DE1517921A1 - Vorrichtung zur Ableitung von in einer Fluessigkeit geloesten Begleitstoffen - Google Patents

Vorrichtung zur Ableitung von in einer Fluessigkeit geloesten Begleitstoffen

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DE1517921A1
DE1517921A1 DE19661517921 DE1517921A DE1517921A1 DE 1517921 A1 DE1517921 A1 DE 1517921A1 DE 19661517921 DE19661517921 DE 19661517921 DE 1517921 A DE1517921 A DE 1517921A DE 1517921 A1 DE1517921 A1 DE 1517921A1
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    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Description

Patentanwälte DIpI. Ing. F. Welck--::.. Dr. I- -.-.-A. »e'ck-n.-
^yJ.Dr.
δ Hum ;ien 2/, Möhhtraße 22
- .u">c'';ofelleL' A'laaa, ..'ev/ Yovi:, U.;:. ,
/orr ic lit UH j zur Alleituuj vou in rLno.·? j'l'Assi^kei /■; ■:. Von "j e t · jj θα le it ^t ο ι ^o ■-
g bezieht sich auf θ-ine Vorrichtung zur Reini-
:■>:; von !''liiasi^ceitei:. und insbesouuore .m eiuo Yorrichtut C; sich durch .ei'.'O 1:υ: .o.-ikte, leichte .i.?iuv/eise auszeichnet.
0 0 9 811/0582 bad original
Unter gewissen Bedingungen kann es erwünscht sein, eine kompakte, leichte Reinigungsvorrichtung zur Verfügung zu haben, um aus uicht trinkbarem Wasser unmittelbar Trinkwasser gewinnen zu können. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise im Notfall recht brauchbar auf See, und zwar zur Entsalzung von Seev/asser. Eine derartige Vorrichtung vorzusehen v/äre ferner in Booten, oder in Seebadhütten oder -heimeu zweckmäßig, um dort sonst nur schwierig und unter Aufwendung hoher Kosten erhältliches Trinkwasser zu gewinnen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, (siehe entsprechende Patentanmeldungen: Serial Lo. 419 881, Serial Ho. 441 591) zur Reinigung von Jasser für Trink-, Wasch-, Kochzwecke, etc., sich des Prinzips der umgekehrten Osmosewirkung zu bedienen. Dieses Prinzip ausnutzende Vorrichtungen weisen gegenüber Verfahren, v/ie Verclampfungsverfahren, Destillationsverfahren und Ionenaustauschverfahren, beträchtliche Vorteile auf; sämtlichen gerade erwähnten Verfahren haften gev/isse unerwünschte Merkmale an, die die Anwendung der betreffenden ' Verfahren nur auf die Entsalzung von Seewas3er beschränken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, die sich speziell für7 eine kompakte, leichte Bauweise eignet, mit der Salz- oder Seewaeser entsalzt werden kann, und die sich besonders gut für den Einsatz in Notfällen eignet,
009811/0592 bad cfjcimm.
Zur Lösung der vorstehend aufgezeigten Aufgabe vird gemäß der Erfindung zur Ableitung von in einer Flüssigkeit gelösten Begleitstoffen vorgeschlagen, eine Reinigungsvorrichtung zu verwenden, die auf ihr unter einem bestimmten Druck zugeführte Flüssigkeit reagiert und aus dieser die gelüsten Begleitstoffe ableitet. Die Reinigungsvorrichtung gemilß der Erfindung arbeitet nach dem Prinzip der umgekehrten Osinooe, gemäß dem der Druck zugeftihrter Flüssigkeit größer zu sein hat als der osmotische Druck der Flüssigkeit. Eine Pumpvorrichtung, die durch eine manuell betätigbare Vorrichtung gebildet sein kann, dient zur Zuführung der Flüssigkeit zu der Reinigungsvorrichtung. Hit der Reinigungsvorrichtung ist-ein Druckwasserspeicher verbunden, der zur Speicherung des dem System mittels der Pumpe zugeführten Speisewassers dient und der relativ schnelle Änderungen iu der Strömungsgeschwindigkeit und in dem Druck der der Reinigungsvorrichtung zugeführten Flüssigkeit ausgleicht. Der Speicher kann ein anfänglich geschlossenes Ventil enthalten, das'bei Auftreten eines den Betriebsdruck der in dem Speicher gespeicherten Flüssigkeit minimal übersteigenden Druckes öffnet.
