DE202009000639U1

DE202009000639U1 - Semipermeables Membranventil zur Entlüftungsregulierung

Info

Publication number: DE202009000639U1
Application number: DE200920000639
Authority: DE
Original assignee: UMS GmbH
Current assignee: Meter Group AG
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2019-01-21

Abstract

Membranventil zur Entlüftungsregulierung mit
– einem Gehäuse (2),
– einem an dem Gehäuse (2) angeordneten außenseitigen Atmosphärenanschluss (3) und
– einem an dem Gehäuse (2) angeordneten innenseitigen Behälteranschluss (4),
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) zwischen den beiden Anschlüssen (3, 4) eine aus einem porösen und wasserabweisenden Material bestehende semipermeable Membran (5) angeordnet ist, die luftdurchlässig und wasserundurchlässig ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Membranventil zur Entlüftungsregulierung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie auf einen Flüssigkeitsbehälter mit einem derartigen Membranventil.
Zur Gewinnung von Bodenwasserproben, zum Beispiel in Lysimeterstationen, werden die wässrigen Bodenlösungen in Behältern gesammelt mittels Saugkerzen oder Saugplatten, die mit einer Schlauchleitung mit einer Sammelflasche verbunden sind. Die Behälter mit der gesammelten wässrigen Bodenlösung werden vom Anwender zur weiteren chemischen Analyse der wässrigen Lösung oder zur Volumenbestimmung geleert. Die Befüllungsgeschwindigkeit der Wasserbehälter hängt generell von dem Wassersättigungsgrad des Bodens ab. Für die nachfolgende Analytik der gesammelten wässrigen Lösung wird eine bestimmte Menge der Flüssigkeit benötigt. Damit die wässrige Bodenlösung auch bei ungesättigten Bedingungen, also bei relativ trockenen Böden, gewonnen werden kann, wird optional ein atmosphärischer Unterdruck an den Entlüftungskanal angelegt, damit die durch die Kapillarkräfte bedingte Wasserhaltekraft des Bodens überwunden wird. Ist viel Wasser im Boden vorhanden, also ist die Haltekraft gering, dann läuft der Behälter schnell voll. Im Falle, wenn wenig Wasser im Boden vorhanden ist, also wenn die Haltekraft groß ist, wird wenig oder gar kein Wasser gesammelt, wenn das an der Wasserentnahmestelle des Bodens angelegte Vakuum zu gering ist. Dadurch entsteht das Problem, dass einige Behälter schnell voll laufen oder sogar überlaufen, wodurch die wässrige Lösung in das Vakuumsystem eindringen kann, während andere Behälter noch nicht genügend wässrige Lösung für die Analytik gesammelt haben. Weiter können Feinpartikel, die in der wässrigen Lösung mitgeführt werden, Saugplatten oder Saugkerzen zusetzen, weshalb es sinnvoll ist, das Probenvolumen auf das notwendige Maß zu begrenzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Gewinnung von Bodenwasserproben derart weiterzubilden, um auf möglichst einfache Weise und mit möglichst geringem Material- und Zeitaufwand die Füllvolumenbegrenzung und Überlaufsicherung für einen Sammelbehälter zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sammelbehälter mit einem Membranventil zur Entlüftungsregulierung gemäß Anspruch 1 ausgestattet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass beim Erreichen eines vorgegebenen Füllstands der zu sammelnden Wasserlösung die Entlüftungsleitung des Behälters verschlossen wird und damit das Füllvolumen begrenzt wird. Das erfindungsgemäße Membranventil zur Entlüftungsregulierung weist ein Gehäuse auf, an dem ein außenseitiger Atmosphärenanschluss und ein innenseitiger Behälteranschluss angeordnet sind, wobei in dem Gehäuse zwischen den beiden Anschlüssen eine aus einem porösen und wasserabweisenden Material bestehende semipermeable Membran angeordnet ist, die luftdurchlässig und wasserundurchlässig ist. Dies erlaubt es, das Füllvolumen zu begrenzen, wobei ein stärker wirkender atmosphärischer Unterdruck angelegt werden kann, womit der Sammelbehälter genügend Probenwasser sammeln kann und das System gleichzeitig vor Überlaufen geschützt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das Membranventil mit einem Regenerationsröhrchen zur Entwässerung der Membran vorgesehen ist, wobei das obere Ende des Regenerationsröhrchens an der Membran anliegt und das untere Ende freihängend angeordnet ist. In dem Regenerationsröhrchen ist vorzugsweise eine hydrophile Einlage eingebracht, wobei das Membranventil nach Entleerung des Behälters automatisch entwässert und somit wieder betriebsbereit wird. Die Kapillarkräfte der hydrophilen Einlage führen zur Abfuhr des Wassers aus der Membran, wodurch sich das Regenerationsröhrchen selbständig mit dem Wasser füllt und das Restwasser aus der Membran aufgrund des dadurch entstehenden hydrostatischen Unterdrucks absaugt. Vorzugsweise ist das freihängende Ende des Regenerationsröhrchens spitz ausgebildet, damit die wässrige Lösung von diesem Ende besser abtropft.
Eine weitere Ausführungsform des Membranventils sieht vor, dass der Atmosphärenanschluss und der innenseitige Behälteranschluss jeweils als Schlauchanschluss ausgeführt sind. Dadurch lässt sich eine einfach Montage des erfindungsgemäßen Membranventils an einem Deckel des Behälters realisieren.
Vorzugsweise weist das Gehäuse des Membranventils einen Außendurchmesser weniger als 30 mm auf, wodurch eine einfache Installation des Membranventils in einem handelsüblichen Flüssigkeitsbehälter gegeben wird.
Die Membran enthält vorzugsweise poröses Teflon, das luftdurchlässig und wasserundurchlässig ist, was einer derartigen Membran ihre semipermeable Eigenschaften verleiht. Sämtliche in der Membran verwendeten Materialien sind dabei inert oder chemisch nicht relevant für die zu verwendete Wasserlösung, damit die Analytikergebnisse der gesammelten Wasserlösung durch die Bestandteile des Membranventils nicht verfälscht werden.
