DE102004029231A1 - Reverse osmosis filter system operated at high pressure has graduated reverse pressure valve system - Google Patents
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Abstract
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
Durch
die
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
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 ADF 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 ADF innerhalb einer Umschaltarmatur vollständig. In Abhängigkeit von einem aufzufüllenden Volumen einer Rohrkammer bleibt der Durchflussquerschnitt ADF 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 ADF 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 ADF 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 ADF4. Der langsame Verschluss des kleinen Durchflussquerschnittes ADF4 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 ADF4 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 ADF in sehr kurzer Zeit bis zum Zeitpunkt y4 auf den Durchflussquerschnitt ADF4 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 ADF4 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 yX eine einfache Regelung des Drucktauschersystems erfolgen. Damit wird gewährleistet, dass der geometrische Punkt, in dem in der Umschaltarmatur der Durchflussquerschnitt ADF 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 vFluid 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 vFluid 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 vFluid 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 vFluid 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
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
Da
die Druckbelastung des Drucktauschersystems proportional zur Kraft
F ist, mit der beim Abbremsen der Impuls der bewegten Flüssigkeitssäule auf
das Drucktauschersystem einwirkt, weil
Nach
dem Abscheideprozess fließt
aus den Reverse-Osmose-Modulen
Der
hohe Druck des aus einem oder mehreren Reverse-Osmose-Modulen
Dieses
Fluid tritt anschließend
mit hohem Druck auf der linken Seite der oberen Rohrkammer
Eine
zu behandelndes Fluid, auch Speisefluid genannt, strömt der Hochdruckpumpe
Erreicht
der Trennkolben
Der
Ausstoßvorgang
eines entspannten Brine ist in der
Beim
Umschaltvorgang eines Drucktauschers entstehen Druckstöße, welche
die Membranen innerhalb der Reverse-Osmose-Module
Die
Rohrkammern
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
Weitere
Sensoren
Mit
Hilfe der Sensoren
Mit
Hilfe des Antriebsmotors
Verwendete Formelzeichenused symbols
- AA
- Fläche, in m2 Area, in m 2
- ADF 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
- vFluid v fluid
- Fluidgeschwindigkeit in einer Rohrkammer, in m/sfluid velocity in a tube chamber, in m / s
Claims (20)
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---|---|---|---|
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ES04023544T ES2293143T3 (en) | 2003-12-17 | 2004-10-02 | PRESSURE CHANGING SYSTEM. |
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008038751B3 (en) * | 2008-08-12 | 2010-04-15 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Reverse osmosis system with a device for noise reduction and method for noise reduction of a reverse osmosis system |
DE102009020932A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Pressure exchanging system comprises first and second pressure tubes with first and second chambers, where each first and second chamber is connected with inlet- and outlet line for filling and emptying the chambers |
DE102013216645A1 (en) | 2013-08-22 | 2015-02-26 | Ksb Aktiengesellschaft | Membrane separation processes |
-
2004
- 2004-06-17 DE DE102004029231A patent/DE102004029231A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008038751B3 (en) * | 2008-08-12 | 2010-04-15 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Reverse osmosis system with a device for noise reduction and method for noise reduction of a reverse osmosis system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |