Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination

7/25/2019 Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination

1/5

l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l

US005531887A

United

States

Patent

[ 1 9 ] [ 1 1 ]

P a t e n t

N u m b e r : 5 , 5 3 1 , 8 8 7

M i e r s

[ 4 5 ]

Date

o f

P a t e n t : J u l . 2 ,

1 9 9 6

[ 5 4 ]

MANUALLY

OPERATED

REVERSE 4 , 2 3 0 , 5 6 4

1 0 / 1 9 8 0

Keefer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ 210/652

osMosrs

DESALINIZATION

SYSTEM 4,288,326 9/1981 Keefer . . . . .

. . . .

210/652

4 , 4 0 6 , 7 4 8 9 / 1 9 8 3

Hoffman

2 0 3 / 1 0

[ 7 5 ] I n v e n t o r :

Gary

L_ Miers Pol and S p r i n g s Me_ 4 , 4 3 2 , 8 7 6 2 / 1 9 8 4 K e e f e r

. . . . .

. . . . 2 1 0 / 6 5 2

4,434,056 2/1984 Keefer . . . . . . .

. .

210/652

. - 4 534 713 8/1985

Wanner

. . . . . . . . 210/416.3

[ 7 3 ]

A s s l g n e e ? g w e u l a b o m o n e s l n c B n d g t o n

4 , 6 7 6 , 9 0 5

6 / 1 9 8 7 N a g a o e t a l .

2 1 0 / 4 1 6 . 1

5,254,257 10/1993 Brigano e t

a 1 .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 2 1 0 / 6 5 2

[ 2 1 ]

A p p l

N o ; 4 4 9 , 0 8 0 P r i m a r y E x a m i n e r n A n a F o r t u n a

_ A t t o r n e y ,

A g e n t ,

o r Firm-Samuels, G a u t h i e r , S t e v e n s

[ 2 2 ] F i l e d : May

4 ,

1 9 9 5

R e p p e r t

[ 5 1 ]

I n t .

C l . 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

B01D 1 / 3 0 ; B01D 24/00 [ 5 7 ] ABSTRACT

[52] US.

l.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210/135;

210/134; 210/136;

_ _ _

2 1 0 / 8 ] ; 2 1 0 / 9 1 ;

2103215; 2 1 0 M 1 6 1 ; R e v e r s e o s m o s 1 s , p a m c u l a r l y f o r m a n u a l l y

o p e r a t i n g

w a t e r

2 1 0 M 3 3 1 ; 4 1 7 / 3 7 4 ;

4 1 7 / 5 4 1 d e s a l i n a t i o n , i s a c h i e v e d

u s i n g

s e m i p e r m e a b l e

m e m b r a n e s

[ 5 8 ] F i e l d

o f Search

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 / 6 5 2 ,

1 9 5 . 2 , w h i c l l S e l e c t i v e b p e r m e a t e P u r i ? e d W a t e r

from a

f e e d

2 1 0 K 3 5 0

2 5 7 2 ,

9 0 8 7 ,

1 3 4 , 1 3 5 1 3 6 ,

s o l u t l o n

p r e s s u r i z e d

b y

r e c i p r o c a t i n g p i s t o n

o r

d i a p h r a g m

4161 4311 3215 9 1 . 4 1 7 / 3 7 4 5 4 1

p u m p .

The m a n u a l

pump

a c t i o n i s

a s s i s t e d

b y u s i n g t w o

pump

pistons t o

pro vide a continuous ?ow of feed solution

[ 5 6 ]

R e f e r e n c e s C i t e d t o t h e c o n c e n t r a t e s i d e

o f

t h e

membrane t o c o n t i n u o u s l y

? u s h

t h e

membrane

s u r f a c e . The c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n

U - S - PATENT

DOCUMENTS i s

c o n t r o l l e d b y e x h a u s t i n g t h e h i g h

p r e s s u r e

c o n c e n t r a t e t o

R e . 3 2 , 1 4 4 5 / 1 9 8 6 K e e f e r

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 2 1 0 / 6 5 2

atmosphere through a

Ori?ce

and r e l i e f v a l v e

3 , 5 5 8 , 2 4 2 l / l 9 7 l

Jenkyn-Thomas . .

417/374

4 , 1 8 7 , 1 7 3

2 / 1 9 8 0 K e e f e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

2 1 0 / 6 5 2 3

Claims,

1

Drawing

Sheet


2/5


3/5

5 , 5 3 1 , 8 8 7

1

MANUALLY OPERATED REVERSE

OSMOSIS DESALINIZATION SYSTEM

FIELD

OF

THE

INVENTION

T h e

i n v e n t i o n

r e l a t e s

g e n e r a l l y t o

m a n u a l l y o p e r a t e d

r e v e r s e

o s m o s i s and

u l t r a ? l t r a t i o n ? u i d s e p a r a t i o n

p r o c e s s e s

a n d

m e t h o d s ,

a n d i s

a p p l i c a b l e p a r t i c u l a r l y t o w a t e r d e s a l i

n a t i o n a n d

p u r i ? c a t i o n b y r e v e r s e o s m o s i s .

BACKGROUND

OF

THE INVENTION

D e s a l i n a t i o n b y r e v e r s e o s m o s i s i s a c h i e v e d b y pumping

a f e e d s t r e a m o f s a l i n e w a t e r a t an

e l e v a t e d

working

p r e s s u r e

i n t o a p r e s s u r e

r e s i s t a n t

v e s s e l c o n t a i n i n g s e m i p e r m e a b l e

m e m b r a n e s . P u r i? e d

p r o d u ct w a t e r o f

g r e a t l y

r e d u c e d s a l i n

i t y

p e r m e a t e s

a c r o s s t h e

membranes

i n t o

low

p r e s s u r e

c o l l e c t i o n

c h a n n e l s

i f

t h e W o r k i n g p r e s s u r e e x c e e d s

t h e

f e e d

s t r e a m o s m o t i c

p r e s s u r e .

Excess

working p r e s s u r e above h e

f e e d s t r e a m

o s m o t i c

p r e s s u r e i s r e q u i r e d t o

p r o d u c e

s u ? i

c i e n t p r o d u c t

w a t e r

?ux a c r o s s membranes o f r e a s o n a b l e

s u r f a c e

a r e a ,

and a l s o t o e n s u r e s u ? i c i e n t

d i l u t i o n

of t h e

s m a l l b u t ? n i t e s a l t d i f f u s i o n

t h r o u g h

t h e membrane w h i c h

a l w a y s e x i s t s where t h e r e i s a c o n c e n t r a t i o n g r a d ie n t

a c r o s s

s u c h

m e m b r a n e s .

While some o f

t h e f e e d

s t r e a m

p e r m e a t e s t h r o u g h

t h e

m e m b r a n e s , t h e b a l a n c e b e c o m e s i n c r e a s i n g l y c o n c e n t r a t e d

w i t h

s a l t

r e j e c t e d by t h e membranes.

I n a c o n t i n u o u s

r e v e r s e

osmosis p r o c e s s , a c o n c e n t r a t e stream must be exhausted

f r o m

t h e v e s s e l

t o

p r e v e n t e x c e s s i v e

s a l t

a c c u m u l a t i o n . I n

commonly

a v a i l a b l e

m a n u a l l y

o p e r a t e d

r e v e r s e

o s m o s i s

a p p a r a t u s t h e c o n c e n t r a t e

s t r e a m i s

d i r e c t e d t o t h e back s i d e

o f t h e s i n g l e pump p i s t o n

t h r o u g h

a c o m b i n a t i o n o f d i r e c

t i o n a l

v a l v e s

and m e c h a n i c a l

d w e l l

and t h e

e n e r g y

due t o

p r e s s u r i z a t i o n

i s u s e d t o

a s s i s t

t h e

o p e r a t o r

i n p u m p i n g .

F u r t h e r m o r e ,

t h e


c o n c e n t r a t e

i s t h e n e x h a u s t e d

t o a m b i e n t , t h u s c o n t r o l l i n g

c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n .

C o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n i n t h e f e e d

s t r e a m

i s

t h e

t e n

d e n c y f o r

a

c o n c e n t r a t i o n g r a d ie n t t o

d e v e l o p

i n t h e f e e d

s t r e a m

w i t h h i g h

s a l t

c o n c e n t r a t i o n

on t h e membrane f a c e

d u r i n g r e v e r s e o s m o s i s .

T h i s

t e n d e n c y r e s u l t s

f r o m t h e

b u l k

t r a n s p o r t o f

s a l i n e

w a t e r t o w a r d t h e membrane f a c e

and

t h e

a c c u m u l a t i o n o f s a l t i n

t h e b o u n d a r y

l a y e r a s l e s s s a l i n e

w a t e r p e r m e a t e s t h r o u gh

t h e

m e m b r a n e ,

b a l a n c e d

b y

d i f f u

s i o n o f s a l t b a c k o u t o f t h e b o u n d a r y l a y e r .

C o n c e n t r a t i o n

p o l a r i z a t i o n i s d e t r i m e n t a l

e s p e c i a l l y

w i t h

f e e d

s t r e a m s o f

h i g h

o s m o t i c

p r e s s u r e

such

a s s e a w a t e r ,

because

t h e mem

b r a n e

s e e s

a h i g h e r

c o n c e n t r a t i o n which r a i s e s t h e

e ? e c t i v e

o s m o t i c p r e s s u r e . When c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n o c c u r s,

w o r k i n g p r e s s u r e f o r g i v e n p r o d u c t ? u x

m u s t

b e

i n c r e a s e d ,

p r o d u c t s a l i n i t y w i l l b e i n c r e a s e d a n d membrane

i f e may

b e

i m p a i r e d .

