成有逐渐变化的直径，以便减小在垂直于行程方向的平面处阀孔内周边壁和阀体外周边壁之间的阀间隙，在阀机构的常规操作范围内，从最大阀间隙减小到最小阀间隙，以减小或增加在相对移动时朝向相关联的出口端口通过所述间隙的流动速率，并且其中阀机构的阀体中的至少一者、优选地两者被形成为使得在阀体的行程在常规操作范围内的结束位置处维持最小阀间隙。
本发明的流体分配器阀能够将入口流体流划分和重分成两个出口流体流，并且出口流之间的流动速率分配由阀轴的操作、优选地通过驱动致动器控制，所述驱动致动器可以是流体分配器阀的一部分或者可以作为单独的部件添加。即使在一个或两个阀机构的常规操作范围的其极端结束位置处、并且因此相关联的出口从未完全封闭的情况下，在常规操作范围内也仍维持非常小的逐滴流动速率。由于在一个或两个阀机构的阀体在常规操作范围内的结束位置处维持最小阀间隙，因此避免与使相应阀体与阀座完全接触以完全封闭相应阀机构的阀机构的断开延迟相关联的问题。
由于具有最小阀间隙的部分在到达相应阀体的行程在常规操作范围内的结束位置之前在行程方向上的所限定长度上延伸（此部分将被称为“毛细管区域”），因此可以增加相应出口处的压力降，而不进一步减小阀机构处的横截面，结果是流动速率可以实际减小到零，而无已知阀机构中与阀体和阀孔之间的完全接触接合相关联的问题。从而，可以尤其关于特别重要的接近于零的速率改善入口流体流成为两个出口流体流的流动速率分配的响应性和精度，其中在水净化和施配***中采用流体分配器阀来设置施配流动速率。
优选地，所述至少一个阀体具有相邻于形成有逐渐变化的直径的第一部分的第二部分，所述第二部分保持第一部分的直径，所述直径在到达阀体的行程在常规操作范围内的结束位置之前在行程方向上的所限定长度上限定最小阀间隙。
优选地，第二部分在行程方向上的长度在1至5mm之间。
优选地，限定最小阀间隙的直径和阀体的第二部分在行程方向上的长度被定尺寸成使得在阀体的行程在常规操作范围内的结束位置处通过所述间隙的流动速率小于入口流动速率的1%、优选地小于0.2%、在0.1至6巴的流入压力下，优选地小于1升/小时。
优选地，两个阀机构的阀体的第一部分被布置成使得其直径沿着行程方向按相反指向改变。
优选地，阀体被形成为使得在垂直于两个阀机构的第一部分的行程方向的平面处阀间隙的总和在常规操作范围内的每一阀轴位置处大致恒定。
优选地，第一和第二阀机构的阀体布置在共同的阀轴上，所述共同的阀轴被布置成可在行程方向上线性移动。
优选地，圆柱形阀孔形成在***并固定在外部壳体中的盒中。
优选地，盒和壳体由不同材料制成。
优选地，流体分配器阀进一步包括与阀轴相关联的驱动致动器，用于使阀体按往复行程滑动。
优选地，所述驱动致动器是线性马达或旋转马达、优选地呈步进马达的形式，并且在旋转马达的情况下，优选地与传动装置联接，从而将旋转转换成线性行程。
优选地，阀轴具有机械止动位置、优选地在圆柱形阀孔外部，被布置成在行程方向上与常规操作范围的结束位置中的至少一者具有间隔。
优选地，所述阀被构造成使得阀轴可以在驱动致动器的驱动模式中移动到机械止动位置，所述驱动致动器的所述驱动模式不同于阀在常规操作范围内操作的驱动模式。
优选地，驱动致动器具有用于确定驱动致动器的移动位置的编码器，并且机械止动件被布置成用于校准驱动致动器。
优选地，阀轴被布置成允许其在常规操作范围内被手动驱动。
优选地，圆柱形阀孔与阀的入口端口连通的入口垂直于行程方向，并且所述阀孔与出口端口连通的出口平行于行程方向。
本发明还提供一种包括（封闭）水再循环回路的水净化和施配***，包括：水入口，其用于引入待净化的水；泵送装置，其用于沿流动方向泵送水通过所述水再循环回路；水净化装置，其用于净化所述水入口下游的水；水再循环回路的施配部分，其包括用于在所述水净化装置的下游从所述水再循环回路分支的经净化的水的一个或更多个出口；第一阀，其布置在每一出口和所述水再循环回路之间，用于经净化的水通过相应出口的从所述再循环回路受控施配；第二阀，其在所述第一阀的下游并且在所述泵送装置的上游布置在水再循环回路的所述施配部分中；旁通通道，其从所述水再循环回路分支并且旁通包括所述第一阀和所述第二阀的水再循环回路的所述施配部分；第三阀，其用于控制通过所述旁通通道的流动速率；以及第四阀，其用于控制进入到包括所述第一阀和所述第二阀的水再循环回路的所述施配部分中的流动速率，其中所述第三阀和所述第四阀按本发明的流体分配器阀的形式集成。
