DE19530383A1 - Verfahren und Einrichtung zum Regenerieren einer nach dem Ionenaustauscherprinzip arbeitenden Wasseraufbereitungsanlage - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Regenerieren einer nach dem Ionenaustauscherprinzip arbeitenden WasseraufbereitungsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren
einer nach dem Ionenaustauscherprinzip arbeitenden Was
seraufbereitungsanlage, bei dem Sole mittels eines In
jektors über ein Steuerventil aus einem Salzlösebehäl
ter abgesaugt wird, wobei die Sole mit dem Treibwasser
vermischt und dadurch verdünnt wird, die verdünnte Sole
einem mit Ionenaustauscherharz gefüllten Ionenaustau
scher der Wasseraufbereitungsanlage zugeführt wird, der
Ionenaustauscher anschließend mit reinem Wasser gespült
und/oder im Gegenstrom rückgespült wird, und Nachfüll
wasser in den Salzlösebehälter gefüllt wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Einrichtung zur Steu
erung des Regenerierungsbetriebes einer mindestens ei
nen Ionenaustauscher umfassenden Wasseraufbereitungsan
lage, mit einem von Treibwasser durchströmbaren Injek
tor, an dessen Injektionseingang ein einen begrenzten
Vorrat gesättigter Soleenthaltender Salzlösebehälter
anschließbar ist, durch deren Mischung mit dem den In
jektor durchströmenden Treibwasser die für den Regene
rierungsbetrieb des Ionenaustauschers benötigte verdünn
te Sole gewonnen wird und mit einem als Umschaltventil
ausgebildeten Steuerventil, das aus einer dem Regene
rierungsbetrieb zugeordneten Grundstellung, in der der
Salzlösebehälter mit dem Injektionseingang verbunden,
jedoch gegen einen unter definierten Druck, der höher
ist als der Druck im Salzlösebehälter, stehende Nach
füllwasserleitung abgesperrt ist, in eine dem Nachfüll
betrieb des Salzlösebehälters zugeordnete Funktions
stellung umschaltbar ist, in der der Injektionseingang
gegen den Salzlösebehälter abgesperrt, dieser jedoch
mit der Nachfüllwasserleitung verbunden ist.
Bei nach dem Ionenaustauscherprinzip arbeitenden Was
seraufbereitungsanlagen mit einem oder mehreren Ionen
austauschern muß das in diesen enthaltene Ionenaustau
scherharz in regelmäßigen Zeitabständen regeneriert
werden. Dies geschieht durch Befüllen des Ionenaustau
schers mit einer Salzlösung (Sole), wobei in der Regel
Kochsalz (NaCl) zur Bildung der Sole verwendet wird.
Die Sole wird dabei in einem einen Salzvorrat enthal
tenden Salzlösebehälter gebildet und bis zur Entnahme
gespeichert. Nach der Beaufschlagung des Ionenaustau
schers mit der Sole - der eigentlichen Regeneration -
wird überschüssiges Salz mit Leitungswasser ausgewa
schen und es erfolgt meist auch noch eine Rückspülung
im Gegenstrom, um das Harzbett aufzulockern und even
tuell vorhandene Schwebeteilchen zu entfernen. Danach
steht der Ionenaustauscher wieder zur Behandlung von
Rohwasser bereit. Zusätzlich muß die dem Salzlösebehäl
ter entnommene Solemenge durch Zuführung einer entspre
chenden Menge an Nachfüllwasser ersetzt werden, so daß
sich durch Anlösen des Salzvorrats erneut konzentrierte
Sole bilden kann.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs beschriebe
nen Art werden die genannten Verfahrensschritte nach
einander ausgeführt, d. h. das Einfüllen des Nachfüll
wassers in den Salzlösebehälter geschieht erst, nachdem
das Ausspülen der Salzreste aus dem Ionenaustauscher
und das Rückspülen des Ionenaustauschers stattgefunden
haben. Da die Entnahme der Sole aus dem Salzlösebehäl
ter bereits nach dem Besalzen des Ionenaustauschers ab
geschlossen ist und das Einfüllen des Nachfüllwassers
in den Salzlösebehälter etwa 30 Minuten dauert und die
Bildung neuer Sole in dem Salzlösebehälter zusätzliche
Zeit beansprucht, bedeutet eine derartige Vorgehenswei
se einen erheblichen Zeitverlust bis eine neuerliche
Regeneration eines Ionenaustauschers vorgenommen werden
kann. Aus diesem Grund werden in bestehenden Wasserauf
bereitungsanlagen häufig überdimensionierte Salzlösebe
hälter und Ionenaustauscher eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und
eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art zu ent
wickeln, womit auf einfache Weise die Taktzeiten der
Regenerationszyklen reduziert werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan
sprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalskombinationen vor
geschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt in wesentlichen der
Gedanke zugrunde, daß das Nachfüllwasser unmittelbar im
Anschluß an das Absaugen der für den Regenerationsvor
gang benötigten Solemenge aus den Salzlösebehälter wäh
rend des Auswaschens und/oder Rückspülens des Ionenaus
tauschers in den Salzlösebehälter eingefüllt wird. Hier
durch wird die zum Auswaschen von Salzrückständen aus
dem Ionenaustauscher und/oder zum Rückspülen des Ionen
austauschers benötigte Zeit in vorteilhafter Weise zum
Einfüllen des Nachfüllwassers in den Salzlösebehälter
genutzt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird
das Nachfüllwasser durch die gleiche Leitung in den
Salzlösebehälter gefüllt, über die die Sole abgesaugt
wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß während der
Auswasch- und Rückspülphase die Leitung für die Sole
bereits frei ist, so daß durch eine geeignete Umsteue
rung innerhalb des Steuerventils das Nachfüllwasser
über die Soleleitung in den Salzlösebehälter eingefüllt
werden kann. Gleichzeitig wird hierdurch die Solelei
tung von Salzrückständen befreit, so daß ein Verstopfen
der Leitung ausgeschlossen ist.
Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Wasseraufberei
tungsanlage und eine Vermeidung von Kontamination des
Steuerventils und des Leitungssystems wird bei einer
vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens dadurch er
reicht, daß in einer zwei parallel zueinander angeord
nete, jeweils abwechselnd arbeitende Ionenaustauscher
aufweisenden Wasseraufbereitungsanlage von dem jeweils
sich in Betrieb befindlichen Ionenaustauscher behandel
tes Wasser als Treibwasser für den Injektor, für das
Auswaschen des zu regenerierenden Ionenaustauschers,
für das Nachfüllen des Salzlösebehälters und für das
Rückspülen des zu regenerierenden Ionenaustauschers
verwendet wird.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird zur Lösung
der Erfindungsaufgabe vorgeschlagen,
- a) daß das Steuerventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, das durch Druckerniedrigung in ei ner an den Injektionseingang angeschlossenen Steuer kammer umschaltbar ist, die
- b) durch einen gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichte ten, in diesem entlang einer zentralen Gehäuseachse hin- und herverschiebbaren Steuerkolben beweglich gegen eine Eingangskammer des Ventils abgesperrt ist, an die der Salzlösebehälter direkt und die Nach füllwasserleitung über ein 2/2-Wege-Sitzventil ange schlossen ist, dessen Ventilkörper durch einen mit dem Steuerkolben fest verbundenen Dichtkörper gebil det ist, der durch die Vorspannung einer an dem Steuerkolben angreifenden Ventilfeder in dichtende Anlage mit dem die Mündungsöffnung eines mit der Nachfüllwasserleitung in Verbindung stehenden Gehäu sekanals berandenden Ventilsitz drängbar ist, daß
- c) daß der Steuerkolben mit einem sich zwischen einer steuerkammerseitigen und einer eingangskammerseiti gen Mündungsöffnung erstreckenden Durchgangskanal versehen ist
- d) und daß ein auf den Füllstand des Salzlösebehälters oder der Eingangskammer des Steuerventils anspre chendes Sensorventil vorgesehen ist, das bei Unter schreiten eines Mindestbetrages des jeweiligen Füll standes in eine den Durchgangskanal des Steuerkol bens sperrende Funktionsstellung gelangt und in die ser bleibt, solange der Injektor von Treibwasser durchströmt ist.
Das erfindungsgemäße Ventil ermöglicht ein selbständi
ges Umschalten zwischen dem Besalzen des Ionenaustau
schers, d. h. der Entnahme von Sole aus dem Salzlösebe
hälter, und dem Einfüllen von Nachfüllwasser in den
Salzlösebehälter, wobei als Steuergröße der Füllstand
des Salzlösebehälters oder der Eingangskammer des Steu
erventils herangezogen wird. Zum Besalzen des Ionenaus
tauschers wird eine vorbestimmte Solemenge aus dem
Salzlösebehälter mittels des nach dem Wasserstrahlpum
penprinzip arbeitenden Injektor abgesaugt. Wenn die
vorbestimmte Solemenge entnommen worden ist, wird dies
von dem Sensorventil registriert. Dies kann beispiels
weise dadurch geschehen, daß die Entnahmevorrichtung in
dem Salzlösebehälter derart angeordnet ist, daß nach
Entnahme der vorbestimmten Solemenge keine Sole, son
dern Luft angesaugt wird. Das Ansprechen des Sensorven
tils bewirkt ein Umschalten des Steuerventils aus der
dem Regenierungsbetrieb zugeordneten Grundstellung in
die dem Nachfüllbetrieb des Salzlösebehälters zugeord
nete Funktionsstellung, in der das 2/2-Wege-Sitzventil
der Nachfüllwasserleitung auf Durchgang geschaltet
wird, so daß Nachfüllwasser in den Salzlösebehälter
strömen kann. Das Umschalten des Steuerventils ge
schieht dabei durch Erzeugung eines Unterdrucks in der
Steuerkammer mittels des Injektors, sobald das Sensor
ventil in seine den Durchgangskanal des Steuerkolbens
sperrende Funktionsstellung gelangt ist. Diese Schalt
