DE202018000442U1 - Vorrichtung zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage, mindestens aufweisend- einen Umkehrosmosemodul (3) zur Erzeugung von Reinstwasser mit einem Molekularfilter (9), der einen Raum (KM) für verunreinigtes Wasser und einen Raum (PM) für Reinstwasser trennt, wobei beide Räume (KM und PM) über einen Abfluss verfügen,- einen Vorratsbehälter (5), der zwei Räume (PV und KV) aufweist, die durch elastische wasserundurchlässige Mittel getrennt sind, wobei in den Raum (PV) Reinstwasser direkt einspeisbar ist und der Raum (KV) verunreinigtes Wasser aufnimmt,- einen Abfluss (8) zum Ableiten von verunreinigtem Wasser,- einen Entnahmehahn (7) für Reinstwasser sowie- Leitungen, die die einzelnen Anlagebestandteile miteinander verbinden, wobei- die Leitungen zum Abfluss (8) und zum Entnahmehahn (7) aus den Räumen (PV) bzw. (KV) des Vorratsbehälters (5) kommend sowie die Zuleitung von verunreinigtem Wasser in den Raum (KV) jeweils über eine Ventileinheit (4) geführt sind, die die Durchlässe durch die Ventileinheit (4) wechselnd öffnet bzw. schließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Umkehrosmoseanlage zur Herstellung von Reinstwasser (Permeat) unter Nutzung von Molekularfiltern, wobei das Reinstwasser in einem Vorratsbehälter gesammelt wird und dort unter Druck entnehmbar ist.
  • Reinstwasser ist im Gegensatz zu herkömmlichen natürlichem Wasser oder normalem Trinkwasser „aus der Leitung“ ein von Fremdstoffen oder Schadstoffen aus der Umwelt gereinigtes Wasser, insbesondere auch von Mineralien.
  • Verunreinigtes oder verschmutztes Wasser im hier verwendeten Sinn ist das Abwasser (Konzentrat), welches bei der Umkehrosmose funktionsbedingt als Abfallprodukt entsteht und meist über den Abfluss entsorgt wird.
  • Bei bekannten Umkehrosmoseanlagen wird das Reinstwasser in einem Vorratsbehälter gesammelt, der einen erhöhten Luftdruck aufweist, wobei der Luftdruck durch die Einspeisung von Reinstwasser noch erhöht wird. Das bedeutet, dass die Molekularfilter bzw. die Permeatpumpe beim Befüllen des Vorratsbehälters gegen einen sich stetig erhöhenden Luftdruck arbeiten muss. Das ist einerseits mit einer rapide fallenden Produktivität des Molekularfilters und andererseits mit einer wachsenden Geräuschkulisse der Permeatpumpe verbunden. Ferner bedarf der Luftdruck einer zusätzlichen Kontrolle.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Entnahme des Reinstwassers aus dem Vorratsbehälter auf einen treibenden Luftdruck zu verzichten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mittels eines in einem Bypass des Abflusses aus dem Raum (KM) zur Ventileinheit angeordneten Durchflussbegrenzers der Arbeitsdruck im Raum (KM) des Umkehrosmosemoduls eingestellt wird, wobei der Bypass in der Zuleitung zum Raum (KV) des Vorratsbehälters mündet.
  • Von Vorteil für die Funktionsweise der Umkehrosmoseanlage ist es, wenn eingangsseitig in den Umkehrosmosemodul eine Grobfilterung des zugeleiteten verunreinigten Wassers erfolgt.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage weist mindestens auf
    • - einen Umkehrosmosemodul zur Erzeugung von Reinstwasser mit einem Molekularfilter, der einen Raum (KM) für verunreinigtes Wasser und einen Raum (PM) für Reinstwasser trennt, wobei beide Räume (KM und PM) über einen Abfluss verfügen,
    • - einen Vorratsbehälter, der zwei Räume (PV und KV) aufweist, die durch elastische wasserundurchlässige Mittel getrennt sind, wobei in den Raum (PV) Reinstwasser direkt einspeisbar ist und der Raum (KV) verunreinigtes Wasser aufnimmt,
    • - einen Abfluss zum Ableiten von verunreinigtem Wasser,
    • - einen Entnahmehahn für Reinstwasser sowie
    • - Leitungen, die die einzelnen Anlagebestandteile miteinander verbinden, wobei
    • - die Leitungen zum Abfluss und zum Entnahmehahn aus den Räumen (PV) bzw. (KV) des Vorratsbehälters kommend sowie die Zuleitung von verunreinigtem Wasser in den Raum (KV) jeweils über eine Ventileinheit geführt sind, die die Durchlässe durch die Ventileinheit wechselnd öffnet bzw. schließt.
