DE102004029231A1

DE102004029231A1 - Reverse osmosis filter system operated at high pressure has graduated reverse pressure valve system

Info

Publication number: DE102004029231A1
Application number: DE102004029231A
Authority: DE
Inventors: Fred Brückmann; Uwe Bruhns; Wiltrud Knöbl; Wolfgang Kochanowski
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2005-07-21

Abstract

A reverse osmosis filter system has two or more pipe chambers linked to valves that reverse the fluid flow. The assembly further has a power-operated valve that alternately and intermittently directs a pressurised fluid to one pipe or the other. During and just before final closure of a full chamber, the power operation of moving parts takes place at reduced speed. The duration of the closing process takes between several seconds and several milliseconds.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucktauschersystem mit mindestens zwei Rohrkammern, wobei mehrere Umschaltarmaturen die Strömungswege von Flüssigkeitsströmen durch die mindestens zwei Rohrkammern umsteuern, und mindestens eine angetriebene Umschaltarmatur die Strömungswege zwischen einer ein energiereiches Hochdruckfluid bereitstellenden Lieferquelle und den Rohrkammern wechselweise umsteuert.The The invention relates to a pressure exchanger system with at least two tube chambers, wherein a plurality of switching valves through the flow paths of liquid flows through the at least two tube chambers redirect, and at least one driven Changeover valve the flow paths between a supply source providing a high-energy, high-pressure fluid and reverses the tube chambers alternately.

Die US 5 306 428 zeigt an einer Reverse-Osmose-Anlage ein Drucktauschersystem, mit dessen Hilfe eine Energierückgewinnung an der aus Reverse-Osmose-Modulen ausströmenden, einen hohen Restdruck aufweisenden Flüssigkeit, dem sogenannten Brine, erfolgt. Das Drucktauschersystem weist eine Umschaltarmatur mit einem rotierenden Umschaltorgan auf, mit dessen Hilfe eine Umsteuerung der zu befüllenden oder zu entleerenden Rohrkammern erfolgt. Das rotierende Umschaltorgan weist eine Bypassöffnung auf, um während eines Umschaltvorgang des Drucktauschers einen kontrollierten Druckabbau zwischen den zu befüllenden und zu entleerenden Rohrkammern zu ermöglichen. Dies bedingt jedoch zusätzliche Verluste, wodurch der Wirkungsgrad einer solchen Reverse-Osmose-Anlage verschlechtert wird.The US 5,306,428 shows on a reverse osmosis system, a pressure exchanger system, with the aid of an energy recovery on the effluent from reverse osmosis modules, a high residual pressure liquid, the so-called Brine, takes place. The pressure exchanger system has a reversing valve with a rotating switching device, with the aid of which a reversal of the pipe chambers to be filled or emptied. The rotating switching device has a bypass opening to allow a controlled pressure reduction between the pipe chambers to be filled and emptied during a switching operation of the pressure exchanger. However, this causes additional losses, whereby the efficiency of such a reverse osmosis system is deteriorated.

Durch die US 5 797 429 ist bei Drucktauschern eine andere Bauart einer Umschaltarmatur bekannt. Dazu ist im Armaturengehäuse ein Umschaltorgan angeordnet, welches als Steuerkolben linear verschiebbar ausgebildet ist, um radial zum Steuerkolben angeordnete Strömungswege umschalten zu können. Diese Lösung versucht einen früheren Stand der Technik zu verbessern, bei mit einer Vielzahl von Armaturen in aufwendiger Weise eine Umsteuerung der Füll- und Entleerungsvorgänge in den Rohrkammern erfolgte.By the US 5,797,429 is in pressure exchangers another type of a changeover known. For this purpose, a changeover member is arranged in the valve body, which is designed to be linearly displaceable as a control piston in order to switch radially arranged to the control piston flow paths can. This solution attempts to improve an earlier state of the art, with a variety of fittings in a complex way, a reversal of the filling and emptying operations in the tube chambers.

Bei dem vorbekannten Stand der Technik bedingen die wechselweisen Druckbeaufschlagungen und die daraus resultierenden Druckstöße eine erhebliche Materialbeanspruchung aller Bauteile. Dies beeinflusst die Lebensdauer der Armaturen, der Rohrkammern oder einer einzelnen Umschaltarmatur in ungünstiger Weise und erfordert entsprechend materialintensive Dimensionierungen. Zusätzlich ergeben sich während der Umschaltbewegungen erhebliche störende Geräusche mit ihren nachteiligen Folgen. Ein solcher Lärmpegel erfordert zusätzliche und aufwendige Schalldämpfungsmaßnahmen und Schutzmaßnahmen.at the prior art require the alternating pressurizations and the resulting pressure surges a considerable material stress all components. This affects the life of the valves, the tube chambers or a single changeover in unfavorable Way and requires correspondingly material-intensive dimensions. additionally arise during the switching movements significant disturbing noises with their adverse consequences. Such a noise level requires additional and elaborate soundproofing measures and protective measures.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für Drucktauschersysteme mit mindestens zwei Rohrkammern und einer angetriebenen Umschaltarmatur, die mit einem rotierenden oder linear betriebenen Umschaltorgan versehen ist, eine langfristig betriebssichere und hoch belastbare Lösung zu entwickeln.Of the Invention is based on the problem for pressure exchanger systems with at least two tube chambers and a driven changeover valve, the with a rotating or linear operated switching device is a long-term reliable and highly resilient solution to develop.

Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass in der Umschaltarmatur das angetriebene Umschaltorgan bei der Umsteuerung der Richtung der Flüssigkeitsströme und beim Absperren von vorher geöffneten Strömungswegen einen variablen und/oder diskontinuierlichen Bewegungsablauf aufweist.The solution this problem provides that in the reversing valve the driven Umschaltorgan in the reversal of the direction of the liquid flows and the Shut off previously opened flow paths has a variable and / or discontinuous movement.

Diese Lösung hat den Vorteil der erheblichen Reduzierung der Druckbelastungen aller Bauteile durch die abzubremsenden strömenden Massen der Flüssigkeitsströme. Die in den Bauteilen strömenden Flüssigkeitssäulen, deren Strömungsrichtungen wechselweise umgesteuert werden, um einen Druckaustausch innerhalb der Rohrkammern zu gewährleisten, üben auf alle Bauteile erhebliche Impulskräfte aus. Diese ergeben sich aus der jeweils abzubremsenden Masse und deren Geschwindigkeit. Durch den variablen und/oder diskontinuierlicher Bewegungsablauf des angetriebenen Umschaltorgans beim Absperren von vorher geöffneten Strömungswegen erfolgt eine Abbremsung der Geschwindigkeit eines in eine Rohrkammer einströmenden Massenstromes, wodurch dessen Impuls verringert wird.These solution has the advantage of significantly reducing the pressure loads all components by the braked masses of the liquid flows. The in the components flowing liquid columns whose Flow directions alternately be reversed to a pressure exchange within the tube chambers to ensure exercise all components significant momentum. These arise from the mass to be braked and their speed. Due to the variable and / or discontinuous motion sequence of the driven switching device when shutting off previously opened flow paths a deceleration of the speed of a into a tube chamber incoming Mass flow, whereby its pulse is reduced.

Ausgestaltungen sehen vor, dass beim Absperren einer gefüllten Rohrkammer das angetriebene Umschaltorgan eine reduzierte Bewegungsgeschwindigkeit aufweist. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist hierbei der Weg des Umschaltorgans über der Zeit. Und eine Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit des angetriebenen Umschaltorgans erfolgt unmittelbar vor einem Verschluß oder vor einer Absperrung einer Rohrkammer. Mit diesen Maßnahmen wird eine kontrollierte Bewegung der fließenden Massenströme erreicht, wodurch bisher übliche Druckstöße, auch als water-hammer bekannt, beim Verschluss oder Absperrung einer aufgefüllten Rohrkammer weitestgehend vermieden werden. Durch diese neue variable und/oder diskontinuierliche Ansteuerung des angetriebenen Umschaltorgans wird die Druckbelastung des gesamten Systems ganz wesentlich reduziert, da Druckstöße aufgrund von plötzlich abgebremsten Massenströmen wegfallen.refinements provide that when shut off a filled tube chamber the driven Switching having a reduced speed of movement. The movement speed is the path of the switching over time. And a reduction in the speed of movement of the driven switching organ takes place immediately before a closure or before a barrier a tube chamber. With these measures a controlled movement of the flowing mass flows is achieved which previously usual pressure surges, too known as water hammer, when closing or blocking a padded Tube chamber are largely avoided. Through this new variable and / or discontinuous control of the driven switching member the pressure load on the entire system is significantly reduced, because of pressure surges due to from suddenly slowed down mass flows eliminated.

Nach weiteren Ausgestaltungen liegt die Veränderung oder Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit des Umschaltorgans im Bereich von einigen Millisekunden bis zu einigen Sekunden, wobei diese Zeitdauer abhängig ist von der Baugröße eines Drucktauschers und der Masse einer darin bewegten Flüssigkeit. Die Reduzierung erfolgt innerhalb einer Stellzeit, die als Gesamtzeit einer Zeitdauer für die Veränderung des Zustandes einer vollständig geöffneten bis zu einer vollständig geschlossenen Umschaltarmatur angesehen wird. Dies ermöglicht die Verwendung von grundsätzlich höheren Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Drucktauschers. Diese Maßnahme steht im völligen Gegensatz zur bisher verwendeten Vorgehensweise, nach der eine kontinuierliche Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten erfolgte, um Bauteilschäden durch water-hammer zu vermeiden.According to further embodiments, the change or reduction of the speed of movement of the switching member is in the range of a few milliseconds to a few seconds, this period of time is dependent on the size of a pressure exchanger and the mass of a moving therein Liquid. The reduction takes place within a positioning time, which is regarded as the total time of a period for the change of the state of a fully opened to a fully closed reversing valve. This allows the use of generally higher flow rates within the pressure exchanger. This measure is in complete contrast to the previously used procedure, according to which a continuous reduction of the flow rates was carried out to avoid component damage by water hammer.

Andere Ausgestaltungen sehen vor, dass nach der Absperrung einer mit Niederdruck aufgefüllten Rohrkammer das angetriebene Umschaltorgan einen Haltepunkt einnimmt und dass im Haltepunkt für eine Verweildauer im Bereich von einigen Millisekunden bis zu einigen Sekunden die Bewegungsgeschwindigkeit des angetriebenen Umschaltorgans auf Null reduziert ist. Zwischen den in den Rohrkammern wechselweise befindlichen Massenströmen mit Hoch- oder Niederdruck bildet sich eine Übergangszone aus, in der eine Durchmischung der wechselweise einströmenden Flüssigkeiten vorliegt. Eine solche Übergangszone kann in jeder Rohrkammer auch durch einen an sich bekannten, stofflich ausgebildeten Trennkörper gebildet werden, wobei ein solcher stofflicher Trennkörper eine genaue Trennung zwischen den auszutauschenden Flüssigkeiten ermöglicht.Other Embodiments provide that after the shut-off one with low pressure padded Pipe chamber the driven switching organ occupies a breakpoint and that in the breakpoint for a residence time ranging from a few milliseconds to a few Seconds the speed of movement of the driven switching on Zero is reduced. Between those in the tube chambers alternately located mass flows with high or low pressure forms a transition zone in which a Mixing of the alternately inflowing liquids is present. Such a transition zone can in each tube chamber by a known, materially trained separating body are formed, wherein such a material separating body a allows accurate separation between the fluids to be exchanged.

Beim Betrieb eines Drucktauschers stellen sich in einer Anlage Betriebszustände ein, aufgrund derer eine Verschiebung der Übergangszonen/Trennkörper in den Rohrkammern und relativ zueinander erfolgt. Um zu vermeiden, dass eine Übergangszone oder ein Trennkörper innerhalb einer Rohrkammer eine falsche Lage einnimmt, ist eine sogenannte Synchronisation dieser Übergangszonen/Trennkörper erforderlich. Für eine Synchronisation findet in einer der Rohrkammern ein Stillstand hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit des darin befindlichen Fluid statt, während in einer anderen Rohrkammer, beispielsweise bei einem Zweirohrsystem, noch eine Bewegungsgeschwindigkeit vorliegt.At the Operation of a pressure exchanger set operating conditions in a system, due to which a shift of the transition zones / separating body in the tube chambers and relative to each other. In order to avoid, that a transition zone or a separating body inside a tube chamber occupies a wrong position is a so-called synchronization of these transition zones / separators required. For one Synchronization takes a standstill in one of the tube chambers the rate of movement of the fluid therein, while in another tube chamber, for example in a two-pipe system, still a movement speed is present.

Mit diesen Lösungen erfolgt in einfachster Weise eine Synchronisation der Geschwindigkeiten von den in den Rohrkammern bewegten Massenströme sowie der Zuordnung der Übergangszonen oder Trennkörper relativ zueinander. Für diejenigen Fälle, in denen innerhalb der Rohrkammern stofflich ausgebildete Trennkörper solche Übergangszonen zwischen den Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Druckniveaus bilden, wird deren Synchronisation innerhalb der Rohrkammern erreicht.With these solutions In the simplest way, a synchronization of the speeds of the moving in the tube chambers mass flows and the assignment of the transition zones or separating body relative to each other. For those cases in those within the tube chambers materially formed separating body such transition zones between the liquids with different pressure levels, their synchronization becomes reached within the tube chambers.

Nach der Verweildauer des angetriebenen Umschaltorgans im Haltepunkt erfolgt dessen Beschleunigung auf die normale Bewegungsgeschwindigkeit. Dazu findet ein übliches Antriebselement Verwendung, beispielsweise ein in der Drehzahl und/oder in der Hubbewegung veränderbarer Motor.To the residence time of the driven changeover member in the breakpoint its acceleration takes place at the normal speed of movement. There is a usual Drive element use, for example, one in the speed and / or changeable in the stroke movement Engine.

Dazu sehen weitere Ausgestaltungen vor, dass ein Antriebsmotor des Umschaltorgans veränderbare Drehzahlen und/oder Hubbewegungen aufweist. Damit wird der Bewegungsablauf des Umschaltorgans in einfacher Weise gesteuert und an die jeweilige Situation in einem Drucktauschersystem angepasst. Dazu ist der Antriebsmotor als ein Servomotor elektrischer, hydraulischer oder hydropneumatischer Bauart ausgebildet ist. Zusätzlich kann der Antriebsmotor mit einer die Geschwindigkeit und/oder Dynamik beeinflussenden Regeleineinrichtung verbunden sein.To Further embodiments provide that a drive motor of the changeover changeable Having speeds and / or strokes. This will be the movement the switching device controlled in a simple manner and to the respective Situation adapted in a pressure exchanger system. This is the drive motor as a servomotor electric, hydraulic or hydropneumatic Type is designed. additionally The drive motor can be one with the speed and / or dynamics be influencing control device connected.

