CN1333190C - 三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理*** - Google Patents

Abstract

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***，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***，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。

Description

三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理***

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***，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***。

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***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***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；JP 3116063日本专利中的五通旋转阀，利用阀芯与阀套间圆柱体柱面和端平面两个界面共同完成水路转换，导致阀芯与阀套结构复杂，加工精度高，制造成本上升，体积大，且易发生水泄漏。

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，本发明不作详述。

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Pentair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，***只能停机待修；二是在***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***。

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，包括一阀芯，一阀套和一阀盖；其特征在于：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，上述自来水连通道和排水连通道位于柱面外侧，滤水连通道为一沿径向穿过柱体的通孔，阀芯转轴位于圆柱体一端面圆心位置；阀套与阀盖组合为一圆筒形，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，上述进水口位于该圆筒一端面位置上，其余四个水口分别位于该圆筒柱面周侧四个不同的方位上；上述圆柱形阀芯与上述圆筒滑动配合，当阀芯回转至三个特定角位时，经由阀芯与圆筒之间柱面周侧的接触界面，分别形成净水、反冲洗和正向冲洗三种不同的水流通路，净水位置时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与出水口相连通，阀芯上的滤水连通道将圆筒上的滤水进口与滤水出口相连通，反冲洗工位时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与滤水进口相连通，阀芯上的滤水连通道将圆筒上的出水口与排污口相连通，正向冲洗工位时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与出水口相连通，阀芯上的排水连通道将圆筒上的滤水进口与排污口相连通。

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***，其特征在于：***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。

第一，三位五通转角阀中的五通旋转阀与CN1333185A中国专利申请和US6149809美国专利中的五通球阀比较，由于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；与JP3116063号专利中的五通旋转阀相比，由于采用圆柱体柱面单一接触界面完成水流通路之间的切换，使阀芯和阀套结构极其简单，配合精度要求不高，因而制造成本低，体积小，而且不易出现水泄漏；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***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***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***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***，同样具有显著效果。

具体方案一，除重金属污染***。

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***”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***”，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***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，“***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***。

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。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***、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(ShowerFilter)，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***采用如下技术方案：***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***、纳滤膜***、反渗透膜***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***的安装等同于市场上常见的家用***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***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。

附图说明

图1为旋转电磁铁、五通旋转阀、手动扳手的装配示意图。

图2a-图2h为图1中的A--A剖视图，表示旋转电磁铁转子不同位置和不同工作状态。

图3为三位五通转角阀的组成框图。

图4为三位五通转角阀控制器的操作顺序流程图。

图5为五通旋转阀阀套后视图。

图6为五通旋转阀阀芯半剖图。

图7a-图7c为净水、反冲洗、正向冲洗时五通旋转阀阀芯与阀套相对位置后视图。

图8为三位五通转角阀控制的自来水处理***组成示意图。

图9为单一KDF介质滤芯的结构示意图及净水工位时的水流走向。

图10为烧结微孔管和KDF滤芯串联后的结构图及净水工位时的水流走向。

具体实施方式

下面，结合附图对三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理***的具体结构、工作过程作详细说明。

首先，结合图1、图3、图5、图6，对三位五通转角阀的具体结构进行说明。

三位五通转角阀1由控制器10、执行机构20和五通旋转阀30组成，控制器10发出指令信号驱动执行机构20，执行机构20带动五通旋转阀30完成角位移。

控制器10由微型计算机构成，包括根据控制程序进行运算处理的中央处理器(CPU)，存储控制程序的只读存储器(ROM)，随机存储器(RAM)，时钟，和输入输出接口(I/0)，输出接口与执行机构20电连接。

执行机构20是旋转电磁铁，包括安装在与阀体31连接的基座27上的第一定子211和第二定子212，分别卷绕在第一定子和第二定子上的第一线圈221和第二线圈222，通过轴承241和242可回转地支承在基座27及壳盖26上的转子25；转子25与第一定子端面及第二定子端面相对应的部位呈圆盘形，在与第一定子211端面相对的圆盘面上装有第一永磁铁231，在与第二定子212相对的圆盘面上装有第二永磁铁232，该第一永磁铁231安装成其S极面向第一定子211端面一侧，其N极面对圆盘一侧，与此相反，第二永磁铁232则安装成N极面向第二定子212端面一侧，其S极面对圆盘一侧，第一永磁铁231和第二永磁铁232在圆盘平面上的位置请参见图2a；转子25的一端部(图1中的右端部)与阀芯32上的转轴324嵌合，两者可同轴回转，转子25另一端部(图1中的左端部)与手动扳手28嵌合，两者也可同轴回转；在壳盖26上安装三只限位开关29，限位开关29分别与向第一线圈221和第二线圈222供电电源电连接，以对应图2a状态下的手动扳手28指向点为原点，顺时针方向每间隔45度取两点，上述三个坐标点即为三只限位开关29的安装点。