M a n u a l l y o p e r a t e d r e v e r s e o s m o s i s s y s t e m s a r e t y p i c a l l y

d e s i g n e d t o r e d u c e c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n

e f f e c t s

b y

f o r c e d

c o n v e c t i o n

t h r o u g h t h e

membrane a r r a y .

F o r c e d

c o n v e c t i o n may b e p r o v i d e d b y c i r c u l a t i n g a

l o w

r a t i o o f

t h e

p e r m e a t e s t r e a m t h r o u g h

s u i t a b l y

c o n ? g u r e d f e e d c h a n n e l s

b e t w e e n

membrane

f a c e s .

H o w e v e r ,

i t

i s

g e n e r a l l y n o t

d e s i r a b l e t o b y p a s s a p o r t i o n

o f

t h e p e r m e a t e s t r e a m t o

r e d u c e c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n .

I t

i s

d e s i r a b l e

t o

p r o v i d e

a

c o n t i n u o u s

f e e d

s t r e a m c i r c u

l a t i o n

t h r o u g h

t h e

membrane

a r r a y ,

because even momen

t a r y s t a g n a t i o n o f f l o w

may c a u s e

s e v e r e

c o n c e n t r a t i o n

p o l a r i z a t i o n .

2 5

30

40

45

55

6 5

2

O p e r a t i o n a t low r a t i o s o f

p e r m e a t e

? ow t o c o n c e n t r a t e

? ow s a l s o g e n e r a l l y

f a v o r a b l e

t o t h e

r e d u c t i o n o f

c o n c e n

t r a t i o n p o l a r i z a t i o n e f f e c t s .

SUMMARY

OF

THE

INVENTION

The i n v e n t i o n a c h i e v e s r e v e r se o s m o s i s w i t h low

e n e r g y

c o n s u m p t i o n

w i t h o u t

b r i n g i n g

a

p r e s s u r i z e d c o n c e n t r a t e

s t r e a m

t o t h e

b a c k s i d e

o f

a

pump p i s t o n .

Thus

i n t r i c a t e

v a l v i n g a n d

m e c h a n i c a l

d w e l l a r e e l i m i n a t e d . C o n c e n t r a t i o n

p o l a r i z a t i o n e f f e c t s a r e r e d u c e d b y m a i n t a i n i n g t h e c o n t i n u

i t y

o f

f e e d

s t r e a m

?ow c i r c u l a t i n g p a s t t h e membranes a n d

b y e n a b l i n g

o p e r a t i o n a t

a low r a t i o

o f p e r m e a t e

?ow t o

c o n c e n t r a t e ?ow w i t h o u t

e x c e s s i v e e n e r g y c o n s u m p t i o n .

A m a n u a l l y o p e r a t e d m e m b r a n e s e p a r a t i o n a p p a r a t u s

a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n

s e p a r a t e s

a f e e d s t r e a m

i n t o

a

permeate

stream and a c o n c e n t r a t e s t r e a m which r e s p e c

t i v e l y

a r e p e r m e a t e d a n d r e j e c t e d

b y a

s e m i p e r m e a b l e mem

b r a n e

housed

i n

a

membrane

v e s s e l .

The

a p p a r a t u s

i s

c h a r a c t e r i z e d b y a r e c i p r o c a t i n g

pump,

i n l e t a n d o u t l e t

c o n d u i t s

and an o r i ? c e / r e l i e f v a l v e communicating w i t h t h e

membrane

t o

p r o v i d e e s s e n t i a l l y

u n i f o r m

p r e s s u r e a n d f e e d

? u i d ? ow a c r o s s t h e

membrane.

The r e c i p r o c a t i n g pump h a s

two c y l i n d e r s

a n d

two

m o v a b l e p i s t o n s . W h i l e o n e

p i s t o n

i s

d r a w i n g f e e d

w a t e r

i n t o i t s

a s s o c i a t e d

c y l i n d e r ,

t h e o t h e r

p i s t o n i s

d r i v i n g

t h e

f e e d s t r e a m t o

t h e

membrane. The

p i s t o n s

c o o pe r a t e w i t h p i st o n r o d s w h i c h

e x t e n d

t o a pump

h a n d l e .