Nach weiteren Ausgestaltungen sind die Rohrkammern mit mehreren, Position und Bewegung der Trennkolben erfassenden Sensoren versehen und es sind einer Boosterpumpe und der Umschaltarmatur regelbare Armaturen nachgeordnet. Auch sind die Boosterpumpe und/oder die Umschaltarmatur mit einem regelbaren Antrieb verbunden. Dabei sind die Sensoren, die regelbare Armaturen und die regelbaren Antriebe mit einer Steuer- und Regeleinheit verbunden. Die Steuer- und Regeleinheit überwacht mittels Sensorsignale die Bewegungsabläufe der Fluidströme in den Rohrkammern und/oder der Trennkolben und verändert bei Abweichungen von vorgegebenen Abläufen durch Übermittlung von Stellsignalen an die regelbaren Armaturen und/oder die regelbaren Antriebe deren Funktion und die Abläufe im Drucktauscher. Damit steuert und regelt die Steuer- und Regeleinheit die Synchronisation des Drucktauschers. Unter einer Synchronisation wird in diesem Zusammenhang das Nachregeln der Fluidgeschwindigkeit in einer Rohrkammer verstanden, wenn in der anderen Rohrkammer eine Geschwindigkeitsänderung stattgefunden hat. Die Bewegungsabläufe innerhalb des Drucktauschers werden auf druckstoßfreie Umschaltvorgänge optimiert.To Further embodiments are the tube chambers with multiple, position and movement of the separating piston detecting sensors provided and it are a booster pump and the changeover valve controllable fittings downstream. Also, the booster pump and / or the changeover valve connected to a controllable drive. The sensors are the controllable valves and the adjustable drives with a control and control unit connected. The control unit monitors by means of sensor signals the movements of the fluid flows in the Pipe chambers and / or the separating piston and changed in case of deviations from predetermined procedures by transmission from control signals to the controllable valves and / or the controllable drives their function and procedures in the pressure exchanger. This controls and regulates the control unit the synchronization of the pressure exchanger. Under a synchronization becomes in this context the readjustment of the fluid velocity understood in a tube chamber when in the other tube chamber a speed change took place. The movements within the pressure exchanger be on pressure shock free switchover optimized.

Vorzugsweise ist die angetriebene Umschaltarmatur einer Hochdruckquelle nachgeordnet. Dies kann beispielsweise der Ausgang eines Reverse-Osmose-Moduls sein, aus dem ein brine unter hohem Restdruck austritt und dessen Druckenergie mit Hilfe des Drucktauschersystems zurückgewonnen wird.Preferably the driven changeover valve is arranged downstream of a high pressure source. This may be, for example, the output of a reverse osmosis module, from which a brine emerges under high residual pressure and its pressure energy with Help the pressure exchanger system is recovered.

Und nach anderen Ausgestaltungen ist die Umschaltarmatur mit einem oder mehreren, rotierend angetriebenen Umschaltorganen versehen, mit einem oder mehreren, reversierend linear angetriebenen Umschaltorganen versehen, oder das Umschaltorgan führt eine Kombinationsbewegung aus Dreh- und Hubbewegung aus.And according to other embodiments, the change-over valve with a or several, rotating driven changeover provided with one or more reversing linearly driven switching organs provided, or the switching device performs a combination movement from turning and lifting movement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieembodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following described in more detail. It show the

1 ein Diagramm und die 1 a diagram and the

2 ein Schaltschema einer Anlage 2 a circuit diagram of a plant

Ein variabler und/oder diskontinuierlicher Bewegungsablauf eines angetriebenen Umschaltorgans ist in der Zeichnung mit Hilfe von zwei untereinander angeordneten Diagrammen dargestellt. In den Diagrammen ist auf den Abszissen jeweils die Zeit achse t dargestellt. Der Bewegungsablauf ist unabhängig von der Bauart eines Umschaltorgans, welches Drehbewegungen und/oder Linearbewegungen ausführen kann.One variable and / or discontinuous movement of a driven Umschaltorgans is in the drawing with the help of two with each other arranged diagrams shown. In the diagrams is on the Abscissa each time axis t shown. The movement process is independent of the type of a switching, which rotational movements and / or Perform linear movements can.

Die über den Zeitachsen aufgetragenen Kurvenverläufe beziehen sich auf einen Zyklus von einer Befüllung einer Rohrkammer mit Fluid. Dabei stellt der Punkt x auf der Zeitachse t den Anfangszeitpunkt eines Füllvorganges einer Rohrkammer dar, während der Punkt y einem zeitlichen Ende eines Füllvorganges entspricht.The over the Timeline plotted curves relate to one Cycle from a filling a tube chamber with fluid. The point x represents the time axis t the start time of a filling process a tube chamber, during the Point y corresponds to a time end of a filling process.

Im unteren Diagramm ist auf der Ordinate der Durchflussquerschnitt A_DF aufgetragen. Er entspricht derjenigen Fläche, die während eines zwischen den Rohrkammern erfolgenden Umschaltvorganges in der Umschaltarmatur vom Umschaltorgan geöffnet und wieder geschlossen wird. Während eines Zeitraumes x – y läuft ein Zyklus eines Füllvorgangs einer – hier nicht dargestellten – Rohrkammer ab. Vom Beginn einer Öffnungsbewegung im Zeitpunkt x bis zum späteren Zeitpunkt x₁ öffnet sich der Durchflussquerschnitt A_DF innerhalb einer Umschaltarmatur vollständig. In Abhängigkeit von einem aufzufüllenden Volumen einer Rohrkammer bleibt der Durchflussquerschnitt A_DF bis zum Zeitpunkt y₁ vollständig geöffnet.In the lower diagram, the flow cross section A _{DF is} plotted on the ordinate. It corresponds to the area which is opened and closed by the changeover member during a switching process between the tube chambers in the changeover valve. During a period of time x - y, one cycle of a filling process of a tube chamber (not shown) takes place. From the beginning of an opening movement at the time x to the later time x ₁ , the flow area A _DF opens completely within a reversing valve. Depending on a volume of a tube chamber to be filled, the flow cross-section A _DF remains fully open until time y ₁ .

Bei Drucktauschersystemen nach dem Stand der Technik startet bereits zu dem Zeitpunkt y₁ der Schließvorgang einer Rohrkammer durch ein Umschaltorgan einer Umschaltarmatur. Entlang der strichpunktiert dargestellten Linie 1 läuft ein bei y₁ frühzeitig einsetzender, zeitlich kontinuierlicher und bei y endender Schließvorgang in der Umschaltarmatur ab. Der Durchflussquerschnitt A_DF der Umschaltarmatur wird entlang der strichpunktierten Linie 1 im Zeitraum y₁ – y geschlossen. Der frühzeitige Beginn zum Zeitpunkt y₁ ist notwendig, um die Anlagenbelastung durch die Impulskräfte der in einer Rohrkammer strömenden Flüssigkeitssäule zu reduzieren. Trotz einem solchen frühzeitigen Beginn einer Schließbewegung ergeben sich im Zeitpunkt y erhebliche nachteilige Druckpulsationen, die sich unter anderem auch in den bekannten und sehr lästigen Lärmbelastungen auswirken.In pressure exchanger systems according to the prior art already starts at the time y _1, the closing operation of a tube chamber by a switching device of a changeover valve. Along the dash-dotted line 1 runs at y ₁ early onset, time-continuous and y ending closing in the changeover from. The flow cross-section A _{DF of} the changeover valve is closed along the dotted line 1 in the period y ₁ - y. The early onset at time y ₁ is necessary to reduce the plant load by the momentum forces of the liquid column flowing in a tube chamber. Despite such an early onset of a closing movement arise at the time y significant adverse pressure pulsations, which affect, among other things, in the known and very annoying noise pollution.

Erfindungsgemäß beginnt ein variabler und/oder diskontinuierlicher Schließvorgang einer Rohrkammer erst wesentlich später im Zeitpunkt y₂. Der Schließvorgang erfolgt entlang der gestrichelten Linie 2 und stellt einen gesteuerten, zeitlich diskontinuier lichen und/oder variablen Bewegungsablauf dar, der ebenfalls zum Zeitpunkt y beendet ist. Bei einem erfindungsgemäßen Schließvorgang erfolgt gegenüber dem Stand der Technik eine schnellere und zeitlich kürzere Schließbewegung des Umschaltorgans. Der Beginn einer Reduzierung des zu 100% geöffneten Durchflussquerschnitt A_DF erfolgt erst im wesentlich späteren Zeitpunkt y₂ und eine Querschnittsreduzierung ist bis zum Zeitpunkt y₄ weitgehend abgeschlossen. Im anschließenden Zeitraum y₄ – y erfolgt dann eine langsame Schließbewegung des verbleibenden, nur noch kleinen Durchflussquerschnitt A_DF4. Der langsame Verschluss des kleinen Durchflussquerschnittes A_DF4 der Umschaltarmatur auf einen Wert Null reduziert zuverlässig das Geräuschniveau und die Bildung von Druckstößen.According to the invention, a variable and / or discontinuous closing operation of a tube chamber begins substantially later in the time point y ₂ . The closing operation takes place along the dashed line 2 and represents a controlled, time-discontinuous union and / or variable movement, which is also completed at time y. In a closing operation according to the invention takes place over the prior art, a faster and shorter in time closing movement of the switching. The beginning of a reduction of the 100% opened flow cross-section A _DF takes place only at a much later time y ₂ and a cross-sectional reduction is largely completed by time y ₄ . In the subsequent period y ₄ - y then takes place a slow closing movement of the remaining, only small flow area A _DF4 . The slow closure of the small flow area A _{DF4 of} the changeover valve to a value of zero reliably reduces the noise level and the formation of pressure surges.