stellungen des Steuerventils, d. h. des Sensorventils
und des Sitzventils der Nachfüllwasserleitung, werden
so lange beibehalten, bis die zuvor aus dem Salzlösebe
hälter entnommene Solemenge durch Nachfüllwasser er
setzt ist und bis das Auswaschen von Salzrückständen
aus dem Ionenaustauscher beendet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensorven
til als Kugelsitzventil ausgebildet, dessen Ventilsitz
durch einen konischen Rand der eingangskammerseitigen
Mündungsöffnung des Durchgangskanals des Steuerkolbens
gebildet ist. Dann sollte für das Steuerventil zweck
mäßig eine Montageposition vorgesehen sein, in der der
Durchgangskanal des Steuerkolbens mit nach oben weisen
den - vorzugsweise lotrechtem - Verlauf in die Eingangs
kammer des Ventils mündet, während die Ventilkugel des
Sensorventils als Schwimmkörper ausgebildet ist, der im
Gehäuse entlang einer koaxial oder annähernd koaxial
mit der zentralen Achse des Mündungsabschnittes des
Durchgangskanals verlaufenden Achse geführt beweglich
ist. Während des Absaugens der Sole aus dem Salzlösebe
hälter ist die Eingangskammer des Steuerventils mit
Flüssigkeit gefüllt, so daß die als Schwimmkörper aus
gebildete Ventilkugel durch ihre Auftriebskraft von
ihrem Ventilsitz gelöst ist. Sobald die vorbestimmte
Solemenge aus dem Salzlösebehälter entnommen worden
ist, wird aus diesem Luft angesaugt. Dadurch sinkt der
Füllstand in der Eingangskammer des Ventils ab, bis
sich die Ventilkugel auf ihren Ventilsitz setzt und das
Steuerventil umgeschaltet wird.
Der eingangskammerseitige Mündungsabschnitt des Durch
gangskanals des Steuerkolbens schließt vorzugsweise
rechtwinklig an einen steuerkammerseitigen Mündungsab
schnitt des Durchgangskanals an, wobei dieser steuer
kammerseitige Mündungsabschnitt koaxial zur zentralen
Längsachse des Ventilgehäuses angeordnet ist.
Das 2/2-Wege-Sitzventil, über das die Nachfüllwasser
leitung an die Eingangskammer des Steuerventils an
schließbar ist, kann als Teller-Sitzventil ausgebildet
sein. Der Sitz des Teller-Sitzventils ist dann vorzugs
weise durch die schmale Ringstirnfläche einer außenko
nischen, in die Einlaßkammer hineinragenden Rippe ge
bildet, während der Ventilkörper des Teller-Sitzventils
als elastische Kreisscheibe ausgebildet ist, die in
eine flach-topfförmige Vertiefung des einlaßkammersei
tigen Endabschnitts des Steuerkolbens eingesetzt ist.
Zur beweglich dichten Abgrenzung der Steuerkammer und
der Eingangskammer des Steuerventils gegeneinander ist
vorzugsweise eine ringscheibenförmige Membran aus nach
giebigem Kunststoffmaterial vorgesehen, deren radial
äußerer Rand zwischen einer innenradialen Stufe des
Ventilgehäuses und einem in dieses eingesetzten Klemm
körper an der Ringschulter dicht anliegend eingeklemmt
ist, und deren radial innerer Rand zwischen einem ra
dialen Stützflansch des Steuerkolbens und einem an die
sem schraubbar geführten Klemmring an dem Stützflansch
dichtend anliegend eingespannt ist, wobei der radiale
Stützflansch des Steuerkolbens in einem radialen lich
ten Abstand vom inneren Rand der Gehäuseschulter ver
läuft.
Der maximale Öffnungshub des 2/2-Wege-Sitzventils soll
te durch Anschlagwirkung zwischen dem Steuerkolben und
dem Gehäuse oder eines mit diesem fest verbundenen An
schlagstückes auf einen Wert begrenzt sein, der zwi
schen 1/5 und 1/3 der radialen Weite des zwischen dem
inneren Rand der Gehäuse-Ringschulter und dem äußeren
Rand des Stützflansches des Steuerkolbens verbleiben
den, durch die Membran radial überbrückten Ringspaltes
entspricht. Dies stellt sicher, daß die Membran nicht
überdehnt und dadurch beschädigt werden kann.
