DE2134970A1 - Vorrichtung zur Reinigung, Speicherung und Abgabe von Wasser fur Trinkzwecke - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 8 MQNCHEN 22.

Dlpl.-Ing. K. GUNSCHMAHN T

Dr. r.r. not. W. KÖRBER

PATENTANWALTi 13. JuIi 1971

POLmETEICS, INGOEPORATED K/Ne

810 Cherry Lane,

San Carlos, California 94070/V.St.A.

Patentanmeldung Vorrichtung zur Reinigung, Speicherung und Abgabe von

Wasser für Trinkzwecke

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wasserreinigung, insbesondere eine relativ kleine Vorrichtung, die in Wohnhäusern, Krankenhäusern, Schulen, öffentlichen Gebäuden und dgl., in denen geringe Trinkwassermengen benötigt werden, benutzt werden kann und wo Wasser zur Verfugung steht, das gelöste Mineralstoffe oder andere Verunreinigungen in Form von Feststoffteilchen enthält.

Auf dem Gebiet der Wasserreinigung sind Membranen unter Anwendung des Umkehr-Osmoseprinzips entwickelt zur Entfernung von gelösten Mineralstoffen und Feststoffteilchen bis zu 0,05 Mikron aus Wasser. Das Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 J67 504 beschrieben. Derartige Elemente sind bisher praktisch nur in grösseren Wasserreinigungseinrichtungen verwendet, nicht jedoch in kleineren Geräten für Hausbetrieb. Die bekannten grossen Anlagen sind umfangreich, kompliziert, schwierig zu in-

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stallieren und aufwendig. Ein besonderes Problem besteht bei so derartigen Reinigern in der Extraktion des Wassers und Leitung zu einer betriebsfähigen Abzapfstelle. Ein einfaches Schwerkraftsystem kann angewandt werden, wenn der Einiger oberhalb eines Verteilerauslasses angeordnet ist. Die zusätzliche "Verwendung einer Pumpe macht die Anlage aufwendig.

Ziel der Erfindung ist ein Wasserreiniger, bei dem diese Nachteile vermieden werden, der speziell zur Anwendung in Haushaltungen geeignet ist und gereinigtes Wasser unter Druck aus einem oberhalb oder unterhalb angeordneten "Verteiler liefert.

Die Reinigungseinheit ist in einem druckdichten Lagertank untergebracht, so dass ein Luftdruck im Behälter zur Abgabe des gereinigten Wassers angewandt werden kann. Infolge dessen kann die Vorrichtung an irgendeiner Stelle, z. B. unter einem Küchenausguss ohne Rücksicht auf Schwerkraft bzw. ohne Sonderpumpe angebracht werden.

Die Wasserreinigungseinheit ist leicht zu installieren, das Reinigungs element kann leicht zur Reinigung oder Prüfung ausgewechselt werden.

Der Wa s s err einig er ist leicht zu bedienen und wirtschaftlich im Gebrauch. Er kann in einer kleinen Dimension hergestellt werden und ist besonders geeignet zur Verwendung in Verbindung mit einem Heiss- oder Kühlwasserbereiter.

Das beim Reiniger verwendete Umkehr-Osmoseelement bleibt im Wasser eingetaucht und hält das Wasser bis vor Gebrauch frei von Verunreinigungen.

Demgemäss ist die erfindungsgemässe Vorrichtung durch einen geschlossenen druckdichten Behälter gekennzeichnet, der widerstandsfähig gegen einen höheren Druck ist und normale Öffnungen besitzt. Ein offener Hals des Behälters trägt eine Einheit, die in den Behälter hineinragt und eine Ummantelung für ein

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Umkehr-Ocmoseeleinent umfasst. Ein Deckel, der über dem offenen Hals des Behälters aufliegt, hat drei radial gerichtete Durchlässe, von denen einer mit einer Quelle für das zu reinigende Waoser verbunden ist. Ein anderer Durchlass dient zur Abgabe des gereinigten Wassers und steht in Verbindung mit dem oberen Ende einer Hohlröhre für das Element. Der dritte Durchlass stellt den Auslass für Reinigungsrückstände oder konzentriertes Wasser dar, welches durch das Element läuft, aber nicht durch seine Membranen. Eine dehnbare Blase umgibt die Einheit im : Behälter und sammelt das gereinigte Wasser vom Boden der Röhre* Die die Blase umgebende Luft wird anfänglich unter Druck gesetzt, wenn die Einheit installiert ist, so dass sie das gereinigte Wasser herausdrückt, selbst wenn sieh nur eine kleine ■ I-ienge in der Blase befindet. Ein Strömungskontrollregler in der Zufuhrwasserleitung wird durch Luftdruck vom Behälter ausgesteuert. Wenn das Volumen des gereinigten Wassers in der Blase abnimmt, wird der Luftdruck entsprechend reduziert und wenn er eine untere Grenze erreicht hat, öffnet sich der Regler und ermöglicht einen Zufluss von Wasser zum Element. Wenn der Behälter mit gereinigtem Wasser gefüllt ist, schliesst der Regler automatisch die Wasserzufuhr ab.

