DE102007018164B3 - Vorrichtung zur Regelung des Zuflusses einer Flüssigkeit in einen Behälter, insbesondere zur Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flussregelung einer Flüssigkeit und insbesondere eine Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere einer Umkehrosmoseanlage. Die Zufuhr von Rohwasser erfolgt in ein Vorlaufgefäß, das auch der partiellen Rückführung von Konzentrat und überschüssig erzeugtem Permeat dient. Der Füllstand wird mit einem Schwimmer erfasst, der ein Steuerventil in der Weise betätigt, dass mit zunehmendem Füllstand der Steuerdruck bis auf den Rohwasser-Eingangsdruck ansteigt. Das von diesem Druck gesteuerte Hauptventil hat einen zu- und einen abführenden Strömungskanal, einander gegenüberstehend und durch eine Trennwand gegeneinander abgesperrt, mit beiderseits nach außen führenden Öffnungen. Der Übergangsbereich zwischen den Öffnungen der zu- und abführenden Seite ist durch eine elastische Hülle gegen den außenliegenden Steuerraum abgedeckt. Die elastische Hülle gibt den Durchfluss in dem Maße frei, wie der Steuerdruck unter den Rohwasser-Eingangsdruck absinkt.

Description

• Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf die Regelung des Zuflusses einer Flüssigkeit in einen Behälter und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Umkehrosmoseanlage zur Gewinnung von hochreinem Wasser für medizinische Zwecke, z. B. zur Versorgung von Hämodialysegeräten.
• Die DE 195 20 914 C1 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung einer Umkehrosmoseanlage zur Wasseraufbereitung. Die Druckschrift schlägt vor, dass eine selbsttätige Anpassung des Konzentratflusses in der Ablussleitung an den Rohwasserzufluss in den Vorlaufbehälter stattfindet. Der Vorlaufbehälter ist mit einem Zuflussventil versehen, das durch einen Schwimmer geregelt wird, der das Zuflussventil mehr oder weniger öffnet oder verschließt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die sich durch hohe Betriebssicherheit und die Möglichkeit einer volumensparenden Bauweise auszeichnet.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Das Schema einer Umkehrosmoseanlage mit Einrichtungen entsprechend der Erfindung ist in 1 angegeben. Zentrales Element der gezeigten Anordnung ist ein Vorlaufbehälter 1, dem das aufzubereitende Wasser über ein Hauptventil 2 zugeführt wird. Entsprechend dem üblichen Verfahren wird das Wasser am Behälterboden entnommen und über eine Hochdruckpumpe 3 dem Umkehrosmosefilter 4 zugeführt, dessen Primärraum 4a durch eine semipermeable Membran 5 von dem Sekundärraum 4b getrennt ist. Aus dem Sekundärraum wird das Permeat über ein Ventil 6 den Verbrauchsstellen zugeleitet. Der für die Filtration erforderliche Druck wird durch die Pumpe 3 in Verbindung mit einem in die Ausgangsleitung der primären Strömungsstrecke eingefügten Strömungswiderstand, z. B. in Form einer Drossel 7, eingestellt. Über ein Ventil 8 wird das durch die Drossel abfließende Konzentrat zumindest teilweise verworfen und dem Abfluss zugeleitet. In Abhängigkeit von der Wasserqualität und der Auslastung der Anlage kann jedoch ein Teil des Konzentrats über eine Leitung 10 in den Vorlaufbehälter zurück geleitet werden. Je nach Bauart des Ventils 8 ist eine zeitlich getaktete oder eine kontinuierlich geregelte Konzentratrückführung möglich. Ebenso ist es üblich, überschüssig erzeugtes Permeat in den Vorlaufbehälter zurück zu leiten. Hierzu kann eine entsprechende Gestaltung des Ventils 6 dienen.
• Die Zufuhr von aufzubereitendem Wasser in das Vorlaufgefäß soll so geregelt werden, dass der Füllstand im normalen Betrieb weitgehend konstant bleibt, und zwar so, dass die freie Fallstrecke des Wassers, d. h. die Distanz zwischen der Öffnung der zuführenden Leitung und der Wasseroberfläche, ein vorgegebenes Maß nicht unterschreitet. Bei der gezeigten Anordnung wird zur Erfassung des Füllstandes ein Schwimmer 11 benutzt, dessen füllstandsabhängige Auftriebskraft jedoch, entgegen einer üblichen Gestaltungsweise, nicht unmittelbar zur Betätigung des Hauptventils genutzt wird. Statt dessen wird der Schwimmer dazu benutzt, ein Steuerventil 12 zu betätigen. Das Steuerventil wirkt als variabler, vom Füllstand abhängiger Strömungswiderstand und erzeugt im Zusammenwirken mit einem stromaufwärts mit der zuführenden Wasserleitung verbundenen Strömungsengpass den Steuerdruck für das Hauptventil 2. Der Strömungsengpass ist bei der gezeigten Anordnung in das Hauptventil integriert und zwar in Form eine Kanals 21a, b. Eine Stellschraube 21c kann dazu dienen, den Strömungswiderstand dieses Kanals zu justieren. Der Strömungskanal 21a, b mündet in eine ringförmige Druckkammer (Steuerkammer) 22 des Hauptventils, mit der auch das Steuerventil 12 über eine Leitung 13 in Verbindung steht.