An—aand einer Zeichnung wird die Reinigungsvorrichtung genäß
der Erfindung näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ist besonders gut für die Entsalzung von Seewasser geeignet und kann speziell in konpakter, leichter Bauweise hergestellt werden.
0098 11/0592 " BAD c,.CiKAt
Das zu reinigende V/asser wird mit Hilfe einer Pumpe 13 in die Vorrichtung durch .einen flexiblen Einlaßschlauch 11 und durch ein Filter 12 eingeleitet. Das filter 12 dient zur Fernhaltung jeglicher Fremdpartikel, die in dem in das System eingeleiteten Wasser fein verteilt enthalten sind. Auf der Auslaßseite der Pumpe 13 befindet sich ein Absperrventil 14. Eine Flüssigkeitsleitung oder -röhre 15 verbindet das Absperrventil 14 mit' dem Einlaß der Reinigungsvorrichtung
Die Reinigungsvorrichtung 21 kann von der in den beiden erwähnten Patentanmeldungen angegebenen Art sein; sie arbeitet nach dein Prinzip der ungekehrten Osmose. Jjekanntlich wird beim üsr.osevorgang die neigung zweier durch eine semipermeable iiembran-jß getrennter, verschieden stark konzentrierter Lösungen ausgenutzt, durch Hindurclidif fundieren der einen Komponente durch die Membrane zu einem Konzentrationsausgleich zu führen. Die Idealnembrane besäße celbstverständlich nur für eine Komponente der Lösung, wie für ein Lösungsmittel, eine endliche Durchlässigkeit, während sie gleichzeitig für eine andere Komponente der Lösung, v/ie für die Lösung, vollkommen undurchlässig v/äre.
";/enn die Lösung r.it der höheren Konzentration einem gestiegenen Druck bezogen auf den in der lösung mit geringerer Konzentration herrechenden Druck ausgenetzt wird, kann durch die Ilembrane eine Diffusion zurückgehalten oder zum Halten gebracht werden. I:.: letzteren Fall handelt en sich bei der: Ausgleichsdruck um de ti osnotischen Druck. Wenn der auf die
009811/0592
BAD QHlGiNAL
Lösung mit höherer Konzentration ausgeübte; Druck bezogen auf den Druck der lösung nit geringerer Konzentration v/eiterhin erhöht v/ird, so (iv.3 der Druckunterschied den osmotischen Druck übersteigt, dann tritt eine umgekehrte Osmosewirkung auf. Dies führt dazu, daß die Konzentration der Lösung mit höherer Konzentration zufolge de s durch dio iiembrane hindurchdiffundierenden Lösungsmittel« in eine umgekehrt zur Richtung normaler undone verlaufende1/: Pachtung v/eiterhin ansteigt.
Der Druck, unter dem die umgekehrte ücnosewirkung auftritt, hängt normalerweise von der Zusammensetzung dor auf den gegenüberliegenden Seiten der semipermeablen Ilembraue befindlichen Lösungen ab; derartige Daten sind leicht ruu: den verschiedenen, einschlägigen Veröffentlichungen entnehmbar, !leim sich auf der einen Seite einer entsprechenden semipermeabler Iiembrane normales Seewasser befindet, v/ährend sich auf der anderen Seite der Membrane eine Lösung relativ reinen Wassers befindet, tritt die umgekehrte ORnosewir'niag auf, \>!enn ;uif dan Seewasser ein Druck von ca. 24,6 at (entsprechend etwa '550 psia) ausgeübt wird. Unter Verwendung eines Hembranengebilden mit einer großen Gesamtoberfläche und unter Verwendung geeigneter Vorrichtungen zur Aufnahme gereinigten ΐ/assers können relativ große Mengen Seewasser oder andere entsprechende Lösungen innerhalb relativ kurzer Zeitspannen gereinigt werden. Geeignete llembranengebilde können im weiteren zum Ausfiltern schädlicher Bakterien dienen.
009811/0592 ßÄD
Die schenatisch dargestellte Reinigungsvorrichtung 21 enthält einen geschlossenen Dehälter 22 und eine semipermeable iiembrar.e ?.'), Unter einem gröi3eren Druck als dem osmotischen Druck in den Behälter 22 eintretenden Seawater diffundiert durch die Membrane: 23 hindurch und wird bei diesen Vorgang entsalzen. Ji ti Drossel- oder Klappenventil 24 dient zur Ableitung den stärker konzentrierten "Jeow^ssßrs und zur Aufrechterhaltung des Systendruckes. Durch ein Rohr 25 v/ird das gereinigte Seewasser e,bgegebün. Die .iengt- jeweils gereinigten ".ie.ssers hängt von den Druckunterschied, der über doi:. Teil 23 herrscht, und von der Gröi3e der HenbranoberfIHcho ab.
