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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur teil-
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weisen Trennung flüssiger Lösungen nach dem Prinzip der Umkehrosmose
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Die DE-OS 2708311 zeigt eine
Vorrichtung zur Reinigung von Wasser oder anderen Medien vorzugsweise zur Reinigung
von Seewasser um Frisch- oder Trinkwasser zu erhalten. Mittels einer Kolbenpumpe
wird Seewasser, gegebenenfaDs über Filtereinrichtungen unmittelbar aus dem Meer
angesaugt. Das Seewasser gelangt über die Ansaugleitung und das Ansaug-Rückschlagventil
in eine erste Kammer der Pumpe. Der Querschnitt der zweiten Kammer ist um den Querschnitt
der Kolbenstange kleiner als der der ersten. Nach dem Ansaughub wird während des
Druckerzeugungshubes das Seewasser aus der ersten Pumpenkammer über eine erste Zwischenleitung
und ein Rückschlagventil in die eine semipermeable Membran enthaltende dßruckfeste
Membrankammer gepreßt. Der in der Membrankammer erzeugte Druck muß über dem osmotischen
Druck liegen, damit Flüssigkeit durch die semipermeable Membran hindurchtreten kann.
Die hindurchgetretene und gereinigte Flüssigkeit, das Permeat, wird in einem besonderen
Gefäß aufgefangen. Das Konzentrat, doho das vor der Membran verbleibende Wasser,
verläßt die Membrankammer über eine zweite Zwischenleitung, die die Membrankammer
mit der zweiten Kammer der Pumpe verbindet und welche ein steuerbares Durchiaßventil
enthält. Dieses Durchlaßventil ist nur während des Druckerzeugungshubes geöffnet.
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Während des folgenden Ansaughubes ist das Durchlaßventil
geschlossen
und das in der zweiten Kammer der Pumpe vorhandene Konzentrat wird durch eine Austrittsöffnung
aus der Kammer durch die Kolbenbewegung verdrängt. An die Austrittsöffnung ist eine
Auslaßleitung angeschlossen, die ein steuerbares Auslaßventil enthält.
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Eine besondere Druckregulierung ist bei dieser bekannten Vorrichtung
nicht wrforderlich. Der Druck in der IViembrankammer ist abhängig von den Querschnittsflächen
in den beiden Kammern der Pumpe. Die Pumpe wird bei dieser bekannten Vorrichtung
von einem Motor angetrieben. Es ist außerdem aus der DE-AS 2442741 bekannt, daß
das Ventil in der zweiten Zwischenleitung zwischen der Membrankammer und der zweiten
kammer der Pumpe unmittelbar von dem Ventil in der ersten Zwischenleitung, die die
erste Pumpenkammer mit der I.\:iembrankammer verbindet, beeinflußt wird, beispiels~
weise sind beide Ventile mechanisch miteinander verbunden.
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Auch hier muß der Kolben von einem Motor oder dgl. angetrieben werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, dessen Bedienung
einfach ist und bei dem keine zusätzlichen Steuereinrichtungen zur Beeinflussung
der Ventile erforderlich sind, damit dieses Gerät auch in Notfällen zur Trinkwasserbereitung,
z.B. in Seenotfällen, dienen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 angegebenen Merkmale. Außerdem ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung
einen kompakten Aufbau. Um den erzeugten Druck auch während des Ansaughubes der
Pumpe aufrecht zu halten, kann ein hydraulischer
Speicher, der durch
Gas oder Federkraft vorgespannt sein kann, vorgesehen werden. Dieser Speicher wird
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Kolbens tange selbst oder im Kolben
selbst angeordnet, sodaß zusätzliche Verbindungsleitungen hierfür nicht erforderlich
sind. Außerdem wird eine kompakte Bauform des Gerätes hierdurch sehr begünstigt.
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Da die Bedienung eines derartigen Gerätes oft unter ere sohwerten
Bedingungen, z.B. auch in der Dunkelheit, sicher kontrolliert werden und die Bedienungsperson
ständig die Möglichkeit haben muß festzustellen, ob sie schneller oder lqngsamer
pumpen soll, ist es ferner zweckmäßig, eine sicht- und fühlbare Anzeigevorrichtung
vorzusehen. Diese Anzeigevorrichtung soll erkennen lassen, wann zu langsam und wann
zu schnell gepumpt wird. Die Anzeigeeinrichtung besteht nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung aus einem mit dem Kolben des hydraulischen Speichers verbundenen und
nach außen hinausgeführten Signalstift. Dieser Signalstift läßt ühl- und sichtbar
erkennen, ob der Speicher leer, normal belastet oder Überlastet ist.
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Bei längerer Betätigung der Pumpe besteht die Gefahr, daß sich auf
der Membran Ablagerungen der in der Flüssigkeit enthaltenden Stoffe bilden, die
zu einer Verstopfung der Membran führen können. Um dies zu vermeiden, kann eine
zusätzliche Spülpumpe vorgesehen werden, mit deren Hilfe die Flüssigkeit in der
Membrankammer in raschere Bewegung versetzt wird. bie Spülpumpe kann bei der erfindungsgemäßen
anordnung vorteilhaft auf der
Kolbenstange befestigt sein, sodaß
kein erhöhter Bauraum erforderlich ist.