  • Die Ventileinheit weist somit drei Ventile auf, die vorzugsweise gemeinsam verstellbar sind, wobei jedes Ventil über einen Durchlass verfügt und in einer anderen Stellung der Durchlass geschlossen ist. Das Ventil mit dem Durchlass zum Entnahmehahn übernimmt dabei die Steuerungsfunktion für die beiden anderen Ventile und kann deshalb als Steuerventil bezeichnet werden.
  • Anstelle von drei Ventilen in der Ventileinheit können auch nur zwei gleichzeitig verstellbare Ventile eingesetzt sein, wobei die Verstellung mittels veränderbarer Druckverhältnisse in einer Druckkammer in der Ventileinheit vorgenommen wird. Die Druckkammer verfügt deshalb über einen Durchfluss für Reinstwasser, der mittels des Entnahmehahns geöffnet oder geschlossen wird.
  • Eine zentrale Funktion kommt somit dem Durchlass zum Entnahmehahn zu. Wird dieser geöffnet, wird Reinstwasser aus dem Vorratsbehälter entnommen. Gleichzeitig wird der Durchlass zum Ablauf für verunreinigtes Wasser geschlossen und die Zuleitung über das entsprechende Ventil für verunreinigtes Wasser zum Vorratsbehälter geöffnet.
  • Verschmutztes Wasser aus dem Umkehrosmosemodul kann so mit dem Druck dieses Wassers in den Raum (KV) des Vorratsbehälters strömen und das Reinstwasser aus dem Raum (PV) herausdrücken.
  • Da bei der Entnahme verunreinigtes Wasser direkt aus dem Umkehrosmosemodul strömt, wird der Molekularfilter des Umkehrosmosemoduls bei jeder Entnahme gleichzeitig gespült. Es bedarf somit keines gesonderten Spülvorganges mehr, der, da nicht selten vergessen, zur Erhöhung der Ausfallrate im Haushalt bei der Herstellung von Reinstwasser führt.
  • Wird der Entnahmehahn geschlossen, findet in der Zuleitung zum Entnahmehahn eine zumindest kurzzeitige Druckerhöhung statt, die ein Umschalten der miteinander gekoppelten Ventile der Ventileinheit in die Position des Befüllens des Raumes (PV) des Vorratsbehälters mit Reinstwasser bewirkt.
  • Dabei stellt ein Ventil eine direkte Verbindung zwischen dem Raum (KV) des Vorratsbehälters und dem Abfluss her, so dass das verunreinigte Wasser ungehindert abfließen kann, während sich der Raum (PV) des Vorratsbehälters langsam mit Reinstwasser füllt. Das Reinstwasser aus dem Raum (PM) des Umkehrosmosemoduls fließt direkt in den Raum (PV) des Vorratsbehälters.
  • Damit in der Zuleitung zum Entnahmehahn und dem Durchlass durch das Steuerventil bzw. der Druckkammer ein dauerhafter Überdruck bei geschlossenem Entnahmehahn erhalten bleibt, ist im Bereich des Zuflusses in dieses Steuerventil/Druckkammer vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet, das den Druckabbau verhindert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Abfluss aus dem Raum (KM) des Umkehrosmosemoduls einen Bypass zur Ventileinheit in die Zuleitung in den Raum (KV) des Vorratsbehälters aufweist, in dem ein Durchflussbegrenzer angeordnet ist. Durch diese Anordnung lässt sich der Druck des verunreinigten Wassers im Umkehrosmosemodul einstellen, d. h. die Menge verunreinigten Wassers, die den Molekularfilter des Umkehrosmosemoduls durchdringt.
  • Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass in die Zuleitung in den Umkehrosmosemodul ein Vorfilter zur Grobfilterung des zugeleiteten verunreinigten Wassers angeordnet ist und die Zuleitung von verunreinigtem Wasser in den Umkehrosmosemodul eine Zulaufsperre aufweist. Letztere wird aktiviert, wenn der Raum (PV) des Vorratsbehälters befüllt, d. h. ausgelastet ist.
  • Ferner ist zwischen dem Vorratsbehälter und dem Entnahmehahn bei einer weiteren Ausgestaltung ein Nachfilter angeordnet, welcher den Geschmack des Reinstwassers verbessern bzw. dessen Anreicherung mit Mineralien vornehmen soll.