In Verbindung mit der Zeichnung, die eine .Ausführungsform der ; erfindungsgemässen Vorrichtung darstellt, wird diese näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Vorrichtung entlang

der Linie 1-1 von Fig. 3I
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des oberen Teiles der Vorrichtung entlang der Linie 2-2 von Fig. 3»

i'ig. 3 ist eine Draufischt des Kopfendes der Vorrichtung} Fig. 4 ist ein vergrösserter Querschnitt des Steuerventils für

das Zuflusswasserj
Fig. 5 ist eine vergrösserte Teilansicht eines Jibschnitts eines Umkehr-Osmoseelements an der Zentralröhre.

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Die Vorrichtung 10 besteht nach Fig. 1 und 2 aus einem Tank oder Behälter 12, der eine geeignete Gestalt hat, um einem inneren Druck zu widerstehen und z. B. aus rostfreiem Stahl oder einem gegossenen Kunststoff "besteht. An seinem oberen Teil hat der Behälter einen kurzen Halsansatz 14 mit einer Gewindeöffnung 16. In dieser Öffnung ist eine verlängerte Höhre 18 'angeordnet, die in den Behälter 12 nach unten ragt. Die Röhre besteht vorzugsweise aus plastischem Material wie Polyvinylchlorid und hat ein Halslager 22 an seinem oberen Ende. Das Halslager hat einen Büchsenteil mit äusserem Gewinde 24, das auf das Gewinde der öffnung 16 passt und einen ringförmigen Flansch 26, der fest an dem Buchsenteil ansitzt. Der Flansch ragt über das Ende des Halsansatzes und über einen Dichtungsring 28 hinaus, der in einer Aussparung 30 im Halsansatz gelagert ist. Wenn der Buchsenteil des Halslagers im Ansatz verschraubt ist, presst der Flansch 26 dagegen und bildet einen dichten ,Abschluss gegen Flüssigkeit mit Ring 28.

An ihrem unteren Ende innerhalb des Behälters ist die Eöhre durch ein Abschlussorgan J2 begrenzt. Letzteres hat eine zylindrische Einbuchtung 34 und eine Öffnung 36·

Auf dem Flansch 26 sitzt ein ringförmiger Vorsprung 38, der einwärts von seiner äusseren Kante begrenzt ist, die eine ringförmige Einbuchtung 40 bildet. Ein runder Deckel 42 hat einen ringförmigen Eand 44 auf seiner Unterseite, der im Durchmesser etwas kleiner als Rand 38 ist, einwärts davon bildet er eine ringförmige Oberfläche 46. Unterhalb Oberfläche 46 be- : findet sich ein ringförmiger Ansatzteil 48, der eine zentrale Öffnung 50 im Deckel 42 abschliesst. Ein ^!elastischer Dichtungsring 52 sitzt einwärts von Vorsprung 38. Wenn Deckel 42 aufsitzt, presst Vorsprung 44 den Hing fest gegen Vorsprung unter Bildung eines dichten Abschlusses gegen Flüssigkeit. Gleichzeitig sitzt Oberfläche 46 auf der Oberfläche von Einbuchtung 40 und der ringförmige Ansatzteil ragt etwas in das obere Ende von Röhre 18.