Each c y l i n d e r a n d p i s t o n r o d

h a v e

a

r e l a t i v e

d i a m e t e r

a n d

l e n g t h r e s p e c t i v e l y

w h i c h d e ? n e

t h e c y l i n d e r / p i s t o n r o d

p r o p o r t i o n s s u c h t h a t r a t i o o f

s w e p t

l e n g t h

o f p i s t o n

r o d a n d

c r o s s s e c t i o n a l a r e a o f c y l i n d e r d e t e r m i n e s i n c o n j u n c t i o n

w i t h t h e p r e s s u r e

r e l i e f

v a l v e

t h e r e c o v e r y r a t i o o f p e r m e a t e

stream

t o

t o t a l feed s t r e a m .

The

pump

h a n d l e i s r e c i p r o c a b l e a n d i s m e c h a n i c a l l y

c o n n e c t e d

t o

t h e p i s t o n s

t o

a p p l y a

r e c i p r o c a t i n g

a c t i o n

t o

t h e

p i s t o n s . The n l e t c o n d u i t c o m m u n i c a t e s w i t h

t h e

pump

i n g

chambers and w i t h a f e e d s o u rc e t o a d m i t t h e f e e d s t r e a m

i n t o t h e

pumping c h a m b e r s ,

a n d t h e o u t l e t

c o n d u i t

c o m m u

n i c a t e s

w i t h t h e pumping c h a m b e r s a n d w i t h t h e membrane

v e s s e l t o c a r r y t h e p r e s s ur i z e d f e e d s t r e a m f r o m t h e

pumping

chamber

o t h e f e e d

s i d e

o f t h e

membrane.

Th e membr ane

s e p a r a t e s t h e f e e d s t r e a m i n t o t h e p e r m e a t e

a n d


s t r e a m s . The c o n c e n t r a t e

s t r e a m e x i t s t h e membrane i n t o t h e


s i d e

o f

t h e

membrane v e s s e l . T h i s c o n c e n t r a t e

s t r e a m

i s

d i s c h a r g e d t h r o u g h

t h e

o r i ? c e / r e l i e f v a l v e .

The

o r i ? c e / r e l i e f

v a l v e ,

i n c o n j u n c t i o n

w i t h

t h e c y l i n d e r / p i s t o n

r o d p r o p o r t i o n s , e n s u r e s

t h a t

t h e ? o w

o f ? u i d

a c r o s s t h e

membrane i s c o n t i n u o u s and n o t

c o n t i n u a l

t o minimize t h e

c o n c e n t r a t i o n g r a d ie n t . F u r t h e r , t h e p r e s s u r e a c r o s s t h e

membrane i s c o n s t a n t m a x i m i z i n g t h e

? ow

o f p e r m e a t e

t h r o u g h

t h e m e m b r a n e .

A e t h o d o f

membrane s e p a r a t i o n

a c c o r d i n g

t o

t h e i n v e n

t i o n u s e s an a p p a r a t u s a s g e n e r a l l y d e s c r i b e d

above

and

i s

c h a r a c t e r i z e d

a s f o l l o w s .

The a p p a r a t u s c o n s i s t s o f a two

p i s t o n

a n d

t w o c y l i n d e r

pump c o n ? g u r a t i o n

t h a t i n c o n j u n c

t i o n

w i t h

c h e c k v a l v i n g , d r a w s a

f e e d

s t r e a m i n t o t h e

c y l i n d e r s

a n d p r e s s ur i z e s t h e f e e d s t r e a m .

W h i l e

o n e p i s t o n

d r a w s

t h e

f e e d

s t r e a m i n t o t h e

s y s t e m ,

t h e o t h e r p i st o n

s i m u l t a n e o u s l y

p r e s s u r i z e s t h e

f e e d

s t r e a m .

T h e


f e e d s t r e a m i s

f e d

t o

t h e

f e e d

s i d e

o f a membrane

v e s s e l

which c o n d u c t s t h e

f e e d

stream t o

a

membrane t h a t

s e p a

r a t e s

t h e

f e e d ?uid i n t o permeate and


s t r e a m s .

The

t w o p i s t o n , two

c y l i n d e r

s y s t e m

a l l o w s

a n

o p e r a t o r

t o

m a n u a l l y

o p e r a t e t h e u n i t . The t w o p i s t o n s

a n d

p i s t o n r o d s

a r e

s i z e d s o

t h a t t h e

f o r c e e x e r t e d by t h e o p e r a t o r on

t h e


4/5

5 , 5 3 1 , 8 8 7

3

p i s t o n s

t o

p r e s s u r i z e

t h e ? u i d i s m i n i m i z e d w h i l e a t t h e same

t i m e p i s t o n s

a r e

s i z e d t o m o ve

h e c o r r e c t volume

o f

t h e

f e e d

s t r e a m t h r o u g h t h e s y s t e m .