  • Bei der bisher beschriebenen Steuerung der Umkehrosmoseanlage waren im Ventilblock lediglich die Druckkammer und die Ventile zum Entnahmehahn und zum Auslauf angeordnet. Zweckmäßig kann es auch sein, den Durchflussbegrenzer und/oder die Zulaufsperre mit in den Ventilblock zu integrieren, so dass nur ein Bauteil für alle Steuerfunktionen vorhanden ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Zulaufsperre mit der bereits vorhandenen Druckkammer verbunden und wie ein zusätzliches Ventil ebenfalls von ihr gesteuert werden. Da an beiden Seiten der Druckkammer bereits Ventile angeordnet sind, kann die Zulaufsperre aus Platzgründen vorzugsweise unterhalb oder oberhalb der Druckkammer positioniert werden. Der integrierte Durchflussbegrenzer kann wiederum so gebildet werden, dass er auf den jeweiligen Molekularfiltertyp flexibel einstellbar ist.
  • Neben den bereits genannten Vorteilen, weist die Umkehrosmoseanlage darüber hinaus noch weitere Vorteile auf:
    • - eine erhebliche Einsparung an Leitungswasser, da die Befüllung des Vorratsbehälters mit Reinstwasser im Gegensatz zum druckluftbetriebenen Behälter, permanent nahezu ohne Gegendruck verläuft,
    • - die Umkehrosmoseanlage kann im Gegensatz zu konventionellen Anlagen auch bei wesentlich niedrigerem Wasserleitungsdruck betrieben werden, so dass eine elektrisch betriebene Wasserpumpe eingespart wird,
    • - eine Verlängerung der Lebensdauer des kostenintensiven Molekularfilters durch eine regelmäßige Spülung,
    • - der Schutz der Ventile, Fittings und Schläuche etc. gegen Kalk, Rost und Ablagerungen, da bereits vorgefiltertes Leitungswasser gegenüber dem Stand der Technik eingesetzt wird,
    • - eine Platzeinsparung, da eine Befüllung des Vorratsbehälters bis nahezu 100% erreicht werden kann im Gegensatz zu bekannten druckluftbetriebenen Systemen mit max. 60-70 % Permeatbefüllung,
    • - ein nahezu geräuschloser Betrieb gegenüber dem Betrieb einer Permeatpumpe,
    • - einen wartungsarmen Vorratsbehälter, da die regelmäßige Kontrolle des ausreichenden Luftdrucks gänzlich entfällt.
  • Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
    • 1 die Umkehrosmoseanlage,
    • 2a das Befüllen des Vorratsbehälters mit Reinstwasser,
    • 2b die Entnahme von Reinstwasser und
    • 3 einen erweiterten Ventilblock.
  • 1 zeigt eine Umkehrosmoseanlage, in die über einen Zulauf 1 und einen Vorfilter 2 das zu reinigende Wasser in den Umkehrosmosemodul 3 in den Raum KM für verunreinigtes Wasser gelangt. Das durch den Molekularfilter 9 in den Raum PM transportierte Reinstwasser gelangt dann über ein Leitungssystem in den Raum PV des Vorratsbehälters 5. Der Raum PV für Reinstwasser wird hier von dem Raum KV für verunreinigtes Wasser durch eine wasserundurchlässige Membran 10 getrennt, wobei der Raum KV durch verunreinigtes Wasser aus dem Raum KM des Umkehrosmosemoduls 3 gespeist wird. Dabei passiert das verunreinigte Wasser ein Leitungssystem und eine selbsttätige Ventileinheit 4 und kann je nach Steuerung durch die Ventileinheit 4 auch über einen Abfluss 8 die Anlage verlassen.
  • Der Raum PV des Vorratsbehälters 5 ist wiederum über die Ventileinheit 4 mit einem Entnahmehahn 7 verbindbar.
  • Die Ventileinheit 4 ist in den 2a -Befüllen- und 2b -Entnahme- vereinfacht dargestellt.
  • Zentrales Steuerteil der Ventileinheit 4 ist die Druckkammer C, die auch als Steuerventil bezeichnet werden kann. Die Druckkammer ist ausgangsseitig mit dem Entnahmehahn 7 über eine entsprechende Leitung verbunden.
  • Die Druckkammer C weist einen Durchlass auf, der als solcher in Abhängigkeit von der Stellung des Entnahmehahns 7 geöffnet oder geschlossen ist.