ii'iir in der Praxis ^ev/onnene iiengen an Frischwasser ist es erforderlich, dassdeir zwischen beiden Seiten der Ilerabrane 23 in dev Vorrichtung 21 herrschende Druckunterschied beträchtlich höher ist als der osmobinche Druck. LSine Einheit r.iit dem gev/ünachtevi gedrfingten Aufbau macht beispiely./eise für die Gewinnung von etwa maximal 19 1 (entsprechend etwa b Gallonen) Wasser pro 3tunde einen Eetrieindrucl: Ln der Größenordnung von et v/a 105 Ät erforderlich. Ohne Einhaltung eitier konstanten ,Jfcrönungsg'jschwindiglieit oder -menge der 3eev/r>,3sernachfi.illung .'"ndert sich in der VLeinigungsvorrichtung der Druck des ungereinigten Seewasser;; recht beträchtlich π it jedem Kolbenhub,· dies kann zur Beschädigung des Systems führen und macht deshalb eine kontinuierliche Pu:-it-wirkung erforderlich,
BAD OKlGiNAL
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Um eine relativ konstante Strömungsgeschwindigkeit bei einem relativ konstanten auf die der Reinigungsvorrichtung 21 zugeführte Flüssigkeit ausgeübten Druck beizu-
Vorrichtung
behalten, iot i.iit dieser/über die Leitung 15 ein Drucl:- wasserspeieher 31 verbunden. Der Speicher 31 dient zur wirksamen Speicherung des dem Systems ηit Hilfe der Pumpe zugeführten Seewassers, so daß der gewünschte Betriebsdruck und die gewünschte Flüssigkeitsströmung relativ konatant gehalten werden können,d.h. daß diese Größen nicht den raschen Änderungen, wie sie beispielsweise durch die Punpenkolbenhübe gegeben sind, ausgesetzt .sind. Der Speicher kann von bekannter Aueführung3fom sein und einen kugel-· förmigen oder zylinderförmigen Behälter 32 aufv/eison. In dem Behälter 32 befindet sich eine Luftabspermembrane 33; der Bellälter 32 kann mit unter eine: höheren Druck als den osmotischen Druck stehender Luft, v/ic beicpielsv/eise mit unter einem Drück von ca. 35 at stehender luft gefüllt sein. Der Behälter 32 ist über eine Höhre 34 nit der Röhre 15 verbunden. Die Röhre 34 dient als Einlaß für Seewasser iu eden Bellälter 32. Ein in dem Behälter 32 vorgesehenes Absperrventil 35 ist derart ausgebildet, daß es Wasser in den Behälter 32 hineinströmen läßt, wenn der Druck in der Leitung 15 den Behälterdruck übersteigt. Das Absperrventil ist so eingestellt, daß es durch einen geringen Federdruck offen gehalten wird, so daß Wasser in den Behälter 32 hinein- und aus dieser: herausströmen kann, wenn der Wasserdruck den Anfangsdruck der Luftbelrstung der r.erabrane 33 übersteigt.
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".NAL
liit ei non ,'.Hf-In; z-\ enljr'uuj ti luftdruck von ca. 35 at v/iirde π on it dnc ^hGpnrr"rantil :*'; solange geschlossen bleiben, bis diener ])ruol: durch der. iu der Leitung; Ζ·\ herrrcheuden Druck tibersohritten v/ird.
jJin in die Leitung 15 eingefügtes Drucksicherheitsventil öffnet und senkt da:;} it den Druck in dem System al), wenn dieser den maximalen Betriebsdruck der Reinigungsvorrichtung 21 ur. eine vorbentiminto Größe übersteigt.
Der Speieher 31 enthält im Weiteren eine Vorrichtung i:ur Atifangndruc]:erzeugung auf die llenbrane; ferner sind ein Luftdruclaiesser 37 und ein Drosselventil 50 vorgesehen. Dine den erforderlichen Druck auf die Tenbrane 33 aufrecht erhaltende Druekluftruelle 41 kann beispielsweise eine von Hand betätigte oder eine elektrisch betriebene Luftpumpe sein, die i.iit ei·.:<■:: Ilüc';ncli^-ventil versehen int; die Quelle kann aboi· auch durch eir.en Lruckluftbehalter gebildet nein.