Der in der Steuerkammer im geschlossenen Zustand des
Sensorventils durch den Injektor erzeugte Minderdruck
ist relativ gering. Um dennoch ein sicheres Umschalten
des Steuerventils und ein Verharren des Steuerventils
in seiner Funktionsstellung sicherzustellen, sollte
das Verhältnis der Fläche, innerhalb derer im sperren
den Zustand des Teller-Sitzventils dessen Dichtkörper
mit dem in der Nachfüllwasserleitung herrschenden Druck
beaufschlagt ist, zu der wirksamen Querschnittsfläche,
innerhalb derer im sperrenden Zustand des Sensorventils
der Steuerkolben mit dem in der Steuerkammer herrschen
den Druck beaufschlagt ist, zwischen 1/30 und 1/100,
vorzugsweise um 1/60 betragen.
Andererseits muß in der Grundstellung des Steuerventils
gewährleistet sein, daß das Teller-Sitzventil auch bei
Druckschwankungen in der Nachfüllwasserleitung geschlos
sen bleibt. Daher sollte die dem geöffneten Zustand des
Teller-Sitzventils entsprechende maximale Vorspannung
der das Sitzventil in dessen Sperrstellung drängenden
Ventilfeder dem 1,5- bis 3-fachen Wert der Kraft ent
sprechen, die aus der Druckbeaufschlagung des Teller-Sitzventilkörpers
mit dem in der Nachfüllwasserleitung
herrschenden Druck resultiert.
Zur optischen Kontrolle des Betriebszustandes des Steu
erventils ist die Kugel des Sensorventils bei einer be
vorzugten Ausführungsform in einem ein Steigrohr bil
denden Gehäuseteil aus durchsichtigen Material ange
ordnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen
Funktionselemente einer Wasseraufbereitungsan
lage mit einem Ausführungsbeispiel des erfin
dungsgemäßen Steuerventils in der Betriebspha
se des Ionenaustauschers;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung der
Wasseraufbereitungsanlage in der Besalzungspha
se des Ionenaustauschers;
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung der
Wasseraufbereitungsanlage in der Auswaschphase
des Ionenaustauschers und Nachfüllphase des
Salzlösebehälters und
Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung der
Wasseraufbereitungsanlage in der Rückspülphase
des Ionenaustauschers.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Wasser
aufbereitungsanlage weist als wesentliche Funktionsele
mente eine Druckwasserquelle 10, einen Salzlösebehälter
12, einen Ionenaustauscher 14, einen nach dem Wasser
strahlpumpenprinzip arbeitenden Injektor 16 sowie ein
zwischen den unterschiedlichen Betriebszuständen der
Wasseraufbereitungsanlage umschaltendes Steuerventil 18
auf.
Das Steuerventil 18 ist als druckgesteuertes Ventil
ausgebildet, das durch Druckerniedrigung in der an den
Injektionseingang 22 angeschlossenen Steuerkammer 24
von seiner Grundstellung in die dem Nachfüllbetrieb des
Salzlösebehälters 12 zugeordnete Funktionsstellung (Fig.
3) umschaltbar ist. Die Steuerkammer 24 ist durch einen
gegenüber dem Ventilgehäuse 26 abgedichteten, in diesem
entlang einer zentralen Gehäuseachse 28 hin- und her
verschiebbaren Steuerkolben 30 beweglich gegen eine
Eingangskammer 32 des Ventils abgesperrt. Der Salzlöse
behälter 12 ist direkt und die Nachfüllwasserleitung 34
über ein 2/2-Wege-Sitzventil 36 an die Eingangskammer
32 angeschlossen. Das 2/2-Wege-Sitzventil 36 ist als
Teller-Sitzventil ausgebildet, dessen Sitz durch die
schmale Ringstirnfläche einer außenkonischen, in die
Eingangskammer 32 hineinragenden Ringrippe 38 gebildet
ist. Der Ventilkörper des Teller-Sitzventils 36 ist
eine elastische Kreisscheibe 40, die in eine flach-topf
förmige Vertiefung des einlaßkammerseitigen Endabschnitts
42 des Steuerkolbens 30 eingesetzt ist. Die elastische
Kreisscheibe 40 wird durch eine Ventilfeder 44 in dich
tende Anlage mit dem Ventilsitz 38 gedrängt.
Der Steuerkolben 30 ist mit einem sich zwischen einer
steuerkammerseitigen Mündungsöffnung 46 und einer ein
gangskammerseitigen Mündungsöffnung 48 erstreckenden
Durchgangskanal 50 versehen. Für das Steuerventil 18
ist eine Montageposition vorgesehen, in der der Durch
gangskanal 50 des Steuerkolbens 30 mit nach oben wei
sendem, lotrechtem Verlauf in die Eingangskammer 32
mündet. Der steuerkammerseitige Mündungsabschnitt des
Durchgangskanals 50 schließt rechtwinklig an den ein
gangskammerseitigen Mündungsabschnitt des Durchgangska
nals an und ist koaxial zur zentralen Längsachse 28 des
Ventilgehäuses 26 angeordnet.
