DE3490181C2

DE3490181C2 -

Info

Publication number: DE3490181C2
Application number: DE3490181A
Authority: DE
Inventors: Koichi Yamada; Ichiro Hiraiwa; Shin Taniguchi; Toshinari Tokio/Tokyo Jp Zengo
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2004-04-11
Also published as: GB2146263B; EP0142567A1; EP0142567B1; CA1233128A; GB2146263A; DE3490181T1; WO1984004049A1; US4772385A; GB8426165D0; EP0142567A4

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Umkehrosmoseanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Umkehrosmoseanlage ist mit einer Umkehrosmosevorrichtung ausgerüstet, und zwar unter Verwendung von semipermeablen Membranen. Ein unreines Strömungsmittel, welches durch eine Pumpe unter Druck gesetzt ist, wird in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeist, die die Speiselösung in einen relativ reinen Teil der durch die semipermeable Membran gelaufen ist und im wesentlichen aus dem Lösungsmittel besteht und einen Teil mit einer höheren Konzentration des aufgelösten Materials aufteilt.

Die Umkehrosmoseanlage wird typischerweise in Fabriken zur Entsalzung von Salzwassern, wie beispielsweise Salzlösung (Sole), Brackwasser und Seewasser eingesetzt. Um entsalztes Wasser zu erzeugen muß die Speiselösung unter Druck gesetzt werden, und zwar auf einen Wert, der den osmotischen Druck übersteigt.

Kürzlich wurde ein System entwickelt zur Entsalzung eines großen Volumens an Seewasser mit dem Umkehrosmosegerät. Bei diesem System wird die Speiselösung durch eine Zentrifugalpumpe, anstelle einer hin- und hergehenden Pumpe, unter Druck gesetzt, wobei letztere üblicherweise bei dem auf kleinem Maßstab arbeitenden System verwendet wird. Diese neue Art einer Umkehrosmoseanlage hat Probleme bezüglich der Einstellung der Strömung der Produktlösung (dem entsalzten Wasser dann, wenn die Speiselösung Seewasser ist und einer konzentrierten Lösung, wenn die Einspeisung eine Chemikalie enthält).

Eine typische Anordnung des Standes der Technik zur Steuerung des Flusses der Produktlösung einer Umkehrosmoseanlage unter Verwendung einer Zentrifugalpumpe ist in Fig. 1 gezeigt. Die Umkehrosmoseanlage gemäß der Darstellung dient zur Entsalzung von Seewasser. Eine Zentrifugalpumpe 1 wird durch einen Motor 8 angetrieben und setzt das Seewasser unter Druck und schickt es zu einer Umkehrosmosevorrichtung 4, die aus einer Vielzahl von Umkehrosmosemodulen besteht. Das aus der semipermeablen Membran jedes Moduls austretende entsalzte Wasser wird in einem Tank 6 gespeichert. Die konzentrierte Lösung aus der Umkehrosmosevorrichtung wird in eine hydraulische Turbine 7 der Pelton- Radbauart durch Düse 7′ eingespeist. Die Welle der Turbine 7 ist direkt mit dem Rotor des Motors 8 gekuppelt und liefert die Drehenergie zur Pumpe 1 zurück.

Das in Fig. 1 gezeigte Steuersystem weist eine Anzeigevorrichtung 2a auf, die den durch einen Druckfühler 2′ am Einlaß festgestellten Druck der Umkehrosmosevorrichtung feststellt. Die Anzeigevorrichtung kann durch eine Druckanzeigesteuerung ersetzt werden, die einen eingestellten Druckwert und auch den festgestellten Druck anzeigt. Ferner ist ein Druckregulierventil 2 in der primären oder Speiseleitung zwischen der Pumpe 1 und der Umkehrosmosevorrichtung angeordnet. Die Steueruung erfolgt entweder manuell oder automatisch durch die Steuerung 2a, um einen Speisedruck sicherzustellen, der gleich dem eingestellten Wert ist. Das Steuersystem weist ferner einen Strömungsanzeiger 3a auf, der die Strömung über einen Strömungssensor an einem Punkt 3′ der Speiseleitung feststellt (diese Anzeigevorrichtung kann durch eine Strömungsanzeigesteuerung ersetzt werden, welche den eingestellten Wert der Strömung und auch die festgestellte Strömung anzeigt). Ferner ist ein Strömungsregulierventil 3 mit einer integralen Düse 7′ vorgesehen, die am Ende der Sekundärleitung vorgesehen ist und die entweder manuell oder automatisch gesteuert wird, und zwar durch die Steuerung 3a, um eine Strömung der konzentrierten Lösung vorzusehen, die gleich dem eingestellten Wert ist. Die Leitung, auf der das entsalzte Wasser fließt, ist mit einem Strömungsmesser 5 ausgestattet, um den Fluß oder die Strömung des entsalzten Wassers zu messen.

Bei der bekannten Steuerung wird die Umkehrosmoseanlage in einer solchen Weise betätigt, daß der Wiedergewinnungsprozentsatz oder das Verhältnis aus der Strömung des entsalzten Wassers zu der Strömung der Speiselösung konstant gehalten wird. In einigen Fällen ist es erwünscht, den Systembetrieb auf eine solche Betriebsart zu schalten, daß der gewünschte Fluß des entsalzten Wassers erhöht (oder vermindert) wird, und zwar um eine signifikante Größe (beispielsweise Zehnerwerte von Prozent). Bei dem bekannten System sind jedoch komplizierte Ventiloperationen notwendig, um den neu eingestellten Wert der gewünschten Strömung an entsalztem Wasser zu erreichen. Zum einen muß jedes der Ventile 2 und 3 Stück um Stück verschoben werden, um die hydraulische Interferenz dazwischen zu vermeiden. Zum anderen ist die Endstufe der Ventileinstellung allein die Verantwortlichkeit eines erfahrenen Operators, der die Feinabstimmung vornimmt, und zwar unter Bezugnahme auf die Ablesung am Strömungsmesser 5. Dies liegt zum Teil daran, daß es unmöglich ist, den Wert des Speisedrucks vorherzusagen, der notwendig ist, um den gewünschten Fluß an entsalztem Wasser zu erreichen, obwohl die Strömung der Speiselösung bestimmt werden kann durch Aufteilung des Flusses an entsalztem Wasser durch einen festen Wiedergewinnungsprozentsatz. Die erforderliche Zeit zur Vornahme der vollen Einstellung auf eine neue Betriebsart liegt in der Größenordnung von Stunden (typischerweise 2 Stunden).

Das in der Speiseleitung angeordnete Druckregulierventil 2 bewirkt einen Druckabfall im Strömungsmittel und dies hat einen entsprechenden Druckabfall des zur Umkehrosmosevorrichtung zu liefernden Strömungsmittels zur Folge. Infolgedessen wird eine Zentrifugalpumpe mit einer relativ großen Kapazität erforderlich, um diesen Druckabfall zu kompensieren, der durch das Ventil hervorgerufen wird, was aber von zwei Nachteilen begleitet ist: ein niedrigerer Wirkungsgrad bei der Herstellung des entsalzten Wassers und ein relativ großes Leistungserfordernis.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Steuersystems besteht darin, daß es hohe Kosten besitzt, und zwar infolge der Verwendung einer relativ großen Anzahl von Komponenten (d. h. zwei Ventilen, einem Drucksensor, einer Druckanzeigesteuerung, einem Strömungssensor und einer Strömungsanzeigesteuerung). Es ist ebenfalls erwünscht, eine automatische Überprüfung der einzelnen Komponenten der Umkehrosmoseanlage vorzunehmen, und zwar für eine Verringerung deren Leistungsfähigkeit. Noch zweckmäßiger ist es, eine solche Abnahme quantitativ auszuwerten.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Steuern einer Umkehrosmoseanlage vorzusehen, und zwar mit relativ niedrigen Kosten, wobei sich eine effiziente und automatische Steuerung gegenüber der Strömung der Produktlösung, die aus der Umkehrosmoseanlage herauskommt, ergibt. Mit der Steuerung gemäß der Erfindung sind die zuvor erforderlichen komplizierten Ventiloperationen nicht notwendig.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung vorgesehen. Vorzugsweise weist diese die folgenden Elemente auf:
1) eine einzige Vorrichtung (Mittel), vorgesehen in der Konzentrationsleitung zum Aufbau des Drucks des Strömungsmittels im System, 2) eine Vorrichtung (Mittel) zum Einstellen des gewünschten Flusses des Produktströmungsmittels (gereinigtes oder konzentriertes Strömungsmittel, abhängig von den Anwendungen, 3) Vorrichtung (Mittel), die ansprechend auf den gewünschten Wert des Produktströmungsmittelflusses, ausgehend von den Einstellmitteln, den zugehörigen Systemdruck bestimmen, und zwar entsprechend den Leitungskennlinien der verwendeten Zentrifugalpumpe in dem System und entsprechend den Leitungskennlinien der Umkehrosmosevorrichtung, die ebenfalls im System sich befindet, und 4) eine Vorrichtung (Mittel) zum Vorsehen eines Steuersignals für die Druckerzeugungsmittel infolge des Drucksignals, welches von den Druckbestimmungsmitteln gesandt wird. Das System ist ferner derart konstruiert, daß die Druckerzeugungsmittel einen Druck erzeugen, der im wesentlichen gleich im bestimmten Systemdruck ist, wodurch ein Fluß des Produktströmungsmittels erreicht wird, der im wesentlichen gleich dem vom System gewünschten Wert ist. Vorzugsweise bestehen die Druckerzeugungsmittel aus einem einzigen steuerbaren Ventil und einer Ventilbetätigungsvorrichtung dafür. In diesem Falle versehen die Drucksteuermittel die Betätigungsvorrichtung mit einem Steuersignal, welches das Ventil mit einem Hub verschiebt, der ausreicht, um den bestimmten Systemdruck einzustellen.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung ist eine Minimierung des Leistungserfordernisses für die Pumpe vorgesehen, die notwendig ist, um den gewünschten Fluß des Produktströmungsmittels zu erreichen.

Um dieses Ziel zu erreichen, weist die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung ferner Optimiermittel auf, welche auf den gewünschten Wert des Flusses des gereinigten Strömungsmittels ansprechen, welches von den Einstellmitteln geschickt wird, um die optimale Drehzahl der Zentrifugalpumpe zu bestimmen, wobei bei dieser Drehzahl der Maximalfluß des gereinigten Strömungsmittels, erhalten durch das System, im wesentlichen gleich dem anfangs eingestellten Wert ist, und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, welche auf die Optimierungsmittel ansprechen und die Drehzahl der Pumpenantriebsmittel, wie beispielsweise eines Elektromotors eines Motors einer Gasturbine usw. derart steuern, daß die Antriebsmittel und auch die Pumpe sich mit einer optimalen Drehzahl drehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, individuell die Komponenten der Umkehrosmoseanlage zu überprüfen, und zwar im Hinblick auf einen Leistungsabfall für eine spezielle Komponente.

Um dieses Ziel zu erreichen, weist die durch die Erfindung vorgesehene Vorrichtung folgendes auf:
erste Mittel zur Feststellung eines Zustandspegels des in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeisten Strömungsmittels, zweite Mittel zur Feststellung des Zustandspegels des konzentrierten Strömungsmittels, welches von der Umkehrosmosevorrichtung abgegeben wird, Bezugsmittel, die die Normalwerte der Zustandspegel der Einspeise- und konzentrierten Strömungsmittel feststellen, die erhalten werden, wenn das System unter Normalbedingungen arbeitet und Vergleichsmittel, welche ein Signal liefern, welches für einen Abfall der Leistungsfähigkeit einer bestimmten Komponente indikativ ist, und zwar durch Vergleichen der normalen Zustandspegel von den Bezugsmitteln mit den festgestellten Zustandspegeln von den ersten und zweiten Feststell- oder Detektiermitteln.

Diese Vorrichtung informiert den Benutzer automatisch hinsichtlich der Notwendigkeit einer Inspektion, Reparatur oder des Ersatzes eines bestimmten schadhaften Bauteils. Vorzugsweise sind die ersten feststell- oder Detektormittel ein Druckfühler oder Drucksensor zuum Detektieren des Drucks des Speiseströmungsmittels, und die zweiten Detektiermittel sind ein Drucksensor oder Druckfühler zur Detektierung des Drucks der konzentrierten Lösung. Wenn die detektierten Drücke des Speiseströmungsmittels P₀′ und d es konzentrierten Strömungsmittels P₂′ größer sind als ihre entsprechenden Normalwerte P₀ und P₂, die von den Bezugsmitteln geschickt werden, so liefern die Komparatormittel ein Ausgangssignal, welches einen Abfall der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung anzeigt. Wenn P₀<P₀′ uund P₂<P₂′ ist, so erzeugen die Vergleichsmittel ein Signal, welches das Auftreten eines Strömungsmittelverstopfungszustandes in der Systemleitung anzeigt. Wenn P₀<P₀′ und P₂<P₂′, so liefern die Komparatormittel ein Ausgangssignal, welches einen Abfall der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe anzeigt.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung werden Vorrichtungen vorgesehen zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Umkehrosmoseanlage.

Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die Erfindung drei Vorrichtungen vor, und zwar eine zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe, eine weitere zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosevorrichtung und die dritte zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Strömungsmittelkanäle oder Leitungen.

Die Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe weist einen ersten Druckfühler (Sensor) auf zur Detektierung des Drucks der Lösung, die in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeist wird, ferner einen zweiten Druckfühler (Sensor) zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung, die von der Speiselösung durch die Umkehrosmosevorrichtung getrennt wurde, Mittel zur Feststellung der Betriebsposition der Druckvorsehmittel (beispielsweise eines Ventils), angeordnet in der Konzentrationsleitung, Mittel, welches auf die Signale von den ersten und zweiten Drucksensoren anspricht und auch von den Ventilpositioniermitteln zur Bestimmung des Flusses der Speiselösung, die von der Zentrifugalpumpe abgegeben wird, und zwar entsprechend den Leistungseigenschaften der Umkehrosmosevorrichtung und der Strömungskanäle, und ferner Mittel, welche infolge der Strömungsbestimmungsmittel einen Parameter auswerten, der mit dem Ausmaß in Beziehung steht, durch welches der vorliegende Betriebspunkt der Pumpe von dem normalen Betriebspunkt abweicht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen diese Parameterauswertmittel Mittel auf, um das Verhältnis des vorhandenen Wertes des Pumpenabgabedrucks gegenüber dem Normalwert festzustellen.

Die Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosevorrichtung weist folgendes auf: einen ersten Drucksensor zum Detektieren des Drucks, der in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeisten Lösung, einen zweiten Drucksensor zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung, die von der Speiselösung getrennt wurde, und zwar durch die Umkehrosmose-Steuervorrichtung, und zwar ferner mit Mitteln zum Modifizieren des Steuersignals von den Positioniermitteln unter Verwendung des Werts, der die vorliegende Leistungsfähigkeit einer bestimmten Systemkomponente auswertet und der von der entsprechenden Überwachungsvorrichtung, oben gezeigt, geliefert wird.

Wenn eine Änderung der Temperatur der Speiselösung auftritt, so ändert sich auch die aus der Umkehrosmoseanlage kommende Produktlösung. Später besteht daher ein weiteres Ziel der Erfindung darin, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, Änderungen hinsichtlich der Temperatur und der Speiselösung zu kompensieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, weist die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung ferner einen Temperatursensor auf, um die Temperatur der Speiselösung zu detektieren, die in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird und ferner Mittel zum Eichen der Leistungscharakteristika der Umkehrosmosevorrichtungen infolge eines Temperatursignals von dem Temperatursensor.