• Das Hauptventil 2 hat einen zuführenden Strömungskanal 23, der mit der Wasser-Versorgungsleitung verbunden ist, und einen abführenden Strömungskanal 24, der in das Vorlaufgefäß mündet. Im Ventilkörper stehen diese beiden Kanäle von kreisförmigem Querschnitt einander in einer Linie gegenüber, jedoch ist der direkte Übergang von der zuführenden zur abführenden Leitung durch eine Trennwand 25 gesperrt. Beiderseits der Trennwand führen Öffnungen nach außen. Der Übergangsbereich zwischen dem zu- und dem abführenden Strömungskanal ist von einer elastischen Hülle 27 umschlossen, die im Ruhezustand durch ihre Schließkraft den Flüssigkeitsweg zwischen den Öffnungen des zu- und des abführenden Strömungskanals sperrt.
• Nach den Außenseiten hin ist die elastische Hülle 27 formschlüssig dichtend mit den Außenwänden der Strömungskanäle verbunden und bildet zugleich das Dichtungselement zwischen den Außenwänden der zu- und abführenden Strömungskanäle und dem umgebenden Gehäuse des Hauptventils. Die innere Kontur des Ventilgehäuses bildet dabei die Außenfläche der Druckkammer 22. Diese umschließt den mittleren Bereich zwischen den zu- und abführenden Strömungskanälen 23, 24 derart, dass deren elastische Hülle – je nach Druckverhältnissen – sich mehr oder weniger weit in die Steuerkammer hinein ausdehnen kann.
• Wenn in der Druckkammer 22 der gleiche Druck herrscht wie in der zuführenden Leitung 23, hält die elastische Kraft der Hülle 27 den Bereich zwischen den Öffnungen des zu- und des abführenden Strömungskanals geschlossen, d. h. das Hauptventil ist gesperrt. Dies ist bei der in 1 gezeigten Anordnung dann der Fall, wenn das Steuerventil 12 infolge ausreichend hohen Füllstandes durch die Auftriebskraft des Schwimmers geschlossen ist. Bei Absinken des Füllstandes und allmählichem Öffnen des Steuerventils sinkt der Druck in der Druckkammer 22 ab. Der im Bereich der Öffnungen des zuführenden Strömungskanals wirkende Druck bewirkt dann eine Ausweitung der elastischen Hülle, so dass das Wasser durch die seitlichen Öffnungen in den abführenden Strömungskanal gelangt und dem Vorlaufgefäß zugeführt wird.
• Das Steuerventil 12 hat gemäß der gezeigten Anordnung einen feststehenden Teil in Form eines senkrechten Rohres, das mit einem Flansch am Deckel des Vorlaufgefäßes befestigt ist und unten in einer eng umrandeten, düsenartigen Öffnung endet. Auf dem Rohr ist eine Hülse 30 mit einem oberen Flansch 34 senkrecht verschiebbar gelagert. Die Hülse 30 ist unten durch einen elastischen Stopfen 31 verschlossen. Über dem Stopfen münden Öffnungen 32 seitlich nach außen. Wenn die Hülse mittel eines den Flansch 34 untergreifenden Hebels 33 ganz nach oben geschoben wird, legt sich der elastische Stopfen gegen die Düsenöffnung, und der Ausfluss ist gesperrt.
• Zur Betätigung des Steuerventils wird der oben erwähnte Hebel 33 benutzt, der die Auftriebskraft des Schwimmers 11 auf den Flansch 34 im oberen Bereich der verschiebbaren Hülse 30 überträgt. Diese Anordnung hat u. a. den Vorteil, dass auch bei dem Steuerventil eine ausreichende freie Fallstrecke für das austretende Wasser eingehalten wird. Die kraftverstärkende Wirkung des Hebels trägt außerdem dazu bei, die zum Schließen des Steuerventils erforderliche Auftriebskraft des Schwimmers weiter zu reduzieren. Dies unterstützt die Zielsetzung, das Bauvolumen des Zuflussreglers möglichst gering zu halten.
• Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das schwimmergesteuerte Ventil 12 nicht direkt an die Steuerkammer des Hauptventils angeschlossen wird, sondern über ein in die Verbindungsleitung 13 eingefügtes Magnetventil. Im geschlossenen (stromlosen) Zustand dieses Magnetventils bleibt dann, unabhängig von der Schwimmerstellung, das Hauptventil 2 geschlossen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, in bestimmten Situationen den Wasserzufluss unabhängig vom Füllstand zu sperren. Ein mehrfach größeres Haupt-Magnetventil, das für derartige Zwecke in die zuführende Wasserleitung einzufügen wäre, kann dann entfallen.
• 2 zeigt die besondere Ausgestaltung einer Drossel, die die Drossel 7 in 1 ersetzt. Die Drossel hat weitgehend denselben Aufbau wie das oben beschriebene Hauptventil 2 jedoch entfallen die dort vorgesehenen Kanäle 21a und 21b sowie die Stellschraube 21c. Der Anschluss 13 ist mit einer regelbaren Druckquelle verbunden, um Druck einer einstellbaren Höhe auf die elastische Hülle 27 in der Druckkammer 22 aufzubringen und die Außenflächen der zu- und abfließenden Strömungskanäle zu verschließen bzw. zu öffnen.
• Dieser Strömungswiderstand erzeugt, bedingt durch die elastische Dehnung des die Öffnungen der Strömungskanäle abdeckenden Teils der Hülle 27 eine deutlich geringere Geräuschentwicklung als motorisch betriebene Kugelhähne oder feststehende Strömungswiderstände.
• Die regelbare Druckquelle kann eine Wasserquelle mit einer zugehörigen Pumpe sein.
• In einer alternativen Ausführungsform weist die regelbare Druckquelle eine Druckluftquelle und einen Kompressor auf.
• Die Drossel ist nicht nur zur Einstellung des Filtrationsdrucks in einer Wasseraufbereitungsanlage, sondern auch auf vielen anderen Gebieten als Strömungswiderstand verwendbar.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Regelung des Zuflusses einer Flüssigkeit in einen Behälter, insbesondere zur Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage, mit einem Hauptventil, über das zufließende Flüssigkeit in den Behälter geleitet wird, und mit einem den Füllstand in dem Behälter erfassenden Schwimmer, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (12), das mit einer Druckkammer (22) des Hauptventils (2) durch eine Leitung (13) verbunden ist, welche Druckkammer (22) den Fluss durch das Hauptventil (2) in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen steuert, wobei der Schwimmer (11) das Steuerventil (12) betätigt, um in Abhängigkeit von dem Füllstand in dem Behälter (1) den Druck in der Druckkammer (22) des Hauptventils (2) zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventil (2) folgende Funktionselemente aufweist: – einen zu- und einen abführenden Strömungskanal (23, 24) in einer Linie einander gegenüber stehend und durch eine die Strömungsquerschnitte ausfüllende Trennwand (25) gegeneinander absperrbar, – beiderseits der Trennwand nach außen führende Öffnungen, – eine elastische Hülle (27), die Außenflächen der zu- und abführenden Strömungskanäle abdeckt und den Übergangsbereich zwischen den Öffnungen der zu- und der abführenden Seite elastisch verschließen kann, – wobei die Druckkammer (22) die elastische Hülle (27) umschließt und ihr Innenraum eine elastische Dehnung des die Öffnungen der Strömungskanäle abdeckenden Teils der Hülle (27) und somit die Freigabe eines Strömungsweges zwischen dem zu- und dem abführenden Strömungskanal zulässt, – wobei die Leitung (13) in die Druckkammer (22) führt zur Einstellung/Übertragung des an der Außenseite der elastischen Hülle wirkenden Steuerdruckes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Hülle (27) durch einen Schlauch oder eine Manschette gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (22) außerdem Abschnitte der zu- und abführenden Strömungskanäle umschließt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenraum der Druckkammer (22) des Hauptventils (2) über einen Strömungsengpass (21a/b) mit dem zuführenden Strömungskanal (23) in Verbindung steht und über die Leitung (13) mit dem von dem Schwimmer (11) betätigten Steuerventil (12) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leitung (13), die die Druckkammer (22) des Hauptventils (2) mit dem Steuerventil (12) verbindet, ein Magnetventil eingefügt ist.