Das Steuerventil 18 weist ein weiteres, als Sensorven
til ausgebildetes 2/2-Wege-Ventil auf, welches auf den
Füllstand der Eingangskammer 32 des Steuerventils an
spricht und bei Unterschreiten eines Mindestbetrages
des Füllstandes in eine den Durchgangskanal 50 des Steu
erkolbens 30 sperrende Funktionsstellung gelangt. Das
Sensorventil ist als Kugelsitzventil ausgebildet, des
sen Ventilsitz 52 durch einen konischen Rand der ein
gangskammerseitigen Mündungsöffnung 48 des Durchgangs
kanals 50 des Steuerkolbens 30 gebildet ist. Die Ven
tilkugel 54 des Kugelsitzventils ist als Schwimmkörper
ausgebildet, der in dem Gehäuse 26 entlang einer an
nähernd koaxial mit der zentralen Achse 56 des Mündungs
abschnittes des Durchgangskanals 50 verlaufenden Achse
58 beweglich geführt ist. Zur optischen Kontrolle des
Betriebszustandes des Steuerventils 18 ist die Ventil
kugel 54 in einem ein kurzes Steigrohr bildenden Gehäu
seteil 59 aus durchsichtigen Material angeordnet.
Zur beweglich dichten Abgrenzung der Steuerkammer 24
und der Eingangskammer 32 des Steuerventils 18 gegen
einander ist eine ringscheibenförmige Membran 60 aus
nachgiebigem, gummielastischem Kunststoffmaterial vor
gesehen. Der radial äußere Rand der Membran 60 ist zwi
schen einer innenradialen Stufe 62 des Ventilgehäuses
26 und einem in dieses eingesetzten Klemmkörper 64 an
der Ringschulter dicht anliegend eingeklemmt. Der ra
dial innere Rand der Membran 60 ist zwischen einem ra
dialen Stützflansch 66 des Steuerkolbens 30 und einem
an diesem schraubbar geführten Klemmring 68 an dem
Stützflansch 66 dichtend anliegend eingespannt. Der
radiale Stützflansch 66 des Steuerkolbens 30 verläuft
in einem radialen lichten Abstand vom inneren Rand der
Gehäuseschulter 62.
Um eine Beschädigung der Membran 60 durch Überdehnung
zu verhindern, ist der maximale Öffnungshub des 2/2-We
ge-Sitzventils 36 durch Anschlagwirkung zwischen dem
Steuerkolben 30 und einem steuerkammerseitigen, fest
mit dem Gehäuse 26 verbundenen Anschlagstück 70 auf ei
nen Wert begrenzt, der zwischen 1/5 und 1/3 der radia
len Weite des zwischen dem inneren Rand der Gehäuse-Ringschulter
62 und dem äußeren Rand des Stützflansches
66 des Steuerkolbens 30 verbleibenden, durch die Mem
bran 60 radial überbrückten Ringspaltes entspricht.
In der Wasseraufbereitungsphase (Fig. 1) wird der Io
nenaustauscher 14 von Wasser aus der Druckwasserquelle
10 von oben nach unten durchströmt, das ausgangsseitig
einem Verbraucher zugeführt wird. Das Steuerventil 18
befindet sich in Wartestellung in seiner dem Regenera
tionsbetrieb zugeordneten Grundstellung. Der Injektor
16 ist gegenüber der Druckwasserquelle 10 abgesperrt,
während der Salzlösebehälter 12 bis zu einem oberen
Füllstand 20 mit Sole befüllt ist.
Während des Regenerierungsbetriebs der Wasseraufberei
tungsanlage (Fig. 2) ist der Injektor 16 über eine mit
der Druckwasserquelle 10 verbundene Leitung 72 mit
Druckwasser beaufschlagt, während der Injektionseingang
22 des Injektors 16 über den Durchgangskanal 50 des
Steuerkolbens 30 und das geöffnete Kugelsitzventil so
wie die Soleleitung 74 mit dem Salzlösebehälter 12 ver
bunden ist. Das durch den Injektor 16 strömende Treib
wasser erzeugt am Injektionseingang 22 einen Minder
druck, so daß durch den im Salzlösebehälter 12 herr
schenden Atmosphärendruck Sole durch das Steuerventil
18 hindurch zum Injektionseingang 22 gefördert wird.
Dort vermischt es sich mit dem Treibwasser und bildet
die für den Regenerationsbetrieb des Ionenaustauschers
benötigte verdünnte Sole, die von oben nach unten durch
den Ionenaustauscher geleitet und danach einem Abfluß
76 zugeführt wird.
Die Nachfüllwasserleitung 34 ist von der Treibwasser
leitung 72 abgezweigt, daher steht bereits beim Besal
zen des Ionenaustauschers 14 der relativ hohe Leitungs
druck an dem 2/2-Wege-Sitzventil 36 in Öffnungsrichtung
an. Um ein Öffnen des Ventils bereits während der Be
salzungsphase zu verhindern, entspricht die maximale
Vorspannung der das Sitzventil 36 in dessen Sperrstel
lung drängenden Ventilfeder 44 dem 1,5- bis 3-fachen
Wert der Kraft, die aus der Druckbeaufschlagung des
Sitzventils mit dem in der Nachfüllwasserleitung 34
herrschenden Druck resultiert.