Durch diese zeitliche Verzögerung kurz vor dem endgültigen Ende einer Schließbewegung wird die Impulskraft der strömenden Massen in dem sich nur noch allmählich verschließenden Durchflussquerschnitt A_DF4 problemlos abgebaut und ein Schließvorgang nahezu drucklos beendet. Als Folge davon ergeben sich nahezu geräuschlose Schließvorgänge bei den Umschaltvorgängen innerhalb einer Umschaltarmatur und in einem solchen Drucktauschersystem. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich eine wesentlich geringere Materialbelastung durch verminderte Druckpulsationen.Due to this time delay shortly before the final end of a closing movement, the impulse force of the flowing masses in the flow cross-section A _DF4, which only gradually closes, is reduced without any problems and a closing process ends almost without pressure. As a result, there are almost noiseless closing operations in the switching operations within a changeover valve and in such a pressure exchanger system. As an additional advantage results in a much lower material load due to reduced pressure pulsations.

Dem Idealfall entspricht die durchgezogene Linie 3 zwischen den Zeitpunkten y₃ und y. Hier wird der Schließvorgang zu einem noch späteren Zeitpunkt y₃ eingeleitet und der zu 100% geöffnete Durchflussquerschnitt A_DF in sehr kurzer Zeit bis zum Zeitpunkt y₄ auf den Durchflussquerschnitt A_DF4 überwiegend abgeschlossen. Danach werden in der Zeitspanne y₄ – y durch einen zeitlich längeren oder langsameren Schließvorgang die vorhandenen Impulskräfte im sich nur relativ allmählich verkleinernden Durchflussquerschnitt A_DF4 abgebaut. Dieser theoretische Idealfall ist aufgrund von Masseträgheiten der Bauteile und Totzeiten in einer Regelung nicht erreichbar. Mit einem entsprechenden Antrieb ist es möglich, sich dem Idealfall der Kurve 3 im kritischen Bereich zwischen y₃ und y₄ sehr stark anzunähern. Ein den Idealfall erfüllender Antrieb müsste in unverhältnismäßig kurzer Zeit das Umschaltorgan aus der Ruhelage nahezu in die Schließstellung bewegen. Massenträgheiten und die bekannten Bauarten von Antrieben lassen solche Beschleunigungen nur bedingt zu.The ideal case corresponds to the solid line 3 between the times y ₃ and y. Here, the closing process is initiated at an even later time y ₃ and the flow cross-section A _DF, which is 100% open, is largely closed to the flow cross-section A _DF4 in a very short time up to time y ₄ . Thereafter, in the time span y ₄ -y, the existing momentum forces in the flow cross-section A _{DF4 which} decreases only relatively gradually are reduced by a longer or slower closing operation. This theoretical ideal case is not achievable due to inertia of the components and dead times in a scheme. With a corresponding drive, it is possible to very closely approximate the ideal case of the curve 3 in the critical region between y ₃ and y ₄ . A drive that fulfills the ideal case would have to move the changeover element out of the rest position into the closed position in a disproportionately short time. Mass inertias and the known types of drives allow such accelerations only partially.

Ein jeweils Anwendung findender Antriebsmotor, dessen Auswahl von den zu bewegenden oder abzusperrenden Massen abhängig ist, ermöglicht die gewünschten zeitlich gesteuerten Bewegungsabläufe des Umschaltorgans innerhalb der Umschaltarmatur. Dies kann sowohl ein stufenlos steuerbarer Servomotor als auch ein zwei- oder mehrstufiger Antrieb mit verschiedenen Geschwindigkeitsstufen sein.One in each case application of the drive motor, whose selection of the is dependent on moving or shut off masses, allows desired timed movements of the switching within the changeover valve. This can be both a steplessly controllable Servomotor as well as a two- or multi-stage drive with different Be speed levels.

Mit Hilfe einer zusätzlichen – hier nicht dargestellten – Regeleinrichtung besteht die Möglichkeit, die Lage der verschiedenen Zeitpunkte y₂ – y auf der horizontalen Zeitachse zu verschieben. Im Diagramm ist dies durch horizontal angeordnete Doppelpfeile an den Zeitlinien y₂ und y₄ symbolisiert. Mit Hilfe von einfachen Sensoren, beispielsweise Schallsensoren, kann bei auftretenden unzulässigen Geräuschsituationen, die durch veränderte Anlagen- oder durch Bauteilbedingungen entstehen, in einfachster Weise durch eine Verschiebung der Zeitpunkte y_X eine einfache Regelung des Drucktauschersystems erfolgen. Damit wird gewährleistet, dass der geometrische Punkt, in dem in der Umschaltarmatur der Durchflussquerschnitt A_DF gerade dicht geschlossen ist, mit dem Zeitpunkt y zusammenfällt. Somit können Bauteiltoleranzen in einfachster Weise regelungstechnisch kompensiert werden.With the help of an additional - not shown here - control device, it is possible to move the position of the different times y ₂ - y on the horizontal time axis. In the diagram, this is symbolized by horizontally arranged double arrows on the time lines y ₂ and y ₄ . With the help of simple sensors, such as sound sensors, in the case of unacceptable noise situations caused by changes in plant or component conditions, can be done in a simple manner by shifting the times y _X a simple control of the pressure exchanger system. This ensures that the geometric point in which the flow cross section A _{DF is} just tightly closed in the reversing valve coincides with the time point y. Thus, component tolerances can be compensated in the simplest way control technology.

Im oberen Diagramm der Zeichnung ist auf der Ordinate die Fluidgeschwindigkeit v_Fluid über der Zeitachse t aufgetragen. Alle auf der oberen Zeitachse t aufgetragenen Zeitpunkte x – y entsprechen den entsprechenden Zeitpunkten des unteren Diagramms. Aus dem oberen Diagramm ist die schnelle Geschwindigkeitszunahme bei der Füllung einer Rohrkammer mit Fluid vom Beginn des Öffnens im Zeitpunkt x der Umschaltarmatur durch ein Umschaltorgan ersichtlich. Im Zeitpunkt x1 hat die Fluidgeschwindigkeit v_Fluid annähernd ihr Maximum erreicht, um danach auf annähernd gleichen Niveau zu bleiben.In the upper diagram of the drawing, the ordinate plots the _fluid velocity v _fluid versus the time axis t. All times x - y plotted on the upper time axis t correspond to the corresponding times of the lower diagram. From the upper diagram, the rapid increase in speed in the filling of a tube chamber with fluid from the beginning of the opening at the time x of the changeover valve by a switching device can be seen. At time x1, the _fluid velocity v has approximately reached its maximum _fluid to remain at approximately the same level thereafter.

Bei den Drucktauschern nach dem bekannten Stand der Technik wird analog der strichpunktierten Kurve 1 bereits zum Zeitpunkt y₁ die Schließbewegung des Umschaltorgans eingeleitet, um während der großen Zeitdauer y₁ – y und im Zeitpunkt y eine Rohrkammer vollständig abzusperren. Ein solcher konstant ablaufender Schließvorgang gemäß der Kurve 1, der die Abnahme der Fluid geschwindigkeit v_Fluid innerhalb einer Rohrkammer zeigt, bis diese durch das Umschaltorgan vollständig versperrt ist, ist in diesem Diagramm als eine an sich bekannte mathematische Funktion abgebildet.In the pressure exchangers according to the known state of the art of the switching member is introduced analogously to the dash-dotted curve 1 already at the time y _1, the closing movement, in order during the large time period y ₁ - y and y at the time a tube chamber completely shut off. Such a constant running closing operation according to the curve 1, the speed of fluid v _fluid within a tube chamber shows until it is completely blocked by the switching, is shown in this diagram as a known mathematical function.

Erfindungsgemäß erfolgt aufgrund des variabel und/oder diskontinuierlich ablaufenden Schließvorganges die Einleitung der Schließbewegung des Umschaltorgans zum späteren Zeitpunkt y₂. Sie verläuft in gesteuerter Weise entlang der gestrichelt dargestellten Kurve 2 im kürzeren Zeitraum y₂ – y und ist zum Zeitpunkt y beendet. Im oberen Diagramm ist deutlich erkennbar, dass vor dem Endpunkt y der Kurve 2 auf der Zeitachse t die Geschwindigkeitsabnahme des Fluid über einen größeren Zeitraum stattfindet, wodurch die Impulsbelastung auf das Gesamtsystem wesentlich reduziert wird.According to the invention, the initiation of the closing movement of the changeover element takes place at a later time y ₂ due to the variably and / or discontinuously proceeding closing process. It runs in a controlled manner along dashed curve 2 in the shorter period y ₂ - y and is completed at time y. It can be clearly seen in the upper diagram that, before the end point y of the curve 2 on the time axis t, the decrease in speed of the fluid takes place over a relatively long period of time, as a result of which the pulse load on the overall system is substantially reduced.

Der aufgrund von Bauteiltoleranzen nur bedingt erreichbare Idealfall zeigt die in diesem Diagramm als Gerade ausgebildete, durchgezogene Linie 1. Die Abnahme der Fluidgeschwindigkeit v_Fluid erfolgt kontinuierlich ab dem Zeitpunkt y₃ in dem kürzesten Zeitraum Δt zwischen den Zeitpunkten y₃ und y aufgrund der variablen und/oder diskontinuierlichen Schließbewegung des Umschaltorgans einer Umschaltarmatur. Der theoretische Idealzustand ist erreicht, wenn sich dvFluid/dt = const. (1)verhält. Infolge der üblichen Bauteil-Toleranzen in einer Drucktauscheranlage ergibt sich dieser Idealzustand nur in seltenen Fällen.The due to component tolerances only partially achievable Ideally shows in this diagram as a straight line formed by the solid line 1. The decrease of the fluid velocity v _fluid is carried out continuously from the time y ₃ in the shortest period of time At between the time points y ₃ and y due to the variable and / or discontinuous closing movement of the Umschaltorgans a changeover valve. The theoretical ideal state is reached when dv fluid / dt = const. (1) behaves. As a result of the usual component tolerances in a pressure exchanger system, this ideal state results only in rare cases.

Insgesamt wird mit der diskontinuierlichen Schließbewegung des Umschaltorgans die Impulsbelastung eines Drucktauschersystem entscheidend verbessert und eine daraus resultierende Geräuschbelastung sehr stark eingeschränkt. Weiter werden höherer Fluidgeschwindigkeiten in den Rohrkammern realisiert und damit die Wirtschaftlichkeit eines solchen Drucktauschersystems in erheblichem Maße verbessert.All in all becomes with the discontinuous closing movement of the switching decisively improves the pulse load of a pressure exchanger system and a resulting noise pollution is very limited. Further become higher Fluid velocities realized in the tube chambers and thus the Economics of such a pressure exchanger system in considerable Measurements improved.

Die in den Rohrkammern wechselweise bewegten Flüssigkeitssäulen besitzen aufgrund ihrer Strömungsgeschwindigkeiten eine Impulskraft, welches der Bewegungsgröße eines Körpers entspricht, die nach der Formel I = m·vFluid 2 (2)ermittelt wird. Bei einer Absperrung einer Rohrkammer wird eine darin strömende Flüssigkeitssäule in ihrer Bewegung abgebremst, wodurch sich eine Impulsänderung in der Form von ΔI = I (3)ergibt. Da die Impulsänderung ΔI der Bedingung ΔI=F·Δt (4)entspricht, ergibt sich bei einer Gleichsetzung der Formeln (1) und (3) F·Δt = m·vFluid 2 (5) Due to their flow velocities, the liquid columns, which move alternately in the tube chambers, have a momentum which corresponds to the amount of movement of a body which corresponds to the formula I = m · v fluid 2 (2) is determined. When a tube chamber is blocked off, a liquid column flowing therein is slowed down in its movement, which results in a pulse change in the form of ΔI = I (3) results. Since the momentum change ΔI of the condition ΔI = F · Δt (4) corresponds, results in an equation of the formulas (1) and (3) F · Δt = m · v fluid 2 (5)

Da die Druckbelastung des Drucktauschersystems proportional zur Kraft F ist, mit der beim Abbremsen der Impuls der bewegten Flüssigkeitssäule auf das Drucktauschersystem einwirkt, weil p=F/A (6)ist, wird durch eine Vergrößerung von Δt die Druckbelastung in einfachster Weise verringert. Durch den variablen und/oder diskontinuierlicher Bewegungsablauf der Umschaltarmatur beim Absperren von vorher geöffneten Strömungswegen ergibt sich daher eine wesentlich reduzierte Impulsbelastung für das Gesamtsystem. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass erst auf dem letzten Teil einer Gesamtbewegung des angetriebenen Umschaltorgans eine deutliche Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit w die Druckbelastung des Drucktauschersystems in gleichem Maße reduziert. Dies hat den wesentlichen Vorteil der einfacheren Einflussnahme. Durch geringe zeitliche Änderungen des Bewegungsablaufes bei einem Schließvorgang werden die Impulskräfte überproportional beeinflusst, wodurch insgesamt im Drucktauschersystem höhere Durchsatzmengen und Durchströmgeschwindigkeiten erreichbar sind bei gleichzeitig verringerten Bauteilabmessungen.Since the pressure load of the pressure exchanger system is proportional to the force F, with which acts on the deceleration of the pulse of the moving liquid column on the pressure exchanger system, because p = F / A (6) is, is reduced by an increase of At the pressure load in the simplest way. Due to the variable and / or discontinuous movement sequence of the changeover valve when shutting off previously opened flow paths, therefore, a significantly reduced impulse load results for the entire system. It has been recognized according to the invention that only on the last part of an overall movement of the driven changeover member does a significant reduction in the movement speed w reduce the pressure load of the pressure exchanger system to the same extent. This has the significant advantage of easier control. Due to small temporal changes in the sequence of motions during a closing process, the impulse forces are disproportionately influenced, as a result of which higher throughput quantities and throughflow velocities can be achieved overall in the pressure exchanger system with simultaneously reduced component dimensions.

2 zeigt als Beispiel ein Schaltschema eines Rohrleitungssystems einer Reverse-Osmose-Anlage, in der eine Hochdruckpumpe 1 ein zu behandelndes Fluid, gewöhnlich Wasser in Form von See-, Meer-, Brack- oder auch Abwasser, zu einem oder mehreren Reverse-Osmose-Modulen 2 fördert. Infolge des hohen osmotischen Druckes innerhalb dieser Module 2 tritt an den darin angeordneten Membranen ein Abscheideeffekt auf. Hinter den Membranen fließt gereinigte Flüssigkeit, das sogenannte Permeat, mit geringem Druck ab, wird gesammelt und einer weiteren Verwendung zugeführt. 2 shows as an example a circuit diagram of a piping system of a reverse osmosis system, in which a high-pressure pump 1 a fluid to be treated, usually water in the form of marine, seawater, brackish or wastewater, to one or more reverse osmosis modules 2 promotes. Due to the high osmotic pressure within these modules 2 occurs at the membranes arranged therein a deposition effect. Behind the membranes, purified liquid, the so-called permeate, flows off at low pressure, is collected and sent for further use.