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In den Fig. 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Statt der in diesen Ausführungsbeispie len dargestellten Kolben mit gleitender Abdichtung
können auch Membrankolben Anwendung finden, deren Abdichtung durch eine Membran
geschieht.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine
Variante der Ausführung gem. Fig. 1 mit in der Kolbenstange angeordnetem hydraulichen
Speicher; Fig. 3 eine andere Variante mit einer zusätzlichen Spülpumpe; Fig. 4 ein
Ausführungsbeispiel mit einem Signalstift zur Anzeige des Zustandes des Speichers;
Fig. 5 ein zweistufiges Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei hintereinander
angeordneten Pumpen und Membrankammern.
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In Fig. 1 ist in einem Gehäuse (1) eine Membrankammer t2) mit einer
semipermeablen Membran (3), ein hydraulischer Speicher (4) mit einem federbelasteten
Kolben (5) und einer Pumpe (6) vorgesehen. Die Pumpe (6) besteht aus einer ersten
Pumpenkammer (7), einem Kolben (81, einer zweiten Pumpenkammer (9) und der Kolbenstange
(10). Der Kolben
(8) ist auf dem verdickten Ende (ii) der Kolbenstange (10) axial um einen bestimmten
Weg verschiebbar gelagert. Ist dieser Weg überschritten, so wird der Kolben (8)
von der
Kolbenstange (10) mitgenommen.
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Die Ansaugleitung (12) ist unter Zwischenschaltung des Ansaug-Rückwchlagventils
(13) mit der ersten Pumpenkammer (7) verbunden. Die zu reinigende Flüssigkeit wird
in Richtung des Pfeiles (14) während des Ansaughubes angesaugt.
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Während des Ansaughubes wird die Kolbenstange (10) und damit auch
der Kolben (8) in Richtung des Pfeiles (15) bewegt. Die angesaugte Flüssigkeit tritt
in die erste Pumpenkammer (7) ein. Ein Übertreten in die zweite Pumpenkammer (9)
wird durch die Dichtung (16) verhindert.
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Während des Druckerzeugungshubes wird die Kolbenstange (10) und damit
auch der Kolben (8) in Richtung des Pfeiles (17) bewegt. Der Kolben befindet sich
während des Druckerzeugungshubes in der dargestellten Lage. Das Auslaßventil (20),
in dem Ausführungsbeispiel bestehend aus der Dichtkante (18) an dem Kolben (8) und
der Dichtfläche (19) an dem verdickten Ende (11) der Kolbenstange (10), ist geschlossen,
während das Durchlaßventil (23), bestehend aus einer Dichtkante (21) an dem Kolben
(8) und einer Dichtfläche (22) an dem verdickten Ende (11) der Kolbenstange (10)
geöffnet isto Während des Druckerzeugungshubes wird die in der Pumpenkammer (7)
vorhandene Flüssigkeit über eine erste Zwischenleitung (24) und ein in dieser Leitung
angeordnetes Rüokschlagventil (25) in die Giembrankammer (2) gepreßt0 An die lvIembrankammer
(2) ist der hydraulische Speicher (4) angeschlossen. Über eine zweite Zwischenleitung
(26)9 eine Ringkammer (27) eine Verbindungsleitung (28) und das Durchlaßventil (25)
ist die Membrankammer (2) mit der
zweiten Pumpenkammer (9) verbunden,
sodaß das Konzentrat aus der Membrankammer (2) in die zweite Pumpenkammer (9) gelangen
kann. Die durch die Membran () hindurchgetretene und gereinigte Flüssigkeit verläßt
die Membrankammer (2) durch die Austrittsöffnung (29) und wird von einem geiigneten
Gefäß aufgefangen.
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Während des folgenden Ansaughubes wird die Kolbenstange (10) wiederum
in Richtung des Pfeiles (15) bewegt0 Infolge der vorhandenen Reibungen verschiebt
sich der Kolben (8) gegenüber der Kolbenstange (10). Das Durchlaßventil (23) schließt
und das Auslaßventil (20) öffnet. Infolge der Kolbenbewegung wird das Konzentrat
aus der zweiten Pumpenkammer (9) verdrängt und kann über die Bohrung (30) das Auslaßventil
(20) und die Auslaßleitung (31) in Richtung des Pfeiles (32) austreten.
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Das Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
gem. Fig. 1 nur durch die Anordnung des hydraulischen Speichers (36), der in dem
verdickten Ende (11) der Kolbenstange (10) angeordnet und über eine Verbindungsbohrung
(35) mit der Verbindungsleitung (28) verbunden ist. Statt in dem verdickten Ende
(11 ) der Kolbenstange (10) kann der hydraulische Speicher (36) auch in hier nicht
dargestellter Weise in dem Kolben (8) angeordnet sein. Das verdickte Ende (11) der
Kolbenstange (10) muß dann axial entsprechend kürzer sein.