  • Mittels des Druckes in der Druckkammer werden zwei Druckkolben oder Membranen der Druckkammer bewegt, deren Bewegung folgend die Ventile A als Zulauf in den Raum KV für verunreinigtes Wasser in den Vorratsbehälter 5 und das Ventil B für den Ablauf von verunreinigtem Wasser in den Abfluss 8 gesteuert werden.
  • Diese Ventile A, B weisen nur eine Durchflussstellung auf und sind ansonsten geschlossen.
  • 2a zeigt die Ventilstellung für das Befüllen des Raum PV des Vorratsbehälters 5 mit Reinstwasser. Wie dargestellt ist zum Zeitpunkt des Befüllens des Raumes PV des Vorratsbehälters 5 der Raum KV des Vorratsbehälters 5 mit verunreinigtem Wasser und Restluft gefüllt. Der Entnahmehahn 7 ist geschlossen, was durch den senkrechten Strich in der Leitung angedeutet wird. Die Druckkammer C steht unter dem Systemdruck, mit dem sich der Raum PV des Vorratsbehälters 5 vergrößert. Unter diesem Systemdruck bewegen sich die Kolben oder Membranen der Druckkammer C nach außen und bewirken folgende Ventileinstellungen gegen den Druck der Federn 11:
  • Ventil B ist zum Auslauf 8 hin geöffnet und Ventil A ist geschlossen.
  • Der Raum KM des Umkehrosmosemoduls 3 ist so mit keinem Durchfluss durch eines der Ventile A, B direkt verbunden.
  • Es gibt nur einen Bypass mit einem Durchflussbegrenzer 6, über den der Druck im Raum KM des Umkehrosmosemoduls 3 einstellbar ist.
  • Reinstwasser wird so durch den Molekularfilter 9 in den Raum PM des Umkehrosmosemoduls 3 gedrückt und gelangt von da in den Raum PV des Vorratsbehälters 5. Über die Membran 10 des Vorratsbehälters 5 wird Druck auf das verunreinigte Wasser im Raum KV des Vorratsbehälters 5 ausgeübt, so dass das verunreinigte Wasser aus dem Raum KV entweicht und über das geöffnete Ventil B und den Abfluss 8 abfließt.
  • Für den notwendigen Druck zum Filtern von verunreinigtem Wasser im Molekularfilter 3 sorgt der Druck des zugeleiteten Wassers aus dem Vorfilter 2, der lediglich durch den Durchflussbegrenzer 6 eine Regulierung erfährt.
  • Dieser Vorgang kann andauern, bis der Raum PV nahezu den gesamten Innenraum des Vorratsbehälters 5 einnimmt. Tritt dieser Fall ein, wird eine nicht dargestellte Zulaufsperre im Bereich des Vorfilters 2 aktiviert.
  • Soll nun Reinstwasser durch den Entnahmehahn 7 entnommen werden, wird dieser Entnahmehahn 7 geöffnet. Es kommt zu einem Druckabfall ausgangsseitig von der Druckkammer C und in dieser, so dass die Ventile A, B umschalten:
    • Ventil A öffnet den Durchlass für verunreinigtes Wasser, das dann in den Raum KV des Vorratsbehälters 5 gelangt, und Ventil B wird geschlossen.
  • Dies wird in 2b gezeigt.
  • Da der Druck des verunreinigten Wassers größer ist als der des drucklosen Reinstwassers, wird dieses Reinstwasser aus dem Raum PV des Vorratsbehälters 5 herausgedrückt und gelangt über den Durchlass der Druckkammer C zum Entnahmehahn 7, ohne dass sich die Steuerdrücke verändern.
  • Gleichzeitig bewirkt die Entnahme von verunreinigtem Wasser aus dem Raum KM des Umkehrosmosemoduls 3 eine Reduzierung des in dem Raum PM durch den Molekularfilter 9 übertretenden Reinstwassers. Soweit noch Reinstwasser entsteht, wird dieses direkt in den Zulauf zum Entnahmehahn 7 eingespeist.
  • Wird der Entnahmehahn 7 wieder geschlossen, entsteht ein Staudruck ausgangsseitig der Druckkammer C und in der Druckkammer C, der zum Öffnen des Ventils B und zum Schließen des Ventils A führt und damit zur Ventilstellung zum Befüllen des Raumes PV im Vorratsbehälter 5, wie unter 2a beschrieben. Dabei kann die Bewegung der Ventile A und B durch das Entspannen der Federn 11 unterstützt werden.