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Das Umkehr-Osmoseelement 54- ist in Röhre 18 zwischen Deckel 4-2 und Bodenbegrenznngsteil 32 angeordnet. Es ist vorzugsweise spiralförmig ausgebildet und an einem plastischen Rohr 56 angebracht. Vie aus Fig. 5 ersichtlich, besteht das Element im wesentlichen aus einer Schicht von zwei Membaistreifen 58, die durch ein poröses Träger- oder ikisfütterungsmaterial 60 getrennt sind. Dieses Material hält die Membran unter Arbeitsdruck und ermöglicht eine Ableitung des gereinigten Wassers. Es ist an drei Seitenkanten 61 rundherum abgedichtet, während die vierte Seite überlappt und bei 61a an der Röhre 56 abgedichtet ist, welche auseinanderliegende Durchlässe 62 entlang der Längsseite hat. Diese Hülle ist dann um das Zentralrohr spiralenförmig aufgewickelt. Ein maschenförmiger Abstandhalter ! 63 ist zwischen den Membranoberflächen eingesetzt, um einen Weg; für das Konzentrat oder zurückgehaltene Wasser zu bilden, wobei j es axial zwischen den Spiralschichten fliessen kann. Obwohl i ein Element des Spiraltyps eine vorzugsweise angewandte Form ! darstellt, können auch andere bekannte Osmoseelemente verwendet werden.

Das Zentralrohr besteht vorzugsweise aus plastischem Material, z. B. Polyvinylchlorid, ebenso wie der Deckel und die Elementenhülle. Am oberen Ende des Rohres, das über das Ende des Spiral element es 54- hinausragt, ist im Abstand voneinander ein Paar Dichtungsringe 66 in Rillen aussen um das Rohr herum angebracht. Ein ähnlicher Dichtungsring 68 sitzt am unteren Ende des Rohres. Die Dichtungsringe 66 sind so gelagert, dass das obere Ende des Rohres dicht in der öffnung 50 im Deckel ansitzt. Ähnlich dient Ring 68 dazu, das untere Rohrende saugend mit der Einbichtung 34· im unteren Abschlussteil 32 zu verbinden.

Das untere Ende von Element 54- liegt im Abstand oberhalb des Abschlussteils 32» wenn die Vorrichtung richtig aufgebaut ist, so dass eine ringförmige Kammer 70 um das untere Ende von Rohr 56 gebildet wird. In der Wandung des Rohrteils unterhalb

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der Elementmembran und so in Berührung mit Kammer 70 befindet sich eine Öffnung 72 für ein Konzentrat-Auslauf rohr 74- ? das zentral in Rohr 56 angeordnet ist. Das obere Ende dieses Rohres endigt bei einer Auslassöffnung 76 im Zentralrohr, axialliegend zwischen den Dichtungsringen 66. Das Konzentrat fliesst so in die ringförmige Kammer, die durch die Dichtungsringe 66 und den freien Raum zwischen dem Zentralrohr und dem Deckel gebildet wird, und fliesst durch eine Öffnung 78 ab, die mit einer Ableitung 80 verbunden ist. Der Durchmesser des Konzentratrohres 74- ist wesentlich geringer als der des Zentralrohres, so dass der Konzentratfluss nicht behindert wird. An den Enden ist Rohr 56 natürlich offen, das untere Ende sitzt auf Auslass 36, das obere Ende liegt an einem radial gerichteten Auslass 82 mit inneren Windungen. Ausser den Auslassen 80 und 82 für Konzentrat bzw. gereinigtes Wasser hat der Deckel ι noch eine dritte radial gerichtete Leitung 84 (Fig. 1 und 3)} durch welche das zu reinigende Wasser zugeführt wird. Diese Leitung hat ebenfalls innere Windungen, so dass es leicht durch Standardverbindungsstücke mit einer Wasserquelle verbunden vrerden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, führt Leitung 84 das einfliessende Wasser zum offenen Ende des Elements durch eine nach unten gerichtete Öffnung 84 im ringförmigen Teil 48 des Deckels. In der Nähe des oberen Endes des Elementes 5^- und des Wassereinlasses befindet sich ein elastisches bandartiges Dichtnngsteil 88, das einen Abfluss des zufliessenden Wassers am Element entlang zum Boden des Hüllrohres verhindert.

Das Hüllrohr 18 ist umgebenvoh einem dehnbaren Sack oder einer Blase 90 zum Sammeln des aus dem unteren Ende des Rohres 56 abfliessenden Wassers. Dieser Sack bzw. Blase besteht aus einem vorzugsweise elastomeren Material, so dass es sich ausdehnen

' kann, wenn das Volumen des gereinigten Wassers steigt. Der obere Rand 92 der Blase' liegt festgeklebt an dem Hüllrohr 18 an. Um die Blase 90 herum befindet sich ein Luftraum, der anfänglich unter Druck von beispielsweise 0,035 kg/cm gesetzt ist, so dass ein Druck konstant auf die Blase ausgeübt wird, welche das Wasser durch Auslass 82 herausdrückt.