Im Steuersystem gemäß dem Stand der Technik wird der gewünschte Fluß von entsalztem Wasser Q₁ erreicht, während der Wiedergewinnungsprozentsatz Q₁/Q₀ konstant gehalten wird. Die vorliegende Erfindung verwendet jedoch einen neuen Weg zur Steuerung, gemäß welchem Variationen im Wiedergewinnungsprozentsatz in dem Ausmaß zugelassen werden, daß sie den kritischen Pegel nicht übersteigen, der durch die Umkehrosmosevorrichtung toleriert wird.

Diese sowie weitere Ziele der Erfindung und durch Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm der bekannten Steuerung zur Verwendung bei einer Umkehrosmoseanlage;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage gemäß dem Betriebsprinzip der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm der Operationen zur Bestimmung der Ventilöffnung (oder Öffnungsfläche) aus dem voreingestellten gewünschten Wert der Strömung des entsalzten Wassers;

Fig. 4 zeigt verschiedene charakteristische Kurven zur Illustrierung, wie eine optimale Pumpendrehzahl bestimmt werden kann, um die gewünschte Strömung des entsalzten Wassers zu erreichen;

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches eine Steuerung zur Verwendung mit einer Umkehrosmoseanlage zeigt, welche Mittel aufweist, um die Pumpe zu steuern, damit diese mit optimaler Drehzahl gemäß der Erfindung läuft;

Fig. 6 ist ähnlich Fig. 5 und zeigt eine Steuerung mit Rückkopplungselementen;

Fig. 7 ist im ganzen gleich der Fig. 2 und zeigt die Kennlinien für den Fall einer verschlechterten Umkehrosmosevorrichtung, verglichen mit der normal arbeitenden Vorrichtung;

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosevorrichtung;

Fig. 9 ist im ganzen gleich der Fig. 2 und zeigt die Kennlinien für den Fall einer Leitungsverstopfung, verglichen mit dem Fall normaler Bedingungen;

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung des Druckverlustes in den Strömungsmittelkanälen;

Fig. 11 ist im allgemeinen die gleiche Darstellung wie Fig. 2 und zeigt die Kennlinien für den Fall einer verschlechterten Zentrifugalpumpe, verglichen mit denjenigen für die normale Pumpe;

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Pumpe;

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung mit Alarmmitteln zum Vorsehen selektiver und individueller Überprüfungen von verschlechterter oder abnormaler Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Komponenten in der Umkehrosmoseanlage.

Ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung seien im folgenden in der folgenden Reihenfolge beschrieben:

I. Steuuerung für die Umkehrosmoseanlage unter Verwendung eines einzigen Ventils
- (i) Überblick
- (ii) Umkehrosmoseanlage
- (iii) Steuereinheit (Fig. 2)
  - (A) Verfahren zur Bestimmung des Pumpenabgabedrucks aus dem gewünschten Pegel der Strömungseinstellung von entsalztem Wasser
  - (B) Verfahren zur Bestimmung der Ventilöffnung aus dem Pumpenabgabedruck P₀ und anderen Parametern
  - (C) Ausbildung der Steuereinheit 9
- Abwandlungen
II. Minimierung des Leistungserfordernisss für die Pumpe unter Verwendung einer optimalen Drehzahl
- (i) Überblick
- (ii) Optimale Drehzahl der Pumpe (Fig. 4)
- (iii) Steuerung bei der optimalen Pumpendrehzahl (Fig. 5 und 6)
III. Überwachung der Leistungsfähigkeit jeder der Komponenten der Umkehrosmoseanlage, Auswertung des Ausmaßes der Verschlechterung von dessen Leistungfähigkeit und Identifizierung der Art des speziellen Problems
- (i) Überblick
- (ii) Vorrichtungen zur Bestimmung der Verschlechterung der Membranleistungsfähigkeit, Bestimmung der Verschlechterung des Membranleistungsfähigkeitsindex und Überwachung der Membranleistungsfähigkeit
  - (A) Feststellung eines Abfalls bei der Membranleistungsfähigkeit
  - (B) Verfahren zur Bestimmung des Membranleistungsfähigkeitsindex K₀′
  - (C) Membranleistungsfähigkeitsküberwachung (Fig. 8)
- (iii) Feststellung eines Abfalls bei der Systemleistungsfähigkeit infolge von Wassersteinsatz im Strömungsmittelkanal und Vorrichtung zur Überwachung des Druckverlustes im Kanal
  - (A) Feststellung eines Abfalls in der Systemleistungsfähigkeit infolge eines verstopften Kanals
  - (B) Verfahren zur Bestimmung des Druckverlustes des Strömungsmittels in einem Kanal
  - (C) Vorrichtung zur Verfolgung oder Überwachung des Druckverlustes (Fig. 10)
- (iv) Feststellung eines Abfalls bei der Leistungsfähigkeit der Pumpe und Vorrichtung zur Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung und Überwachung der Pumpenleistungsfähigkeit
  - (A) Feststellung eines Abfalls bei der Pumpenleistungsfähigkeit
  - (B) Verfahren zur Auswertung des Ausmaßes der Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit
  - (C) Vorrichtung zur Überwachung der Pumpenleistungsfähigkeit (Fig. 12)
- (v) Modifizierung der Ventilöffnung durch die Überwachungsvorrichtungen
- (vi) Fehlerfeststellvorrichtung für die drei Systemkomponenten (Fig. 13)

I. Steuerung für die Umkehrosmoseanlage durch Verwendung eines einzigen Ventils (i) Überblick

Beim erfindungsgemäßen Steuersystem ist nur ein einziges Betriebsmittel (wie beispielsweise der Ventilbauart) vorgesehen, und zwar an einem Kanal für konzentriertes Strömungsmittel an einem Punkt stromabwärts gegenüber einer Umkehrosmosevorrichtung, um einen Systemdruck vorzusehen. Das erfindungsgemäße Steuersystem macht Druckeinstellmittel der Ventilbauart gemäß dem Stand der Technik unnötig, die angeordnet sind zwischen einer Zentrifugalpumpe und der Umkehrosmosevorrichtung. In dem erfindungsgemäßen Steuersystem werden die einzigen Druckvorsehmittel beliefert mit einem geeigneten Steuersignal, welches den Druck an der semipermeablen Membran in der Umkehrosmosevorrichtung einstellt, um die gewünschte Strömung an Produktlösung oder entsalztem Wasser zu erhalten. Die Erfinder haben erkannt, daß dann, wenn die Strömung des entsalzten Wassers auf ein gewünschtes Niveau eingestellt ist, der Druck an der semipermeablen Membran, der diese Strömungseinstellung erreicht, bestimmt werden kann. Dieser Druck kann dadurch vorgesehen werden, daß man eine entsprechende Betriebseingangsgröße in die einzigen Druckvorsehmittel oder das Ventil eingibt, die angeordnet sind auf dem Kanal für das konzentrierte Strömungsmittel, und zwar an einem Punkt stromabwärts gegenüber der Umkehrosmosevorrichtung.

(ii) Die Umkehrosmoseanlage

Ein Ausführungsbeispiel der Umkehrosmoseanlage, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, sei im folgenden beschrieben. Die in Fig. 2 gezeigte Umkehrosmoseanlage dient zum Entsalzen von Seewasser. Eine Zentrifugalpumpe 1 nimmt vorbehandeltes Seewasser von einer Ansaugpumpe auf, setzt das Seewasser unter Druck und schickt das unter Druck gesetzte Seewasser zu einer Umkehrosmosevorrichtung 4, die eine Vielzahl von Umkehrosmosemodule oder Einheiten der semipermeablen Membranbauart aufweist. Die Symbole P₀, Q₀ und C₀ repräsentieren den Druck bzw. die Strömung (Fluß) bzw. die Konzentration des abgegebenen Seewassers. Damit die Umkehrosmosevorrichtung 4 entsalztes Wasser erzeugt, muß der hydraulische Druck P_M der Speiselösung oder des primären Strömungsmittels an der Grenzschicht (interface) mit der semipermeablen Membran in jedem Modul höher sein als der osmotische Druck π_M des primären Strömungsmittels nahe dem Interface. Die Differenz zwischen P_M und π_M wird im allgemeinen als der Filtrationsdruck bezeichnet. Genauer gesagt ist der Filtrationsdruck auch abhängig von dem hydraulischen Druck und dem osmotischen Druck des Produktströmungsmittels oder des entsalzten Wassers, welches aus der Umkehrosmosevorrichtung 4 herauskommt. Der Druck bzw. die Strömung bzw. die Konzentration des entsalzten Wassers sind in Fig. 2 durch P₁ bzw. Q₁ bzw. C₁ bezeichnet. Das Strömungsmittel mit der hohen Konzentration, welches aus der Umkehrosmosevorrichtung kommt, läuft durch eine Konzentrations- oder Sekundärleitung, um aus dem System abgegeben zu werden. Die Symbole P₂ bzw. Q₂ bzw. C₂, die benachbart zur Sekundärleitung dargestellt sind, repräsentieren den Druck bzw. die Strömung bzw. die Konzentration des sekundären Strömungsmittels mit hoher Konzentration.

Gemäß dem erfindungsgemäßen System ist die Sekundärleitung mit einer einzigen Systemdruckvorsehvorrichtung oder ein Ventil 3 ausgestattet. Das Ventil 3 weist eine Ventilbetätigungsvorrichtung 3b auf, welche infolge eines Signals arbeitet, welches von einer Steuereinheit 9 geliefert wird, die weiter unten beschrieben wird. Die gezeigte Ventilbetätigungsvorrichtung 3b stellt den Ventilhub ein, um die Öffnung oder die Öffnungsfläche einer Düse 7′ zu definieren. Das in Fig. 2 gezeigte System weist Energiewiedergewinnungsmittel auf. Die Düse 7′ liefert einen Wasserstrahl an eine hydraulische Turbine 7 der Pelton-Radbauart für deren Drehung. Die Turbine 7 ist mechanisch mit einem Pumpenantriebsmotor 8 gekuppelt und liefert einen Teil der zum Antrieb der Pumpe 1 notwendigen Energie. Diese Energiewiedergewinnungsmittel haben allein die Energieeinsparung zum Ziel und sind somit zur Erreichung des primären Ziels des erfindungsgemäßen Steuersystems nicht wesentlich. Ein Temperaturfühler 14 ist am primären Strömungsmittelkanal vorgesehen, der die Zentrifugalpumpe 1 mit der Umkehrosmosevorrichtung 4 verbindet. Die Ausgangsgröße des Temperaturfühlers 14 wird zur Temperatureichung in der im folgenden beschriebenen Steuereinheit verwendet.

Es wurde bisher allgemein davon ausgegangen, daß das Ventil 3, welches allein stromabwärts gegenüber der Umkehrosmosevorrichtung angeordnet ist, nicht in der Lage ist, den gewünschten Pegel der Strömung Q₁ an entsalztem Wasser vorzusehen. Dies liegt zum Teil daran, daß die hin- und hergehende Pumpe durch eine Zentrifugalpumpe kürzlich als Mittel für die Unterdrucksetzung der Strömungsmittel ersetzt wurde. Bei der Zentrifugalpumpe ruft eine Änderung der Öffnung des Ventils 3 eine Änderung sowohl hinsichtlich der Strömung als auch des Drucks des primären Strömungsmittels (Seewassers) hervor, welches von der Pumpe abgegeben wird.

Gemäß der Erfindung ist eine ausgewählte Öffnung für das einzige Ventil in der Lage, den gewünschten Pegel für den Fluß an Produktlösung oder entsalztem Wasser vorzusehen.

(iii) Steuereinheit (Fig. 2)

Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist mit zwei Fähigkeiten ausgestattet: Die eine besteht darin, einen Druck zu bestimmen, um ein gewünschtes vorgewähltes Niveau der Strömung der Produktlösung und des entsalzten Wassers vorzusehen, und die andere Fähigkeit besteht darin, eine entsprechende Betriebsgröße (Hub) für das Ventil derart zu bestimmen und vorzusehen, daß das Vorsehen dieses Druckes möglich ist.

(A) Verfahren zur Bestimmung des Pumpenabgabedrucks aus dem gewünschten Pegel der Strömungseinstellung des entsalzten Wassers (Fig. 3 und 2)

Die Strömung Q₁ einer Lösung oder eines Strömungsmittel mit niedriger Konzentration, welches in einer Umkehrosmosevorrichtung hergestellt wird, wird durch die folgende Korrelation gegeben:

Q₁ = A_MK ΔP, (1)

dabei ist
A_M das effektive Gebiet der semipermeablen Membranen in der Umkehrosmosevorrichtung,
K der Leistungsfähigkeitsindex, bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften, Struktur und Temperatur der semipermeablen Membranen,
ΔP der Filtrationsdruck.

Der Filtrationsdruck ist durch die folgende Beziehung gegeben:

ΔP = (P_M - P₁) - (π_M - π₁), (2)

dabei ist
P_M der an die Oberfläche der Membran in Berührung mit der Speiselösung oder dem primären Strömungsmittel angelegte Durchschnittsdruck,
P₁ der Druck der Produktlösung (entsalztes Wasser) an der sekundären Seite der Membran,
π_M der osmotische Druck der Speiselösung nahe der Grenzfläche (interface) zur Membran,
π₁ der osmotische Druck der Produktlösung (entsalztes Wasser) auf der Sekundärseite der Membran.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei im folgenden das Verfahren zur Bestimmung des Systemdrucks aus einem voreingestellten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers beschrieben. Das gezeigte Verfahren verwendet einen speziellen Algorithmus zur konvergierenden Bestimmung des Abgabedrucks P₀ der Zentrifugalpumpe 1, wobei aber der Fachmann ohne weiteres erkennt, daß irendein anderer Algorithmus verwendet werden kann, der dem gewünschten speziellen Bedürfnis Rechnung trägt, wobei dies aufgrund der in der vorliegenden Anmeldung gegebenen Information möglich ist.

(1) Einstellen der Strömung des entsalzten Wassers Q₁ (Routine 101 in Fig. 3).

(2) Der Wert des Abgabedrucks P₀ der Pumpe 1 wird angenommen oder anfänglich festgelegt (Routine 101 in Fig. 3).

(3) Verwendung der Leistungsfähigkeitskennlinie (Druckabgabe oder Q-H-Kurve) einer Zentrifugalpumpe zur Bestimmung von Q₀, die Abgabe von der Pumpe oder die Strömung von Speiselösung, wobei diese dem Anfangswert des Drucks P₀ entspricht. Die Pumpenleistungsfähigkeitskurve ist durch das Bezugszeichen 21 in der graphischen Darstellung 11 in Fig. 2 angegeben. Die horizontalen und vertikalen Achsen der graphischen Darstellung 11 zeigen Strömung bzw. Druck der Speiselösung an.

(4) Gemäß den Kontinuitätsprinzipien ist Q₂ oder die Strömung des sekundären Strömungsmittels oder der Lösung mit hoher Konzentration gegeben durch:

Q₂ = Q₀ - Q₁,

wobei Q₁ der anfangs eingestellte Wert der Strömung des entsalzten Wassers ist, und Q₀ ist der in Stufe (3) bestimmte Wert.

(5) Die Konzentration C_M der Speiselösung nahe der Oberfläche einer semipermeablen Membran ist durch folgende Annäherung gegeben:

C_M ≈ (C₀ + C₂)/2.

Wenn die Konzentration des entsalzten Wassers C₁ außer Betracht bleiben kann, so wird folgende Gleichung abgeleitet:

C_M = C₀ (1 + Q₀/Q₂)/2.

Daher kann C_M aus C₀ bestimmt werden, konstant für die Konzentration von Seewasser, und Q₀ und Q₂ werden in den Schritten (3) bzw. (4) berechnet.

Aus obigem ergibt sich eine gute Annäherung für das System zur Entsalzuung von Seewasser, wenn aber ein genauerer Wert erwünscht ist, so kann eine bessere Korrelation, die dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden.