Sobald die für die Regenerierung benötigte Solemenge
dem Salzlösebehälter 12 entnommen worden ist und dort
der untere Füllstand 80 erreicht worden ist (Fig. 3),
strömt Luft durch die Soleleitung 74 in die Einlaßkam
mer 32 des Steuerventils 18 und der dortige Füllstand
sinkt soweit ab, bis sich die Ventilkugel 54 auf ihren
Ventilsitz 52 setzt und damit den Durchgangskanal 50
eingangskammerseitig verschließt. Das weiterhin durch
den Injektor 16 strömende Treibwasser wird nun ohne So
lebeimischung durch den Ionenaustauscher 14 geleitet
und wäscht dort überschüssiges, von der Regeneration
verbliebenes Salz aus. Zugleich hält das Treibwasser
den in der Steuerkammer 24 herrschenden Minderdruck
aufrecht. Dieser Druck wirkt auf die relativ große Quer
schnittsfläche F₂ des Steuerkolbens 30 und der Membran
60. Der Druck des Nachfüllwassers wirkt auf die relativ
kleine Fläche F₁ (F₂/F₁ etwa 30 bis 100) des durch die
Ringrippe 38 gegebenen Querschnitts, so daß die resul
tierende Kraft allein das Sitzventil 36 entgegen der
Kraft der Ventilfeder 44 nicht zu öffnen vermag. Zusam
men mit der auf die Fläche F₂ wirkenden Kraft wird die
Federkraft derart überkompensiert, daß das Sitzventil
36 entgegen der Kraft der Ventilfeder 44 aus der Sperr
stellung in die die Nachfüllwasserleitung 34 mit dem
Salzlösebehälter 12 verbindende Öffnungsstellung bewegt
wird und auch bei Druckschwankungen des Nachfüllwassers
in seiner Öffnungsstellung verbleibt. So kann bereits
während des Auswaschens des Ionenaustauschers 14 Nach
füllwasser durch das Steuerventil 18 in den Salzlösebe
hälter 12 strömen, um die zuvor entnommene Solemenge zu
ersetzen. Gleichzeitig wird die Eingangskammer 32 wie
der mit Wasser gefüllt.
Sobald der Nachfüllvorgang beendet ist, wird die Zufuhr
von Treibwasser in den Injektor 16 unterbrochen (Fig.
4), gleichzeitig wird die Nachfüllwasserleitung 34
drucklos. In der Steuerkammer 24 des Steuerventils 18
wird kein Minderdruck mehr erzeugt, so daß die Ventil
feder 44 das Sitzventil 36 schließt. Die Ventilkugel 54
des Sensorventils hebt sich von ihrem Sitz 52 ab und
schwimmt im Wasser der Eingangskammer auf und gibt da
mit die eingangskammerseitige Mündungsöffnung 48 des
Durchgangskanals 50 wieder frei. Das Steuerventil 18
befindet sich nun in einer für den nächsten Regenerier
vorgang bereiten Stellung. Zugleich wird der Ionenaus
tauscher 14 über eine Leitung 82 im Gegenstrom von un
ten nach oben durchströmt und dabei rückgespült, um das
Harzbett 84 des Ionenaustauschers aufzulockern und
Schwebeteilchen auszuwaschen.
Soweit die Wasseraufbereitungsanlage über einen einzi
gen Ionenaustauscher 14 verfügt, wird reines Leitungs
wasser als Treibwasser, als Nachfüllwasser für den
Salzlösebehälter 12 und als Rückspülwasser verwendet.
Wasseraufbereitungsanlagen mit zwei Ionenaustauschern
arbeiten hingegen im Pendelbetrieb, wobei dann von dem
sich in Betrieb befindlichen Ionenaustauscher behandel
tes Wasser für die oben genannten Zwecke verwendet
wird.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin
dung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren einer nach
dem Ionenaustauscherprinzip arbeitenden Wasseraufberei
tungsanlage, bei dem Sole mittels eines Injektors 16
über ein Steuerventil 18 aus einem Salzlösebehälter 12
abgesaugt wird, wobei die Sole mit dem Treibwasser ver
mischt und dadurch verdünnt wird, die verdünnte Sole
mit einem mit Ionenaustauscherharz 84 gefüllten Ionen
austauscher 14 der Wasseraufbereitungsanlage zugeführt
wird, anschließend der Ionenaustauscher mit reinem Was
ser gespült und/oder im Gegenstrom rückgespült wird,
und Nachfüllwasser in den Salzlösebehälter 12 gefüllt
wird, sowie eine Einrichtung zur Steuerung des Regene
rierungsbetriebes einer mindestens einen Ionenaustau
scher 14 umfassenden Wasseraufbereitungsanlage. Bei dem
Verfahren wird das Nachfüllwasser unmittelbar im An
schluß an das Absaugen der für den Regenerationsvorgang
benötigten Solemenge aus dem Salzlösebehälter 12 wäh
rend des Auswaschens und/oder Rückspülens des Ionen
austauschers 14 in den Salzlösebehälter 12 eingefüllt.