五通旋转阀30包括阀套31，阀芯32和阀盖33；阀套31上设有滤水进口311，滤水出口312，排污口313和出水口314；阀芯32为圆柱形，上设自来水连通道321，滤水连通道322，排水连通道323和转轴324；阀盖33设进水口331。

其次，结合图2a-图2h、图4、图7a-图7c，对三位五通转角阀的工作过程作进一步的详细说明。

由于手动扳手28、转子25、阀轴324同轴旋转，图2a、图2d、图2f与图7a、图7b、图7c分别具有一一对应关系。图2a和图7a对应三位五通转角阀的第一种稳定工作位置，即净水工作位置；图2d和图7b对应三位五通转角阀第二种稳定工作位置，即反向冲洗工作位置；图2f和图7c对应三位五通转角阀第三种稳定工作位置，即正向冲洗工作位置。之所以称为稳定工作位置，因为从图2a、图2d和图2f可以看出，此时，第一线圈221和第二线圈222供电中断，导致第一定子211和第二定子212不带极性，转子25上也不存在旋转力矩，由于阀芯32与阀套31之间的摩擦压力，强迫***处于稳定状态。

图2b、图2c、图2e、图2g则动态地描述了上述三种稳定工作位置之间的相互转换过程，这样，图2中的8幅A-A剖图，忠实反映了三位五通转角阀在每一工作循环中如何实现净水—反向冲洗—正向冲洗—净水的全过程。

这里，以图2b为例详细说明其工作机理，其余各步骤只做简述。由图2b可以看出，在接受到控制器10发出的第一道执行指令后，向第一线圈221和第二线圈222同时施加相应极性的电压，使第一定子211呈S极，使第二定子212呈N极；此时，第一永磁铁231的S极与第一定子211的S极及第二永磁铁232的N极与第二定子212的N极相互排斥，而第一永磁铁231的S极与第二定子212的N极及第二永磁铁232的N极与第一定子211的S极相互吸引，转子25上就产生了如该图所示的顺时针方向的回转力矩，在此力矩的作用下，转子25顺时针方向旋转，但当转子25旋转角度达到45度时，手动扳手28与相应位置的限位开关29碰触，中断向第一线圈221和第二线圈222所施加的电压，第一定子211和第二定子212的极性同时消失，旋转力矩也就消失，转子25停止旋转，处于图2c所示的位置上；紧接着，根据控制器发出的第二道指令，重新向第一线圈和第二线圈同时施加与前述电压极性相同的电压，转子必然再次顺时针旋转45度，到达图2d所示的位置上，由此完成了三位五通转角阀由净水工位转换为反冲洗工位的任务。在经历完控制器内设的反冲洗工位操作时间T2后，控制器将发出第三道指令，向第一线圈和第二线圈同时施加与上述电压极性相反的电压，这样，正如图2e所示，第一定子211呈N极，第二定子212呈S极，基于前述相同的原理，转子25在逆时针方向的力矩作用下，逆时针方向旋转45度，达到图2f所示的第三种稳定状态，即正向冲洗工位。同理，在经历完预设的正向冲洗工位操作时间T3后，控制器将发出第四道指令，重新向第一线圈和第二线圈施加与图2 e时相同极性的电压，即图2g所示的状况，转子25再次逆时针方向旋转45度，实现由图2g向图2h位置之间的转换，三位五通转角阀重新回复到净水工作位置。到此，三位五通转角阀完成了一个循环内的全部转换任务。

正如在背景技术中所述，为了保证净水介质自始至终处于最佳的净化状态，上述净水——反向冲洗——正向冲洗——净水的操作循环必须定期进行。进水水质不同，净化水量不同，每次循环之间的间隔时间周期也会不同。用户根据自己的实际情况，可以将自己选择的时间周期T1输入到控制器10中的存储器中，届时，在经历该时间周期T1后，控制器将重复发出上述顺序的指令，开始下一个工作循环。