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Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält
eine zusätzliche Spülpumpe (41). Die Membrankammer
(2) ist über
die zweite Zwischenleitung (26) mit der in der Kolbenstange (10) vorgesehenen Verbindungsleitung
(28) verbunden. Im Gegensatz zu Fig. 1 jedoch nicht über einen Ringraum sondern
über die erste Kammer (42) der Spülpumpe (41). Die erste Kammer (42) ist mit der
zweiten (43) über ein in dem Kolben (44) der Spülpumpe (41) angeordnetes Rückschlagventil
(45) verbunden.
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Dieses Rückschlagventil (45) öffnet sich während des Ansaughubes in
Richtung des Pfeiles (15). Die zweite Kammer (43) der Spülpumpe (41) ist auch mit
der Membrankammer (2) über die Leitung (46) und das Rückschlagventil (47) verbunden.
Das Rückschlagventil (47) öffnet sich während des Druckerzeugungshubes (Pfeil 17).
Es kann vorteilhaft sein, die Rückschlagventile (45) und (47) in umgekehrter Richtung
einzubauen, sodaß der Spülvorgang nicht während des Druckerzeugungshubes sondern
während des Ansaughubes vorsichgeht (hier nicht dargestellt).
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Während des Druckerzeugungshubes tritt das Konzentrat entsprehhend
vorliegender Darstellung aus der Membran kammer (2) über die Leitung (46) in die
zweite Spülpumpenkammer (43) ein. Gleichzeitig wird das Konzentrat aus der ersten
Spülpumpenkammer (42) verdrängt, und zwar einmal über die Leitung (*28) in die zweite
Pumpenkammer (9) und zum anderen über die Leitung (26) in die Membran kammer (2).
Durch die aus der Leitung (26) austretende Flüssigkeit wird eine Verwirbelung erzeugt,
sodaß die Bildung von Ablagerungen auf der Membran (3) verhindert wird. Während
des folgenden Ansaughubes in Richtung des Pfeiles (15) tritt das Konzentrat aus
der ersten Kammer (4E er opülpumpe (41) über das Rückschlagventil (45)
in
die erste Kammer (42) hinüber.
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Fig, 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Außer
der Spülpumpe (41) ist bei dieser Ausführungsform der hydraulische Speicher (36)
wie in Fig. 2 in der Kolbenstange (10) integriert. Mit dem Kolben (52) des Speichers
(36) ist ein Signalstift (51) festverbunden, der zusammen mit einer rohrförmigen
Fortsetzung (50) der Kolbenstange (10) aus dem Gehäuse (1) herausragt. Die Stellung
des Kolbens (52) und damit die Beaufschlagung des Speichers (236) kann also von
außen leicht festgestellt werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Signalstift auch bei Speicher
gem. den Fig, 1 und 3 vorgesehen sein kann.
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Fig. 5 zeigt eine zweistufige Ausführung der Erfindung. Mittels der
Kolbenstange (61) wird die aus mehreren Teilen bestehende Kolbenkombination (62)
während des Ansaughubes in Richtung des Pfeiles (63) bewegt. Von dem Kolben (56)
wird die zu reinigende Flüssigkeit über das Rückschlagventil (64) in die erste Pumpenkammer
(65) angesaugt. Während des folgenden ersten Druckerzeugungshubes in Richtung des
Pfeiles (69) wird die Flüssigkeit über das Hückschlagventil (67) in die erste dembrankammer
(68) gepreßt. Ein Speicher ist bei (70) angedeutet. Das Permeat tritt zunächst in
die Speicherkammer (89), nachdem es durch die Membran (75) hindurchgetreten ist.
Das Konzentrat wird über die Leitung (71.) und (72) der zweiten Pumpenkammer (73)
zugeführt. Aus. dieser wird es dann bei dem folgenden zweiten
Ansaughub
über die Auslaßleitung (74) nach außen abgeleitet. Ferner wird während des zweiten
Ansaughubes das Permeat aus dem Raum (89) über eine Leitung (76) und das Rückschlagventil
(77) in einen dritten Pumpenraum (78) von dem Kolben (79) angesaugt. Bei dem folgenden
zweiten Druckerzeugungshub wird die Flüssigkeit aus der dritten Pumpenkammer (78)
über die Leitung (80) und ein Rückschlagventil (81) in die zweite Membraulkammer
(82) gepreßt0 Ein Speicher ist bei (83) angedeutet Die durch die Membran (88) hindurchtretende
und somit zweifach gereinigte Flüssigkeit kann bei (84) austreten. Das Konzentrat
tritt wärehnd des zweiten Druckerzeugungshubes über die Leitungen (85) und (86)
in die vierte Pumpenkammer (87). aus dieser Pumpenkammer (87) wird bei dem nun folgenden
dritten Ansaughub das Konzentrat über die Lwitung (74) nach außen gepreßt.