(6) Da der osmotische Druck eine Funktion der Konzentration ist, kann die Konzentration der Speiselösung C_M dazu verwendet werden, um den entsprechenden osmotischen Druck π_M zu bestimmen. Die graphische Darstellung 12 in Fig. 2 veranschaulicht die Konzentration, abhängig vom osmotischen Druckprofil durch Kurve 24.

(7) Temperatureichung:
Wenn die Speiselösung einer signifikanten Temperaturänderung ausgesetzt ist, so wird ein Temperaturfühler 14 verwendet, um die Temperatur der durch die Speiseleitung fließenden Lösungg festzustellen. Wenn die detektierte Temperatur T ist, der Wert des Membranleistungsfähigkeitsindex K ist, so kann die Eichung durch folgende Formel erfolgen:

K = K₀ (D_W/T),

dabei ist
K₀ eine Konstante, bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften und die Struktur der semipermeablen Membran,
D_W der Diffusionskoeffizient des Wassers in der Membran,
T die Temperatur der Speiselösung.

Die grahische Darstellung 13 in Fig. 2, veranschaulicht durch Kurve 28, das Profil T, abhängig von D_W/K.

Bei einem Nichtvorhandensein einer Temperaturänderung der Speiselösung kann eine Konstante als Membranleistungsfähigkeitsindex K verwendet werden.

(8) Durch Subtraktion von P_L1, dem Druckverlust des Strömungsmittesl von der Pumpe zu den semipermeablen Membranen ist der Umkehrosmosevorrichtung 4 von P₀, der Anfangseinstellung des Pumpenabgabedrucks, erhalten in Schritt (2), dann P_M oder der Druck an der Speiseseite der Membran bestimmt werden. Der Leitungsdruckverlust P_L1 hängt ab von der Strömung der Speiselösung, wie dies aus Q₀ bestimmt werden kann (wie dies im Schritt (3) erhalten wurde), und zwar entweder empirisch oder durch eine geeignete Korrelation (beispielsweise P_L1=a₁Q₀²).

(9) Der Filtrationsdruck ΔP ist gegeben durch:

ΔP = (P_M - P₁) - (π_M - π₁).

Beim Normalbetrieb des Systems halten der Druck des entsalzten Wassers P₁ und sein osmotischer Druck π₁ im wesentlichen feste Niveaus ein, und sie können somit als zwei Konstanten angesehen werden. Unter Verwendung dieser Konstanten, wie auch die Werte π_M und P_M, bestimmt in den Schritten (6) und (8), kann der Filtrationsdruck ΔP erhalten werden.

(10) Wie bereits erwähnt, ist die Strömung des entsalzten Wassers Q1 durch die folgende Gleichung gegeben: Q₁=A_MK ΔP. In dieser Formel ist A_M eine bekannte Konstante (die effektive Fläche der semipermeablen Membran), so daß die Strömung des entsalzten Wassers unter Verwendung dieser Konstante berechnet werden kann, und zwar ferner unter Verwendung des in Schritt (7) bestimmten Membranleistungsfähigkeitsindex K und des in Schritt (9) bestimmten Filtrationsdrucks ΔP. Dieser Berechnungsschritt ist in Fig. 3 durch Rouutine 102 gezeigt. Auf den folgenden Seiten ist der berechnete Strömungswert des entsalzten Wassers durch Q_{1 CALC} repräsentiert. Die Korrelation zwischen der Strömung des entsalzten Wassers und dem Filtrationsdruck ΔP ist in der graphischen Darstellung 15 in Fig. 2 durch eine gerade Linie 25 veranschaulicht.

(11) In diesem Schritt wird Q₁, welches in Schritt (1) eingestellt wurude, verglichen mit Q_{1 CALC} (Routine 103 in Fig. 3). Wenn die Differenz zwischen den beiden Werten größer ist als eine tolerierbare Grenze, so wird der Pumpenabgabedruck P₀ auf den neuesten Stand gebracht und die Folge der Schritte (2) bis (10) wiederholt, oder die Q_{1 CALC}-Erhalte- Routinen 101 und 102 werden vorgesehen, bis die Differenz zwischen dem anfangs eingestellten Q₁ und dem bestimmten Q_{1 CALC} kleiner wird als die tolerierbare Grenze. Anders ausgedrückt wird diese auf den neuesten Stand-bring- Operation in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Wert Q_{1 CALC}, erhalten durch Berechnung, mit dem auf den neuesten Stand gebrachten P₀ auf den eingestellten Wert Q₁ hin konvergiert. Der Fachmann erkennt, daß verschiedene Algorithmen zur Erreichung dieser Konvergenz eingesetzt werden können.

Der voreingestellte oder vorgesetzte Wert Q₁ der Strömung des entsalzten Wassers hat im allgemeinen zwei entsprechende Werte als P₀ oder den Abgabedruck einer Pumpe. Dies liegt an der charakteristischen Beziehung der Strömung des entsalzten Wassers gegenüber dem Pumpenabgabedruck oder dem Druck an der Umkehrosmosevorrichtung. Die graphische Darstellung 11 in Fig. 2 veranschaulicht mit Kurve 23 den Pumpenabgabedruck, abhängig von der Strömung des entsalzten Wassers. Wenn der Pumpenabgabedruck P₀ und somit der Wasserdruck P_M an der Umkehrosmosevorrichtung einen kleinen Wert hat, der nicht in der Lage ist, den osmotischen Druck π_M der Speiselösung in der Umkehrosmosevorrichtung (beispielsweise ΔP<0) zu überwinden, so wird kein entsalztes Wasser erzeugt. Wenn der Abgabedruck der Pumpe ansteigt, so wird auch der osmotische Druck π_M der Speiselösung an der semipermeablen Membran ansteigen. In der frühen Stufe ist jedoch die Anstiegsrate des Pumpenabgabedrucks größer als der Anstieg des osmotischen Drucks π_M, und daher setzt der Filtrationsdruck ΔP seinen Anstieg fort, was einen proportionalen Anstieg der Strömung des entsalzten Wassers bedeutet. Wenn die Rate des Anstiegs des Filtrationsdrucks ΔP Null wird, so wird eine maximale Strömung an entsalztem Wasser Q_{1 max} erhalten (vgl. Kurve 23 in Fig. 2).

Ein weiterer Anstieg des Pumpenabgabedrucks hat eine Verminderung des Filtrationsdrucks ΔP zur Folge. Dies führt zu einer verminderten Strömung des entsalzten Wassers. Schließlich wird die Strömung des entsalzten Wassers Null, und zwar bei einem Druck entsprechend einem Punkt auf der charakteristischen Q-H-Kurve der Pumpe, wo die Strömung des primären Strömungsmittels Null ist.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die charakteristische Kurve für die Strömung des entsalzten Wassers abhängig vom Pumpenabgabedruck oder Wasserdruck an einer semipermeablen Membran in der Umkehrosmosevorrichtung aus zwei Zonen oder Gebieten besteht: Die eine ist das Gebiet, wo die Strömung des entsalzten Wassers mit ansteigendem Druck ansteigt, die andere ist das Gebiet, wo die Strömung des entsalzten Wassers durch einen weiteren Anstieg des Drucks abnimmt. Die charakteristische Kurve 23 wird gemäß dem obigen Verfahren durch Auftragen der Werte des Pumpenabgabedrucks P₀ erhalten, und zwar entsprechend den verschiedenen Einstellungen der Strömung des entsalzten Wassers Q₁.

Die Kurve 22 in der grapischen Darstellung 11 (Fig. 2) veranschaulicht die Beziehung von Q₂, der Strömung des sekundären Strömungsmittels oder der Lösung hoher Konzentration, gegenüber dem Pumpenabgabedruck P₀. Diese Kurve kann man dadurch erhalten, daß man die P₀-Q₁ charakteristische Kurve 23 von der Q-H charakteristischen Kurve 21 der Pumpe 1 abzieht.

Wie bereits erwähnt, gibt es zwei berechnete Werte des Pumpenabgabedrucks, die einem speziellen eingestellten Wert der Strömung des entsalzten Wassers Q₁ genügen. Um nur einen Wert als eine Abgabedruckeinstellung zu verwenden, werden die folgenden beiden Erfordernisse für den Systembetrieb als Auswahlkriterien verwendet. Das erste und hauptsächliche Erfordernis besteht darin, daß der Wiedergewinnungsprozentsatz oder das Verhältnis aus Strömung von entsalztem Wasser zu Strömung von Primärströmungsmittel (Q₁/Q₀) innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, der einen normalen Betrieb der Osmosevorrichtung garantiert. Das zweite Erfordernis für die Auswahl besteht darin, daß die Pumpe mit weniger Energie antreibbar ist.

Auf diese Weise wird nunmehr P₀ bestimmt, d. h. der Druck des primären Strömungsmittels oder der Abgabedruck der Pumpe 1 der den gewünschten Pegel der Strömung an entsalztem Wasser Q₁ vorsieht und die beiden Erfordernisse für den Systembetrieb befriedigt. Auch die anderen Systemzustandsvariablen einschließlich der entsprechenden Strömung des primären Strömungsmittels Q₀ und der des sekundären Strömungsmittels (konzentrierte Lösung) sind bestimmtt.

(B) Verfahren zur Bestimmung der Ventilöffnung aus dem Pumpenabgabedruck P₀ und anderen Parametern

(12) Der Druck der konzentrierten Lösung P₂ an der Düse 7′ kann empirisch aus den drei in Schritt (11) bestimmten Werten bestimmt werden, d. h. dem Abgabedruck P₀ der Pumpe 1, der Strömung des primären Strömungsmittels Q₀ und der Strömung der konzentrierten Lösung Q₂. Alternativ kann die folgende Korrelation zur Berechnung von P₂ verwendet werden:

P₂ = P₀ - P_L1 - P_L2,

dabei ist
P_L1 der Strömungsmitteldruckverlust in der Leitung von Pumpe 1 zur Umkehrosmosevorrichtung 4,
P_L2 der Strömungsmitteldruckverlust in der Leitung von der Umkehrosmosevorrichtung zur Düse 7′.

Auf der rechten Seite der Korrelation ist P_L1 gegeben durch a₁Q₀² und P_L2 durch a₂Q₂², wobei a₁ und a₂ jeweils eine Ver lustkonstante sind.

Wenn der Leitungsdruckverlust des Strömungsmittels weniger wesentlich kleiner ist als der Pumpenabgabedruck und keine große Fluktuation in der Strömung des primären Strömungsmittels und der konzentrierten Lösung vorliegt, so kann eine Konstante für sowohl P_L1 wie auch P_L2 verwendet werden.

(13) Die Düse 7′ ist eine Vorrichtung zur Umwandlung eines hydraulischen Drucks in die kinetische Energie eines Wasser strahls. Die Geschwindigkeit (v) eines Strömungsmittels weg geschleudert von der Düse 7′ kann durch die folgende Gleichung unter Verwendung von P₂ oder dem hydraulischen Druck an dem Düseneinlaß in Schritt (12) bestimmt werden:

dabei ist
α konstant und
g die Erdbeschleunigung.

Diese Formel ist durch Kurve 26 in der graphischen Darstellung 16 der Fig. 2 veranschaulicht.

(14) Die Öffnung oder Apertur A ν des Steuerventils 3 kann durch folgende Gleichung berechnet werden, und zwar unter Verwendung der Strömung der konzentrierten Lösung Q₂, be stimmt in Schritt (11) und der Geschwindigkeit des Wasser strahls v, bestimmt in Schritt (13):

Aν = Q₂/ν1.

(15) Die Betriebsgrößen oder der Hub S des Steuerventils kann aus der Ventilöffnung, abhängig von den Hubcharakteristiken des Ventils bestimmt werden, und zwar durch Verwendung von Aν, bestimmt in Schritt (14). Die graphische Darstellung 17 in Fig. 2 zeigt durch Kurve 27 eine typische Ventil öffnungs/Hubprofilabhängigkeit. Ein den Hub S anzeigendes Signal wird in die Betätigungsvorrichtung 3b des Steuerventils 3 eingespeist, und zwar durch einen Treiber 18, der seinerseits das Ventil um Hub S verschiebt oder verstellt, um eine Aν entsprechende Ventilöffnung vorzusehen. Infolgedessen entwickelt das Steuerventil 3 mit einer Öffnung Aν einen Systemdruck und eine Wasserströmung gleich den eingestellten und in Schritt (11) berechneten Werten, wodurch der gewünschte Pegel der entsalzten Wasserströmung vorgesehen wird.

(C) Ausführung der Steuereinheit 9

Die Steuereinheit 9 kann dadurch realisiert werden, daß man digitale oder analoge Funktionsgeneratoren kombiniert, die die charakteristischen in Fig. 2 gezeigten Kurven erzeugen. In der einfachsten Form kann die Steuereinheit 9 durch einen einzigen Funktionsgenerator realisiert werden, der in der Lage ist, eine Ventilbetätigungsgröße oder einen Hub S zu erzeugen, der dem gewünschten Pegel der entsalzten Wasserströmungsein stellung Q₁ entspricht. Alternativ kann der Ventilhub S unter Verwendung der eingestellten Eingangsgröße Q₁ gelesen werden, um Zugriff zu einer Nachschautabelle der Speicherbauart zu erhalten. In einer ausgeklügelteren Operationsform kann die Steuereinheit durch einen Computer realisiert werden, und zwar einschließlich eines Speichers, der die notwendigen Systemvariablen speichert, einer Eingangsvorrichtung, typischerweise entweder der Tastatur oder Schalterbauart, wobei dadurch die gewünschte Werte, die im System eingestellt werden sollten, eingegeben werden, und schließlich kann der Computer noch einen Datenprozessor aufweisen, der die Eingangs daten verarbeitet, und zwar durch die in den Abschnitten (A) und (B) beschriebenen Verfahren.

(iv) Abwandlungen

Auf den vorangegangenen Seiten wurde das erfindungsgemäße Steuersystem unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wo das System zur Entsalzung von Seewasser angewandt wird. Das vorliegende System kann auch zur Steuerung eines Verfahrens zur Konzentration eines eine Chemikalie enthaltenden Strömungsmittels durch eine Umkehrosmosevorrichtung verwendet werden. In diesem Falle ist die zu steuernde oder kontrollierende Menge nicht die Strömung des entsalzten Wassers, sondern die Strömung einer konzentrierten Lösung. Aus dem voreingestellten Wert der Strömung der konzentrierten Lösung und gemäß dem oben in Abschnitten (A) beschriebenen Verfahren mit notwendigen Modifikationen, die dem Fachmann gegeben sind, wird der Abgabedruck einer Zentri fugalpumpe und andere Systemzustandsvariable, die den vorhandenen Pegel der Strömung der konzentrierten Lösung erreichen, bestimmt.

In der Umkehrosmoseanlage gemäß Fig. 2 wird eine hydraulische Turbine der Pelton-Radbauart verwendet, und zwar angetrieben durch einen Wasserstrahl von einer Düse, wobei diese Turbine als Energiewiedergewinnungsmittel verwendet wird. Wenn gewünscht, kann diese Turbine durch eine umgekehrt laufende Pumpenturbine ersetzt sein. Wenn das System von einer so kleinen Größe ist, daß die Energiewieder gewinnung keine substantielle Kosteneinsparung bringt, so kann die Turbine insgesamt weggelassen werden und es wird ein Steuerventil 3 verwendet, um einfach die konzentrierte Lösung aus dem System abzugeben.

Das System der Fig. 2 hängt von einer Steuerung mit offener Schleife ab. Wenn notwendig, können Mittel zur Detektierung bestimmter Systemzustandsvariabler (beispielsweise Druck oder Strömung) zugegeben werden, und zwar aus Gründen der Bestätigung oder Rückkopplung. Ein Beispiel solcher Mittel ist ein Fühler zur Detektierung des Abgabedrucks der Zentrifugal pumpe. Die Ausgangsgröße dieses Fühlers wird mit einem berechneten Wert des Pumpenabgabedrucks verglichen, wobei dieser Wert in der Steuereinheit 9 erhalten wurde, um den ein gestellten Wert des Pumpenabgabedrucks erneut zu berechnen oder zu korrigieren, um so die Ventilöffnung zu korrigieren, damit der tatsächlich dadurch entwickelte Pumpenabgabedruck gleich dem korrigierten Wert ist.

II. Minimierung des Leistungserfordernisses für die Pumpe unter Verwendung einer optimalen Drehzahl (i) Überblick

Das in Abschnitt I beschriebene Steuersystem setzt voraus, daß die Zentrifugalpumpe 1 mit einer vorbestimmten Drehzahl, beispielsweise der Nenndrehzahl pro Minute, läuft. Die Q-H- Leistungsfähigkeit der Pumpe hängt von ihrer Drehzahl ab. Daher verändert sich auch die Strömung Q₁ der Produktlösung gegenüber dem Pumpenabgabedruck P₀ mit der Pumpen drehzahl. Die zum Antrieb der Pumpe erforderliche Leistung hängt von sowohl der Pumpendrehzahl als auch von deren Abgabe ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Drehzahl der Pumpe mit einem Optimalpegel bestimmt werden, der das Leistungserfordernis minimiert, um so den gewünschten Pegel der Strömung der Produktlösung, beispielsweise des entsalzten Wassers, vorzusehen.

Wie sich aus der Beschreibung des Abschnitts I ergibt, kann dann, wenn die Pumpe mit einer bestimmten Drehzahl läuft, eine maximale Strömung oder ein maximaler Fluß des entsalzten Wassers oder Q_{1 max} bei einem bestimmten Pumpenabgabedruck P₀₁ vorgesehen werden (vgl. die Pumpenleistungsfähigkeits kurve 21 und die P₀-Q₁ charakteristische Kurve 23 in Fig. 2). Der Wert von Q_{1 max} steigt mit höherer Pumpendrehzahl an. Für einen gegebenen Wert Q₀ nimmt das Leistungserfordernis für die Pumpe zur Lieferung des Strömungsmittels mit niedrigerer Pumpendrehzahl ab. Gemäß der Erkenntnis der Erfinder kann eine optimale Pumpendrehzahl an einem Punkt auf der P₀-Q₁-Kennlinie (charakteristische Kurve) mit einer maximalen Strömung der Produktlösung (beispielsweise entsalzten Wassers) Q_{1 max} gefunden werden, der gleich dem gewünschten Wert Q₁ ist. Das Leistungserfordernis für die Pumpe kann minimiert werden durch deren Laufen bei dieser optimalen Drehzahl.

(11) Optimale Drehzahl der Pumpe (Fig. 4)

Das Verfahren zum Auffinden einer optimalen Drehzahl für die Zentrifugalpumpe 1 wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. In der graphischen Darstellung (A) der Fig. 4 zeigt die Kurve 21 die Q-H-Leistungsfähigkeitscharakteristiken (Abgabedruck P₀, abhängig von der Strömung der Speise lösung Q₀) der Pumpe bei der Nenndrehzahl N_R. Die Kurve 23 zeigt die Charakteristiken des Abgabedrucks P₀, abhängig von der Strömung des entsalzten Strömungsmittels Q₁ bei der gleichen Drehzahl N_R. Die Kurve 21-1 zeigt die Q-H-Leistungsfähigkeitscharakteristiken der Pumpe bei 0,9 N_R, wohingegen die Kurve 23-1 die P₀-Q₁-Charakteristiken entsprechend dieser Kurve zeigt. In ähnlicher Weise zeigen die Kurven 21-2 bzw. 23-2 die Q-H-Leistungsfähigkeitscharakteristika der Pumpe und die P₀-Q₁-Charakteristika. Eine gestrichelte Linie 29 zeigt das Pumpendrehzahl/Q_{1 max}-P₀-Profil, das erhalten wird durch Auftragen der Werte der maximalen Strömung (Q_{1 max}) auf den P₀/Q₁ charakteristischen Kurven für verschiedene Pumpendrehzahlen, nämlich die Werte der maximalen Strömung des entsalzten Wassers, die bei den verschiedenen Pumpendrehzahlen erhalten werden können. Die Kurve 31 zeigt die Abgabekennlinie oder Charakteristik eines Druck regulierventils 2 (vgl. Fig. 1), vorgesehen in der Speiseleitung des konventionellen Systems und diese Kennlinien oder Charakteristika geben den Druck, abhängig von der Strömung des primären Strömungsmittels, bei der Pumpennenndrehzahl N_R an. Wie in dieser Beschreibung später ausgeführt werden wird, repräsentiert eine gestrichelte Linie 32 die optimalen Pumpenbetriebscharakteristika, die erhalten werden durch Aufzeichnen der Pumpenbetriebs- oder Operationspunkte, die in der Lage sind, eine maximale Strömung des entsalzten Wassers bei verschiedenen Pumpendrehzahlen vorzusehen.

Die Kurve 33 in der graphischen Darstellung (B) der Fig. 4 entspricht der charakteristischen Kurve 23 in der graphischen Darstellung (A) und zeigt das Profil der Pumpendrehzahl, abhängig von der Maximalströmung (Q_{1 max}). Die Kurven 34, 34-1 und 34-2 in der graphischen Darstellung (C) in Fig. 4 zeigen die Beziehungen der Abgabe (Q₀) von der Pumpe 1 und das Leistungserfordernis (HJP) für die entsprechenden Pumpen drehzahlen von N_R, 0,9 N_R und 0,8 N_R.

In der graphischen Darstellung (A) befindet sich der Punkt (d) auf der P₀-Q₁-Kennlinienkurve 23-1 für eine Pumpendreh zahl von 0,9 N_R und zeigt die maximale Strömung des entsalzten Wassers Q₁′_max an, die erhalten wird durch die Umkehrosmoseanlage bei 0,9 N_R, und ferner wird auch angezeigt der Pumpenabgabedruck oder der Druck am Einlaß der Umkehrosmosevorrichtung P_0a, der sich dann entwickelt, wenn Q₁′_max erhalten wird. In diesem Fall arbeitet die Pumpe am Punkt (a) auf der Pumpenleistungsfähigkeits kennlinienkurve 21-1 für die gleiche Pumpendrehzahl (0,9 N_R). Dieser Punkt (a) zeigt, daß das primäre Strömungs mittel mit einer Rate oder Geschwindigkeit von Q_0a fließt. Das entsprechende Leistungserfordernis ist Ha, wie dies durch den Punkt (a) auf der Kurve 34-1 angegeben ist. Wenn, wie man aufgrund der folgenden Beschreibung erkennt, die maximale Strömung Q₁′_max, die bei einer Pumpendrehzahl von 0,9 N_R erhalten wird, gleich dem gewünschten Pegel der entsalzten Strömung Q₁ ist, so ist 0,9 N_R die optimale Pumpen drehzahl, bei der das Leistungserfordernis der Pumpe minimiert ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die P₀-Q₁-Kennlinien kurve 23 für eine Pumpendrehzahl von N_R zwei Punkte (e) und (f), bei denen die Strömung des entsazten Wassers gleich der maximalen Strömung Q₁′_max für eine Drehzahl von 0,5 N_R ist. Der Punkt (e) zeigt, daß der Pumpenabgabedruck oder der Druck am Einlaß der Umkehrosmosevorrichtung einen Wert P_0d besitzt, der größer ist als der Wert P_0a am Punkt (d). Ein Pumpenbetriebspunkt entsprechend dem Punkt (e) ist der Punkt (g) auf der Kurve 21, und dieser letztgenannte Punkt zeigt, daß die Strömung der Speiselösung Q_0b ist.

Der Wiedergewinnungsprozentsatz oder das Verhältnis der Strömung der Produktlösung (beispielsweise entsalzten Wassers) zur Strömung der Speiselösung muß innerhalb eines Bereichs liegen, der den normalen Betrieb der Umkehrosmosevorrichtung sicherstellt. Für das Entsalzungssystem von Seewasser liegt der kritische Wiederge winnungsprozentsatz, der durch das System toleriert wird, im allgemeinen Bereich zwischen 20 und 40%. Wenn das System so betrieben würde, daß die Speiselösung mit einer Strömungs rate von Q_0b (gezeigt durch Punkt (g)) betrieben wird und um entsalztes Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von Q₁ (angedeutet durch Punkt (e)) vorzusehen, so würde der Wiedergewinnungsprozentsatz (Q₁/Q_0b) seinen kritischen Wert übersteigen. Die Betriebspunkte (e) und (g) sind daher von den Systemerfordernissen der vorliegenden Erfindung ausge schlossen.

Der dem Punkt (f) entsprechende Pumpenbetriebspunkt ist der Punkt (c) auf Kurve 21 und dieser Punkt zeigt an, daß die Strömung der Speiselösung Q_0c ist. Das Leistungs erfordernis zum Vorsehen dieses Strömungspegels oder Niveaus ist Hc, was durch Punkt (b) auf der Leistungser forderniskurve 34 für eine Pumpendrehzahl von N_R angegeben ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Punkt (a) auf der Kurve 21-1 auch auf der Kurve 31, die die Aus gangscharakteristika des Druckregulierventils für eine Pum pendrehzahl von N_R anzeigt. In diesem Fall ist der Druck am Einlaß der Umkehrosmosevorrichtung P_0a und die Strömung des Strömungsmittels, die in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeist wird, ist Q_0a. Die Strömung des erzeugten entsalzten Wassers ist gleich dem Wert, angegeben durch Punkte (d) auf der Kurve 23-1 (P₀-Q₁ charakteristische Kurve für die Drehzahl von 0,9 N_R), der dem Pumpen betriebspunkt (a) entspricht. Dies ist so bei den beiden Fällen, daß in die Umkehrosmosevorrichtung eingespeiste Strömungsmittel gleichen Druck und Strömung besitzen. Der Pumpenbetriebspunkt, der dem Punkt (a) assoziiert mit dem Druckregulierventeil entspricht, wird am Punkt (b) gefunden. Man kann daher sehen, daß das Druckregulierventil einen Druckabfall gleich der Differenz zwischen P_0d, angegeben durch Punkt (b) und P_0a, angegeben durch Punkt (a) bewirkt hat. Das Leistungserfordernis entsprechend dem Pumpen betriebspunkt (b) in der graphischen Darstellung (A) hat einen Wert Hb, angegeben durch Punkt (b) auf der Leistungs anforderungskurve 34 in der graphischen Darstellung (C). Der Wert Hb zeigt die Leistung an, die erforderlich ist, um eine Strömung von entsalztem Wasser Q₁ vorzusehen, und zwar von dem mit einer Pumpendrehzahl von N_R betriebenen System, unter Verwendung des zweiten Druckregulierventils, positioniert an der Speiseleitung. Der Wert Ha, der kleiner ist als der Wert Hb und der durch Punkt (a) auf Kurve 34-1 an gegeben ist, bezieht sich auf die Leistung, die erforderlich ist, um die gleiche Strömung des entsalzten Wassers vorzusehen, wenn das System bei einer Pumpendrehzahl von 0,9 N_R betrieben wird und ohne Verwendung des zweiten Druck regulierventils.

Wie sich aus der weiteren Beschreibung ergibt, kann zur Mi nimierung der Leistung, die erforderlich ist, um den gewünschten Pegel der Strömung der Produktlösung oder des entsalzten Wassers vorzusehen, das System mit einer optimalen Pumpendrehzahl betrieben werden, wobei der Punkt der maximalen Strömung des entsalzten Wassers auf der entsprechenden P₀-Q₁-Kennlinienkurve gleich dem gewünschten Strömungs pegel ist. Die Pumpe läuft bei einem bestimmten Betriebspunkt auf der Q-H-Leistungsfähigkeitskurve, assoziiert mit diesem Punkt des maximalen Flusses des entsalzten Wassers, und ihr Abgabedruck wird durch das einzige Ventil reguliert, welches stromabwärts gegenüber der Umkehrosmosevorrichtung positioniert ist.

Ein Beispiel des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Pum pendrehzahl sei im folgenden beschrieben.

(1) Bereiten von Daten hinsichtlich der maximalen Strömung des entsalzten Wassers, abhängig vom Pumpenabgabedruck für verschiedene Pumpendrehzahlen, wie dies durch Kurve 29 in Fig. 4 dargestellt ist.

(2) Stelle die Strömung des entsalzten Wassers auf einen gewünschten Pegel oder ein gewünschtes Niveau ein.

(3) Abtasten der Daten, hergestellt im Schritt (1) und Vergleich der Maximalströmung des entsalzten Wassers für jede der überprüften Pumpendrehzahlen mit dem gewünschten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers.

(4) Auswahl einer Maximalströmung des entsalzten Wassers, die am dichtesten zum gewünschten Pegel oder Niveau liegt. Die optimale Pumpendrehzahl ist der Wert, der dieser ausgewählten Maximalströmung des entsalzten Wassers entspricht. Der Pumpenabgabedruck wird gleichzeitig bestimmt.

Das oben angegebene Verfahren geht davon aus, daß der Wieder gewinnungsprozentsatz innerhalb des tolerierbaren Bereichs gehalten wird, wenn das System bei irgendeinem maximalen Strömungspunkt betrieben wird, und zwar auf dem P₀-Q₁-Cha rakteristika (beispielsweise Punkt (d) auf Kurve 23-1 in Fig. 4. Wenn diese Erfordernis durch die verwendete Umkehrosmosevorrichtung nicht erfüllt wird, so müssen notwendige Modifikationen an den in Schritt (1) erhaltenen Daten vorgenommen werden, so daß der Wiedergewinnungsprozent satz der modifizierten Daten innerhalb tolerierbarer Grenzen liegt. Insbesondere wird die Strömung des entsalzten Wassers für den maximalen Wiedergewinnungsprozentsatz toleriert durch die spezielle Umkehrosmosevorrichtung als die maximale Strömung des entsalzten Wassers ausgewählt.

Mittel zur Bestimmung der optimalen Drehzahl können durch einen digitalen oder analogen Funktionsgenerator realisiert werden, der infolge eines Eingangssignals, welches den gewünschten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers anzeigt, ein Signal erzeugt, welches für die optimale Pumpendrehzahl indikativ ist. Sobald die optimale Pumpendrehzahl und der Pumpenabgabedruck entsprechend dem gewünschten voreingestellten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers bestimmt sind, wird die Öffnung des Ventils, die notwendig ist, um den so bestimmten Pumpenabgabedruck vorzusehen, automatisch durch das oben in Abschnitt I, (iii) (B) bestimmt.