BRIEF

DESCRIPTION OF THE

FIGURE

The

FIGURE

s a s c h e m a t i c

i l l u s t r a t i o n o f

t h e

i n v e n t i o n .

DESCRIPTION OF

THE PREFERRED

EMBOD IMENTS S)

R e f e r r i n g

t t h e d r a w i n g , a n embodiment

o f

t h e i n v e n t i o n

i s

shown

g e n e r a l l y a t 1 0

a n d c o m p r i s e s a

r e c i p r o c a t i n g

pump 12 and a n

d r i v e

arm

1 4

m e c h a n i c a l l y c o n n e c t e d t o

t h e

pump 1 2 . The r e c i p r o c a t i n g pump

1 2 h a s

two pump

c y l i n

d e r s

1 6 , 1 8 a n d

t w o m o v a b l e

p i s t o n s

2 0 , 2 2 r e c e i v e d

t h e r e o n .

T h e

p i s t o n s 2 0 , 2 2 c o o p e r a t e

w i t h

p i s t o n r o d s 2 4 ,

2 6

which a r e pinned t o t h e p u m p a r m 1 4 .

The pump

1 2

f u r t h e r

c o m p r i s e s

a s u p po r t w a l l 2 8 . The

pump arm

1 4

i s

r o t a t a b l y

p i n n e d t o

t h e

u p p e r p o r t i o n o f

t h e

w a l l

a s

shown,

which

w a l l f u n c t i o n s

a s

a fulcrum

f o r t h e

movement

o f t h e p i s t o n r o d s 2 4 , 2 6 .

T h e c y l i n d e r s

1 6 , 1 8 , t h e

p i s t o n s 2 0 , 2 2

a n d

t h e p i s t o n

r o d s 2 4 , 2 6 h a v e

r e l a t i v e

d i a m e t e r s a n d

l e n g t h s

w h i c h d e ? n e

p i st o n r o d / cy l i n d e r

p r o p o r t i o n s s u c h t h a t

a

r a t i o

o f t h e s w e p t

l e n g t h o f p i s t o n

r o d s t o

t h e

c r o s s s e c t i o n a l

a r e a

o f

t h e

c y l i n d e r s i n c o n j u n c t i o n w i t h

t h e

r e l i e f

v a l v e / o r i ? c e

s i z e

6 6

d e t e r m i n e s

t h e r e c o v e r y

r a t i o o f

t h e p e r m e a t e s t r e a m t o t h e

t o t a l

f e e d s t r e a m . More

s p e c i ? ca l l y , t h e

t w o p i s t o n d i a m e t e r s

a r e a l s o s i z e d s o t h a t t h e f o r c e e x e r t e d by t h e o p e r a t o r on h e

pump l e v e r

a r r n

a c t u a t o r 14 i s m i n i m i z e d , e . g . 12-15 l b f .

A embrane

u n i t

30 s d i v i d e d i n t o

two

c h a m b e r s , a f e e d

zone

32 and

a


zone

3 4 . T he

feed stream ? ow s

t h r o u g h

t h e

c o n d u i t

3 6 a n d

i s

s e p a r a t e d

i n t o

a

p e r m e a t e

f r a c t i o n 38

and

a c o n c e n t r a t e f r a c t i o n 40 which a r e r e s p e c

t i v e l y p e r m e a t e d a n d r e j e c t e d b y

a

m e m b r a n e 4 2 .

I n l e t

c o n d u i t s

4 4 , 4 6 c o m m u n i c a t e

b e t w e e n

t h e c y l i n d e r s

1 6 ,

1 8

and

a s o u r c e

48 v i a

a c o n d u i t

50 immersed

i n

t h e

s o u r c e 4 8 .

N o n - r e t u r n

c h e c k v a l v e s

5 2 , 54

a d m i t

t h e f e e d

s t r e a m

i n t o t h e c y l i n d e r s 1 6 ,

1 8 p r e v e n t i n g

r e t u r n ? o w .

O u t l e t c o n d u i t s

5 6 , 5 8

p r o v i d e

? u i d

?ow

c o m m u n i c a t i o n

b e t w e e n

t h e c y l i n d e r s 1 6 ,

1 8 a n d t h e f e e d z o n e

32

o f

t h e

membrane

n i t

3 0 .

N o n - r e t u r n c h e c k

v a l v e s 60 ,

62 d m i t

t h e


f e e d s t r e a m

i n t o t h e

f e e d

zone

32

o f t h e mem

b r a n e u n i t 30

w h i l s t

p r e v e n t i n g r e t u m ? o w . The f e e d s t r e a m

i s

s e p a r a t e d i n t o t h e p e r m e a t e f r a c t i o n 3 8 a n d

t h e

c o n c e n

t r a t e

f r a c t i o n

4 0 . The


f r a c t i o n ?ows i n t o t h e


zone

34

o f t h e

membrane

u n i t

3 0 .