附图说明
现在将结合优选实施例并且使用附图作为参考来描述本发明的流体分配器阀和本发明的水净化和施配***。在此附图中：
图1a和b示出用于将入口流体流重分成两个出口流体流的现有构思；
图2示出本技术中已知的另一流体分配器阀；
图3以横截面视图示出根据本发明的流体分配器阀；
图4示出关于阀轴的行程长度指示阀机构处的横截面变化的图示；
图5a至d示出本发明的流体分配器阀在常规操作范围内在极左位置和极右位置之间的各种位置；
图6示出指示在120升/小时的入口流动速率和1巴的入口压力下流动速率和阀轴的行程长度之间的关系的图示；
图7示出指示图6的流动速率和行程长度之间的关系的图示，其被放大到流体分配器阀的毛细管区域；
图8示出本发明的流体分配器阀，其在更大背景下包括驱动致动器；
图9示出本发明的流体分配器阀，其中阀体处于完全止动位置（左侧）；
图10是其中能够有利地使用根据本发明的流体分配器阀的水净化和施配***的实施例的图示；并且
图11是现有技术中公开的水净化和施配***的图示。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的流体分配器阀的实施例。
根据一个示例性实施例的本发明的流体分配器阀1示出在图3、5、8和9中（在图8中附接有驱动致动器6）。所述流体分配器阀用于将入口流体流Z重分或分配成两个出口流体流X、Y。流体分配器阀1（在下文中，仅称为“阀”）包括用于入口流体流Z的入口端口10以及用于出口流体流X、Y的两个出口端口11、12。入口流体流Z的整个流动速率被阀划分和重分成两个出口流体流X、Y，并且这两个出口流体流之间的流动速率分配由第一和第二阀机构13、14（一个布置在每一出口端口上游）动态控制。
阀机构被构造成使得一个出口端口处流体流X的流动速率在入口流体流Z的0.1至99.9%的范围内，并且因此第二出口端口处流体流Y的流体流的流动速率为入口流Z的Y =100% – X%。每一阀机构13、14包括阀体15、16，阀体15、16通过由操作机动化驱动致动器6或由手动操作来移动连接到阀体的阀轴18而可在圆柱形阀孔17中沿往复行程沿着方向D滑动。在用于描述本发明的实施例中，阀孔17是针对两个阀机构相同的连续阀孔。阀体15、16中的每一者（在此实施例中，其布置在共同的阀轴18上，共同的阀轴18被布置成可通过机动化驱动致动器6的操作在行程方向D上线性移动）包括第一部分15a、16a，第一部分15a、16a形成有逐渐变化的直径，以便减小在垂直于行程方向的平面A、B处存在于阀孔内周边壁和阀体外周边壁之间的阀间隙，当阀在阀机构的常规操作范围内操作时，从最大阀间隙减小到最小阀间隙，从而在相对移动时减小或增加朝向相关联的出口端口的流动速率。
因此，所述间隙是相应平面A、B处的自由横截面，其是平面A、B处阀孔17的内直径（横截面）减去位于阀体/阀轴的相应位置中的平面处的阀体的直径（横截面）的结果。当阀轴沿着其纵向轴线在方向D上滑动并且假定阀孔17的横截面恒定时，相应平面A、B处的自由横截面根据阀体的直径（横截面）的变化而改变。
在优选实施例中，两个阀机构的阀体的第一部分15a、16a被布置成使得其相应直径沿着行程方向按相反指向改变，使得所述出口中的一者处流动速率的增加同时导致另一出口处流动速率的减小，其中流动速率的总和必需相同并且对应于入口流动速率。在优选实施例中，阀体被形成为使得垂直于两个阀机构的第一部分的行程方向的平面A、B处横截面的总和在常规操作范围内的每一阀轴位置处大致恒定。然而，根据应用，阀体的横截面演变关于阀轴行程可以是非线性的，从而导致流动速率在出口端口之间的逐渐分配。一般来说，阀孔在平面A、B处的横截面以及阀体与行程长度相关的第一部分的演变和绝对值限定液压流体分配的特定设置，包括在常规操作范围内于每一相应阀位置处的压力降和流动速率。