Nach dem Abscheideprozess fließt aus den Reverse-Osmose-Modulen 2 ein vor den Membranen befindliches Fluid ab, das sogenannte Brine, welches eine höhere Konzentrationsdichte an Schadstoffen aufweist, gewöhnlich Salze, und zur ursprünglichen Quelle abgeleitet wird. Um den hohen Energieinhalt in Form von Druckenergie auszunutzen, wird das Brine über eine Umschaltarmatur 7 zur Energierückgewinnung in einen Drucktauscher geleitet, der hier als 2-Kammer-Drucktauscher dargestellt ist. In dessen Rohrkammern 3.1, 3.2 sind unter Druckeinfluss verschiebbare Trennkolben 4.1, 4.2 angeordnet, die eine Trennung zwischen jeweils zwei unterschiedlich mit Druck beaufschlagten Räumen einer Rohrkammer und deren Flüssigkeiten bewirken. Es sind auch Anlagen mit Rohrkammern ohne Trennkolben bekannt, jedoch kann es darin zu unerwünschten Durchmischungen zwischen den verschiedenen Flüssigkeiten kommen, wenn das System aus dem Gleichgewicht gerät oder dessen Steuerzeiten nicht mehr stimmen.After the deposition process flows out of the reverse osmosis modules 2 a fluid located in front of the membranes, the so-called Brine, which has a higher concentration density of pollutants, usually salts, and is derived to the original source. To exploit the high energy content in the form of pressure energy, the Brine is a changeover valve 7 for energy recovery passed into a pressure exchanger, which is shown here as a 2-chamber pressure exchanger. In its tube chambers 3.1 . 3.2 are displaceable separating pistons under the influence of pressure 4.1 . 4.2 arranged, which cause a separation between two differently pressurized spaces of a tube chamber and their fluids. There are also systems with tube chambers without separating piston known, however, it may lead to undesirable intermixing between the different liquids when the system is out of balance or whose timing is no longer correct.

Der hohe Druck des aus einem oder mehreren Reverse-Osmose-Modulen 2 austretenden Brine drückt in der 2 einen oberen, in einer ersten Rohrkammer 3.1 befindlichen Trennkolben 4.1 zur von der Umschaltarmatur 7 entfernt liegenden Seite. Dabei wird der hohe Druck auf ein anderes, links vom Trennkolben 4.1 in der Rohrkammer 3.1 befindliches oder auf der von der Umschaltarmatur 7 entfernt liegenden Kolbenseite befindliches Fluid übertragen. Der hohe Druck wird auf ein druckärmeres Fluid, auch Speisefluid genannt, übertragen. Dieses einer Leitung 8 entnommene Speisefluid kann auf die verschiedensten Arten zugeführt werden und ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt.The high pressure of one or more reverse osmosis modules 2 escaping Brine pushes in the 2 an upper, in a first tube chamber 3.1 located separating piston 4.1 to from the changeover valve 7 away side. The high pressure on another, left of the separating piston 4.1 in the tube chamber 3.1 located or on that of the changeover valve 7 transferred lying remote piston side fluid. The high pressure is transmitted to a lower-pressure fluid, also called feed fluid. This one lead 8th withdrawn feed fluid can be supplied in a variety of ways and is not limited to the illustrated embodiment.

Dieses Fluid tritt anschließend mit hohem Druck auf der linken Seite der oberen Rohrkammer 3.1 des Drucktauschers aus und strömt durch Rückschlagarmaturen 5 einer Boosterpumpe 6 zu, die innerhalb des Rohrleitungssystems angeordnet ist. Die Rückschlagarmaturen 5 verhindern eine Rückströmung des nun energiereicheren Fluid in die Leitung 8. Die Boosterpumpe 6 kompensiert nur noch denjenigen geringen Druckabfall, der beim osmotischen Prozess in den Reverse-Osmose-Modulen 2 entsteht. Infolge der Energierückgewinnung durch den Drucktauscher erbringt die Boosterpumpe 6 nur noch diejenige Druckdifferenz, die innerhalb der Reverse-Osmose-Module 2 verloren geht. Die Hochdruckpumpe 1 ist deshalb wesentlich kleiner und damit kostengünstiger gestaltet, als bei einer Anlage ohne Energierückgewinnung.This fluid then enters at high pressure on the left side of the upper tube chamber 3.1 of the pressure exchanger and flows through non-return valves 5 a booster pump 6 to, which is disposed within the piping system. The non-return valves 5 prevent backflow of the now higher-energy fluid in the line 8th , The booster pump 6 only compensates for the small pressure drop that occurs in the osmotic process in the reverse osmosis modules 2 arises. As a result of the energy recovery through the pressure exchanger provides the booster pump 6 only the pressure difference within the reverse osmosis modules 2 get lost. The high pressure pump 1 is therefore much smaller and thus more cost-effective, as in a system without energy recovery.

Eine zu behandelndes Fluid, auch Speisefluid genannt, strömt der Hochdruckpumpe 1 durch die Leitung 8 zu. Als von der Leitung 8 abgehend gezeichnet sind hier zwei Abzweigung 9.1, 9.2 mit Rückschlagarmaturen 5, durch die ein Teilstrom des Fluid oder Speisefluid den Rohrkammern 3.1, 3.2 des Drucktauschers zuströmt. Für die Funktion der Anlage ist diese Art der Zuführung nicht verbindlich. Es können auch andere Arten einer Fluidzuführung zu dem Drucktauscher und die Hochdruckpumpe 1 Verwendung finden. Relevant ist lediglich, dass in den zu den Rohrkammern 3.1, 3.2 führenden Leitungen 9.1 und 9.2 ein Vordruck besteht, welcher ausreicht, ein Fluid durch die Rückschlagventile 5 und einen Trennkolben 4.1 oder 4.2 vom Rohrkammerende auf der Seite der Rückschlagventile 5 zum anderen Rohrkammerende auf der Seite der Umschaltarmatur 7 zu bewegen.A fluid to be treated, also called feed fluid, flows to the high-pressure pump 1 through the pipe 8th to. As of the line 8th drawn outgoing here are two turnoff 9.1 . 9.2 with non-return valves 5 , through which a partial flow of the fluid or feed fluid to the tube chambers 3.1 . 3.2 the pressure exchanger flows. For the function of the system, this type of feeder is not mandatory. There may also be other types of fluid supply to the pressure exchanger and the high pressure pump 1 Find use. Relevant is only that in the tube chambers 3.1 . 3.2 leading lines 9.1 and 9.2 a pre-pressure is sufficient, a fluid through the check valves 5 and a separating piston 4.1 or 4.2 from the pipe chamber end on the side of the check valves 5 to the other end of the tube chamber on the side of the changeover valve 7 to move.

Erreicht der Trennkolben 4.1 innerhalb der ersten Rohrkammer 3.1 sein in der Zeichnung linkes Rohrkammerende, welches auf Seiten der Rückschlagarmaturen 5 befindlich ist, dann wird die Umschaltarmatur 7 umgeschaltet, wodurch für die erste Rohrkammer 3.1 nunmehr eine Verbindung zu einem Bereich mit niedrigem Druck hergestellt wird. Der Vordruck eines jetzt aus der Zuführung 9.1 nachströmenden Speisefluids reicht aus, um den Trennkolben 4.1 mit frischen Fluid und das in der Rohrkammer 3.1 befindliche, nunmehr entspannte Brine nach rechts zur Umschaltarmatur 7 und aus der oberen Rohrkammer 3.1 heraus zudrücken. Der Abfluss des Brine erfolgt durch die Umschaltarmatur 7 und eine damit verbundene Leitung 10. Während des Ausstoßvorganges des Brine aus der ersten Rohrkammer 3.1 wird über die Umschaltarmatur 7 gleichzeitig die untere zweite Rohrkammer 3.2 mit dem hohen Druck des Brine beaufschlagt.Reached the separating piston 4.1 within the first tube chamber 3.1 be in the drawing left tube chamber end, which on the part of the non-return valves 5 is located, then the changeover valve 7 switched over, creating for the first tube chamber 3.1 now a connection to a Low pressure area is produced. The form of a now from the feeder 9.1 inflowing fluid is sufficient to the separating piston 4.1 with fresh fluid and that in the tube chamber 3.1 located, now relaxed Brine to the right to changeover 7 and from the upper tube chamber 3.1 to push out. The drain of the Brine takes place through the changeover valve 7 and an associated line 10 , During the ejection process of the Brine from the first tube chamber 3.1 is via the changeover valve 7 at the same time the lower second tube chamber 3.2 subjected to the high pressure of Brine.