■./r.hreud den Betriebs der Vorrichtung v/ird π it Hilfe der Pumpe 13 Seov.'a.orcr durch der. Ansaugeschlauch 11 und das Pilter 12 eingeleitet und durch das Ventil 14 in und durch die Ilöhre 15 hindurch der Reinigungsvorrichtung 21 zugeleitet. In :1er ..olr-i^ur-rcvorrichtung 21 und in der Leitung bildet sich ein Druck aus, bis der nininale Px-triebodruck (d.h. der Luftdruck auf die l'enbrane 33) überschritten ist. Das Ventil 3i5 cfir.et dann und lä£t den Druck in den Behälter 32 auf der. in Scr Vorrichtung 21 mS, in der Leitung
• ·
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herrsche ride η Druck ansteigen. Der Genai.rl; "bore ich des !Betriebsdruckes für die Vorrichtung 21 wird durch die Anfangsdruckluftbolastung auf die Henibrarie 33 und durch den für das Ilembranenvolumen zulässigenDruck bestirir.it. Der tatsächliche Betriebsdruck innerhalb dieses Jercichos hangt natürlich von der dem System durch die Pumpe 13 zugefUhrten. Seewassermenge ab. Obv/ohl der Betriebsdruck oich innerhalb dieses Bereiches ändern kann, geschieht dies durch die 1Urlauig des Speichers 31» der als eine Art Sammler wirkt, nur in sehr schwachem Ausmaße.
Die Hciibrane 33 dient nicht nur als Stoßpuffer, um in der Vorrichtung 21 einen relativ konstanten Druck und eine relativ konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, sondern bringt in dem Pail noch einen Vorteil mit sich, daß die Pumpe 13 handbedient ist. Der erwähnte Vorteil liegt darin, da/5 die die Pumpe bedienende Person die Arbeit für einige Sekunden unterbrechen kann, ohne daß der Abgabev/asserstrom aufhört. Dies beruht auf die Aufrechterhaltung den Druckes durch die Wirkung der luftmernbrane 33. Bei einem ;.'■"finalen Aebriobsdruck von ca. 70 at v/ird die Luftmembrane i'.uf die iiälfte des Volumens des Behälers 32 zusammengedrückt, vean der Anfangsdruck ca. 35 at (ohne ',iasaer in dem Behälter) "beträgt. Dor Behälter 32 kann klein sein, wobei es für eine transportable Vorrichtung zw&ckmäßig ist, einen solchen mit einem l'aoßungsverraögen von einem Liter oder weniger zu verwenden, iilin kugelförmiger Behälter mit einem jjVussungsvermögen
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BAD
- IG -
von einem. Liter könnte bei einem Durchmesser von etwa 12,7 on und einer Wanddicke von ca. 2 "iri ein Leergewicht von weniger ale 3 Pfund besitzen.
Wenn die χΊυ.ιρο 13 aufhört au arbeiten und das Ventil 24 nicht abgesperrt ist, entweder in beabsichtigter oder in fehlerhafter 'Jf;ine, dann fällt der Druck in dem Speicher zufolge der Abgabe von .fässer durch die Membraneinheit 21, bis πι1 den ILcguliorpegel der Iu3gangsbelastung auf die Ilembrano 33 erreicht hat (ca. 35 at). Da der lusgangs-Iiembranenluftdruck so hoch, ist, dai3 die liembraue 33 den Behälter 32 ausfüllen kann, wird das gesante Wasser aus den Behälter verdrängt. Zu diesem Zeitpunkt schließt das Ventil zufolge der auf es durch die lienbrane 33 ausgeübten Kraft und verhindert damit ein 2erreU!eu der sonst in die Leitung 3Ί gelangenden Membrane 33.
Die beschriebene Torrichtung stellt eine unmittelbar ansprecheudo Einheit ohne Gpeicherkapazität dar. Wasser v/ird dabei nur beil. Arbeiten der Pumpe 13 abgegeben, und auch nur in einer der nugnführten !!enge proportionalen LIenge. Eei einer naxi.-nalen Strömungsgeschwindigkeit von beispielsv/eise 19 1 Wasser pro Stunde und einen .'"ietrieb3druck von ca, '/0 at beträgt die erforderliche Puinpleistuug et v/a 0,1 PS. .3 g i Ausführung eiues entsprechenden Versuchs mittels einer Handpumpe lassen sLoIi innerhalb von 10 Minuten ca. 2, S 1 (tägliches iiiuiruim 'in !iui{-i:.\!r\r>3er) gewinnen, !"ei halber ^inga» gnleistung würde die Gewinnung dar täglichen I*inimalwn.s3erration 20 Ilinu-
ten in Anspruch nehmen.