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Das zu reinigende Vassser fliesst durch ein Regelorgan 96ι das durch den Luftdruck im Behälter bzw. Tank 10 gesteuert wird; wie in Fig. 4 gezeigt, besteht dieser Kegler aus einem Gehäuse 98, das einen beweglichen Kolben 100 trägt. Ein kreisförmiger Kopf des Kolbens ist im unteren Teil des Gehäuses beweglich, das eine zylindrische Kammer 102 bildet. Auf dem Kopf des Kolbens sitzt eine Stange 104-, die sich in einem etwas längeren Halsteil 106 des Gehäuses bewegen kann. Stange 104- hat einen qaerliegenden Durchgang 108, der bei unterster Stellung des Kolbens einen Verbindungsweg zwischen einer Einlassaussparung 110 und einer anliegenden Auslassaussparung 112 im Halsteil des Gehäuses herstellt. Der Kolbenkopf wird normalerweise durch ein Paar Federn 114- in seine unterste Stellung gebracht. Bei einer Auf- ', wärtsbewegung wird auch die Kolbenstange gehoben, so dass die Verbindung zwischen 110 und 112 über Durchgang 108 unterbrochen wird und damit der Wasserdurchfluss. Ein Gummidichtungsring 116 liegt zwischen Kolbenkopf und der inneren Wandung des Gehäuses, ähnliche Dichtungsringe 118 dichten die Kolbenstange in der ITähe des Durchlasses ab. Eine Kappe 120 ist am Gehäuse 98 durch einen Sprengring 122 befestigt und bildet einen kleinen Zwischenraum zur unteren Kolbenfläche. Eine in dieser liegende zentrale Öffnung 124 wird durch ein geeignetes Verbindungsstück mit öffnung 126 im oberen Endteil des Behälters 12 verbunden. Normalerweise sind die Federn 114- ausreichend stark, um den Kolben nach unten zu drücken, so dass Durchlass 108 in offener Stellung bleibt. Wenn jedoch der Luftdruck in Raum 94- um die Blase 90 herum über eine vorgesehene Höhe steigt, wird der Kolben nach oben bewegt, schliesst dabei den Durchlass 108 und stoppt damit die Wasserzufuhr zum Behälter 10 und dem Filter.

Die Grosse des Behälters bzw. Tanks 12 und der Elemente 54 können je nach der Höhe der zu reinigenden Wassermenge variieren* Für einen Gebrauch im Haushalt können beispielsweise 22,5 Liter '·■ pro Tag genügen. Dementsprechend wird die Grosse des Filterelements gev/ählt. Bei Einwendung von Osmose-Membranen kann der normale Jusstoss pro Quadratfiuss leicht berechnet und damit

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das erforderliche Element bestimmt werden. Infolge des Luftdrucks in dem um die Blase herumliegenden Raum 94- befindet sich das Wasser stets unter Druck und fliesst leicht aus einem Verteilerauslauf, selbst wenn dieser oberhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Infolgedessen gibt es bei der Montage. der Vorrichtung keine Platzschwierigkeiten. So kann sie z. B. in einem Haus unter einem Auslauf oder einem sehr kleinen Raum angebracht werden; In einem solchen Falle braucht die Zufuhrleitung 128 lediglich mit der Wasserleitung verbunden zu werden und die Ableitung I30 mit dem gereinigten Wasser mit einem j geeigneten Verteilerhahn (nicht gezeigt).Der Konzentratauslass : 80 ist mit einer geeigneten -Abflussleitung I32 verbunden. Wenn '■ der Luftdruck im Behälter unter einem kritischen Stand liegt, ^: ebenso wenn die Blase nicht gefüllt ist, bleibt Regler 96 offen und lässt Wasser durch Einlass 84 zum Element, fliessen. Der Wasserdruck drückt das Wasser in das Element und durch den Ößi&GBeprozess fliesst eine bestimmte Menge durch die Membranschichten *>8 Und durch die öffnungen 62 in der Zentralröhre. Dabei werden gelöste Mineralstoffe und alle Feststoffe über etwa 0,05 Mikron durch die Membran festgehalten, so dass nur reines Wasser in daß Eentralrohr eintritt. Da nur ein kleiner Prozentsatz Wasser bei Umkehrosmose durch die Membran tritt, wird das Übrige Wasser zwischen die spiralförmigen Membranschichten gedrücktund fliesst axial zu Kammer 70 am Boden des Elementes. Dieses Konzentrat aus gelösten Mineralstoffen und Feststoffteilchen wird {jetzt in die Einlassöffnung 72 des zentralen Rohres 74- und in diesem aufwärts gedrückt, weiterhin durch Auslass 76 und öffnung 78 zur Konzentratleitung I32. Wenn das gereinigte Wasser in das Rohr läuft, fliesst es abwärts durch Öffnung 36 in der Abschlusskappe 32 des Hüllroiares 18 ab. Wenn sich die Blase füllt, drückt es weiter die umgeDsnas Luft im Behälter zusammen. Dieser gesteigerte Luftdruck Vird κ:Γ Regler 96 übertragen'und wenn der Druck eine bestimmte krii:if?ehe Höhe erreicht hat, schliesst der Regler, wie im vorbei g^A^.-.aer beschrieben, um den Uasserzulauf zur Vorrichtung, zm et.^^e .._£ Sobald eine genügende Vossens enge aus der PIc:se e-O-trvi^ri*·. ;.sfe_;