Der Ausstoßvorgang eines entspannten Brine ist in der 2 in der zweiten unteren Rohrkammer 3.2 dargestellt. Durch entsprechende zyklische Umschaltungen der Umschaltarmatur 7 erfolgt eine wechselweise Druckbeaufschlagung der beiden Rohrkammern 3.1, 3.2 und damit eine effiziente Energierückgewinnung.The ejection process of a relaxed Brine is in the 2 in the second lower tube chamber 3.2 shown. By appropriate cyclical switching of the changeover valve 7 takes place an alternating pressurization of the two tube chambers 3.1 . 3.2 and thus an efficient energy recovery.

Beim Umschaltvorgang eines Drucktauschers entstehen Druckstöße, welche die Membranen innerhalb der Reverse-Osmose-Module 2 gefährden. Erfindungsgemäß erfolgt eine Regelung der Anlage, wobei in der von der Umschaltarmatur 7 das Brine abführenden Leitung 10 eine regelbare Armatur 11 angeordnet ist. Zusätzlich ist im Bereich der Boosterpumpe 6 eine weitere regelbare Armatur 12 angeordnet oder die Boosterpumpe 6 ist alternativ mit einem regelbaren Antrieb 13 versehen.When switching a pressure exchanger pressure surges, which create the membranes within the reverse osmosis modules 2 compromise. According to the invention, a control of the system, wherein in the of the reversing valve 7 the Brine laxative pipe 10 a controllable fitting 11 is arranged. In addition, in the area of the booster pump 6 another controllable valve 12 arranged or the booster pump 6 is alternatively with a controllable drive 13 Mistake.

Die Rohrkammern 3.1, 3.2 sind mit mehreren Sensoren 14 und 15 versehen, wobei die Sensoren 14 einerseits der Lageermittlung und anderseits zur Ermittlung der jeweiligen Geschwindigkeit der Trennkolben 4.1, 4.2 dienen. Die Sensoren 15 dienen zur Erfassung von möglichen Endlagen der Trennkolben. Alle Sensorsignale werden in eine Steuer- und Regeleinheit 16 eingespeist, welche Stellsignale an den Stellmotor 17 der Umschaltarmatur 7, die regelbare Armaturen 11, 12 beziehungsweise an eine regelbare Armatur 11 und den regelbaren Antrieb 13 der Boosterpumpe 6 liefert. Die regelbaren Armaturen 11, 12 können als eine Armatur mit Stellantrieb oder als eine Armatur mit Stellungsregler ausgebildet sein. Es sind Bauarten, mit deren Hilfe eine genaue Abfolge von Schaltungen für die gesamte Anlage durch eine Steuer- und Regeleinheit 16 möglich ist.The tube chambers 3.1 . 3.2 are with multiple sensors 14 and 15 provided, the sensors 14 on the one hand the position determination and on the other hand to determine the respective speed of the separating piston 4.1 . 4.2 serve. The sensors 15 serve to detect possible end positions of the separating pistons. All sensor signals are converted into a control unit 16 fed, which control signals to the servomotor 17 the changeover valve 7 , the adjustable fittings 11 . 12 or to a controllable valve 11 and the controllable drive 13 the booster pump 6 supplies. The adjustable fittings 11 . 12 can be designed as a valve with actuator or as a valve with positioner. These are types of construction, with the help of which a precise sequence of circuits for the entire system by a control unit 16 is possible.

Um einen störungsfreien Betrieb von solchen Reverse-Osmose-Membranen zu gewährleisten, erfolgt ein kontinuierlicher Speisestrom zu den Membranen. Dies wird sichergestellt durch eine unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit der Trennkolben in den Rohrkammern. Die Pfeile in der Zeichnung zeigen die Bewegungsrichtung der Trennkolben. Im Ausführungbeispiel von 2 wird die Rohrkammer 3.1 gerade mit Hochdruckfluid gefüllt, während die untere Rohrkammer 3.2 mit frischem Speisefluid beaufschlagt wird und ein druckentspanntes Brine gerade über die Leitung 10 abfließt. Hierbei bewegt sich der Trennkolben 4.2 in der mit Niederdruck beaufschlagten unteren Rohrkammer 3.2 mit höherer Geschwindigkeit, als der Trennkolben 3.1 in der mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckkammer 3.1. Aus diesem Grunde erreicht der Trennkolben 3.2 zuerst seinen Umkehrpunkt am Ende der Rohrkammer. Das Erreichen des Umkehrpunktes wird von dem Sensor 14 an die Steuer- und Regeleinheit 16 übermittelt, woraufhin von dieser ein Stellsignal an den Antriebsmotor 17 der Umschaltarmatur 7 geliefert wird. Die Umschaltarmatur 7 schaltet und die Drücke in den Rohrkammern 3.1 und 3.2 werden getauscht. Zu diesem Zeitpunkt kehrt der in der Endlage befindliche Trennkolben 4.2 seine Bewegungsrichtung um und wird in die entgegengesetzte Richtung zu den Rückschlagarmaturen 5 hin beschleunigt, so dass zu diesem Zeitpunkt beide Trennkolben 4.1, 4.2 ein Hochdruckfluid in die Richtung der Boosterpumpe 6 liefern. Die Zeitdauer, in der beide Kammern 3.1, 3.2 und deren Trennkolben ein Hochdruckfluid in Richtung der Boosterpumpe 6 liefern, liegt im Sekundenbereich, bevor der Trennkolben 4.1 der Rohrkammer 3.1 seinen Umkehrpunkt erreicht.To ensure a trouble-free operation of such reverse osmosis membranes, there is a continuous supply current to the membranes. This is ensured by a different speed of movement of the separating piston in the tube chambers. The arrows in the drawing show the direction of movement of the separating pistons. In the embodiment of 2 becomes the tube chamber 3.1 just filled with high pressure fluid while the lower tube chamber 3.2 is supplied with fresh feed fluid and a pressure-relieved Brine just above the line 10 flows. Here, the separating piston moves 4.2 in the pressurized with low pressure lower tube chamber 3.2 at a higher speed than the separating piston 3.1 in the high-pressure chamber subjected to high pressure 3.1 , For this reason, the separating piston reaches 3.2 first his turning point at the end of the tube chamber. The reaching of the turning point is done by the sensor 14 to the control unit 16 transmitted, whereupon from this a control signal to the drive motor 17 the changeover valve 7 is delivered. The changeover valve 7 switches and the pressures in the tube chambers 3.1 and 3.2 are exchanged. At this time, the return piston is in the end position 4.2 its direction of movement and is in the opposite direction to the check valves 5 accelerated so that at this time both separating pistons 4.1 . 4.2 a high pressure fluid in the direction of the booster pump 6 deliver. The length of time in both chambers 3.1 . 3.2 and the separating piston of a high pressure fluid in the direction of the booster pump 6 deliver, lies in the seconds range, before the separating piston 4.1 the tube chamber 3.1 reached its turning point.