(iii) Steuerung bei optimaler Pumpendrehzahl. (Fig. 5 und 6)

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit für die Umkehrosmoseanlage, das gemäß dem erfindungs gemäßen Prinzip, welches unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, beschrieben wird. Mit 35 ist eine Eingabevorrichtung typischerweise der Tastaturbauart bezeichnet, welche eine Einstellung des gewünschten Pegels für die Strömung des entsalzten Wassers Q₁ vorsieht. Eine Vorrichtung 36 ist ein Funktionsgenerator, der ein Signal erzeugt, welches die optimale Pumpendrehzahl N anzeigt, und zwar infolge des Signals, das von der Eingabevorrichtung 35 eingegeben wird und welches den gewünschten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers Q₁ angibt. Infolge dieses Befehls steuert die Motordrehzahlsteuerung 38, gekuppelt mit dem Funktionsgenerator, einen Zentrifugalpumpen antriebsmotor 8 derart, daß die Pumpe sich mit optimaler Drehzahl dreht. Mit 37 ist ein Funktionsgenerator bezeichnet, der infolge des Signals, welches von der Eingangsvorrichtung 35 eingegeben wurde und welches den gewünschten Strömungspegel Q₁ anzeigt, den Wert des Hubs erzeugt, der eine Funktion ist von Q₁ und durch den das Ventil 3 stromabwärts gegenüber der Umkehrosmosevorrichtung verstellt werden muß. Der Funktionsgenerator 37 liefert einen Befehl über einen Treiber 18 an eine Betätigungsvorrichtung 3b des Ventils 3, positioniert in der Sekundärleitung und bewirkt, daß das Ventil um den Hub, angegeben durch den Befehl, verstellt wird. Infolgedessen erzeugt das System entsalztes Wasser mit der gewünschten Strömungsrate Q₁, während die Pumpe mit der optimalen Drehzahl läuft, und der Strömungsmitteldruck wird durch das Ventil 3 vorgesehen. Ein Strömungsmesser 5 ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung, kann aber verwendet werden, um die tatsächliche Strömung des entsalzten Wassers aus Gründen der Bestätigung zu messen.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 5. Diese Abwandlung ist in erster Linie gekennzeichnet durch einen Druckfühler 2b, der auf der Versorgungs- oder Primär leitung angeordnet ist, um den Druck des durch diese Leitung fließenden Strömungsmittels festzustellen. Dieser Fühler oder Sensor 2b erzeugt ein Signal, welches den tatsächlichen Abgabedruck der Pumpe P₀ (REAL) angibt, der zum optimalen Pumpendrehzahlgenerator 36 rückgekoppelt wird. Der Generator 36 kann Mittel aufweisen, um den tatsächlichen Abgabedruck (festgestellt durch Sensor 2b) mit dem berechneten Druck, ge speichert im Generator 36, zu vergleichen. Infolge des Ergebnisses dieses Vergleichs werden Druckwiederberechnungsmittel (nicht gezeigt) im Generator 36 den berechneten Druck modifizieren oder auf den neuesten Stand bringen, so daß der wiederberechnete Wert mit dem tatsächlichen Druck übereinstimmt.

In gleicher Weise ist die Konzentrations- oder Sekundärleitung mit einem Druckfühler oder Sensor 19 ausgestattet, um den Druck des durch diese Leitung fließenden Strömungsmittels fest zustellen. Dieser Sensor 19 speist zum Hubgenerator 37 ein Signal zurück, welches den tatsächlichen Druck des konzentrierten Strömungsmittels P₂ (REAL) anzeigt. Der Hubgenerator 37 führt eine Wiederberechnung (Rekalkulation) des Drucks aus, so daß der wiederberechnete Druck mit dem tatsächlichen Druck übereinstimmt.

Das Steuersystem der Fig. 6 hat den Vorteil, daß es präzisere Systemzustandsvariablen vorsieht. Jeder der als Rückkopplungs elemente verwendeten Drucksensoren kann durch einen Strömungs messer ersetzt werden. Die Verwendung eines Strömungsmessers ist jedoch nicht kosteneffektiv, da dies relativ teuer ist. Es kann auch ein einziges Rückkopplungselement anstelle einer Vielzahl von Elementen verwendet werden. Beispielsweise können die primären und sekundären Strömungsmitteldruckfühler 2b und 19 weggelassen werden.

Ähnliche konventionelle Antriebsmittel für die Zentrifugal pumpe, wie beispielsweise ein Motor, eine Gasturbine usw. können für den Motor 8 eingesetzt werden.

III. Überwachung der Leistungsfähigkeit jeder der Komponenten der Umkehrosmoseanlage, Auswertung des Ausmaßes der Verschlechterung seiner Leistungsfähigkeit und Identifizierung der Art des speziellen Problems (i) Überblick

Die Beschreibung in den Abschnitten I und II nimmt an, daß das System unter normalen Bedingungen arbeitet und liefert konstante Leistungscharakteristika. Dies rechtfertigt die Verwendung einer vorbestimmten Konstante wie den Membranlei stungsfähigkeitsindex K_o, und ein vorbestimmtes Muster für die Q-H-Kennlinienkurve der Zentrifugalpumpe. Beim tatsächlichen Betrieb des Systems verschlechtert sich jedoch die Leistungsfähigkeit aus dem einen oder anderen Grunde. Erfindungs gemäß sind Vorrichtungen vorgesehen, die die Leistungs fähigkeit der entsprechenden Komponenten des Systems über wachen und das Ausmaß der Leistungsfähigkeitsverschlechterung bestimmen.

Die Erfinder gehen davon aus, daß die Gesamtleistungsfähigkeit der Umkehrosmoseanlage bestimmt wird durch die Leistungsfähigkeit von drei Hauptkomponenten, d. h. der Zentrifugalpumpe, den Membranen in der Umkehrosmose vorrichtung und den Strömungsmittelkanälen, wobei die Verschlechterung der zuletzt erwähnten Komponente, ausgedrückt als Druckverlust, ausgewertet wird. Gemäß den Fest stellungen der Erfinder können die Verschlechterungen dieser drei Komponenten gesondert identifiziert werden, und zwar durch Vergleich einer Kombination oder eines Musters von Zustandsniveaus (Druck und/oder Strömung) des primären und sekundären Strömungsmittels, welches durch die Speise- oder Prämärleitung und die Sekundär- oder Konzentrationsleitung in der Umkehrosmoseanlage läuft, und zwar mit einer Kombination oder einem Muster der Zustands niveaus des Strömungsmittels bei normalen oder idealen Be triebsbedingungen. Die Ergebnisse dieser Vergleiche sind in der folgenden Entscheidungstabelle I zusammengefaßt.

Entscheidungstabelle I

Das im folgenden zu erläuternde Ausführungsbeispiel verwendet folgendes: Mittel zur Detektierung des Drucks eines durch die Versorgungsleitung fließenden Strömungsmittels, und Mittel zum Detektieren des Drucks eines durch die Konzentrationsleitung fließenden Strömungsmittels. Jeder der detektierten Werte des Drucks wird mit dem für normale Be triebsbedingungen berechneten Wert verglichen. Die Ergebnisse des Vergleichs identifizieren, welche Systemkomponenten eine Verschlechterung hinsichtlich Leistungsfähigkeit erfahren hat. Ebenfalls offenbart sind Vorrichtungen zur Auswertung des Ausmaßes, durch welche die Leistungsfähigkeit der entsprechenden Komponenten des Systems sich verschlechtert hat (beispielsweise die Q-H-Leistungsfähigkeitskurve der Zentrifugalpumpe, der Membranleistungsfähigkeitsindex, der Strömungsmitteldruck verlustindex).

Speziell liefert die Leistungsfähigkeitsüberwachungs- oder Auswertungsvorrichtung gemäß der Erfindung die letzte Information hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der entsprechenden Komponenten des Steuersystems. Durch Verwendung dieser Information ist das Steuersystem gemäß den Fig. 2, 5 und 6 in der Lage, eine Strömungssteuerung mit hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten.

Wenn die Leistungsfähigkeit einer bestimmten Komponente stark verschlechtert ist und deren Betrieb als abnormal erkannt wird, so wird das gesamte System vorzugsweise zum Zwecke der Inspektion der Reparatur und/oder des Ersatzes der schadhaften Komponente abgeschaltet. In dem im folgenden zu erläuternden Ausführungsbeispiel wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß man Mittel verwendet, welche einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm ergeben, und zwar infolge eines Signals, welches die Abnormität einer bestimmten Komponente anzeigt.

(ii) Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung der Membranleistungsfähigkeit, zur Bestimmung des verschlechterten Membranleistungsfähigkeitsindex und zur Überwachung der Membranleistungsfähigkeit

Fig. 7 ist im ganzen ähnlich Fig. 2 und zeigt eine Steuereinheit 9 mit der gleichen Fähigkeit wie die Steuereinheit gemäß Fig. 2. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Druckfühler bezeichnet, der an der Versorgungs- oder Primärleitung vorgesehen ist, um den Druck des Primärströmungsmittels festzustellen. Mit 6 ist ein Druckfühler bezeichnet, der auf der Sekundär- oder Konzentrationsleitung angeordnet ist, um den Druck des konzentrierten Strömungsmittels festzustellen. Die Detektionssignale von diesen Fühlern werden in verschiedene Leistungsfähigkeitsmonitoren (Über wachungsvorrichtungen) (Fig. 8, 10 und 12) eingespeist und auch in Problemartidentifizier- und Alarmvorrichtungen (Fig. 13), wobei sämtliche dieser Vorrichtungen in der Steuer einheit 9 (was aber in Fig. 7 nicht gezeigt ist) incorpo riert sein können. Jede der graphischen Darstellungen in Fig. 7 zeigt die Charakteristika einer verschlechterten Membran in der Umkehrosmosevorrichtung, verglichen mit den Kennlinien der Normalmembran.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei für die folgende Beschreibung angenommen, daß die Öffnung A_v des Ventils 3 bei Normalbedingungen die gleiche ist wie der Wert unter solchen Bedingungen, wo die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems sich geändert hat infolge beispielsweise einer ver schlechterten Membranleistungsfähigkeit. In gleicher Weise sollen zwei Systemzustandspegel (beispielsweise P₂ und P₂′) bei der gleichen Strömungsmitteltemperatur verglichen werden, und zwar unter Verwendung der notwendigen Temperatur kompensation (Temperatureichung für Strömungsmittel mit unter schiedlichen Temperaturen).

(A) Feststellung eines Abfalls in der Membranleistungs fähigkeit

(1) Wie im Abschnitt I festgestellt, ist Q₁ oder die Strömung des entsalzten Wassers, erzeugt aus der Umkehrosmosevorrichtung gegeben durch:

Q₁ = A_MKΔP.

Der Faktor K ist ein Leistungsfähigkeitsindex, der durch die Form, die Eigenschaften und die Temperatur der semipermeablen Membran bestimmt ist. Dieser Index repräsentiert die Größe oder Menge des entsalzten Wassers, erzeugt pro Einheitsfläche der Membran (A_M=1) und Einheits-Filtrationsdruck (ΔP=1). Der Leistungsfähigkeitsindex K ist wie folgt gegeben:

K = K_o(D_w/T).

Der Ausdruck D_w/T auf der rechten Seite dieser Gleichung ist eine temperaturabhängige Größe, die mit der Temperatur ansteigt, wie dies durch die graphische Darstellung 13 in Fig. 2 angedeutet ist. Der Ausdruck K_o ist der Leistungsfähig keitsindex, der nicht von der Temperatur abhängt und dieser Index fällt ab, wenn die Leistungsfähigkeit der Membran sich verschlechtert hat.

In der graphischen Darstellung 15 gemäß Fig. 7 zeigt eine ausgezogene Linie 25 die Kennlinie des osmotischen Drucks, abhängig von der Strömung des entsalzten Wassers für die normale semipermeable Membran. Für eine gegebene Temperatur - wenn die Leistungsfähigkeit der Membran sich verschlechtert und die Herstellung des entsalzten Wassers darauffolgend sich vermindert - verändern sich die Kennlinien der Membran zu den durch die gestrichelte Linie angedeuteten Kennlinien. Wenn die Leistungsfähigkeit der Membran sich verschlechtert, so verringert sich die Strömung des entsalzten Wassers, wohingegen die Strömung an konzentrierter Lösung ansteigt. In Fig. 7 repräsentiert Q₁ die Strömung des entsalzten Wassers unter Normalbedingungen, Q₁′ die Strömung bei verschlechterter Membranleistungsfähigkeit, wohingegen Q₂ die Strömung der konzentrierten Lösung bei Normal bedingungen bezeichnet und Q₂′ die Strömung bei verschlechterter Leistungsfähigkeit. Daher können die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

Q₁<Q₁′ und Q₂<Q₂′.

Wenn diese Beziehungen erfüllt sind, so kann man davon ausgehen, daß sich die Leistungsfähigkeit einer Membran in der Umkehrosmosevorrichtung verschlechtert hat.

(2) In der Diskussion dieses Abschnitt (ii) wird angenommen, daß die Öffnung A_v des Ventils 3 konstant ist. Wenn daher die Strömung der konzentrierten Lösung ansteigt, so werden die Geschwindigkeit des Wasserstrahls, der aus der Düse 7′ austritt, und der Druck der konzentrierten Lösung erhöht, und zwar von v auf v′, bzw. von P₀ auf P₂′, wie dies in der graphischen Darstellung 16 gezeigt ist. Daher gilt

P₂<P₂′ und v<v′.

(3) Der Druckverlust des Strömungsmittels in der Leitung (P_L = P_L1+P_L2) fluktuiert weniger als das Ausmaß, durch welches der Druck der konzentrierten Lösung erhöht wird und daher wird der Abgabedruck der Pumpe oder der Druck der Lösung in der Primärleitung ebenfalls erhöht. Mathematisch ausgedrückt bedeutet das:

P₀′<P₀,

wobei
P₀ der Abgabedruck der Pumpe mit normaler Membran ist und
P₀′ ist der Wert einer verschlechterten Membran.

(4) Zusammengefaßt gilt für die Druckbeziehungen gemäß (2) und (3) folgendes:

P₀<P₀′ und P₂<P₂′.

Die Probleme oder Identifiziervorrichtung gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben und identifiziert bestimmte Fehler als einen Abfall der Leistungsfähigkeit der semipermeablen Membran, wenn die Vor richtung die oben erwähnte Beziehung feststellt.

(B) Der Leistungsfähigkeitsindex K₀′ der verschlechterten Membran wird durch das folgende Verfahren bestimmt

(1) Die Geschwindigkeit V′ eines Wasserstrahls, austretend aus der Düse 7′, mit der verschlechterten Membran wird durch Lösung der Beziehung: V′ = unter Verwendung von P₂′ gelöst, welches der hydraulische Druck in der sekundären Leitung ist und zwar detektiert durch Druckdetektor 6.

(2) Die Strömung des konzentrierten Strömungsmittels Q₂′ mit der verschlechterten Membran wird durch Lösen von Q₂′ = A_vV′ bestimmt, unter Verwendung der Ventilöffnung A_v und der Geschwindigkeit V′, bestimmt in Schritt (1).

(3) Die Pumpenabgabe oder die Strömung des Strömungsmittels in der Primärleitung Q₀′ wird bestimmt aus der Leistungs fähigkeitscharakteristik der Pumpe (vgl. in Fig. 7 die Kurve 21), unter Verwendung des detektierten Pumpenabgabedrucks P₀′.

(4) Die Strömung des entsalzten Wassers Q₁′ wird durch Lösen von Q₁′ = Q₀′-Q₂′ bestimmt, und zwar unter Verwendung von Q₀′ und Q₂′, bestimmt in den Schritten (2) und (3).

(5) Der Druckverlust in der Primärleitung P_L1′ wird entweder empirisch bestimmt oder aber durch Lösen von P_L1′ = a₁ (Q₀′)², unter Verwendung von Q₀′, bestimmt in Schritt (3). In der Berechnungsformel ist a₁ der Druckverlustkoeffizient für die Primärleitung. Wenn gewünscht, kann eine Konstante für P_L1′ verwendet werden, da der in der Primärleitung auf tretende Druckverlust typischerweise ungefähr 1/50 des Abgabe drucks der Pumpe beträgt.

(6) Der an die Oberfläche der semipermeablen Membran in der Umkehrosmosevorrichtung angelegte Druck P_M′ wird bestimmt durch Lösen von P_M′ = P₀′-P_L1′ unter Verwendung von P_L1′, bestimmt in Schritt (5) und dem Pumpen abgabedruck P₀′, detektiert durch Drucksensor 2.