Das erfindungsgemäße Membranventil wird in einen Flüssigkeitsbehälter mit einem Deckel angeschlossen, der wenigstens zwei Anschlüsse aufweist, wobei wenigstens ein erster Anschluss für die Befüllung des Behälters mit einer Wasserlösung und wenigstens ein zweiter Anschluss für die Entlüftung des Behälters vorgesehen ist, wobei der Anschluss des Membranventils an der Innenseite des zweiten Anschlusses erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der das Membranventil an seinem außenseitigen Atmosphärenanschluss mit einem in dem zweiten Anschluss verschiebbar angeordneten Entlüftungsschlauch verbunden ist. Eine derartige Anordnung des Membranventils in dem Deckel des Flüssigkeitsbehälters erlaubt es, das Niveau und damit die Füllmenge der zu sammelnden Flüssigkeit in dem Behälter durch eine Verschiebung des Schlauchs in dem Deckel besonders schnell und einfach einzustellen.
Für die Flüssigkeitsentnahme aus einem trockenen Boden kann der zweite Anschluss des Deckels für die Entlüftung des Behälters außenseitig an eine Vakuumquelle angeschlossen werden, wodurch eine ausreichende Menge an dem aus dem Boden gewonnenen Wasser gewährleistet wird.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Membranventils,
2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Membranventils gemäß einer anderen Ausführungsform,
3 den Querschnitt eines Flüssigkeitsbehälters mit der in 2 gezeigten Ausführungsform des Membranventils.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Membranventil 1 mit einem hermetisch geschlossenen scheibenförmigen Gehäuse 2, an dessen oberen Seite ein außenseitiger Atmosphärenanschluss 3 und an dessen unteren Seite ein innenseitiger Behälteranschluss 4 angeordnet sind. Beide Anschlüsse 3, 4 sind rohrartig ausgebildet, wobei jedes Innenvolumen der Anschlüsse 3, 4 mit dem Innenvolumen des Gehäuses 2 verbunden ist. In dem Innenvolumen des Gehäuses 2 zwischen den beiden Anschlüssen 3, 4 ist eine aus porösem Teflon bestehende Membran 5 in der Ebene des Gehäuses 2 angeordnet. Die Membran 5 ist in dem Gehäuse 2 so angeordnet, dass ein Luftstrom vom innenseitigen Behälteranschluss 4 zum außenseitigen Atmosphärenanschluss 3 durch die Membran 5 hindurchgeht. Auf diese Weise bildet die Membran 5 ein semipermeables Membranventil, das aufgrund der wasserabweisenden Eigenschaften des porösen Teflons luftdurchlässig und wasserundurchlässig ist. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Membranventils 1 in einem Entlüftungskanal an der Innenseite des Behälters, in dem die wässrige Lösung gesammelt wird, lässt das Membranventil 1 die durch die in den Behälter eintretende Wasserlösung ausgedrängte Luft entweichen. Beim Erreichen der Oberfläche der wässrigen Lösung der unteren Kante 4a des innenseitigen Behälteranschlusses 4 gelangt die Lösung zu der Membran 5, die aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaften einen Durchgang der wässrigen Lösung durch diese nicht zulässt. Damit wird die Sperrwirkung des Membranventils 1 für die zu sammelnde wässrige Lösung erreicht. Damit lässt sich das Füllvolumen der zu sammelnden Flüssigkeit begrenzen und das Überlaufen der zu füllenden Flüssigkeit verhindern.
2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranventils 1, wobei der einzige Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform darin besteht, dass am unteren Teil des Gehäuses 2 ein Regenerationsröhrchen 6 angebracht ist. Das obere Ende 6a des Regenerationsröhrchens 6 endet dabei in einer unteren Ventilkammer 19 mit einem Spalt zur Membran 5 und das untere Ende 6b ist senkrecht nach unten freihängend angeordnet. In dem Regenerationsröhrchen 6 ist eine hydrophile Einlage angeordnet, die als ein Docht 7 ausgeführt ist. Nach Entleerung des Flüssigkeitsbehälters muss das Membranventil 1 entwässert werden, damit es für die Luft wieder durchlässig wird. Diese Entwässerung erfolgt durch das Regenerationsröhrchen 6, wobei die wässrige Lösung selbständig aus dem Gehäuse 2 über das Regenerationsröhrchen 6 nach unten abfließt. Das Wasser in der Memb ran 5 wird dabei aufgrund des durch das im Regenerationsröhrchen 6 bereits vorhandene Wasser hydrostatisch erzeugten Unterdrucks aus der Membran 5 abgeleitet. Das Ende 6b des Regenerationsröhrchens 6 ist spitz ausgebildet, damit die wässrige Lösung besser abtropfen kann. Das Ende 6b des Regenerationsröhrchens 6 kann sowohl unterhalb der unteren Kante 4a des innenseitigen Behälteranschlusses 4 als auch auf dem gleichen Niveau oder oberhalb dieser angeordnet sein.
3 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter 10 mit einem Deckel 12, der drei Anschlüsse 14, 16 und 18 aufweist. Die ersten Anschlüsse 14 und 16 sind für die Befüllung des Behälters 10 mit einer Wasserlösung vorgesehen, während der zweite Anschluss 18 der Entlüftung des hermetisch abgeriegelten Behälters 10 dient. In dem zweiten Anschluss 18 ist ein längsverschiebbarer Entlüftungsschlauch 15 angeordnet, an dessen unterem Ende das Membranventil 1 mit seinem außenseitigen Atmosphärenanschluss 3 angeschlossen ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es, die vertikale Position des Membranventils 1 in dem Behälter 10 stufenlos in jeder Höhe einzustellen.
Als eine weitere Variante (nicht gezeigt) kann das Membranventil 1 direkt am innenseitigen Entlüftungsstutzen des zweiten Anschlusses 18 angebracht werden.

