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
7/25/2019 Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination
2/5
7/25/2019 Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination
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
p r e s s u r i z e d
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
c o n c e n t r a t e
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
c o n c e n t r a t 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
p r e s s u r i z e d
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
c o n c e n t r a t e
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
7/25/2019 Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination
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
c o n c e n t r a t e
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
p r e s s u r i z e d
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
c o n c e n t r a t e
f r a c t i o n ?ows i n t o t h e
c o n c e n t r a t 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 ;
7/25/2019 Manually Operated Reverse Osmosis Water Desalination
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.
3 . The a p p a r a t u s
o f
c l a i m 2 w h e r e i n t h e
membrane
u n i t i s
c o n ? g u r e d
s u c h
t h a t t h e r a t i o
o f
t h e
p e r m e a t e
f r a c t i o n
r e c o v e r e d
t o
t h e f e e d
s t r e a m
i s
a b o u t
1 : 1 0 .