(7) Die Konzentration der sekundären Lösung C₂′ wird bestimmt durch Lösen von C₂′ = C₀·Q₀′/Q₂′, unter Verwendung von Q₂′ und Q₀′, bestimmt in den Schritten (2) und (3).

(8) Die durchschnittliche Konzentration C′_M der Speise lösung in Kontakt mit der Oberfläche einer semipermeablen Membran in der Umkehrosmosevorrichtung wird bestimmt durch Lösen der Annäherung: C_M′ = (C₀ = C₂′)/2, unter Ver wendung der Konstante für die Konzentration von Seewasser C₀ und der Konzentration der sekundären Lösung C₂′, bestimmt in Schritt (7). Eine bessere Annäherung kann verwendet werden, wenn ein genauerer Wert für C_M′ erwünscht ist.

(9) Der osmotische Druck Π_M′ wird bestimmt aus C_M′, bestimmt in Schritt (8), unter Verwendung der Kennlinienkonzentration (C_M), abhängig vom osmotischen Druck Π_M (Kurve 24 in Fig. 7).

(10) Der Filtrationsdruck ΔP′ wird bestimmt durch Lösen von ΔP′ = (P_M′-P₁) - (Π_M′-Π₁), unter Verwendung von P₁ als der Konstanten für den Druck des entsalzten Wassers, Π₁ der Konstanten für den osmotischen Druck des entsalzten Wassers, Π_M′ bestimmt in Schritt (9) und P_M′ bestimmt in Schritt (6).

(11) Der temperaturabhängige Membranleistungsfähigkeitsindex K′ wird bestimmt durch Lösen von K′ = Q₁′/A_MΔP′, unter Verwendung von Q₁, bestimmt in Schritt (4), A_M der Konstante für die Membranfläche und ΔP′ bestimmt in Schritt (10).

(12) Das Ausmaß der Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Membran in der Umkehrosmosevorrichtung wird bestimmt durch Berechnung des Verhältnisses von K′, des Leistungsfähigkeitsindex der verschlechterten Membran zu K, dem Leistungsfähigkeitsindex der normalen Membran bei der gleichen Temperatur. Alternativ kann K₀′ oder der Membran leistungsfähigkeitsindex, der nicht von der Temperatur abhängt, bestimmt werden durch Lösen von K₀′ = K/(D_w/T), wobei (D_w/T) ein berechneter Wert ist, der auf der durch den Temperaturdetektor 3 detektierten Temperatur T erhalten wird. In diesem letztgenannten Fall kann das Ausmaß, in dem die Leistungsfähigkeit der Membran sich verschlechtert hat, bestimmt werden durch Berechnung von K₀′/K₀ unter Verwendung des Leistungsfähigkeitsindex der normalen Membran K₀.

(C) Membranleistungsfähigkeitsüberwachungs-Vorrichtung (Monitor) (Fig. 8)

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm der Überwachungs vorrichtung gemäß der Erfindung, die die Leistungsfähigkeit der Membran durch das unter (B) beschriebene Verfahren überwacht. Der Druck P₀′ des Strömungsmittels in der Speiseleitung zu einer semipermeablen Membran in der Umkehrosmosevorrichtung wird durch Detektor 2 detektiert, der die detektierte Information in einen Druck/Strömungsumwandler 11a schickt. Der Umwander 11a wandelt den Pumpenabgabedruck oder den Druck der Speiselösung P₀′ in die entsprechende Strömung der Speiselösung Q₀′ entsprechend der Q-H-Kennlinie der Pumpe um (angedeutet durch Kurve 21 in Fig. 7). Der Druckdetektor 2 schickt auch das Signal P₀′ an einen Membranzwischenschichtdruckrechner 29 in der Überwachungseinrichtung. Der Rechner 29 erzeugt infolge sowohl des Signals P₀′ als auch des Speise strömungsmittelflußsignals Q₀′ vom Druck/Strömungsumwandler 11a ein Membrangrenz- oder Zwischenschichtdrucksignal P_M′ gemäß der Korrelation P_M′ = P₀′-P_L1′ = P₀′-a₁(Q₀′)². Ein zweiter Druckdetektor 6 detektiert den Druck des Strö mungsmittels in der Konzentrationsleitung von der Umkehrosmosevorrichtung und schickt das detektierte Signal an einen Konzentrationsströmungsrechner 6b in der Überwachungs vorrichtung. Unter Verwendung von P′₂ und dem vorhandenen Wert der Ventilöffnung A_v, geliefert von der Steuereinheit der Bauart gemäß Fig. 2, erzeugt der Rechner 6b ein Signal Q₂′ ent sprechend der Korrelation Q₂′ = . Ein für das ent salzte Wasser vorgesehener Strömungsrechner 30 bestimmt infolge von Signal Q₀′ aus 11a und Signal Q₂′ von 6b, die Strömung des entsalzten Wassers Q₁′, entsprechend der Korrelation Q₁′ = Q₀′-Q₂′. Ein Membrangrenz- oder Zwischenschichtkon zentrationsrechner 6c erzeugt infolge des Signals Q₀′ vom Umwandler 11a und Signal Q₂′ vom Rechner 6b eine Membrangrenz schichtkonzentration C_M′ entsprechend der Korrelation C_M′ = C₀· (1+Q₀′/Q₂′)/². Ein Konzentrations/osmotischen Druck-Umwandler 12a wandelt entsprechend der Konzentrations/ osmotischen Druck-Kennlinien (vgl. Kurve 24 in Fig. 7) das Membrangrenzschichtkonzentrationssignaal C_M′ in das entsprechend osmotische Drucksignal Π_M′ um. Ein Membranleistungs fähigkeitsabfallrechner 31 bestimmt in Abhängigkeit von dem Membrangrenzschichtdrucksignal P_M′, dem entsalzten Wasser strömungssignal Q₁′ und dem osmotischen Drucksignal Π_M′ von entsprechenden Mitteln 29, 30 und 12a einen Membran leistungsfähigkeitsindex K′ entsprechend den Korrelationen ΔP′ = (P_M′-P₁) - (Π_M′-Π₁) und K′ = Q′₁/A_M·ΔP′. Der Rechner 31 bestimmt ferner infolge eines Temperatursignals T aus einem Temperatursignal 14 (Fig. 9) einen temperatur unabhängigen Membranleistungsfähigkeitsindex K₀′ entsprechend der Korrelation K₀′ = K′/(D_w/T). Wenn gewünscht kann der Rechner 31 derart konstruiert sein, daß er auch auf den Bezugsmembranleistungsfähigkeitsindex K₀ anspricht, und zwar mit dem Normalwert und gespeichert in der Steuereinheit und K₀′/K₀ berechnet oder das Verhältnis des vorhandenen Lei stungsfähigkeitsindex zum normalen Leistungsfähigkeitsindex. Dieses Verhältnis repräsentiert das Ausmaß, mit dem die Leistungsfähigkeit der Membran sich verschlechtert hat. Der Rechner 31 schickt das Signal K₀′ und/oder K₀′/K₀ an eine Anzeigevorrichtung 32, die dann den vorhandenen Wert des Membranleistungsfähigkeitsindex und/oder das Ausmaß anzeigt, um welches die Leistungsfähigkeit der Membran abgefallen ist.

Ein Speicher 33 kann mit dem Membranleistungsfähigkeitsindex K₀ und/oder dem Leistungsfähigkeitsabfall K₀′/K₀ vom Rechner 31 periodisch geladen werden, und zwar durch eine Zeit steuervorrichtung 34 gewählten Zeitintervallen. Eine Historie- Anzeigevorrichtung 35 zeigt die Historie der Membranleistungs fähigkeit an, und zwar auf der Basis der aus dem Speicher 33 ausgelesenen Daten.

(iii) Feststellung eines Abfalls in der Systemleistungs fähigkeit infolge Wassereinsatzes im Strömungs mittelkanal und Vorrichtung zur Überwachung des Druckverlustes im Kanal

Fig. 9 ist im wesentlichen gleich Fig. 2 und veranschaulicht verschiedene Fluktuationen in den Systemzustandsniveaus, die dann auftreten, wenn der Systemströmungsmittelkanal durch Wassersteinabscheidungen verstopft ist, die durch Komponenten des Strömungsmittels gebildet werden.

Insbesondere die Innendurchlässe der Umkehrosmosemodule werden am leichtesten verstopft. Der verstopfte Kanal erhöht den Druckabfall oder Verlust des Strömungsmittels und dies verschlechtert schlußendlich die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems.

(A) Feststellung eines Abfalls in der Systemleistungs fähigkeit infolge eines verstopften Kanals

Wenn ein Teil des Systemkanals verstopft ist, so wird der Abgabedruck der Pumpe erhöht und die Abgabe von der Pumpe wird vermindert (vgl. die graphische Darstellung 11 in Fig. 9). Wenn der Pumpenabgabedruck und die Pumpenabgabe unter Normal bedingungen ausgedrückt werden durch P₀ und Q₀, wohingegen die entsprechenden Werte im Falle der Leitungsverstopfung ausgedrückt werden durch P₀′ und Q₀′, so gelten die folgenden Beziehungen: P₀<P₀′und Q₀<Q₀′.

Wenn die Abgabe von der Pumpe abnimmt, so steigt die Membran grenzschichtkonzentration C_M auf einen Wert C′_M an. Wenn die Membrangrenzschichtkonzentration erhöht wird, so wird der osmotische Druck der Speiselösung in Kontakt mit der semipermeablen Membran auf einem Wert π′_M erhöht. Dies er kennt man aus der Kennkurvenlinie 24 in Fig. 9. Die entsprechende Änderung des Filtrationsdrucks ΔP ist sehr klein, da der Anstieg des Pumpenabgabedrucks (oder der Druck der Speiselösung) durch den Anstieg des osmotischen Drucks der Speiselösung in Kontakt mit der Membran ausgelöscht wird. Daher ist die Strömungsänderung des entsalzten Wassers ebenfalls sehr klein. Wenn Q₁ bzw. Q₁′ für die Strömung des entsalzten Wassers unter Normal bedingungen bzw. die Strömung des entsalzten Wassers im Falle der Kanalverstopfung angenommen werden, so ist Q₁ im wesentlichen gleich Q₁′. Dies bewirkt eine Verminderung des Flusses des sekundären Strömungsmittels oder der konzentrierten Lösung, wie dies durch die Ungleichung Q₂<Q₂′ repräsentiert ist (wobei Q₂ die Strömung der konzentrierten Lösung unter Normalbedingungen ist, während Q₂′ die Strömung dieser Lösung im Falle der Kanalverstopfung ist). Da in diesem Abschnitt hinsichtlich der Ventilöffnung A_v angenommen ist, daß sie die gleiche bleibt unabhängig von der Systemleistungsfähigkeit, bewirkt die Verkleinerung der Strömung der konzentrierten Lösung eine Verringerung des Drucks derselben. Dies wird durch P₂<P₂′ ausgedrückt (wobei P₂ der Druck der konzentrierten Lösung unter Normalbedingungen und P₂′ der entsprechende Wert im Falle von Kanalverstopfung ist). Auch wird die Geschwindigkeit des Wasserstrahls, der aus der Düse austritt, von V auf V′ verringert.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß eine Verstopfung festgestellt werden kann, und zwar durch Feststellung, ob einer der folgenden beiden Sätze von Beziehungen erfüllt ist:

P₀<P₀′und P₂<P₂′ oder Q₀<Q₀′ und Q₂<Q₂′.

(B) Verfahren zur Bestimmung des Druckverlustes von Strömungsmittel in einem Kanal

(1) Die Verwendung der Ausgangsgröße P₂′ vom Detektor 6 zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Wasserstrahls aus der Düse V′ durch das Verfahren, welches in (A) beschrieben wurde.

(2) Bestimmung der Strömung der konzentrierten Lösung Q₂′ aus dem vorliegenden Wert der Ventilöffnung A_v durch das Verfahren beschrieben in (a).

(3) Verwendung des Pumpenabgabedrucks P₀′ vom Detektor 2 zur Bestimmung der Pumpenabgabe (oder der Strömung der Speiselösung) Q₀′ gemäß den Q-H-Kennlinien der Pumpe.

(4) Bestimmung der Strömung des entsalzten Wassers Q₁′ auf Q₂′ und Q₀′.

(5) Bestimmung des Filtrationsdrucks ΔP′ durch Lösen von ΔP′=Q₁′/A_M · K.

(6) Bestimmung der Membrangrenzschichtkonzentration C′_M durch Lösen von C′_M=C₀ · (1+Q₀′/Q₂′)/2.

(7) Verwendung von C′_M zur Bestimmung des osmotischen Drucks π′_M der Speiselösung in Kontakt mit der semi permeablen Membran.

(8) Ableitung des Membrangrenzschichtdrucks P′_M durch Lösen von P_M′=ΔP′+(π′_M-π₁)+P₁.

(9) Verwendung von P₀′ und P′_M zur Bestimmung des Druckverlustes des Strömungsmittels in der Versorgungsleitung P′_L1.

(10) Verwendung von P₂′ und P′_M zur Bestimmung des Druckverlustes P_L2′ in der sekundären oder Konzentrationsleitung.

(11) Bestimmung der primären und sekundären Druckver lustkoeffizienten a₁′ und a₂′ durch Lösen von a₁′=P_L1/ (Q₀′)² bzw. a₂′=P_L2/(Q₂′)².

(C) Vorrichtung zur Verfolgung oder Überwachung des Druckverlustes

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Auswertung des Ausmaßes der Kanalverstopfung durch Überwachung des Druckverlustes im Kanal.

Ein Speisedruckdetektor 2 schickt ein Signal P₀′ an einen Druck/Strömungswandler 11a im Überwacher. Der Umwandler oder Konverter 11a bestimmt die Speiseströmung Q₀′ gemäß den Q-H-Kennlinien der Pumpe. Ein Konzentrationsdruckdetektor 6 schickt ein Signal P₂′ an einen Konzentrationsströmungsrechner (Kalkulator) 6b, der die Konzentrationsströmung Q₂′ in der in (B) beschriebenen Weise ableitet. Infolge des Speise strömungssignals Q₀′ von Konverter 11a und des Konzentrat strömungssignals Q₂′ vom Rechner 6b bestimmt ein Recher 30 die Strömung des entsalzten Wassers Q₁′ gemäß der Korrelation Q₁′=Q₀′-Q₂′. Infolge des Speiseströmungssignals Q₀′ vom Konverter 11a und des Konzentrationsströmungssignals Q₂′ vom Konverter 6b bestimmt ein Rechner 6c die Durchschnittskonzen tration C′_M der Speiselösung an der Grenzschicht mit der semipermeablen Membran entsprechend der Korrelation C′_M=C₀ · (1+Q₀′/Q₂′)/2. Infolge des Membrangrenzschicht konzentrationssignals C′_M vom Rechner 6c bestimmt ein Konverter 12a den entsprechenden durchschnittlichen osmotischen Druck π′_M der Speiselösung in Kontakt mit der semipermeablen Membran entsprechend den Konzentrations/osmotischen Druck kennlinien. Infolge des Speisedrucks P₀′ vom Detektor 2, des Konzentratdrucks P₂′ vom Detektor 6, der Speiseströmung Q₀′ vom Konverter 11a, der entsalzten Strömung Q₁′ vom Rechner 30, der Konzentratströmung Q₂′ vom Konverter 6b und dem durch schnittlichen osmotischen Druck π′_M vom Konverter 12a berechnet ein Rechner 37 die Parameter, die mit dem Druckverlust im Kanal zusammenhängen. Als erstes bestimmt der Rechner 37 den Filtrationsdruck ΔP′ gemäß der Korrelation ΔP′= Q₁′/A_M · K, wobei T_M die Konstante für die Fläche der semiper meablen Membran ist, K ist der Membranleistungsfähigkeitsindex, geeicht unter Verwendung der Strömungsmitteltemperatur T, eingespeist vom Temperaturdetektor 14 in Fig. 9, und Q₁′ ist das Strömungssignal des entsalzten Wassers, ausgeschickt vom Rechner 30. Unter Verwendung des abgeleiteten Filtrationsdrucks ΔP′, des osmotischen Drucks π′_M aus dem Konverter 12a, der Konstante für den osmotischen Druck des entsalzten Wassers π₁ und der Konstante für den Druck des ent 054salzten Wassers P₁ bestimmt der Rechner 37 auch den Druck der Speiselösung in der semipermeablen Membran P′_M entsprechend der Korrelation P′_M=Δ′+(π_M-π₁)+P₁. Unter Verwendung des so bestimmten Drucks P′_M, des Signals P₀′ vom Detektor 2 und des Signals Q₀′ vom Konverter 11a bestimmt der Korrelator 37 den Koeffizienten a₁′ für den Druckverlust des Strömungsmittels in der Speiseleitung, die sich zu den Membranen in entsprechenden RO (umgekehrte Osmose) Modulen er sreckt, und zwar entsprechend der Korrelation a₁′=(P₀′- P′_M)/(Q₀′)². Der Koeffizient a₁′ kann als ein Maß für die Verstopfung der Speiseleitung verwendet werden. In gleicher Weise verwendet der Rechner 37 den Druck P′_M, das Signal P₂′ vom Detektor 6 und Signal Q₂′ vom Rechner 6b, um den Koeffizienten a₂′ zu berechnen, und zwar für den Druckverlust des Strömungsmittels in der Sekundärleitung entsprechend der Korrelation a₂′=(P′_M-P₂′)/(Q₂′)². Der Koeffizient a₂′ kann als ein Maß für die Verstopfung der Sekundärleitung verwendet werden.