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um den Druck zum Regler zu reduzieren, öffnet sich dieser wieder, so dass ungereinigtes Wasser wieder zulaufen kann. Jedoch "bleibt der Luftdruck im Behälter stets hoch genug, um das gereinigte Wasser aus dem Behälter herauszudrücken.

Die erfindungsgemässe "Vorrichtung ist ausserst vielseitig anwendbar und wirksam für eine Wasserreinigung. Sie kann schnell und leicht durch Anschluss an eine Wasserleitung und einen Ablauf installiert werden und ist daher insbesondere für die Zubereitung von Trinkwasser im Haushalt und an anderen Stellen geeignet, wo das Leitungswasser schlecht schmekkende oder schädliche Mineralstoffe oder andere Verunreinigungen enthält. Es ist auch in Verbindung mit anderen Vorrichtungen geeignet, die das gereinigte Wasser kühlen oder erhitzen, so dass es für die Zubereitung der verschiedensten Nahrungsmittel oder Getränke verwendbar ist.

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Claims (6)

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   Ansprüche

   Vorrichtung zur Reinigung, Speicherung und Abgabe von Wasser für Trinkzwecke aus einer Wasserguelle, die unerwünschte Bestandteile enthält und unter einem hydraulischen Druck steht, gekennzeichnet durch einen luftdichten Behälter (12), der mit Mitteln ausgebildet ist, um Luft unter Druck zu halten, eine im Behälter angeordnete Membraneinheit (18, 56, 54-) zur Gewinnung von gereinigtem Wasser aus dem zufliessenden Wasser durch Umkehrosmose (reverse osmosis), einen Zulauf für das zu reinigende Wasser zu der Membraneinheit, einen ersten Auslauf für das gereinigte Wasser, einen zweiten Auslauf für die abgeschiedenen Mineralstoffe und Verunreinigungen, sowie die Membraneinheit umgebende Mittel zum Auffangen des gereinigten Wassers von den Membranen, auf den Luftdruck im Behälter ansprechende Mittel, die das aufgefangene gereinigte Wasser durch den ersten Auslauf drücken.
2. 2. Vorrichtung nach .Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Begier (96),der auf Druckänderungen in den die Membraneinheit umgebenden Mitteln anspricht, zur Steuerung des Wassereintritts in die Membraneinheit.
3. 5· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Membraneinheit umgebenden Mittel aus einer dehnbaren Blase (90) bestehen, die das gereinigte Wasser aufnimmt.
4. 4-, Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12) eine zylindrische Form hat mit einer öffnung an einem Ende, sowie einen in die Öffnung passenden Deckel (4-2), der mit der Membraneinheit in Verbindung- steht.
5. 5· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

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   dass die Ilembraneinheit aus einer langgestreckten rohrförmigen Hülle (18) und einem in dieser angeordneten Umkehrosmoseelement (54-) mit einem zentral in diesem liegenden Rohr (56) besteht, das an einem Ende durch den Deckel (4-2) und am anderen Ende durch die Hülle (18) gehalten wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anordnung eines dünnen Eohree (74-) im Zentralrohr (56) für die Ableitung des Abfallwassers aus der Membraneinheit zum zweiten .Auslauf.

   7· Vorrichtung nach .Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrohr (56), das dünnere Rohr (74·) > die rohrförmige Hülle (18) und der Deckel (4-2) aus einem plastischen! Material bestehen»

   Der Patentanwalt.

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   Lee rs e i te