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BAD CKiCJNAL
Von den bei der gezeigten Vorrichtung verwendeten .!,lementen sind nb£nr,ohen von der Reinigungsvorrichtung 21 siintliche kommerziell erhältlich. Diese Vorrichtuur ist in dei.i oben erwähnten Patentanmeldungen angegeben. Pur dir Gewinnung von ca. 19 1 "/aaser pro Stunde könnte eine dera7ti(jc Vor-. richtung drei Zylinder i.iit einen Durchmesser von ,"icv.eilB etwa 7,6 cm und nit einer Höhe von ,jeweils oV.ro. 31>,'J· cü aufweisen; dac Gewicht diener Zylinder laße nitoivt eingefülltem Y.'asoer zwinchen 8 uuü 1 Pfund, iiiue a'.intollf der Iiu.ape vem^endete Ilandjniii.pe könnte ein Gewicht von πΐν.τ. 5 ll'ut.d benitzen. χίπ N/äre auch i.:ö{;lic'·, für die l'unpe 1> eine Jcleine. nittelc olu-2f3 Leaninriotors angetriebene PuI^h nu vcrwenöeu und damit die Hapanitrt dnn Jyrtcir, r;i ergehe .. .Λ::·' clcw-i'ti- · C;e croße Einheit konnte r-u'" eine:-, i^ahr^f ί,; {vvcorduot cciu und beispielsv/eise ein A.meptrxtuillo'.: ούν:: tire I;le:.1 ι. McuschenanBairjüluttg rait Trin"a/asser versox\ ο:.. ,Lr1C i,r.udbetätigte Pumpe 13 hätte selbstvorstäridlich eine jeriirjcye Kapazität, brächte ,iedock den Vorteil einer e::tre:. leichten Bauweise bei eitlem Jev/icht von beispielsweise nur ca. 3>0 Pfund
mit sich. Eine derartige Vorrichtung lccnnte auf e-ir.en '.Iuminiumratirjen angeordnet werden und leicht von einen Γ'ρ.ηη getragen oder in einer. I?oot untergebracht v/erdeu.
Durch die lirfindun,- ir>t also eine verbesserte r.
richtur.j gescliaifen worden, die sich speziell durch eine Ί:οη-
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pakte, leichte Bauweise auszeichnet und die zur Entsalzung von Seewasser für ./otf^lle oder zur Gewinnung von T,.'asser in geringen Ilengen geeignet ist.
Γ-··- c;:;;g:NAL
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Claims (6)

Pat. entansprüche
1. Vorrichtung zur Ableitung von in einer Flüssigkeit gelösten Begleitstoffen, gekennzeichnet durch eine Reinigungsvorrichtung (21) mit einer semipermeabler Ilembrane (23), die für die Flüssigkeit eine weitgehend größere Durchlässigkeit besitzt als für die gelösten liegleitstoffe, durch eine die zugeführte Flüssigkeit unter Druck in die Reinigungsvorrichtung (21) einleitende Pumpvorrichtung (13)» und durch einen mit der Pumpvorrichtung (13) und mit der Reinigungsvorrichtung (21) in Flüssigkeitsverbindung stehenden und einen relativ konstanten Flüssigkeitsdruck über einem bestimmten lüninum in der Reinigungsvorrichtung (21) aufrecht erhaltenden Druckwasserspeicher (31).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (31) Vorrichtungen (32) zur Ausübung eines einen bestimmten Anfangswert besitzenden Druckes enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Auslaß der Pumpvorrichtung (13) ein Absperrventil (14) vorgesehen ist, und daß an den die nicht durch die Ilembrane (23) hindurchdiffundierte Flüssigkeit abgebenden Ausgang der Reinigungsvorrichtung (21) ein Ventil (24) angeschlossen ist.
009811/0592 cad er.;:.:?:al
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher eine ausdehnbare Ilenibraue (33) enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß in eine dem Speicher (31) riit der Heinigungavorrichtung (21) verbindende Leitung (34) ein Ventil (35) eingefügt ist, daß dieses Ventil (35) in seiner offenen Stellung federnd vorgespannt ist und bei berührung durch die sich ausdehnende ifeiibrane (33) geschlossen wird.
6. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 die Reinigungsvorrichtung (21) nit einen Ventil (36) verbunden irt, das bei einen Druck in der Reinigungsvorrichtung (21) von etv/a 04 at öffnet und den Druck in der Reinigungsvorrichtung (21) herabsetzt,
BAD CF.ir.^A
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