Weitere Sensoren 15 sind an den Enden jeder Rohrkammer angeordnet und gewährleisten eine Signalübermittlung an die Steuer- und Regeleinheit 16, falls auf Grund von geänderten Betriebsbedingungen ein Trennkolben eine solche End- oder auch Totlage erreichen sollte. In diesem Fall liefern die Sensoren 15 ein Alarmsignal, mit dessen Hilfe die Steuer- und Regeleinheit 16 durch Stellsignale an die regelbaren Armaturen bzw. an den Antrieb der Boosterpumpe und/oder den Antrieb der Umschaltarmatur 7 eine neue Synchronisation des Bewegungsablaufes der Trennkolben startet. In diesem Zusammenhang wird als Synchronisation das Nachregeln der Fluidgeschwindigkeit in einer Rohrkammer bezeichnet, wenn in der anderen Rohrkammer eine Geschwindigkeitsänderung stattgefunden hat. Dieser Synchronisations-Effekt tritt auch ein, wenn nur der Drucktauscher geregelt wird. In diesem Fall folgt die Boosterpumpe über ihre Drosselkurve.Other sensors 15 are arranged at the ends of each tube chamber and ensure a signal transmission to the control unit 16 if, due to changed operating conditions, a separating piston should reach such a final or dead position. In this case, the sensors deliver 15 an alarm signal, with the help of which the control unit 16 by control signals to the controllable valves or to the drive of the booster pump and / or the drive of the changeover valve 7 a new synchronization of the motion sequence of the separating piston starts. In this context, the readjustment of the fluid velocity in a tube chamber is referred to as synchronization when a change in speed has taken place in the other tube chamber. This synchronization effect also occurs when only the pressure exchanger is regulated. In this case, the booster pump follows over its throttle curve.

Mit Hilfe der Sensoren 14 werden sowohl die jeweiligen Umkehrpunkte, als auch die Geschwindigkeiten der Trennkolben 4.1, 4.2 für jeden Drucktausch-Zyklus eines Drucktauschers gemessen, so dass jede Betriebsbedingung ermittelt wird durch die Veränderung der Kolbengeschwindigkeit. Dies gilt sowohl für einen Anfahrbetrieb und auch für einen Abfahrbetrieb einer mit einem solchen Drucktauscher ausgerüsteten Anlage.With the help of the sensors 14 Both the respective reversal points, as well as the velocities of the separating piston 4.1 . 4.2 for each pressure exchange cycle of a pressure exchanger so that each operating condition is determined by the change in piston speed. This applies both to a start-up operation and also to a shutdown operation of a system equipped with such a pressure exchanger.

Mit Hilfe des Antriebsmotors 17 an der Umschaltarmatur 7 ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass die Steuer- und Regeleinheit 16 von Umschaltzyklus zu Umschaltzyklus und sogar auch noch während eines Umschaltzyklus sofort reagieren kann. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Steuer- und Regeleinheit 16 den Betrieb und die Synchronisation mehrerer Drucktauscher in Parallel- oder in Hintereinander-Schaltung zuverlässig regeln kann. Die ständige Geschwindigkeitsmessung des Durchflusses in den Rohrkammern 3.1, 3.2 des Drucktauschers bietet den weiteren Vorteil, dass diese Daten mit Hilfe eines Interfaces direkt an die Boosterpumpe der Anlage weitergeleitet werden, wenn diese über einen drehzahlgeregelten Antrieb 13 verfügt. Sollte die Boosterpumpe jedoch nur einen Antrieb mit fester Drehzahl aufweisen, dann kann hinter der Boosterpumpe 6 eine Leistungsbeeinflussung durch eine als Drosselarmatur wirkende regelbare Armatur stattfinden.With the help of the drive motor 17 at the changeover valve 7 The main advantage is that the control unit 16 from Shift cycle to switch cycle and even during a switching cycle can respond immediately. Furthermore, there is the advantage that the control unit 16 can reliably control the operation and synchronization of multiple pressure exchangers in parallel or in series. The constant speed measurement of the flow in the tube chambers 3.1 . 3.2 The pressure exchanger has the further advantage that these data are forwarded directly to the booster pump of the system with the aid of an interface, if these are controlled by a variable-speed drive 13 features. However, should the booster pump only have a fixed speed drive, then behind the booster pump 6 an impact on performance by acting as a throttle valve controllable fitting take place.

Verwendete Formelzeichenused symbols

AA: Fläche, in m² Area, in m ²
A_DF A _DF: Durchflußfläche, in m² Flow area, in m ²
FF: Kraft, in NForce, in N
pp: Druck, in barPressure, in bar
II: Impuls, in kgm/sMomentum, in kgm / s
ΔI.DELTA.I: Impulsänderung, in kgm/sMomentum change, in kgm / s
mm: Masse, in kgMass, in kg
ww: Bewegungsgeschwindigkeit des Umschaltorgans, in °/s oder m/smovement speed of the changeover element, in ° / s or m / s
Δt.delta.t: Zeitänderung, in sTime change in s
v_Fluid v _fluid: Fluidgeschwindigkeit in einer Rohrkammer, in m/sfluid velocity in a tube chamber, in m / s

Claims

Pressure exchanger system with at least two tube chambers, wherein a plurality of Umschaltarmaturen umsteuern the flow paths of liquid flows through the at least two tube chambers, and at least one driven Umschaltarmatur the flow paths between a high-energy high-pressure fluid supply source and the tube chambers alternately reverses, characterized in that in the reversing valve, the driven switching member in the reversal of the direction of the liquid streams and the blocking of previously opened flow paths has a variable and / or discontinuous movement.

Pressure exchanger system according to claim 1, characterized that when shutting off a padded Pipe chamber, the driven switching a reduced speed of movement (w).

Pressure exchanger system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a reduction of the movement speed (W) of the driven changeover member immediately before a closure of a Pipe chamber takes place.

Pressure exchanger system according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that the reduction of the movement speed (w) in the range of a few milliseconds to a few seconds lies.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 4, characterized in that after the shut-off one with low pressure padded Pipe chamber the driven switching organ occupies a breakpoint.

Pressure exchanger system according to claim 5, characterized in that that in the breakpoint for a residence time ranging from a few milliseconds to a few Seconds the speed of movement (w) of the driven switching organ is reduced to zero.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 6, characterized in that after the dwell time of the driven Umschaltorgans in the breakpoint an acceleration to the normal Movement speed (w) takes place.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 7, characterized in that a drive motor of the changeover changeable Having speeds and / or strokes.

Pressure exchanger system according to claim 8, characterized in that that the drive motor as a servomotor electrical, hydraulic or hydropneumatic design is formed.

Pressure exchanger system according to claims 8 and 9, characterized in that the drive motor with a the Speed and / or dynamics influencing control device connected is.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the tube chambers ( 3.1 . 3.2 ) with several, position and movement of the separating piston ( 4.1 . 4.2 ) detecting sensors ( 14 . 15 ) are provided.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 11, characterized in that a booster pump ( 6 ) and a reversing valve ( 7 ) adjustable fittings ( 11 . 12 ) are subordinate.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the booster pump ( 6 ) and / or the changeover valve ( 7 ) with a controllable drive ( 13 . 17 ) are connected.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the Sensors ( 14 . 15 ), the adjustable fittings ( 11 . 12 ) and the controllable drives ( 13 . 17 ) with a control unit ( 16 ) are connected.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the control and regulation unit ( 16 ) by means of sensor signals, the movements of the fluid flows in the tube chambers ( 3.1 . 3.2 ) and / or the separating piston ( 4.1 . 4.2 ) and in the case of deviations from predetermined sequences by transmitting control signals to the controllable valves ( 11 . 12 ) and / or the controllable drives ( 13 . 17 ) whose function and the processes in the pressure exchanger changed.

Pressure exchanger system according to claim 15, characterized in that the control unit ( 16 ) controls and regulates a synchronization of the pressure exchanger.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 8, characterized in that known in the tube chambers, materially formed separating body are arranged.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reversing valve with one or is provided a plurality of rotationally driven switching organs.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reversing valve with one or several reversing linearly driven changeover provided is.

Pressure exchanger system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the switching means a combination movement executes from rotary and lifting movement.