如果平面A、B处的横截面可以减小到零，则出口端口之间的流动速率重分在理论上在每一端口上从入口流动速率的0至100%完美地工作。然而，实际上，由于阀孔和阀体的生产公差以及因温度影响和/或磨损所致的操作尺寸变化，很难将横截面减小到零。虽然将可以如在现有技术中那样在常规操作范围内的每一相应结束位置处在阀体和阀孔之间提供完全止动（dead stop）接合或密封接触，但是如上所述，此完全止动因使相应阀机构从此完全止动位置移动所需的初始断开延迟和动量、并且因准确地知道驱动致动器的位置的难度而不是优选的，因此阻碍流体朝向常规操作范围的端部的精确分配和重分，其中应该从相应出口施配非常小体积的流体。此外，横截面下至行程在常规操作范围内的结束位置处的间隙的大致完全封闭的减小导致当表面接触时阀体楔入阀孔中的风险。
因此，必需将阀体和阀孔之间的间隙减小到0.01mm以下，但是这不仅成本高，而且因各种影响而难以在实际操作中维持。因此，本发明规定阀机构13、14的阀体15、16中的至少一者、优选地两者被形成为使得阀体的行程在常规操作范围内的结束位置处的最小阀间隙在所述行程在常规操作范围内的结束位置附近在轴向长度上的某一区中大致维持恒定。这可以实现，因为至少一个阀体、优选的两个阀体具有相邻于形成有逐渐变化的直径的第一部分15a的第二部分15b，所述第二部分15b保持第一部分15a的最大直径，从而在到达阀体的行程在常规操作范围内的结束位置之前在所述行程方向上的所限定长度上限定最小阀间隙。第二部分15b（其可以称为阀机构“毛细管区域”）的长度优选地在1至5 mm之间，但是取决于入口流体流的特定压力。压力越高，毛细管区域越长，以便在阀体的行程的结束位置处仍然基本上阻挡相应出口处的流体流动，而不使阀体和阀孔的表面彼此接触。
通过提供此毛细管区域，可以仅通过延长毛细管区域的长度来增加出口流体流处的压力降、而无进一步横截面减小，从而在阀体行程的某一轴向长度上维持大致恒定横截面。理论上，流动速率可以通过无限长度减小到零，但是实际上，通过最小流动速率目标、阀入口处的压力和可用行程长度来调整长度。图4示出指示与行程长度相关的横截面变化的示例性图示，其中横截面是指以mm2为单位保留在阀体和阀孔之间的自由横截面。
限定最小阀间隙的直径和阀体的第二部分在行程方向上的长度被定尺寸成使得在阀体的行程在常规操作范围内的结束位置中通过所述间隙的流动速率小于流入速率的1%、优选地小于流入速率的0.2%、但优选地大于0.1%。例如针对在水净化和施配***中的应用，流动速率的量在0.1至6巴的流入压力下应该优选地小于1升/小时。
图5a至图5d示出根据实施例的本发明的流体分配器阀在常规重分操作范围内的典型位置：在毛细管区域开始之前的极左位置（图5a），毛细管区域上的极左位置（图5b），在毛细管区域开始之前的极右位置（图5c）以及毛细管区域上的极右位置（图5d）。图6示出使以升/小时为单位的流动速率与阀轴在优选实施例的120升/小时的入口流动速率和1巴的入口压力下的行程相关联的图示。图7示出使流动速率与阀轴在毛细管区域中的行程相关联的放大图示。圆柱形阀孔17优选地形成在***并固定在外部壳体3中的盒（cartridge）2中。因此，盒2和壳体3可以由不同材料制成，其中用于盒的材料是选择成达到非常低的机加工公差的材料，如不锈钢或黄铜。壳体可以由较便宜材料制成以实现入口和出口的液压连接功能，即，通向入口和出口端口的任何所期望的连接器。壳体甚至可以由合适塑料材料制成。如果成本不是问题，则盒和壳体可以由整体材料部分制成并根据要求机加工。在此实施例中，包括两个阀机构的阀体15、16的阀轴18呈阀针的形式，并且在从盒2突出的端部处连接到机动化驱动致动器6。
驱动致动器可以是线性马达或旋转马达，其与呈主轴驱动器形式的传动装置联接，从而将旋转转换成线性行程。阀轴18进一步可以被布置成允许其在常规操作范围内被手动驱动，即，通过提供外壳外部的用户可接近的阀轴或致动器轴线的一部分，其中用户可以抓握并旋转所述驱动致动器轴线或阀轴。在驱动致动器的侧面上的盒2在阀孔17和阀轴18之间的流体密封通过密封件4和凸缘部分5实现，凸缘部分5附接到盒2或（未示出）附接到外部壳体，以便环绕阀轴18的突出部分（参见图8）。