Claims (14)
1. Verfahren zum Regenerieren einer nach dem Ionen
austauscherprinzip arbeitenden Wasseraufbereitungs
anlage, bei dem Sole mittels eines Injektors (16)
über ein Steuerventil (18) aus einem Salzlösebehäl
ter (12) abgesaugt wird, wobei die Sole mit dem
Treibwasser vermischt und dadurch verdünnt wird,
die verdünnte Sole einem mit Ionenaustauscherharz
(84) gefüllten Ionenaustauscher (14) der Wasserauf
bereitungsanlage zugeführt wird, anschließend der
Ionenaustauscher mit reinem Wasser gespült und/oder
im Gegenstrom rückgespült wird, und Nachfüllwasser
in den Salzlösebehälter (12) gefüllt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nachfüllwasser unmittelbar
im Anschluß an das Absaugen der für den Regenera
tionsvorgang benötigten Solemenge aus dem Salzlö
sebehälter (12) während des Auswaschens und/oder
Rückspülens des Ionenaustauschers (14) in den Salz
lösebehälter (12) eingefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nachfüllwasser durch die gleiche Leitung
(74) in den Salzlösebehälter (12) gefüllt wird,
über die die Sole abgesaugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einer zwei parallel zueinander
angeordnete, jeweils abwechselnd arbeitende Ionen
austauscher (14) aufweisenden Wasseraufbereitungs
anlage von dem jeweils sich in Betrieb befindlichen
Ionenaustauscher (14) behandeltes Wasser als Treib
wasser für den Injektor (16), für das Auswaschen
des zu regenerierenden Ionenaustauschers (14), für
das Nachfüllen des Salzlösebehälters (12) und gege
benenfalls für das Rückspülen des zu regenerieren
den Ionenaustauschers verwendet wird.
4. Einrichtung zur Steuerung des Regenerierungsbetrie
bes einer mindestens einen Ionenaustauscher (14)
umfassenden Wasseraufbereitungslage, insbesondere
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 3, mit einem von Treibwasser durch
strömbaren Injektor (16), an dessen Injektionsein
gang (22) ein einen begrenzten Vorrat gesättigter
Sole enthaltender Salzlösebehälter (12) anschließ
bar ist, durch deren Mischung mit dem den Injektor
(16) durchströmenden Treibwasser die für den Rege
nierungsbetrieb des Ionenaustauschers (14) benötig
te verdünnte Sole gewonnen wird, und mit einem als
Umschaltventil ausgebildeten Steuerventil (18), das
aus einer dem Regenerierungsbetrieb zugeordneten
Grundstellung, in der der Salzlösebehälter (12) mit
dem Injektionseingang (22) verbunden, jedoch gegen
eine unter definiertem Druck, der höher ist als der
Druck im Salzlösebehälter (12), stehende Nachfüll
wasserleitung (34) abgesperrt ist, in eine dem Nach
füllbetrieb des Salzlösebehälters (12) zugeordnete
Funktionsstellung umschaltbar ist, in der der In
jektionseingang (22) gegen den Salzlösebehälter
(12) abgesperrt, dieser jedoch mit der Nachfüllwas
serleitung (34) verbunden ist, dadurch gekennzeich
net,
- a) daß das Steuerventil (18) als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, das durch Druckerniedri gung in einer an den Injektionseingang (22) an geschlossenen Steuerkammer (24) umschaltbar ist,
- b) die durch einen gegenüber dem Ventilgehäuse (26) abgedichteten, in diesem entlang einer zentralen Gehäuseachse (28) hin- und herverschiebbaren Steuerkolben (30) beweglich gegen eine Eingangs kammer (32) des Ventils abgesperrt ist, an die der Salzlösebehälter (12) direkt und die Nach füllwasserleitung (34) über ein 2/2-Wege-Sitz ventil (36) angeschlossen ist, dessen Ventilkör per durch einen mit dem Steuerkolben (30) fest verbundenen Dichtkörper (40) gebildet ist, der durch die Vorspannung einer an dem Steuerkolben (30) angreifenden Ventilfeder in dichtende Anla ge mit dem die Mündungsöffnung eines mit der Nachfüllwasserleitung (34) in Verbindung stehen den Gehäusekanals berandenden Ventilsitz dräng bar ist,
- c) daß der Steuerkolben (30) mit einem sich zwi schen einer steuerkammerseitigen und einer ein gangskammerseitigen Mündungsöffnung (46, 48) er streckenden Durchgangskanal (50) versehen ist,
- d) und daß ein auf den Füllstand des Salzlösebehäl ters (12) oder der Eingangskammer (32) des Steu erventils (18) ansprechendes Sensorventil vorge sehen ist, das bei Unterschreiten eines Mindest betrages des Füllstandes in eine den Durchgangs kanal (50) des Steuerkolbens (30) sperrende Funk tionsstellung gelangt und in dieser bleibt, so lange der Injektor (16) von Treibwasser durch strömt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß das Sensorventil als Kugelsitzventil aus