  • Natürlich ist es auch möglich, die Druckkammer/ Steuerventil C und/oder die Ventile A, B elektrisch anzusteuern in Abhängigkeit von z. B. der Entnahme von Reinstwasser. Insoweit soll die Erfindung auch diese Möglichkeit einschließen, nämlich den Druckabfall bei Entnahme und den Druckaufbau beim Schließen des Entnahmehahns 7 in elektrische Signale umzuwandeln zur Steuerung der Ventile A und B.
  • 3 zeigt eine Ausführung der Umkehrosmoseanlage, bei der alle Bauteile zu deren Steuerung im Ventilblock integriert sind. Eingezeichnet wurden nur die Bauteile, die nicht bereits in den 1 und 2 als Bestandteil des Ventilbockes dargestellt wurden, nämlich der Durchflussbegrenzer 6 und die Zulaufsperre 12.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zulauf von verunreinigtem Wasser
    2
    Vorfilter
    3
    Umkehrosmosemodul
    4
    Ventileinheit
    5
    Vorratsbehälter
    6
    Durchflussbegrenzer
    7
    Entnahmehahn
    8
    Auslauf
    9
    Molekularfilter
    10
    wasserundurchlässige Membran
    11
    Federn
    12
    Zulaufsperre
    KM
    Raum des Umkehrosmosemoduls für verunreinigtes Wasser
    PM
    Raum des Umkehrosmosemoduls für Reinstwasser (Permeat)
    PV
    Raum für Reinstwasser im Vorratsbehälter
    KV
    Raum für verunreinigtes Wasser im Vorratsbehälter
    C
    Steuerventil/Druckkammer der Ventileinheit
    A
    Durchlassventil für verunreinigtes Wasser
    B
    Durchlassventil für verunreinigtes Wasser

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage, mindestens aufweisend - einen Umkehrosmosemodul (3) zur Erzeugung von Reinstwasser mit einem Molekularfilter (9), der einen Raum (KM) für verunreinigtes Wasser und einen Raum (PM) für Reinstwasser trennt, wobei beide Räume (KM und PM) über einen Abfluss verfügen, - einen Vorratsbehälter (5), der zwei Räume (PV und KV) aufweist, die durch elastische wasserundurchlässige Mittel getrennt sind, wobei in den Raum (PV) Reinstwasser direkt einspeisbar ist und der Raum (KV) verunreinigtes Wasser aufnimmt, - einen Abfluss (8) zum Ableiten von verunreinigtem Wasser, - einen Entnahmehahn (7) für Reinstwasser sowie - Leitungen, die die einzelnen Anlagebestandteile miteinander verbinden, wobei - die Leitungen zum Abfluss (8) und zum Entnahmehahn (7) aus den Räumen (PV) bzw. (KV) des Vorratsbehälters (5) kommend sowie die Zuleitung von verunreinigtem Wasser in den Raum (KV) jeweils über eine Ventileinheit (4) geführt sind, die die Durchlässe durch die Ventileinheit (4) wechselnd öffnet bzw. schließt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (4) über zwei gleichzeitig verstellbare Ventile (A, B) verfügt, wobei die Verstellung mittels veränderbarer Druckverhältnisse in einer Druckkammer (C) in der Ventileinheit vorgenommen wird und die Druckkammer (C) über einen Durchfluss für Reinstwasser, der mittels des Entnahmehahns geöffnet oder geschlossen wird, verfügt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elastische wasserundurchlässige Mittel zum Trennen der Räume (PK, PV) des Vorratsbehälters (5) eine Membran (10) angeordnet ist oder das Reinstwasser wird in einem elastischen wasserundurchlässigem Foliensack gespeichert, umgeben von verunreinigtem Wasser.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfluss aus dem Raum (KM) des Umkehrosmosemoduls (3) einen Bypass zur Ventileinheit (4) in die Zuleitung in den Raum (KV) des Vorratsbehälters (5) aufweist, vorzugsweise mit einem Durchflussbegrenzer (6).
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuleitung in den Umkehrosmosemodul (3) ein Vorfilter (2) zur Grobfilterung des zugeleiteten verunreinigten Wassers angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung von verunreinigtem Wasser in den Umkehrosmosemodul (3) eine Zulaufsperre aufweist, die bei gefülltem Raum (PV) des Vorratsbehälters (5) aktivierbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufsperre (12) und/oder der Durchflussbegrenzer (6) mit im Ventilblock (4) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufsperre (12) mit der Druckkammer/Steuerventil (C) gekoppelt ist zur Steuerung der Zulaufsperre (12).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (6) in Abhängigkeit vom Typ des Molekularfilters (9) flexibel einstellbar ist.
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