其中形成阀孔17的盒2和阀轴18被优选地设计成沿着两个部件可以接触的相反行程方向中的一者或每一者限定位置。这些接触位置在阀机构的常规操作范围外，并且优选地在阀孔外，在行程方向上与常规操作范围的结束位置中的至少一者或两者具有间隔，并且其充当所限定的机械止动位置。阀被构造成使得阀轴可以在驱动致动器的特定驱动模式中移动到此机械止动位置，所述特定驱动模式不同于阀在常规操作范围内操作的驱动模式。此机械止动位置或完全止动位置是初始化“0”阀位置（参见图9）所必需的，并且只要必需初始化阀驱动参数，便选择和执行使阀轴移动到止动位置的驱动模式。
在一个变型中，作为驱动致动器的示例的线性致动器配备有用于确定驱动致动器的移动位置的编码器，并且因此，机械止动件被布置用于校准驱动致动器。在例如其中使用步进马达作为驱动致动器（其呈线性马达或旋转马达的形式）的另一变型中，使用机械止动位置来重置计数器，并且随后对步进马达从机械止动件的步数进行计数以估计阀轴位置。每当需要时，可以通过起始和执行特定驱动模式来使阀轴移动到超出常规操作范围的机械止动位置以便重置或重新校准驱动致动器。由于用于校准驱动致动器的机械止动位置在阀机构的常规操作范围的结束位置外，因此阀轴与机械止动位置的接触并不在流动速率重分结束位置处导致制动或楔入问题，并且因此对阀机构的操作无影响。
如果不通过编码器读取、而是扣除或计算阀轴位置，则机械止动位置和最大正常使用结束位置之间的间隙14应该被实现成避免与完全止动件的不期望碰撞。此间隙应该关于***的全局公差和计数算法的准确度实现，并且可以例如是1 mm（参见图5b）。
另一方面，可以提供另一个机械止动位置或完全止动件以控制最大阀轴位置向右超出常规操作范围，例如以便避免阀不操作时的泄漏风险。此完全止动位置还可以被设计成仅在阀缺陷或者延长的不使用或运输周期的情况下由阀轴到达，并且可以针对驱动致动器实现特定驱动模式，如果执行，将使阀轴移动到此完全止动位置。同样，完全止动位置和最大正常使用结束位置之间的间隙可以被实现成避免在常规操作期间与完全止动件的不期望碰撞。此间隙应该关于***的全局公差和计数算法的准确度实现，并且其可以例如是1mm。
因此，驱动致动器具有各种操作模式，其中阀轴在常规操作范围内在其中右侧阀机构的阀***于毛细管区域（参见图5b）中的阀轴的极左位置和其中左侧阀机构的阀***于毛细管区域中（参见图5d）的阀轴的极右位置之间驱动的操作模式。如果如所描述的那样期望对驱动致动器的校准或者期望阀用于存储或运输或其它目的的完全封闭，则必须有意地起始允许阀轴在右侧或左侧超出常规操作范围移动到完全止动位置的其它驱动模式。
驱动致动器可以被构造成在常规操作范围的整个行程长度上驱动阀轴，其中重分在连续移动中或者在多个不同预设步骤和中间位置中进行。此移动行为还可以针对阀在常规操作范围内的操作在驱动致动器的不同驱动模式中实现。
虽然流体分配器阀的优选实施例使第一和第二阀机构的第一和第二阀体在连续圆柱形阀孔中按线性布置布置在共同的阀轴上并且圆柱形阀孔的入口垂直于行程方向、而阀孔与出口端口连通的出口沿行程方向对齐，但是平行布置将是可行，其中入口通向共同的入口腔室，相应阀机构的阀孔按平行或按除优选实施例中的对齐布置以外的径向布置从所述共同的入口腔室引出。
本发明的阀从逐滴流动速率到最大流动速率提供入口流体流朝向两个出口的精确流动重分。此外，阀具有成本效益，因为所有产品复杂性基本上仅嵌入两个元件中，盒2（其中形成圆柱形阀孔）和阀轴18（包括阀体）。实际上，制造精度甚至可以限制到阀体，因为甚至在常规操作范围的结束位置中也维持阀孔和阀体之间的最小间隙。
本发明的流体分配器阀特别适用于如在同一申请日期提出申请的申请人的平行专利申请中所公开的包括封闭水再循环回路的水净化和施配***。在此***中，上述流体分配器阀1可以实现为呈如下布置的三通机动化阀200：其中第一出口11连接到再循环回路106的施配部分106a，并且第二出口12连接到旁通通道202，而入口10连接到马达再循环回路106。此布置是有利的，因为第一出口位于比第二出口更高的位置处，并且后者可能因阀操作期间的密封磨损而聚集一些密封颗粒。
此水净化和施配***100示出在图10中，并且其包括封闭水再循环回路106，封闭水再循环回路106的基本布局和部件类似于图11中所示的在文献EP 1814007A1中公开的封闭水再循环回路。