Claims

Membranventil zur Entlüftungsregulierung mit – einem Gehäuse (2), – einem an dem Gehäuse (2) angeordneten außenseitigen Atmosphärenanschluss (3) und – einem an dem Gehäuse (2) angeordneten innenseitigen Behälteranschluss (4), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) zwischen den beiden Anschlüssen (3, 4) eine aus einem porösen und wasserabweisenden Material bestehende semipermeable Membran (5) angeordnet ist, die luftdurchlässig und wasserundurchlässig ist.
Membranventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Regenerationsröhrchen (6) zur Entwässerung der Membrane (5), wobei das obere Ende (6a) des Regenerationsröhrchens (6) an der Membran (5) anliegt und das untere Ende (6b) freihängend angeordnet ist.
Membranventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regenerationsröhrchen (6) eine hydrophile Einlage (7) angeordnet ist.
Membranventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regenerationsröhrchen (6) an seinem unteren Ende (6b) angespitzt ist.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Atmosphärenanschluss (3) und der innenseitige Behälteranschluss (4) jeweils als Schlauchanschluss ausgeführt sind.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Außendurchmesser kleiner 30 mm hat und somit in eine handelsübliche Probenentnahmeflasche einsetzbar ist.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (5) poröses Teflon enthält.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Materialien inert oder chemisch nicht relevant für die zu verwendete Wasserlösung sind.
Flüssigkeitsbehälter (10) mit einem Deckel (12), der wenigstens zwei Anschlüsse (14, 16, 18) aufweist, wobei wenigstens ein erster Anschluss (14, 16) für die Befüllung des Behälters (10) mit einer Wasserlösung und wenigstens ein zweiter Anschluss (18) für die Entlüftung des Behälters (10) vorgesehen ist, wobei an der Innenseite des zweiten Anschlusses (18) ein Membranventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit seinem außenseitigen Atmosphärenanschluss (3) angeschlossen ist.
Flüssigkeitsbehälter (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranventil (1) an seinem außenseitigen Atmosphärenanschluss (3) mit einem in dem zweiten Anschluss (18) verschiebbar angeordneten Entlüftungsschlauch (15) verbunden ist.
Flüssigkeitsbehälter (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss (18) für die Entlüftung des Behälters (10) ein Vakuumanschluss ist.