Die Koeffizienten a₁′ und a₂′ können als eine Endausgangsgröße vom Rechner 37 verwendet werden. Gleichzeitig oder alternativ kann der Rechner 37 die Summe dieser zwei Koeffizienten (a′=a₁′+a₂′) als seine Ausgangsgröße erzeugen. Die Ausgangsgröße des Rechners 37 wird in einen Druckverlustanzeiger 38 eingespeist, der dann den vorhandenen Wert des Koeffizienten für den Druckverlust des Strömungsmittels anzeigt. Die Ausgangsgröße des Rechners 37 kann auch als eine Eingangsgröße verwendet werden, die in einen Speicher 39 ein gegeben wird, und zwar periodisch an durch eine Zeitsteuerung 41 ausgewählten Intervallen. Die aus dem Speicher 39 ausgelesenen Daten werden einem Vergangenheitsanzeiger 42 zuge schickt, der dann die Vergangenheit des Druckverlustes anzeigt, die in dem Systemkanal aufgetreten ist.

(iv) Fest 26193 00070 552 001000280000000200012000285912608200040 0002003490181 00004 26074stellung eines Abfalls der Leistungsfähigkeit der Pumpe und Vorrichtung zur Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung und Überwachung der Pumpenleistungsfähigkeit

Fig. 11 stimmt allgemein mit Fig. 2 überein und jede der in der Steuereinheit 9 gezeigten graphischen Darstellungen veranschaulicht die Kennlinien für den Fall der Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit, verglichen mit der Leistungsfähigkeit der normalen Pumpe.

(A) Feststellung eines Abfalls der Pumpenleistungs fähigkeit

Wenn die Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe 1 sich ver schlechtert hat, so verschiebt sich die ausgezogene Linie 21, die die normale Q-H-Kennlinie angibt, zur gestrichelten Linie 21 hin, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Wenn P₀ bzw. Q₀ den normalen Druck in der Primärleitung (normaler Pumpenabgabedruck) bzw. die Normalströmung des Strömungsmittels in der Primärleitung (normale Pumpenabgabe) für die Strömungsmitteltempera tur P und die Düsenöffnung A_V angeben, so nehmen diese Systemzustandspegel längs der Systembetriebskennlinienkurve 43 ab (für eine Strömungsmitteltemperatur T und Düsenöffnung A_v) wenn die Leistungsfähigkeit der Pumpe sich ver schlechtert hat. Anders ausgedrückt gilt folgendes:

P₀<P₀′ und Q₀<Q₀′,

wobei P₀′ und Q₀′ der Abgabedruck der Pumpe und seine Abgabe für den Fall sind, wo die Pumpenleistungsfähigkeit sich verschlechtert hat. Wenn diese Beziehungen vorhanden sind, wird die Strömung des entsalzten Wassers verringert (vgl. die gestrichelte Kurve 23). Daher ist Q₁<Q₁′ (wobei Q₁ die Strömung des entsalzten Wassers bei normalen Pumpen bedingungen ist, und Q₁′ ist der Wert für den Fall der Ver schlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit). In ähnlicher Weise wird die Strömung der konzentrierten Lösung vermindert, wenn Q₂<Q₂′ (wobei Q₂ die Strömung der konzentrierten Lösung bei normalen Pumpenbedingungen ist, und Q₂′ ist der Wert für den Fall der Pumpenverschlechterung). Da angenommen wird, daß die Ventilöffnung die gleiche bleibt, unabhängig von der Systemleistungsfähigkeit, bewirkt die Abnahme der Strömung der konzentrierten Lösung eine Abnahme der Geschwindigkeit des durch die Düse laufenden Strömungsmittels (vgl. die graphische Darstellung 17 in Fig. 11), wie dies durch die Be ziehung V<V′ angedeutet ist (wobei V die Geschwindigkeit des durch die Düse laufenden Strömungsmittels bei normalen Pumpenbedingungen ist, wohingegen V′ der Wert für den Fall der Pumpenverschlecherung ist).

Die Abnahme der Geschwindigkeit des durch die Düse laufenden Strömungsmittels wird durch eine Abnahme des Drucks des Strömungsmittels in der Sekundärleitung hervorgerufen, wenn P₂<P₂′ (wobei P₂ der Druck des Strömungsmittels in der Se kundärleitung bei normalen Pumpenbedingungen ist, und P₂′ ist der Wert für den Fall der Pumpenverschlechterung).

Wie man ohne weiteres erkennt, gilt dann, wenn die Leistungs fähigkeit der Pumpe sich verschlechtert hat, der eine Satz der folgenden beiden Beziehungssätze: P₀<P₀′ und P₂<P₂′ oder Q₀<Q₀′ und Q₂<Q₂′. Der zweite Beziehungssatz für den Strömungsmittelfluß ist der gleiche wie derjenige, der vorhanden ist, wenn ein Teil der Systemkanäle verstopft ist. Der erste Satz von Beziehungen für den Strömungsmitteldruck ist einzigartig hinsichtlich der Bestimmungen der Pumpen leistungsfähigkeit. Es ist daher bei Verwendung dieses ersten Satzes von Beziehungen möglich zu prüfen, ob bestimmte auf tretende Probleme auf eine Verschlechterung der Pumpenlei stungsfähigkeit zurückzuführen sind.

(B) Verfahren zur Auswertung des Ausmaßes der Ver schlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit

Das Ausmaß, um welches die Leistungsfähigkeit der Zentrifugal pumpe sich verschlechtert hat, kann durch verschiedene Verfahren ausgewertet werden. Bei einem Verfahren wird die relative Größe der Verschlechterung der Pumpenabgabe (Q₀′/Q₀) als ein Maß für die Verschlechterung der Pumpenleistungs fähigkeit verwendet. Der Wert Q₀′/Q₀ kann durch das folgende Verfahren bestimmt werden.

(1) Bestimmung der Geschwindigkeit des Strömungsmittels an der Düse V′ aus dem detektierten Druck der konzentrierten Lösung P₂′.

(2) Bestimmung der Strömung der konzentrierten Lösung Q₂′ aus dem vorliegenden Wert der Düsenöffnung A_v und des Wertes V′, bestimmt in Schritt (1).

(3) Abschätzen oder Initialisieren von Q₀′ für den vorhandenen Wert der Pumpenabgabe im Falle der Pumpenver schlechterung.

(4) Verwendung des detektierten Pumpenabgabedrucks P₀′, des Initial- oder Anfangswertes Q₀′, eingestellt in Schritt (3) und des Koeffizienten a₁ für den Druckverlust in der Speise leitung, um so den Membrangrenzschichtdruck P′_M zu bestimmen, und zwar durch Lösen der folgenden Gleichung: P′_M=P₀′-P′_L1=P₀′-a₁(Q₀′)².

(5) Verwende C₀ oder die Konstante für die Konzentration der Speiselösung, Q₀′ gemäß Feststellung in Schritt (3) und Q₂′ gemäß Bestimmung in Schritt (2), um so die Membrangrenz schichtkonzentration C′_M zu bestimmen, und zwar durch das Verfahren beschrieben in (ii) (B).

(6) Bestimmung des entsprechenden osmotischen Drucks π′_M aus der Membrangrenzschichtkonzentration C′_M bestimmt in Schritt (5).

(7) Verwendung von P′_M und π′_M, die jeweils in den Schritten (4) bzw. (6) bestimmt wurden, um so den Filtrationsdruck ΔP′ durch das in (ii) (B) beschriebene Verfahren zu bestimmen.

(8) Verwendung des Membranleistungsfähigkeitsindex K, geeicht durch die detektierte Temperatur T, des Filtrationsdrucks ΔP′, bestimmt in Schritt (7) und Q₂′′, bestimmt in Schritt (2) zur Lösung der folgenden Gleichung: A_MK ΔP′+Q₂′=Q₁′+Q₂=Q₀′_calc, wobei Q₀′_calc′ der berechnete (kalkulierte) Wert der Pumpenabgabe ist.

(9) Auf den neuesten Stand bringen des Wertes von Q₀′ und Wiederholung der Folge von Schritten (3) bis (8) bis der berechnete Wert der Pumpenabgabe Q₀′_calc gleich dem anfangs eingestellten Wert Q₀′ ist. Der schließlich erhaltene Wert von Q₀′_calc (endgültig) sollte den vorliegenden Wert der Pumpenabgabe repräsentieren.

(10) Berechnung des Verhältnisses des vorhandenen Werts der Pumpenabgabe Q₀′_calc (endgültig) zu Q₀′, welches die Abgabe der Pumpe unter normalen Pumpenbedingungen repräsentiert für die gleiche Düsenöffnung und den Strömungsmittel fluß.

(C) Vorrichtung zur Überwachung der Pumpenleistungs fähigkeit (Fig. 12)

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß der Er findung, die den Abfall der Pumpenleistungsfähigkeit (angegeben durch Q₀′/Q₀) bestimmt, und zwar durch das oben unter (B) veranschaulichte Verfahren.

Wie in Fig. 12 gezeigt, beliefert ein erster Druck Detektor 2, angeordnet an der Speiseleitung, einen Membrangrenz flächendruckrechner 44 im Monitor oder Überwacher mit einem Signal, welches den Druck der Speiselösung P₀′ angibt. Unter Verwendung der a₁ oder den Koeffizienten für den Druckverlust in der Speiseleitung repräsentierenden Konstanten, eines Signals, welches Q₀′ angibt, wobei es sich um einen geschätzten Wert der Strömung der Speiselösung handelt, die von einem Speiseströmungsschätzer 46 geliefert wird, und eines Signals, welches für P₀′ indikativ ist, wobei es sich hier um den Speisedruck handelt, der vom Detektor 2 geliefert wird, leitet der Rechner P′_M oder den Durchschnittsdruck der Speiselösung in der semipermeablen Membran ab, und zwar entsprechend der Korrelation P′_M=P₀′-a₁(Q₀′)².

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist ein zweiter Druckdetektor 6 auf der Sekundärleitung vorgesehen und liefert an einen Konzentrationsströmungsrechner 6b im Überwacher ein Signal, welches den Druck der konzentrierten Lösung P₂′ anzeigt. Unter Verwendung dieses Drucksignals P₂′ und eines den vor handenen Wert der Ventilöffnung A_v anzeigenden Signals, das von einem Düsenöffnungsrechner in der (nicht gezeigten) Steuereinheit geliefert wird, bestimmt der Rechner 6b Q₂′ oder die Strömung der konzentrierten Lösung gemäß der Korrelation Q₂′=A_vV′=A_vα. Unter Verwendung des berechneten Wertes Q₂′ der Strömung der konzentrierten Lösung, die vom Rechner 6b geliefert wird und dem geschätzten Wert Q₀′ der Strömung der Speiselösung, ausgesandt von einer Schätz vorrichtung 46, bestimmt ein Membrangrenzflächendruckrechner 6c den Membrangrenzflächendruck C′_M gemäß der Korrelation C′_M=C₀(1+Q₀′/Q₂′)/2. Ein für C′_M repräsentatives Signal wird an den Konzentrations/osmotischen Druck-Umwandler (Konverter) 12a geschickt, der dann die Konzentration C′_M in den entsprechenden osmotischen Druck π′_M umwandelt. Ein entsalzter Wasserströmungsrechner 45 berechnet infolge des Membrangrenzflächendrucksignals P′_M vom Rechner 44, des Signals π′_M vom Umwandler 12a, wobei dieses Signal die durch schnittliche Konzentration der Speiselösung in Kontakt mit der semipermeablen Membran angibt, und des Signals T vom Temperatur detektor des Strömungsmittels anzeigt, die Strömung des entsalzten Wassers Q₁′ entsprechend der Korrelation

Q₁′=A_MKΔP=A_MK₀(Dw/T) (P′_M-π′_M-P₁+π₁),

dabei sind K₀, P₁ und π₁ Konstante. Ein Speiseströmungskomparator 48 erhält einen berechneten Wert Q₀′_calc der Strömung der Speiselösung durch Addition des berechneten Wertes Q₂′ der Strömung der konzentrierten Lösung, geliefert vom Rechner 6b und vom Rechner 45. Der Komparator 48 vergleicht Q₀′_calc mit dem geschätzten Wert Q₀′, der Speiseströmung, geliefert von Schätz vorrichtung 46. Wenn der Wert der Differenz ΔQ₀, erhalten aus der Subtraktion von Q₀′_calc von Q₀′ größer ist als ein vor bestimmter positiver Wert β, so liefert der Komparator 48 ein Befehlssignal an die Vorrichtung 47 zum auf den neuesten Stand bringen, die sodann ein Inkrementsignal in die Schätzvor richtung 46 einaddiert. Infolge dieses Inkrementsignals liefert die Schätzvorrichtung 46 einen weiteren geschätzten Wert der Strömung des entsalzten Wassers, der größer ist als der zuvor geschätzte Wert. Wenn Q₀′ kleiner ist als Q₀′_calc und wenn der absolute Wert der Differenz ΔQ₀ größer ist als der vorbestimmte Wert, so liefert der Komparator 48 ein Ver gleichssignal an die Vorrichtung 47 zum auf den neuesten Stand bringen, die sodann ein Dekrementsignal in die Schätzvorrichtung 46 einaddiert. Infolge dieses Dekrementsignals liefert die Schätz vorrichtung einen weiteren geschätzten Wert der Strömung des entsalzten Wassers, der kleiner ist als der zuerst geschätzte Wert. Der Monitor (Überwacher) verwendet einen dieser neu geschätzten Werte zur Duchführung der notwendigen Rekalkulation oder Wiederberechnung.

Wenn die Differenz ΔQ₀ zwischen Q₀′ und Q₀′_calc kleiner ist als der vorbestimmte Wert β (was die Richtigkeit des ge schätzten Wertes Q₀′ angibt), so benutzt der Komparator 48 Q₀ oder die normale Strömung der Speiselösung unter normalen Pumpbedingungen (für die Temperatur und Ventilöffnung, die die gleichen sind wie die entsprechenden vorhandenen Werte), um das Verhältnis des entdültigen geschätzten Wertes Q₀′ (was den derzeitigen Wert der Speiseströmung angibt) zur normalen Speiseströmung Q₀ zu berechnen. Das Ver hältnis γ=Q₀′/Q₀ wird an eine Anzeigevorrichtung 49 gesandt, die sodann den vorhandenen Pegel des Ausmaßes angibt, um den die Strömung der Speiselösung vermindert wurde. Dieses Ausmaß kann als ein Maß für die prozentuale Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit verwendet werden.