因此，本发明的***包括：水入口101，其用于将待净化的水引入到回路中；泵送装置103、优选地正位移式泵，其用于泵送水通过水再循环回路106，从而在所述回路中限定优选的流动方向；以及水净化装置150，其用于净化水入口101下游的水。水净化装置示出为功能块并且可以包括各种部件，例如尤其包括一个或更多个预处理设备、UV灯、离子交换树脂的混合床、过滤器等等。
水再循环回路的施配部分106a包括用于在水净化装置150的下游分别从水再循环回路106（即，从其施配部分106a）分支的经净化的水的一个或更多个出口102，并且针对所述出口中的每一者，第一阀120布置在每一出口102和水再循环回路106之间通过操作相应阀120而用于所述经净化的水通过相应出口102从再循环回路106的受控施配。
第二阀130在一个或更多个第一阀120的下游（即，最后一个出口102的下游）并且在泵送装置103的上游布置在水再循环回路106的施配部分106a中。
出口102的结构可以优选地类似于在文献EP 1814007A1中公开的结构，并且因此可以包括H-歧管，其允许施配点借助于具有相对小的横截面和/或小刚度/大弹性的两个管附接到水再循环回路106的施配部分106a，以允许所述施配点位于手持式设备或移动施配单元中，以便由用户容易操纵以实施施配任务并且更容易将实际出口开口带到所期望位置。移动施配单元可以包括稍后将描述的相应的第二阀120。使用点施配***可以由两个子组件构成，包括基部单元和手持式设备或施配器手持小型装置，即，移动施配单元。手持式设备通过两个小直径管连接到基部单元。再循环回路106的施配部分106a经由稍后将描述的相关联的流量计和H-歧管（两者都位于基部单元中）连接到基部单元。在施配模式中，这两个小直径管充当两个并联管，因此具有小压力降，而在再循环模式中，水经由这两个串联管再循环。文献EP 1814007 A1的公开内容关于施配单元的结构以及H-歧管的用途和功能通过引用的方式被引入到本文中。第一阀120、并且优选地第二阀130是具有常闭(NC)流动路径类型的电磁阀。
因此，其中可以有利地配备本发明的流体分配器阀的***与在EP 1814007A1中公开的***的不同之处尤其在于提供旁通通道202，其从水再循环回路106分支并且旁通包括第一阀120和第二阀130的水再循环回路106的施配部分106a。所述旁通通道还包括用于控制通过旁通通道202的流动速率的第三阀200a。优选地，所述***还包括用于控制进入到水再循环回路的施配部分106a中的流动速率的第四阀200b。第三阀200a和第四阀200b（如果提供）被布置成分别按多个预先限定的步骤或连续地控制通过旁通通道202的流动速率和进入到水再循环回路的施配部分106a中的流动速率。优选地，第三阀200a和第四阀200b按被布置成同时控制通过旁通通道202的流动速率和进入到水再循环回路的施配部分106a中的流动速率的根据本发明的三通流体分配器阀200的形式集成。优选地，第三和第四阀按根据本发明的集成三通流体分配器阀的形式提供，使得其被布置成通过单次激活同时控制相反方向的流动速率，即，如果通过一个阀的流动速率增加，则同时通过另一个阀的流动速率优选地按对应量减少。换句话说，第三和第四阀200a、200b由上述流体分配器阀的第一和第二阀机构13、14实施。此结构的三通流体分配器阀优选地被机动化成允许精确设置和通过控制器的远程操作。
换句话说，在最一般的方面中，水净化装置下游的再循环回路106的进入流被分成两个流，一个通过旁通通道202、并且一个通过施配部分106a，并且分流比可以由集成的三通流体分配器阀选择性地设置。
所述***包括用于控制第一阀120、第二阀130、第三阀200a和泵送装置103以及第四阀200b（如果提供）的控制单元，后者优选地呈单个三通流体分配器阀的形式。所述控制单元被布置成基于预先限定的编程实施以下控制设置。在再循环模式中，第一阀120维持封闭，第二阀130打开，第三阀200a操作以大致或完全防止通过旁通通道202的流动，第四阀200b操作以允许进入到再循环回路的施配部分106a中的流动，并且泵送装置103按恒定、优选地额定最大流动速率操作以实现再循环并且避免***中的停滞点。