A

o n d u i t

64

p r o v i d e s

f o r

t h e ? ow o f t h e

c o n c e n t r a t e f r a c t i o n f r o m

t h e

zone

34

t o

a

r e l i e f v a l v e / o r i ? c e 6 6 . A

o n d u i t

68 d i s c h a r g e s

t h e c o n c e n t r a t e f r a c t i o n t o

a t m o s p h e r e .

A

o n d u i t

66 con

d u c t s t h e p e r m e a t e

f r a c t i o n 38

t o t h e u s e r .

The o p e r a t i o n o f t h e i n v e n t i o n

w i l l

b e d e s c r i b e d

i n

r e f e r e n c e t o t h e f o l l o w i n g n o n - l i m i t i n g i l l u s t r a t i v e e m b o d i

m e n t .

The

membrane

s d e s i g n e d t o o p e r a t e a t i t s

optimum

a t

a

p r e s s u r e o f 5 2 5 - 5 7 5 p s i g . The d e s i g n e d t h r o u g h p u t o f

t h e membrane

i s

1 0 0

g a l l o n s / d a y .

A t

1 0 0 g a l l o n s / d a y

t o t a l

t h r o u g h p ut , t h e m e m b r a n e w i l l y i e l d 1 0 g a l l o n s / d a y p e r m e

a t e f r a c t io n ,

i . e .

r a t i o o f

f e e d s t r e a m

t o

p e r m e a t e f r a c t i o n .

T h e r e f o r e , 1 0 0 g a l l o n s / d a y

o f

w a t e r a t

a

p r e s s u r e o f 525575

p s i g s h o u l d

b e

s u p p l i e d

t o t h e

m e m b r a n e

b y

t h e

p u m p i n g

m e c h a n i s m . To a c h i e v e

t h e c o r r e c t o p e r a t i n g p r e s s u r e ,

t h e

p r e s s u r e r e l i e f v a l v e i s s e t t o r e l i e v e a t 550 p s i g . The

m a x i mu m r e a s o n a b l e amount o f s t r o k e s / m i n u t e a c h i e v e d

by

a human

b e i n g

h a s b e e n

f o u n d

t o b e a b o u t

40

w h i l e

e x e r t i n g

a

o r c e

o f 1 5 l b s .

The

c r o s s s e c t i o n a l

a r e a

o f

t h e

c y l i n d e r and

t h e s t r o k e

l e n g t h

( r a t i o o f s w e p t l e n g t h o f p i s t o n

r o d a n d

1 0

1 5

30

3 5

40

45

50

55

60

65

4

c r o s s s e c t i o n a l a r e a o f

c y l i n d e r ) i s

determined s a s f o l l o w s .

( 1 0 0 g a l l o n s / d a y ) / ( l 4 4 0 m i n u t e s / d a y ) = 0 . 0 6 9 g a l l o n s / m i n u t e

( 0 . 0 6 9 g a l l o n s / m i n u t e ) ( 4 0 s t r o k e s / m i n u t e ) = 0 . 0 0 l 7 3 6 g a l

l o n s / s t r o k e ( 0 . 0 0 1 7 3 6

g a l l o n s / s t r o k e ) * ( 2 3 l i n 3 / g a l l o n ) = 0 . 4 0

i n 3 / s t r o k e ( 0 . 4 0 1 i n 3 / s t r o k e ) / ( 2

c y l i n d e r s ) = 0 . 2 0 0

i n 3 / s t r o k e /

c y l i n d e r

A r b i t r a r i l y c h o o s i n g 0 . 5 0 0

i n .

d i a m e t e r a s c y l i n d e r b o r e

because

i t

i s

common o r e :

E a c h c y l i n d e r :

V o l u m e = ( r ] D 2 / 4 ) * ( S t r o k e ) a n d S t r o k e = 0 . 2 0 0

i n 3 / ( T ] ( O . 5 O O

i n f / 4 ) :

1 . 0 2 i n .

A r b i t r a r i l y

c h o o s i n g

1 . 1 3 i n . s t r o k e t o r e d u c e s t r o k e s /

m i n u t e s r e q u i r e d t o 3 7 .

The f o r c e r e q u i r e d by a p e r s o n

t o

a c h i e v e t h e r e q u i r e d

p r e s s u r e w i t h

t h i s

c y l i n d e r d i a m e t e r b a s e d a r b i t r a r i l y on

a

1 2

i n c h l e v e r arm i s d e t e r m i n e d :

The two

p i s t o n s 2 0 , 22

a c h h a v e

a s u r f a c e

d i a m e t e r o f

0 . 5

i n . a n d a d i s p l a c e m e n t o f 0 . 2 0 0 i n 3 i n t h e c y l i n d e r s 1 6 ,

1 8

r e s p e c t i v e l y J T h e

m e m b r a n e 3 0 d e s i g n e d

f o r t h e d e s a l i n i z a

t i o n o f w a t e r

o p e r a t e s

i n a p r e s s u r e r a n g e of between 52 5 t o

5 7 5 p s i g .

