Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
weiterzubilden, dass eine schnelle Austragung von Permeat aus dem
Permeatraum durch eine zusätzliche
Beaufschlagung der Druckmembran mittels eines Druckmediums, wie
zum Beispiel eines Rohwasserstrahles erfolgt. Eine schnelle Verfügbarkeit
von Permeat ist zum Beispiel bei Spülmaschinen in Gaststätten, Labors,
Krankenhäusern
und Haushalten vorrangig wichtig.
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den
kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
Bei
einem Verbrauch von Konzentrat fließt Konzentrat aus dem Konzentratraum
einer Trennkammer heraus und erreicht über eine Konzentratleitung
einen Strahlkopf der Strahldüse.
Der beschleunigte Austrittsstrahl erzeugt beim Eindringen in eine dem
Strahlkopf mit Abstand gegenüber
liegende Leitung einen Druckabfall in dessen unmittelbarer Nähe. Die
Ankopplung des den Austrittsstrahl umfassenden Un terdruckraumes
der Strahldüse
mit dem Druckraum vom Druckspeicher ermöglicht, diesen Druckabfall
als Saugeffekt zu verwenden. Beim gleichzeitigen Abfließen von
Konzentrat wird der Druckraum des Druckspeichers, der mit der Strahldüse gekoppelt
und entsprechend mit Konzentrat gefüllt ist, leergesaugt. Da die
Druckmembran des Druckspeichers dem Druck nachgibt, überträgt sich
der Saugeffekt auf den gegenüberliegenden
Raum, der über
die Permeatleitung mit dem Permeatraum der Trennkammer verbunden
ist und somit das Druckgefälle über die Membran
und daher auch die Permeatausbeute erhöht. Das Entleeren des mit Konzentrat
gefüllten Druckraums
des Druckspeichers ist mit der Befüllung von Permeat des gegenüberliegenden
Speicherraumes gekoppelt. Allein durch den Druck, der im Wasserleitungsnetz
der zuführenden
Wasserleitung ansteht, wird der Unterdruck im Druckspeicher ohne
zusätzliche
Pumpeinrichtung erreicht.
Die
Verbindung des Permeatraums der Trennkammer mit dem Druckspeicher
ermöglicht eine
Erhöhung
der Permeatausbeute. Bei einem Unterdruck im Druckspeicher wird
Permeat aus dem Permeatraum der Trennkammer angesaugt. Der Unterdruck
im Druckspeicher breitet sich im Permeatraum aus und erhöht den Wirkungsgrad
der Trennmembran in der Trennkammer. Das Konzentrat bleibt weiterhin
als Spülwasser
verwendbar, da die Trennung im Niederdruckbereich verläuft. Das
Konzentrat unterscheidet sich geringfügig vom Rohwasser und kann
deshalb problemlos bei Spülvorgängen im Haushalt
verwendet werden. Während
des Verbrauchs von Konzentrat bzw. Rohwasser wird Permeat gewonnen
und im Druckspeicher gesammelt. Wird im Haushalt Permeat gebraucht,
schaltet der Benutzer den Mischwasserhahn auf der Permeatleitung
um. Der Druckspeicher entleert sich von dem im Speicherraum enthaltenen Permeat,
zusätzlich
gefördert
durch den statischen Überdruck
des Konzentrats, der sich über
die an der Strahldüse
angebrachte Konzentratleitung im Druckspeicher aufbaut.
In
Weiterbildung der Erfindung ist eine Zusatztrennkammer an die Konzentratleitung
stromabwärts
der Strahldüse
angeschlossen. Deren entsprechender Permeatraum ist mit dem Speicherraum
des Druckspeichers verbunden. Die Inbetriebnahme dieser Zusatztrennkammer
erfolgt durch die Steuerung eines Zulaufventils, das auf der Konzentratleitung
zur Versorgung der Trennkammer angebracht ist. Die Steuerung ist
mit einem an dem Druckraum angebrachten Schaltkontakt verbunden,
der die Öffnung des
Zulaufventils in Abhängigkeit
von der Füllmenge im
Speicherraum regelt. Dazu ist ein Magnet auf der Druckmembran seitens
des Speicherraumes angebracht, über
den ein Schaltkontakt kontaktlos zu betätigen ist, der das Zulaufventil
schaltet, sofern ein erhöhter
Permeatbedarf besteht.