在手动施配模式中，第一阀120响应于用户操作而选择性地打开，第二阀130通常维持封闭，第三和第四阀200a、200b操作以允许进入到水再循环回路的施配部分106a中的至少一些流动并调节施配流动速率，并且泵送装置103再次优选地按恒定流动速率、并且优选地再次按最大额定流动速率操作。在此模式中，进入流被划分成两个流，一个进入施配部分106a中并且到达一个或更多个出口，并且一个通过旁通通道202更直接地再循环到泵和净化装置。在手动施配模式中，所述***允许用户从逐滴上至全施配体积以任何流动速率施配经净化的水。所期望的施配流动速率的设置应该优选地是线性和连续的，但是可以按预先限定的步骤或渐进/递减。通过适当地设置相应第一阀120来设置施配流动速率，并且为此目的设计这些阀。
由于第二阀130是在再循环模式期间致动的常闭电磁阀，因此所述阀在再循环期间并不产生任何压力。由于第二阀130在施配模式期间维持封闭，因此回路中的压力主要取决于净化装置的最终过滤器和施配流动速率。由于此构造，当***静止时，净化回路不被加压。
通过此构造，从逐滴到全施配流动吞吐量的渐进施配的设置不依赖于对马达泵的操作的调制，但是所述泵可以按恒定、优选地最大额定吞吐量操作。优选地呈机动化三通流体分配器阀200形式的第三和第四阀200a、200b提供压力降动态以确保可以从逐滴到全吞吐量调节施配流动速率，并且无论净化装置的最终过滤器的压力降是多少都是如此。在优选实施例中，在所有施配模式中和再循环模式中，泵送装置的吞吐量可以设置成大致相同值。
优选地，水再循环回路106的施配部分106a包括多于一个、优选地上至三个或者甚至更多个不同施配点，其呈分别设置有一个第一阀120的出口102的形式。由于第一阀可以单独操作，因此***允许在各个施配地点处按不同模式同时施配。由于泵送装置按或几乎按额定泵送体积操作，因此一个出口处的施配体积基本上与另一出口的施配体积无关。如果必需，如果期望多个出口处的较大施配体积，则可以调节第三和第四阀200a、200b以将较大流动体积引导到水再循环回路的施配部分106a中。如果***设置使得多个出口处的渐进和全施配体积因管道***、泵送装置等等的限制而不可能，则控制单元可以被编程为停用渐进施配并且仅在相应出口处允许手动施配或有限施配体积。在此情况下，每一出口的最大流动速率将是泵的最大流动速率除以打开或活动的出口的数目。
施配器手持小型装置可以仅包括施配电磁阀（第一阀）120以及用于控制所述阀的必需电子器件。第三和第四阀200a、200b（机动化三通流体分配器阀200）优选地集成在***外壳中，其中也提供净化装置和泵送装置。
***和控制单元中可用的另一个模式是自动施配模式，其中第一阀120选择性地打开（响应于用户操作），直到从相应出口102施配预先确定或预设体积的经净化的水，第二阀130维持封闭，第三和第四阀200a、200b操作以允许进入到水再循环回路的施配部分106a中的至少一些流动，并且泵送装置103再次优选地按额定最大泵送速率操作。
对于此模式，流量计104-1、104-2优选地在第一阀120的上游定位在再循环回路106的施配部分106a上用于测量进入到相应第一阀120中的流动速率。对于施配模式，控制单元被布置成响应于用户操作打开相应出口102的第一阀120，以在第一阀120打开之后监测由流量计104-1、104-2测量的流动速率，并且在基于所监测的流动速率来确定已经从相关联的出口102施配预先确定体积的经净化的水之后封闭第一阀120。
在自动施配模式的替代操作形式中，控制单元被布置成响应于用户操作打开相应出口102的第一阀120，以监测在第一阀120打开之后逝去的时间，并且在基于所监测的逝去时间并且在考虑流动速率的情况下确定已经从相关联的出口102施配预先确定体积的水之后封闭第一阀120。
如上所述，相应流量计集成在基部单元中，并且因此仍然相对靠近于手持式单元以便在流量计因由于水温改变和/或回路内部压力变化所致的管道***变形而定位在再循环回路中的更远位置处时最小化所计算的水体积的变化。其还减少时间滞后并提高所施配体积的设置的准确度。在使用具有多个或无限吞吐量设置的自动化第一阀120的情况下，当几乎达到所设体积时，可以自动减慢施配流动速率，从而在需要检测到所设体积之后封闭施配阀时最小化控制板的响应时间效应或延迟。
如果在多个连续出口处需要自动施配，则可以借助于流量计104-2计算出口编号2的流动速率，并且可以由流量计104-2和104-1根据公式计算出口编号1的流动速率：
出口编号1处的流动速率 = 流动速率104-1 – 流动速率104-2。
控制单元还可以被布置成操作第三和第四阀200a、200b（三通流体分配器阀200）以将水再循环回路的施配部分106a中水的压力调节到实现相应操作和施配模式所必需的预先确定的值。

Claims (20)

1.一种包括水再循环回路(106)的水净化和施配***(100)，包括
水入口(101)，其用于引入待净化的水；
泵送装置(103)，其用于沿流动方向泵送水通过所述水再循环回路(106)；
水净化装置(150)，其用于净化所述水入口(101)下游的水；
所述水再循环回路(106)的施配部分(106a)，其包括用于在所述水净化装置(150)的下游从所述水再循环回路(106)分支的经净化的水的一个或更多个出口(102)；
第一阀(120)，其布置在每一出口(102)和所述水再循环回路(106)之间，用于所述经净化的水通过相应出口(102)从所述水再循环回路(106)的受控施配；
第二阀(130)，其在所述第一阀(120)的下游并且在所述泵送装置(103)的上游布置在所述水再循环回路(106)的所述施配部分(106a)中；
旁通通道(202)，其从所述水再循环回路(106)分支并且旁通包括所述第一阀(120)和所述第二阀(130)的所述水再循环回路(106)的所述施配部分(106a)，
第三阀(200a)，其用于控制通过所述旁通通道(202)的流动速率，以及
第四阀(200b)，其用于控制进入到包括所述第一阀(120)和所述第二阀(130)的所述水再循环回路的所述施配部分(106a)中的流动速率，
其中，所述第三阀(200a)和所述第四阀(200b)按流体分配器阀(1)的形式集成，所述流体分配器阀(1)用于将入口流体流(Z)重分成两个出口流体流(X、Y)，包括：
入口端口(10)；
两个出口端口(11、12)；
第一和第二阀机构(13、14)，一个布置在每一出口端口(11、12)的上游；
其中，每一阀机构(13、14)包括可在圆柱形阀孔(17)中按往复行程滑动通过阀轴(18)的阀体(15、16)，其中，所述阀体(15、16)包括第一部分(15a、16a)，所述第一部分(15a、16a)形成有逐渐变化的直径，以便减小在垂直于行程方向的平面(A、B)处阀孔内周边壁和阀体外周边壁之间的阀间隙，在所述阀机构(13、14)的常规操作范围内，从最大阀间隙减小到最小阀间隙，以在相对移动时减小或增加朝向相关联的出口端口(11、12)通过所述间隙的流动速率，并且
其中，所述阀机构(13、14)的所述阀体(15、16)中的至少一者被形成为使得，在所述阀体(15、16)的所述行程在所述常规操作范围内的结束位置处维持所述最小阀间隙，从而避免使相应阀体与阀座完全接触以完全封闭相应阀机构。
2.根据权利要求1所述的水净化和施配***(100)，其中，所述至少一个阀体(15、16)具有相邻于形成有逐渐变化的直径的所述第一部分(15a、16a)的第二部分(15b、16b)，所述第二部分(15b、16b)保持所述第一部分(15a、16a)的直径，所述直径在达到所述阀体(15、16)的行程在所述常规操作范围内的结束位置之前在行程方向上的所限定长度上限定所述最小阀间隙。
3.根据权利要求2所述的水净化和施配***(100)，其中，所述第二部分(15b、16b)在所述行程方向上的长度在1至5mm之间。