R e f e r r i n g

t o t h e d r a w i n g when t h e

h a n d l e

1 4 i s

moved l e f t t o

r i g h t ,

a s v i e w e d , t h e

p i s t o n

20 moves l e f t t o

r i g h t d r a w i n g ? u i d

i n t o

t h e c h a m b e r

1 6 .

S p e c i ? c a l l y , ? u i d i s

drawn f r o m t h e

s o u r c e

2 4 t h r o u g h t h e c o n d u i t

5 0 ,

t h e

c o n d u i t

4 4 , t h e

c h e c k

v a l v e 5 4 a n d

i n t o

t h e

chamber

1 6 . The

p i s t o n

2 2

moves

i g h t t o

l e f t

d i s p l a c i n g

t h e

? u i d

t h a t

i s

i n

t h e

c y l i n d e r 1 8 . F l u i d s d i s c h a r g e d

f r o m

t h e c y l i n d e r 1 8 t h r o u g h

t h e c o n d u i t 5 8 t h r o u g h t h e c h e c k v a l v e

62

a n d i n t o t h e

membrane a s s e m b l y

3 0 ,

a n d

more p a r t i c u l a r l y

t h e

z o n e

3 2 .

The

o t a l

d i s p l a c e m e n t

o f ? u i d f r o m

t h e c y l i n d e r

1 8 a n d

i n t o t h e

zone

32

s 0 . 2 0 0

i n 3 ounces

o f ?uid

a t a p r e s s u r e

o f

b e t w e e n 5 2 5 t o 5 7 5 . When t h e

p i s t o n

2 2 h a s c o m p l e t e d i t s

t r a v e l i n

t h e

c y l i n d e r

1 8 , t h e d i r e c t i o n

o f movement o f

t h e

h a n d l e 1 4 i s r e v e r s e d r e s u l t i n g i n ? u i d

b e i n g drawn

n t o t h e

chamber 1 8 a n d e x p e l l e d f r o m

t h e chamber

1 6 . As a

p r a c t i c a l

m a t t e r ,

t h e r e c i p r o c a t i n g

a c t i o n o f

t h e

h a n d l e i s

c o n t r o l l e d s u c h t h a t

t h e r e

i s

a

c o n t i n u o u s ? ow o f

f e e d

s t r e a m

i n t o t h e zone 3 2 .

The f o r e g o i n g

d e s c r i p t i o n

h a s

b e e n

l i m i t e d t o a s p e c i ? c

embodiment

o f

t h e

i n v e n t i o n .

I t

w i l l

b e

a p p a r e n t ,

h o w e v e r ,

t h a t v a r i a t i o n s and m o d i ? c a t i o n s c a n be made t o

t h e

i n v e n

t i o n , w i t h t h e a t t a i n m e n t

o f

some o r

a l l o f

t h e a d v a n t a g e s o f

t h e i n v e n t i o n . T h e r e f o r e , i t

i s

t h e o b j e c t

o f

t h e

a p p e n d e d

c l a i m s

t o cover a l l such v a r i a t i o n s and

modi?cations

a s

come w i t h i n

t h e

t r u e

s p i r i t a n d s c o p e o f

t h e

i n v e n t i o n .

H a v i n g

d e s c r i b e d m y i n v e n t i o n , what now

c l a i m

i s :

1 . A a n u a l l y

o p e r a t e d

a p p a r a t u s

f o r t h e d e s a l i n i z a t i o n

o f

a f e e d s t r e a m

which

c o m p r i s e s :

a pu mp h a v i n g

a t

l e a s t two c y l i n d e r s and two

a s s o c i a t e d

p i s t o n s r e c e i v e d

i n

t h e c y l i n d e r s , t h e p i s t o n s e a c h

i n c l u d i n g

a p i s t o n

r o d ;

t h e c y l i n d e r s d i s p o s e d

i n s i d e

b y

s i d e r e l a t i o n s h i p ,

a

pump

a r m

pinned

t o

a

s u p p o r t w a l l

which

f u n c t i o n s

a s

a

f u l c m m , t h e

s u p p o r t w a l l p o s i t i o n e d b e t w e e n t h e c y l

i n d e r s , a h a n d l e c o n n e c t e d t o t h e

p i s t o n

r o d s t o d r i v e

t h e

p i s t o n s

i n t o

a n d

o u t

o f t h e i r a s s o c i a t e d

c y l i n d e r s i n

r e c i p r o c a t i n g o p p o s i t e f a s h i o n

s u c h t h a t when

o n e

p i s t o n i s b e i n g w i t h d r a w n f r o m

i t s

c y l i n d e r t h e

o t h e r

p i s t o n i s i n t r o d u c e d i n t o i t s

c y l i n d e r ;