gebildet ist, dessen Ventilsitz (52) durch einen
konischen Rand der eingangskammerseitigen Mündungs
öffnung (48) des Durchgangskanals (50) des Steuer
kolbens (30) gebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß für das Steuerventil (18) eine Montagepo
sition vorgesehen ist, in der der Durchgangskanal
(50) des Steuerkolbens (30) mit nach oben weisen
dem, vorzugsweise lotrechtem Verlauf in die Ein
gangskammer (32) des Ventils mündet, und daß die
Ventilkugel (54) des Sensorventils als Schwimmkör
per ausgebildet ist, der im Gehäuse entlang einer
koaxial oder annähernd koaxial mit der zentralen
Achse (56) des Mündungsabschnittes des Durchgangs
kanals verlaufenden Achse (58) geführt beweglich
ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß der eingangskammerseitige Mündungsabschnitt
des Durchgangskanals (50) des Steuerkolbens (30)
rechtwinklig an einen steuerkammerseitigen Mündungs
abschnitt des Durchgangskanals (50) anschließt, wo
bei dieser steuerkammerseitige Mündungsabschnitt
koaxial zur zentralen Längsachse (28) des Ventilge
häuses angeordnet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß das 2/2-Wege-Sitz-Ventil (36), über das
die Nachfüllwasserleitung (34) an die Eingangskam
mer (32) des Steuerventils (18) anschließbar ist,
als Teller-Sitzventil ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Sitz des Teller-Sitzventils durch die
schmale Ringstirnfläche einer außenkonischen, in
die Einlaßkammer (32) hineinragenden Ringrippe (38)
gebildet ist, und daß der Ventilkörper (40) des
Teller-Sitzventils als elastische Kreisscheibe aus
gebildet ist, die in eine flach-topfförmige Ver
tiefung des einlaßkammerseitigen Endabschnitts (42)
des Steuerkolbens (30) eingesetzt ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß zur beweglich dichten Ab
grenzung der Steuerkammer (24) und der Eingangskam
mer (32) des Steuerventils (18) gegeneinander eine
ringscheibenförmige Membran (60) aus nachgiebigem
Kunststoffmaterial vorgesehen ist, deren radial
äußerer Rand zwischen einer innenradialen Stufe
(62) des Ventilgehäuses (26) und einem in dieses
eingesetzten Klemmkörper (64) an der Ringschulter
dicht anliegend eingeklemmt ist, und deren radial
innerer Rand zwischen einem radialen Stützflansch
(66) des Steuerkolbens (30) und einem an diesem
schraubbar geführten Klemmring (68), an dem Stütz
flansch (66) dichtend anliegend eingespannt ist,
wobei der radiale Stützflansch (66) des Steuerkol
bens (30) in einem radialen lichten Abstand vom
inneren Rand der Gehäuseschulter verläuft.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß der maximale Öffnungshub des 2/2-Wege-Sitz-Ventils
(36) durch Anschlagwirkung zwischen
dem Steuerkolben (30) und dem Gehäuse (26) oder
eines mit diesem fest verbundenen Anschlagstückes
(70) auf einen Wert begrenzt ist, der zwischen 1/5
und 1/3 der radialen Weite des zwischen dem inneren
Rand der Gehäuse-Ringschulter (62) und dem äußeren
Rand des Stützflanschs (66) des Steuerkolbens (30)
verbleibenden, durch die Membran (60) radial über
brückten Ringspaltes entspricht.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Verhältnis (F₁/F₂) der Fläche
F₁, innerhalb derer im sperrenden Zustand des Tel
ler-Sitz-Ventils (36) dessen Dichtkörper (40) mit
dem in der Nachfüllwasserleitung (34) herrschenden
Druck beaufschlagt ist, zu der wirksamen Quer
schnittsfläche F₂, innerhalb derer im sperrenden
Zustand des Sensorventils der Steuerkolben (30) mit
dem in der Steuerkammer (34) herrschenden Druck
beaufschlagt ist, zwischen 1/30 und 1/100, vorzugs
weise um 1/60 beträgt.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die dem geöffneten Zustand des Teller-
Sitz-Ventils (36) entsprechende maximale Vorspan
nung der das Sitzventil in dessen Sperrstellung
drängenden Ventilfeder (44) dem 1,5- bis 3-fachen
Wert der Kraft entspricht, die aus der Druckbeauf
schlagung des Teller-Sitz-Ventilkörpers mit dem in
der Nachfüllwasserleitung (34) herrschenden Druck
resultiert.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß die Kugel (54) des Sen
sorventils in einem ein kurzes Steigrohr bildenden
Gehäuseteil (54) aus durchsichtigen Material ange
ordnet ist.
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