Um
den für
einen schnelles Austrag von Permeatwasser aus dem Permeatraum zu
erreichen, wird in einer bevorzugten Ausführung über eine zusätzliche
Rohwasserleitung zusätzlicher
Druck auf die Membran des Permeatspeichers ausgeübt. Dieser zusätzliche
Druck beschleunigt die Bewegung der Membran und drückt das
Permeatwasser unverzüglich,
je nach Bedarf, ganz oder teilweise aus dem Permeatraum. Ein Durchflussschalter
im Bereich der Permeataustrittsleitung signalisiert einem in der
zusätzlichen
Rohwasserleitung angebrachten Ventil, dass Permeat entnommen wird.
Bei Permeatentnahme öffnet
das Ventil. Wird die Permeatentnahme unterbrochen, oder ist der
Permeatraum geleert, schließt
das Ventil in der zusätzlichen
Rohwas serleitung. Der Durchflussschalter in der Permeatabflussleitung
registriert die Auslassfließrichtung
des Permeats und öffnet
bei Durchfluss das Ventil in der Rohwasserleitung. Dies gewährt, dass
bei Nichtentnahme von Permeat das Ventil in der Rohwasserleitung schließt, der
entsprechende Wasserdruck auf die Membrane wegfällt, was dann eine weitere
oder ergänzende
Zufuhr von Pemeat in den Permeatbehälter zulässt.
Der
Durchflussschalter in der Abflussleitung des Permeats kann als elektronischer,
mit einem Fühler
oder Paddel ausgerüstetem
Durchflusscontroller ausgerüstet
sein, welches die Austragsfließrichtung
des Permeats und diesen Betriebszustand erkennt und als Signal weitergibt.
Damit Druckschwankungen im Rohrsystem nicht zu Fehlsignalen des
Durchflussschalters und danach zu Fehlschaltungen des Ventiles führen, ist
dieser bevorzugt in einer beruhigten Zone, wie zum Beispiel in einer
Bypassleitung oder im äußeren Bereich
einer Rohrquerschnitterweiterung angebracht. Damit garantiert ein Teil
des aus dem Permeatraum austretenden Wassers durch die Bypassleitung
fließt,
ist im Permeataustragsrohr, kurz nach der Abzweigung des Bypassrohres
eine Drossel, bevorzugt in Form einer Querschnittsverengung, vorgesehen.
Der so gestaute Wasserstrom wird dadurch teilweise in die Bypassleitung
abgeleitet, der darin integrierte Durchflussfühler zeit Durchfluss an und
gibt einen Impuls „Öffnen" an das Ventil im
zusätzlichen
Rohwasser.
Mittels
Drosselventil F kann durch Veränderung
des Querschnittes in der Bypassleitung die Schaltschwelle des Durchflussfühlers verändert und angepasst
werden. Im Regelfall wird das Drosselventil F bei Inbetriebnahme
der Anlage eingestellt und bleibt danach unverändert. Der gewählte Querschnitt der
Drossel E ergibt zusammen mit der Querschnittseinstellung des Drosselventiles
F die vorgegebene Permeatgesamtaustragungsmenge. Das Drosselventil
F fungiert gleichzeitig als Puffer für Druckschwankungen im Rohrsystem
und garantiert eine störungsfreie
Funktion des Durchflussschalters (D) Weitere Merkmale der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
In
der Zeichnung ist ein nachfolgend beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch dargestellt.
Es
zeigen:
1 ein
Schaubild einer Vorrichtung zur Gewinnung von Permeat bei abfließendem Konzentrat,
2 ein
Schaubild einer Vorrichtung zur Gewinnung von Permeat bei abfließendem Permeat.
3 eine
Vergrößerung des
Bypassbereiches mit Drossel, Durchflussschalter und Fühler
Die
in den 1, 2 und 3 schematisch
dargestellte Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Permeat weist
eine als Membranmodul ausgebildete Trennkammer 2 auf, die
durch eine Trennmembran 3 in einen Konzentratraum 4 und
einen Permeatraum 5 aufgeteilt ist. Der Konzentratraum 4 ist über eine
Zulaufleitung 6 mit einem Wasserleitungsnetz 7 verbunden, über die
der in Pfeilrichtung 8 zulaufende Volumenstrom des Rohwassers
zufließt.
Vom
Konzentratraum 4 zweigt eine Konzentratleitung 9 ab,
welche in einen Strahlkopf 9b einer Strahldüse 10 mündet. Gegenüber dem
Strahlkopf 9b befindet sich eine Leitung 11, die
zu einer Armatur 12, zum Beispiel einem Mischwasserhahn,
führt.
Ist der Schaltabschnitt 13 der Armatur 12 auf
die Konzentratleitung 11 geschaltet, fließt das Konzentrat
in Pfeilrichtung 9a aus dem Strahlkopf 9b in die
gegenüberliegende
Konzentratleitung 11.
Der
Permeatraum 5 ist über
eine Permeatleitung 17 mit einem Druckspeicher 19 verbunden.
Das dazwischen angeordnete Rückschlagventil 16 schützt die
Trennmembran 3 der Trennkammer 2 vor Gegendrücken; es
läßt nur das
Abströmen
des Permeats aus dem Permeatraum in die Permeatleitung 17 gemäß Pfeilrichtung 17a zu.
Im
Druckspeicher 19 ist der für das Permeat zur Verfügung gestellte
Permeatraum 21 durch eine undurchlässige Druckmembran 20 abgegrenzt.
Der restliche Druckraum 22 des Druckspeichers 19 ist über eine
Leitung 23 über
die Strahldüse 10 mit
der Konzentratleitung 9 verbunden.
Bei
einem Verbrauch von Konzentrat bzw. Rohwasser entsteht in dem den
Austrittsstrahl 10b umgebenden Raum 10a der Strahldüse 10 ein
Unterdruck, der das Rohwasser 22 aus dem Druckspeicher 19 über die
Leitung 23 in Pfeilrichtung 23a ansaugt. Über die
Druckmembran 20 baut sich im Permeatraum 21 des
Druckspeichers 19 ein Unterdruck auf, wodurch Permeat über die
Permeatleitung 17 ansaugt wird. Somit füllt sich der Druckspeicher 19 mit
Permeat, während
Konzentrat abfließt.
Die
in der Trennkammer 2 vorzusehende Trennmembran wird je
nach Betriebsbedingungen in der Trennschärfe gewählt. So ist eine Umkehrosmose-,
Nanofiltrations-, Ultrafiltrations- oder Mikrofiltrationsmembran einsetzbar.
Sie arbeiten alle im Niederdruckbereich. Im Konzentratraum 4 steht
bevorzugt maximal der Druck an, der im Wasserleitungsnetz 7 ansteht.
Trotz des niedrigen Druckes von weniger als 10 bar – zeckmäßig 2–4 bar – wird eine
ausreichende Permeatausbeute erzielt. Der überwiegende Teil des über die
Zulaufleitung 6 zufließenden
Rohwassers fließt über die
Konzentratleitungen 9 und 11 aus dem Wasserhahn 15 in
Pfeilrichtung 15a heraus. Selbst die erhöhte Permeatausbeute
lässt weiterhin
die Verwendung des Konzentrates als Spülwasser zu. Besteht ein erhöhter Bedarf
an Rohwasser, kann über eine
Zulaufleitung 26 zusätzlich
Rohwasser zugeführt
und über
ein Zulaufventil 27 zugemessen werden. Es ist auch eine
Möglichkeit
gegeben, Warmwasser mit Rohwasser durch die Anbindung einer Warmwasserleitung 14 an
die Armatur 12 zu vermischen.
Für den Verbrauch
von Permeat wird die Armatur 12 in die Schaltstellung 13' verstellt,
zum Beispiel durch Verschwenkung eines Mischwasserhahns. In dieser
Schaltstellung ist die Konzentratleitung 11, gegebenenfalls
mit Hilfe eines Zulaufventils 25, geschlossen und die Leitung 24 durch
den Abzweig 18 mit der Permeatleitung 17 verbunden.
Da weiterhin Wasser aus dem Wasserleitungsnetz 7 in Pfeilrichtung 8 in
den im Konzentratraum 4 fließt, wird das Konzentrat aus
dem Strahlkopf 9b in den Raum 10a der Strahldüse 10 fließen und über die
Leitung 23 in Pfeilrichtung 23b in den Druckspeicher 19 strömen. Der
sich über
die Konzentratleitung 9 und die Leitung 23 aufbauende
Druck des Wasserleitungsnetzes 7 wirkt in Pfeilrichtung 22a auf
die Druckmembran 20. Das Permeat im Druckspeicher 19 fließt unter
dem Druck des Wasserleitungsnetzes 7 über die Permeatleitung 17 in
Pfeilrichtung 17b zum Abzweig 18 und über die
Leitung 24 zum Wasserhahn 15 heraus. Mit der Anordnung
eines Rückschlagventils 16 am
Ausgang des Permeatraums 5 wird verhindert, daß Permeat
zurück
in den Permeatraum 5 zurückfließen kann. Bis zur vollständigen Entleerung
des Druckspeichers 19 strömt Konzentrat in den Druckraum 22 nach.
Hat
der Verbraucher genügend
Permeat entnommen oder ist der Druckspeicher 19 leer, wird
er die Armatur 12 schließen oder auf die Schaltstellung 13 zurückstellen;
beim Öffnen
des Wasserhahns 15 fließt wieder Konzentrat.
Um
die Fälle
eines erhöhten
Permeatbedarfs abzudecken, kann eine zusätzliche Trennkammer 2' über eine
Zusatzkonzentratleitung 28 stromab der Strahldüse 10 an
die Konzentratleitung angeschlossen werden. Dabei ist der in Pfeilrichtung 28a zulaufende
Volumenstrom des Konzentrats über
ein in der Zusatzkonzentratleitung 28 angeordnetes Zulaufventil 29 gesteuert.
Die Trennkammer 2' ist
von einer Trennmembran 3' in
einen Konzentratraum 4',
an dem eine Abwasserleitung 34 angeschlossen ist, und einen
Permeatraum 5' geteilt.
Der Permeatraum 5' ist vor
Gegendrücken
durch ein Rückschlagventil 35 geschützt und über eine
Leitung 31 mit dem Permeatraum 21 des Druckspeichers 20 verbunden.
Das Zulaufventil 29 ist über eine Steuerleitung 30 mit
einem Schaltkontakt 32 an der Seitenwand des Permeatraumes 21 verbunden.
Auf der Druckmembran 20 ist seitens des Speicherraumes 21 ein
Magnet 33 angebracht, der den Schaltkontakt 32 betätigt. Die Öffnung des
Zulaufventils 29 erfolgt in Abhängigkeit vom Füllstand
im Permeatraum 21. Ab einer gewissen Entnahmemenge gelangt
der Magnet 33 in die Nähe des
Schaltkontaktes 32 und bewirkt kontaktlos die Schaltung
des Zulaufventils 29. Der Schaltpunkt ist durch die Anordnung
des Schaltkontaktes 32 und des Magnets 33 bestimmt.
Die Öffnung
des Zulaufventils 29 führt
zur ergänzenden
Gewinnung von Permeat über
die zusätzliche
Trennkammer 2'.
Das Konzentrat fließt über die
Abwasserleitung 34 ab.
Gegebenenfalls
kann die Zusatzkonzentratleitung 28 nach dem Zulaufventil 29 auch
direkt in eine Abwasserleitung 36 münden. Mit dem Abfließen von
Konzentrat strömt
Rohwasser in die Konzentratkammer 4 und die Strahldüse 10 in
die Zusatzleitung 28 nach, wodurch Permeat in der Trennkammer 2 erzeugt
wird.
Die
Anordnung einer Strahldüse 10 hat
den Vorteil, dass Permeat gewonnen, gespeichert und gefördert wird
allein mit dem Druck, der aus dem Wasserleitungsnetz 7 zur
Verfügung
gestellt ist. Es wird keine zusätzliche
Energie zur Druckerhöhung benötigt.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann an
die typischen Gegebenheiten, wie zum Beispiel im chemischen, hygienischen
Bereich, wie Glaserspülmaschinen
in Gaststätten,
Labors, Krankenhäusern und
Haushalten angepaßt
werden, indem die Trennkammer und der Druckspeicher 19 entsprechend
dimensioniert werden, um den täglichen
Bedarf an Permeat zu decken. Wie in 1, 2 und 3 dargestellt,
ist die Vorrichtung 1, bestehend aus der Trennkammer 2,
der Strahldüse 10,
dem Druckspeicher 9 und gegebenenfalls der Zusatztrennkammer 2' mit den jeweiligen
Verbindungsleitungen, als Baueinheit ausgebildet, welche fertig
montiert an den Einsatzort verbracht wird, wie zum Beispiel unter
einer Küchenspüle. Zur
Aufnahme des Betriebes der Vorrichtung 12 müssen die
Zulaufleitung 6 mit dem Wasserleitungsnetz und die Leitungen 11 und 24 mit der
Armatur 12 verbunden werden.
Die
obig beschriebene Vorrichtung wird durch die erfindungsgemäße zusätzliche
Rohwasserleitung (A), in welche ein Schaltventil (B) geschaltet
ist, optimiert und ein schneller Permeataustrag garantiert, was
zum Beispiel bei Gläserspülmaschinen in
Gaststätten
besonders wichtig ist. Eine an die Permeataustrittsleitung vorgesehene
Bypass-Leitung (C)
erzeugt einen beruhigten Raum, in welchem ein Durchflussrichtungsfühler (D)
die Austragsfließrichtung
erfasst und als Impuls an das Ventil (B) weitergibt. Das Ventil
(B) öffnet
daraufhin und gibt die Rohwasserzufuhr durch das Rohr (A) zum Druckspeicher (19)
hin frei. Dieses zusätzliche
Druck- bzw. Wasservolumen beaufschlagt die Membran (20)
und drückt das
Permeat aus dem Permeatraum (21). Wird die Permeatentnahme
aus dem Permeatraum (21) gestoppt oder ist der Permeatvorrat
verbraucht, endet der Durchfluss in der Bypassleitung (C). Der Durchflussschalter
(D) stoppt daraufhin umgehend den Durchfluss durch das Ventil (B).
Der Durchflussfühlschalter
(D) kann auch mit elektronischer Steuerung ausgerüstet sein,
welcher störende
Druckschwankungen im System ignoriert ohne dabei einen falschen
Impuls an das Ventil (B) zu geben. Dem Durchflussschalter (D) kann
ein zusätzliches
Drosselventil (F) vorgeschaltet werden. Die Durchflussmenge im Drosselventil
(F) ist im Regelfall nur so groß,
um ein störungsfreies
Funktionieren des Durchflussschalters (D) zu garantieren.
Das
zusätzliche
Rohwasserrohr (A) kann bei entsprechender Durchmesseranpassung in
die Leitung (23) münden,
oder separat am Druckspeicher (19) angeschlossen werden.
Das Rohwasserrohr (A) kann an der Zulaufleitung (6) oder
der Trennkammer (4) oder an der Konzentratleitung (9)
angeschlossen werden. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, das zusätzliche
Rohwasservolumen über
eine Durchmesservergrößerung und/oder
Druckerhöhung
an bzw. in den Zulaufrohren (9) und (23) bei gleichzeitiger
Außerkraftsetzung
der Strahldüse
(10) zu erreichen.