4.根据权利要求2或3所述的水净化和施配***(100)，其中，限定所述最小阀间隙的所述直径和所述阀体(15、16)的所述第二部分(15b、16b)在所述行程方向上的长度被定尺寸成使得，在所述阀体(15、16)的行程在所述常规操作范围内的结束位置处通过所述间隙的流动速率小于入口流动速率的1%，在0.1至6巴的流入压力下，小于1升/小时。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，其中，所述两个阀机构(13、14)的所述阀体(15、16)的所述第一部分(15a、16a)被布置成使得其直径沿着所述行程方向按相反指向改变。
6.根据权利要求5所述的水净化和施配***(100)，其中，所述阀体(15、16)被形成为使得，在垂直于所述两个阀机构(13、14)的所述第一部分(15a、16a)的行程方向的所述平面(A、B)处，所述阀间隙的总和在所述常规操作范围内的每一阀轴位置处恒定。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，其中，所述第一和第二阀机构(13、14)的所述阀体(15、16)布置在共同的阀轴(18)上，所述共同的阀轴(18)被布置成能够在所述行程方向上线性移动。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，其中，所述圆柱形阀孔(17)形成在盒(2)中，所述盒(2)***并固定在外部壳体(3)中。
9.根据权利要求8所述的水净化和施配***(100)，其中，所述盒(2)和所述壳体(3)由不同材料制成。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，进一步包括驱动致动器(6)，所述驱动致动器(6)与所述阀轴(18)相关联，用于使所述阀体(15、16)按往复行程滑动。
11.根据权利要求10所述的水净化和施配***(100)，其中，所述驱动致动器(6)是线性马达或旋转马达，并且在旋转马达的情况下，与传动装置联接，从而将旋转转换成线性行程。
12.根据权利要求10所述的水净化和施配***(100)，其中，所述阀轴(18)具有机械止动位置，被布置成在所述行程方向上与所述常规操作范围的结束位置中的至少一者具有间隔。
13.根据权利要求12所述的水净化和施配***(100)，其中，所述流体分配器阀(1)被构造成使得，所述阀轴(18)能够在所述驱动致动器(6)的驱动模式中移动到所述机械止动位置，所述驱动致动器(6)的所述驱动模式不同于所述流体分配器阀(1)在所述常规操作范围内操作的驱动模式。
14.根据权利要求12或13所述的水净化和施配***(100)，其中，所述驱动致动器(6)具有用于确定所述驱动致动器(6)的移动位置的编码器，并且机械止动件被布置成用于校准所述驱动致动器(6)。
15.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，其中，所述阀轴(18)被布置成允许其在所述常规操作范围内被手动驱动。
16.根据权利要求1至3中的任一项所述的水净化和施配***(100)，其中，所述圆柱形阀孔(17)与所述流体分配器阀(1)的所述入口端口(10)连通的入口垂直于所述行程方向，并且所述圆柱形阀孔(17)与所述出口端口(11、12)连通的出口平行于所述行程方向。
17.根据权利要求1所述的水净化和施配***(100)，其中，所述阀机构(13、14)的所述阀体(15、16)中的两者被形成为使得，在所述阀体(15、16)的所述行程在所述常规操作范围内的结束位置处维持所述最小阀间隙，从而避免使相应阀体与阀座完全接触以完全封闭相应阀机构。
18.根据权利要求2或3所述的水净化和施配***(100)，其中，限定所述最小阀间隙的所述直径和所述阀体(15、16)的所述第二部分(15b、16b)在所述行程方向上的长度被定尺寸成使得，在所述阀体(15、16)的行程在所述常规操作范围内的结束位置处通过所述间隙的流动速率小于入口流动速率的0.2%，在0.1至6巴的流入压力下，小于1升/小时。
19.根据权利要求10所述的水净化和施配***(100)，其中，所述驱动致动器(6)呈步进马达的形式。
20.根据权利要求12所述的水净化和施配***(100)，其中，所述机械止动位置在所述圆柱形阀孔(17)外部。
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