图4是控制器10的操作顺序流程图，其中前三道操作顺序是***的自检程序，以保证每次工作循环开始时，***都处于-45度的净水工位。

通过上述说明，不难看出，与现有技术相比，本三位五通转角阀的显著特点是：第一，由于手动扳手与转子及阀轴可同轴回转，因而当出现停电等突发故障时，可方便进行手动操作；第二，体积实现了最小化。先看五通旋转阀，阀芯由球状改为圆柱形，阀芯与阀套内腔直接滑配合，节省了两只密封套，可实现阀体最小化；再看执行器，采用旋转电磁铁，转子上的两块永磁铁在轴线方向面向两个定子端面，而不是在径向方向面对定子，这种设计，与同类旋转电机相比，在力矩相等的情况下，其径向尺寸无疑最小；再看执行器转子与阀轴的连接方式，本方案采取直接轴向嵌合，无需任何减速或换向配件；以上三点，使其体积实现了最小化；第三，成本最低化。从元件数量看，本方案无疑最少，从装配工序看，本方案最简单，从材质要求看，由于不存在高速旋转动作，旋转电磁铁的转子、轴承、定子等选材要求不高，综合上述因素，使及本方案的制造成本最低。

下面，再详细说明由上述三位五通转角阀控制的全自动自来水处理***的结构及工作过程。

首先，结合图8及图9，***由三位五通转角阀1，水净化组件2和后续用水单元3组成。五通旋转阀上的进水口331与自来水水源相连接，阀的出水口314与净化组件2上的入水口相连接，阀的滤水进口311与净化组件2上的出水口相连接，阀的滤水出口312与后续用水单元3的入水口相连接，阀的排污口313与下水道相连接。

水净化组件2包括滤筒41，滤料托架42，滤料上盖43，中心水管44，连通螺帽45和滤水介质46。

其次，结合图7a-图7c、图8、图9，对三位五通转角阀控制的全自动自来水处理***在净水、反向冲洗、正向冲洗的工作过程作详细说明。

先介绍净水过程。参见图7a、图8和图9，此时水流走向为：自来水水源--进水口331--自来水连接通道321--出水口314--连通螺帽45--滤料上盖43--滤水介质46--滤料托架42--中心水管44--滤水进口311--滤水连通道322--滤水出口312--后续用水单元3的入水口。也就是说，净水位置时，水流正向流经净水介质，完成对水的净化处理。但随着净水总量的逐渐增加，被净水介质阻挡、吸附的水中污染物逐渐累积，净水介质的净化功能逐渐下降，甚至达到堵塞或饱和的极限状态，如不及时进行反冲洗操作，将导致***丧失净化功能。

再介绍反冲洗过程。参见图7b、图8和图9，此时的水流走向改变为：自来水水源--进水口331--自来水连通道321--滤水进口311--中心水管44--滤料托架42--滤水介质46--滤料上盖43--连通螺帽45--出水口314--滤水连通道322--排污口313--下水道。

也就是说，反冲洗时，进水反向流经滤水介质，当进水压力足够高时，会将滤水介质反向扬起，累积在净水介质当中或依附在净水介质表面的水中污染物将被反向冲入下水道。

需要指出的是，反向冲洗过程中冲洗出去的污染物是在正向净水过程中累积下来的污染物，与此同时，反冲洗时的进水仍然是同等质量的自来水，由于净水介质的阻挡或吸附，自来水中的污染物同样会在净水介质的反面滞留，如果由反向冲洗立即转换为净水工位，滞留在净水介质底层(反面)的污染物务必影响到后续用水单元的进水质量，这就是为什么在反向冲洗结束后必须进行正向冲洗操作的原因。

最后介绍正向冲洗。参见7c、图8、图9，此时水流走向又改变为：自来水水源--进水口331--自来水连通道321--出水口314--连通螺帽45--滤料上盖43--滤水介质46--滤料托架42--中心水管44--滤水进口311--排水连通道323--排污口313--下水道。

也就是说，正向冲洗时，进水正向流经滤水介质，将反冲洗过程中反向滞留在净水介质中的水中污染物冲入下水道，至此，净水介质才真正恢复到原有的净化工作状态。

由图9不难看出，只要在滤筒内增设几个滤料托架，每个托架上放置不同的净水介质，就可以实现多层过滤。但结果将会导致滤筒体积加大。在采用自动控制阀的水处理***中，采用多级过滤时，要坚持如下几条原则：第一，滤水介质尽量选用经反冲洗、正向冲洗后可立即再生的材料，如石英沙，麦饭石、微孔烧结管、KDF介质等；第二，如用同一滤筒实现多层过滤，要根据不同介质的净水容量合理搭配质数量，尽可能同期更换筒内所有滤水介质，以免给用户带来不便；第三，如不能满足上述第二点要求，则可采用自动控制阀控制单一介质滤筒后再串联连接的方案。此时，每个滤筒中的滤水介质不同，相应每一工作循环之间的间隔周期T1也会有所不同。

为了达到多级串联过滤而又不增加滤筒体积的，图10公开了其中的一种优选方案，与图9比较，仅增加了烧结微孔管47和堵头48，及外滤筒49，装填KDF介质的小直径滤筒41置于烧结微孔管的中空部位，在净水位置时，堵头48阻止进水直接流入中空部位，而是将进水导入烧结微孔管47外壁与外滤筒49内壁之间的空间内。进水先经过烧结微孔管47完成精密过滤处理，将颗粒污染物去除，然后再经KDF完成除余氯、软化、灭菌处理，最后向后续用水单元提供净化后的水；显然，当***处于反冲洗工位时，进水首先经中心水管44反向流经KDF介质，对KDF反冲洗，然后流入烧结微孔管内腔，反向流出外壁，对烧结微孔管进行反冲洗，并最终流入下水道；最后再进行正向冲洗操作。由于KDF和烧结微孔管都具备反冲洗立即再生的特征，只要KDF的用量和烧结微孔管的过滤精度及几何尺寸搭配合理，该净化组件可满足10年以上的有效寿命。

图8同时表明，在由三位五通转角阀控制的全自动自来水处理***中后续用水单元3的数量和入水口不仅限于一个，作为本发明的另一优选方案，图8中的水净化组件2采用图10的优选方案，后续用水单元3有两个，一是洗浴热水器，二是饮用水深度净化器(活性炭***、纳滤膜***、反渗透膜***中的任何一种)，饮用水深度净化器入水口既可与三位五通转角阀的滤水出口312直接连接，也可在已经与三位五通转角阀滤水出口312连通的洗浴热水器进水管线上连接，组合后的产品就成为一台完整的家用自来水处理***。此时，进入洗浴热水器入水口的水只经过图10所示的水净化组件2的净化处理，而从饮用水深度净化器流出的水则经过图10所示的水净化组件2和后续用水单元中的饮用水深度净化器两级净化处理，由于流入饮用水深度净化器的水已经水净化组件2的预处理，因而，使饮用水深度净化器滤芯的有效寿命大为延长。

控制器操作程序的变化、净水介质的不同选用、后续用水单元的不同组合，都将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种五通旋转阀，包括一阀芯，一阀套和一阀盖；其特征在于：

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，上述自来水连通道和排水连通道位于柱面外侧，滤水连通道为一沿径向穿过柱体的通孔，阀芯转轴位于圆柱体一端面圆心位置；阀套与阀盖组合为一圆筒形，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，上述进水口位于该圆筒一端面位置上，其余四个水口分别位于该圆筒柱面周侧四个不同的方位上；上述圆柱形阀芯与上述圆筒滑动配合，当阀芯回转至三个特定角位时，经由阀芯与圆筒之间柱面周侧的接触界面，分别形成净水、反冲洗和正向冲洗三种不同的水流通路，净水位置时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与出水口相连通，阀芯上的滤水连通道将圆筒上的滤水进口与滤水出口相连通，反冲洗工位时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与滤水进口相连通，阀芯上的滤水连通道将圆筒上的出水口与排污口相连通，正向冲洗工位时，阀芯上的自来水连通道将圆筒上的进水口与出水口相连通，阀芯上的排水连通道将圆筒上的滤水进口与排污口相连通。

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***，其特征在于：

***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***，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***，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***，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***、纳滤膜***、反渗透膜***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***，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***，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。

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