5/5

5 , 5 3 1 , 8 8 7

5

a s o u r c e o f f e e d s t r e a m

t o be p u r i ? e d i n

? u i d

? ow

c o m m u n i c a t i o n w i t h e a c h o f t h e c y l i n d e r s i n c l u d i n g

? r s t a n d

s e c o n d

f e e d c o n d u it s

t o p r o v i d e

f o r t h e ? ow o f

t h e

f e e d

s t r e a m

from

t h e s o u r c e

t o t h e ? r s t

a n d s e c o n d

c y l i n d e r s

r e s p e c t i v e l y , e a c h

o f t h e

c o n d u i t s h a v i n g

a

c h e c k

v a l v e

t h e r e i n t o

p r e v e n t

b a c k

? ow

o f

t h e

f e e d

s t r e a m

from

t h e chamber w i t h

which

t h e c o n d u i t

i s

a s s o c i a t e d

back t o t h e s o u r c e ,

s u c h

t h a t a s t h e f e e d

s t r e a m

i s

b e i n g drawn

i n t o o n e ? r s t c y l i n d e r f r o m

t h e

s o u r c e o f s u p p l y t h e f e e d

s t r e a m

i n

t h e o t h e r

c y l i n d e r

i s b e i n g d r i v e n

u n d e r

p r e s s u r e t o a membrane

a s s e m b l y

a n d i s p r e v e n t e d f r o m r e t u r n i n g t o t h e s o u r c e ;

? r s t

a n d

s e c o n d

d i s c h a r g e c o n d u i t s

t o p r o v i d e

f o r

? u i d

?ow

c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e ? r s t a n d

s e c o n d

c y l

i n d e r s

a n d t h e membrane

a s s e m b l y , e a c h

o f s a i d c o n

d u i t s h a v i n g

a

c h e c k v a l v e t h e r e i n ;

t h e

membrane

a s s e m b l y i n

? u i d

?ow

c o m m u n i c a t i o n w i t h

t h e

? r s t a n d

s e c o n d c y l i n d e r s

t h e a s s e m b l y c o m p r i s i n g

a

membrane

h a v i n g

a f e e d

s i d e

and

a

p e r m e a t e

s i d e

w h e r e b y t h e f e e d s t r e a m

i s

s e p a r a t e d i n t o a p e r m e a t e

f r a c t i o n and

a

c o n c e n t r a t e f r a c t i o n ,

a

? r s t

c o n d u i t

5

1 5

2 0

6

s e c u r e d t o

t h e

membrane a s s e m b l y t o d i s c h a r g e t h e

c o n c e n t r a t e f r a c t i o n from t h e

membrane

a s s e m b l y , t h e

? r s t

c o n d u i t

h a v i n g a p r e s s u r e r e l i e f v a l v e

t h e r e i n

a n d

a

s e c o n d c o n d u i t

t o

d i s c h a r g e t h e

p e r m e a t e

f r a c t i o n ;

t h e d i m e n s i o n i n g o f t h e

c y l i n d e r s , p i s t o n s a n d p i s t o n

r o d s ,

membrane

a s s e m b l y a n d a s s o c i a t e d

r e l i e f

v a l v e

c o n

? g u r e d

s u c h t h a t t h e

p r e s s u r e

a n d ?ow a t e

o f

t h e s a l i n e

s o l u t i o n ?owing i n t o t h e membrane

a s s e m b l y e n s u r e s

t h a t

t h e

membrane

s u r f a c e on t h e

f e e d

s i d e

o f

t h e

membrane a s s e m b l y

i s

c o n t i n u o u s l y

s w e p t

a t

c o n s t a n t

p r e s s u r e

and

ow

a t e t o

p r e v e n t o r

i n h i b i t

c o n c e n t r a

t i o n

p o l a r i z a t i o n .

2 .

The p p a r a t u s o f c l a i m 1

w h e r e i n

t h e c y l i n d e r s , p i s t o n s

and p i s t o n

r o d s

a r e

dimensioned

s u c h

t h a t

a

f o r c e o f a b o u t

1 5

l b f .

a p p l i e d t o

t h e

h a n d l e w i l l

r e s u l t

i n

a p r e s s u r e

o f

between 5 2 5

t o

5 7 5 p s i g

i n

t h e f e e d

z o n e

o f

t h e membrane.

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1 : 1 0 .

Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination

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