Das Ausgangssignal Q₀′/Q₀ vom Komparator 48 kann in einen Speicher 50 periodisch mit durch eine Zeitsteuervorrichtung 51 bestimmten Intervallen eingegeben werden. Durch Lesen der gespeicherten Daten aus dem Speicher kann eine Historien- oder Vorgeschichtsanzeigevorrichtung 52 die Geschichte der Fluktuation der Strömung der Speiselösung angeben, eine Fluktuation, wie sie während der Verschlechterung der Pumpen leistungsfähigkeit aufgetreten ist.

(v) Modifizierung der Ventilöffnung durch die Monitoren

Vorzugsweise können die von der Steuereinheit an die Ventil betätigungsvorrichtung gelieferten Steuersignale entsprechend Variationen in der Systemleistungsfähigkeit modifiziert werden. Die entsprechenden Monitoren, gezeigt in (ii) (C), (iii) (C) und (iv) (C) können zur Erreichung dieses Zwecks ver wendet werden. Insbesondere kann durch Kombination mit der Steuereinheit, die zuvor in Verbindung mit Fig. 2 und 4 be schrieben wurde, jeder dieser Monitoren als ein Mittel ver wendet werden, um das an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegte Steuersignal zu modifizieren. Beispielsweise kann das auf den neuesten Stand bringen des Membranleistungsfähig keitsindex dadurch erreicht werden, daß man die Steuereinheit mit dem vorhandenen Wert des Membranleistungsfähigkeitsindex K₀ liefert, der durch den Membranleistungsfähigkeitsmonitor ausgewertet wurde. Unter Verwendung des auf den neuesten Stand gebrachten Index (der die derzeitige Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosevorrichtung anzeigt), kann die Steuereinheit das Hubsignal modifizieren, das an die Ventil betätigungsvorrichtung angelegt wird. In gleicher Weise kann die Steuereinheit mit den Stromwerten der Kanaldruckverlust koeffizienten a₁ und a₂ (gemäß der Auswertung durch den Kanalverstopfungsmonitor) beliefert werden, und zwar anstelle von Konstanten, die zuvor verwendet wurden als Messungen für die vorausgegangene Leistungsfähigkeit der Kanäle. Bei Ver wendung der neuen Daten des Kanaldruckverlustes kann die Steuereinheit eine weitere Berechnung ausführen, um das an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegte Hubsignal zu modifi zieren. Auch kann der durch den Pumpenleistungsfähigkeitsmonitor erhaltene ausgewertete Wert durch die Steuereinheit verwendet werden, die dann das Hubsignal modifiziert, welches an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegt wird. Im zuletzt erwähnten Fall wäre es zweckmäßig, die laufende Q-H-Charakteristik der Pumpe auf der Basis von mehreren Betriebs punkten (für sowohl Pumpenangabedruck wie auch Pumpen abgabe) abzuschätzen, Pumpen, die durch den Pumpenleistungs fähigkeitsmonitor detektiert wurden. Ein typisches Verfahren für diese Abschätzung ist die Interplation zwischen den detektierten Pumpenbetriebspunkten.

Die Ausgangsgröße der entsprechenden Monitoren ermöglicht es dem Operator festzustellen, ob die drei Hauptkomponenten des Systems (semipermeable Membran, Strömungskanäle und Zentrifugalpumpe) Inspektion, Reparatur oder Ersatz benötigen.

(vi) Problemfeststell- oder -detektiervorrichtung für die drei Systemkomponenten (Fig. 13)

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Problemdetektiervorrichtung, die einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm liefert, um einen abnormalen Abfall der Leistungsfähigkeit einer der drei Hauptkomponenten der Umkehrsomoseanlage anzuzeigen. Das Detektierprinzip für die Abnormalität der entsprechenden Komponenten wurde bereits oben beschrieben, und zwar unter den Punkten (ii) (A), (iii) (A) und (iv) (A).

Beim unten gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Detektier mittel aus einem Drucksensor oder Fühler 2 zum Detektieren des Drucks der Speiselösung P₀′ und eines Druckfühlers 6 zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung P₂′. Wiederum unter Bezugnahme auf die Entscheidungstabelle I können die folgenden Beziehungen verwendet werden, um zu identi fizieren, welche der drei Komponenten sich verschlechtert haben. Wenn P₀<P₀′ und P₂<P₂′, so hat sich die Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosevorrichtung verschlechtert. Wenn P₀<P₀′ und P₂<P₂′, so ist mindestens ein Teil der Strömungskanäle verstopft. Wenn P₀<P₀′ und P₂<P₂′, so hat sich die Leistungsfähigkeit der Pumpe verschlechtert.

Bei diesen Beziehungen werden normale Werte P₀ und P₂ mit den entsprechenden detektierten Werten P₀′ und P₂′ verglichen und sie zeigen die normalen Drücke der Speiselösung und der konzentrierten Lösung an, und zwar für den Fall, wo die System parameter (beispielsweise Strömungsmitteltemperatur T und Ventilöffnung A_v), und zwar nicht die, die sich auf die zu überprüfende Komponente beziehen, die gleichen sind. Die Werte P₀ und P₂ werden entweder in dem Steuersystem gespeichert oder sie werden aus zugehörigen Parametern berechnet.

Ein Drucksensor (vgl. Fig. 13) liefert an einen Komparator 53 ein Signal, welches den vorhandenen Wert P₀′ des Drucks der Speiselösung angibt. Ein Drucksensor 6 beliefert einen zweiten Komparator 55 mit einem Signal, welches den derzeitigen Wert P₂′ des Drucks der konzentrierten Lösung angibt. Eine Eingabevorrichtung 56 (die von der Tastaturbauart sein kann oder die gleiche sein kann wie die Eingabevorrichtung 35 gemäß Fig. 5) liefert an einen normalen Druckrechner 54 ein Signal, welches den vorhandenen Wert Q₁ der gewünschten Strömung des entsalzten Wassers angibt. Unter Verwendung des vorhandenen Wertes der Ventilöffnung A_v, des vorhandenen Werts der Temperatur T der Speiselösung, detektiert durch den Tem peratursensor 14 (vgl. Fig. 2 und 14) und des voreingestellten Werts Q₁ der Strömung des entsalzten Wassers berechnet der Rechner 54 den normalen Wert P₀ des Drucks der Speiselösung und den normalen Wert P₂ des Drucks der konzentrierten Lösung, der geliefert würde, wenn der normale Betrieb des Systems mit den Werten A_v, T und Q₁ durchgeführt würde. Der Rechner 54 kann durch einen Teil der Steuereinheit gemäß Fig. 2 realisiert werden. Wie bereits erwähnt, leitet die Steuereinheit der Fig. 2 aus dem vorhandenen Wert der Strömung des entsalzten Wassers Q₁ und der detektierten Temperatur T, P₀ (den Normaldruck der Speiselösung) und P₂ (den Normaldruck der konzentrierten Lösung) als Zwischenausgangs größe ab, welche der Operation zur Bestimmung der endgültigen Ausgangsgröße vorausgeht oder der Ventilöffnung A_v für die Ventilbetätigungsvorrichtung. Die Bestimmung von P₀ und P₂ setzt natürlich den normalen Betrieb des gesamten Systems voraus.

Alternativ können verschiedene Werte von P₀ und P₂, die einem Satz von verschiedenen Niveaus der Temperatur und der Strömung des entsalzten Wassers entsprechen, in einem Speicher vorgespeichert werden. In diesem Falle können die normalen Werte P₀ und P₂ aus dem Speicher ausgelesen werden, und zwar durch Zugriff mit einem Adressensignal, welches den vorhandenen detektierten Wert der Temperatur T und die derzeitige Einstellung der Strömung des entsalzten Wassers Q1 angeben.

Die für die Normalwerte P₀ und P₂ repräsentativen Signale werden respektive in einen Speisedruckkomparator 53 und einen Konzentrationsdruckkomparator 55 eingegeben. Der Komparator 53 vergleicht P₀ mit P₀′, was den vorhandenen Wert des Speisedrucks angibt, der vom Detektor 2 ausgesandt wurde. Wenn P₀ in einem Ausmaß größer ist als P₀′, welches einen tolerierbaren Bereich l₀ (d. h. P₀P₀′+l₀) übersteigt, so liefert der Komparator 53 eine Eingangsgröße eines UND-Gatters 57 (zur Überprüfung des Abfalls der Pumpenleistungsfähigkeit) mit einem Signal (logische "1") über eine Leitung 53a. Wenn andererseits der vorhandene Wert P₀′ größer ist als der Normalwert P₀, und zwar in einem Ausmaß, welches den tolerierbaren Bereich l₀ (d. h. P₀+l₀P₀′) übersteigt, so liefert der Komparator 53 eine Eingangsgröße eines UND-Gatters 58 (zur Überprüfung der Leitungsverstopfung) und eine Ein gangsgröße eines UND-Gatters 59 (zur Überprüfung des Abfalls der Membranleistungsfähigkeit) mit einem Signal über eine Leitung 53B. In gleicher Weise vergleicht der zweite Komparator 55 P₂ mit P₂′, was den vorhandenen Wert des Kon zentrationsdrucks angibt, der vom Detektor 6 ausgeschickt wurde. Wenn P₂ (Normalwert) größer ist als P₂′ in einem Ausmaß, welches einen tolerierbaren Bereich l₂ (d. h. P₂P₂′+l₂) übersteigt, so speist der Komparator ein Signal in die zweiten Eingänge der UND-Gatter 57 und 58 über Leitung 55A ein. Wenn P₂′ in einem Ausmaß größer ist als P₂, welches den tolerierbaren Bereich l₂ (d. h. P₂+l₂P₂′) übersteigt, so speist der Komparator 55 ein Signal in den anderen Eingang des UND-Gatters 59 über eine Leitung 55B ein.

Die Werte von l₀ und l₂ zeigen die Breiten der toten Zonen der entsprechenden Komparatoren 53 und 55 an. Diese Komparatoren können durch Operationsverstärker realisiert werden, die Hysteresekennlinien besitzen mit toten Zonen und Breiten von l₀ und l₂. Die Größe l₀ und l₂ zeigt auch die Ernsthaftigkeit irgendeines Problems an, welches bei einer be stimmten Komponente im System auftritt. Jeder der Komparatoren 53 und 55 kann aus zwei oder mehreren Komparatoreinheiten mit unterschiedlichen Bereichen toter Zonen aufgebaut sein. Bei Verwendung dieser Konfiguration können Probleme unterschiedlicher Ernsthaftigkeit, die in der gleichen Komponente auftreten, voneinander unterschieden werden.

Aus Gründen der Einfachheit verwendet die folgende Beschreibung den Ausdruck "ein detektierter Druck ist größer (kleiner) als der Normalwert", äquivalent zu der Aussage "ein detektierter Druck ist größer (kleiner) als der Normalwert in einem Ausmaß, welches die Breite der toten Zone eines Komparators übersteigt."

Wenn der detektierte Wert P₀′ des Drucks der Speiselösung kleiner ist als der Normalwert P₀ und wenn der detektierte Wert P2′ des Drucks der konzentrierten Lösung kleiner ist als der Normalwert (P₀<P₀′ und P₂<P₂′), wird das UND-Gatter 57 in die Lage versetzt, ein Signal an einen Alarm 61 zu liefern, der dann einen hörbaren und/oder sichtbaren Alarm erzeugt, der einen Abfall der Leistungsfähigkeit der Pumpe anzeigt.

Wenn P₀′ größer ist als P₀ und wenn P₂′ kleiner ist als P₂ (P₀<P₀′ und P₂<P₂′), wird das UND-Gatter 58 in die Lage versetzt, ein Signal an einen Alarm 62 zu liefern, der dann einen hörbaren und/oder sichtbaren Alarm liefert, der die Verstopfung einer Leitung oder eines Kanals anzeigt.

Wenn P₀′ und P₂′ größer sind als P₀ bzw. P₂ (bzw. P₀<P₀′ bzw. P₂<P₂′), so wird das UND-Gatter 59 in die Lage versetzt, ein Signal an einen Alarm 63 zu liefern, der dann einen hörbaren und/oder sichtbaren Alarm erzeugt, der seinerseits anzeigt, daß ein verschlechterter oder abnormaler Betrieb bestimmter Umkehrosmosemodule auftritt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Problem feststellvorrichtung der Fig. 13 den Benutzer oder Operator in die Lage versetzt, darüber Bescheid zu wissen, welche der drei Hauptkomponenten der Unkehrosmoseanlage einen Leistungsfähigkeitsabfall erlitten hat. Wenn gewünscht können zwei oder mehrere Komparatoren mit unterschiedlichen Breiten der toten Zone dazu verwendet werden, um Probleme in jeder Komponente zu detektieren. Dadurch, daß man dies tut, ist der Benutzer in die Lage ver setzt zu wissen, ob eine bestimmte Komponente (die Osmosevorrichtung, die Pumpe oder Strömungsmittelkanäle) der Inspektion, Reparatur oder des Ersatzes bedürfen, und es wird auch darüber Mitteilung gemacht, wann diese Aufgabe ausgeführt werden muß.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 werden der Speisedruck sensor 2 und der Konzentratdrucksensor 6 als Detektormittel verwendet. Wenn gewünscht können Strömungsmesser auf der Speiseleitung und/oder Konzentrationsleitung angeordnet sein, und zwar zusammen mit diesen Drucksensoren oder als eine Alternative dazu (vgl. die Entscheidungstabelle I).

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer Umkehrosmoseanlage, die eine Zentrifugalpumpe als Druckerhöhungspumpe für die Speiselösung aufweist, wobei die gewünschte Produktströmungsrate (Produkt ist Konzentrat oder Permeat) ausschließlich durch eine Drosselung des Permeatablaufs eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Rechnersystem in Abhängigkeit von den Leistungsfähig keitskennlinien der Zentrifugalpumpe und der Umkehrosmosevor richtung der zur vorgewählten Produktströmungsrate zugehörige Systemdruck ermittelt und durch Verstellen der Drossel in der Konzentratleitung konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Speiselösung Salzwasser einsetzt und das entsalzte Wasser (Permeat) als Produkt gewinnt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Temperatur der Speiselösung erfaßt und daraus der Membran leistungsfähigkeitsindex K nach der Formel K=K₀ (Dw/T)berechnet wird, wobei
K₀ eine konstante, bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften und die Struktur der semipermeablen Membran,
D_W der Diffusionskoeffizient des Wassers in der Membran und
T die Temperatur der Speiselösung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der gewünschten Strömungsrate des entsalzten Wassers, die Drehzahl der Zentrifugalpumpe berechnet wird, welche die Pumpenleistung minimiert, und die Antriebseinheit der Pumpe derart gesteuert wird, daß die Pumpe mit der berechneten optimalen Drehzahl läuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der aktuelle Pumpenabgabedruck (P₀) als auch der aktuelle Konzentratdruck (P₂) kontinuierlich über Druckfühler erfaßt werden, daraus der aktuelle Druckverlust der Osmosevorrichtung berechnet und mit Normwerten verglichen wird und aus den Abweichungen der erforderliche Systemdruck neu bestimmt und eingestellt wird, um die gewünschte Strömungsrate aufrechterhalten.

6. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch Anzeigemittel für den Membranleistungsfähigkeitsindex.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Speicher zum periodischen Speichern des berechneten Membran leistungsfähigkeitsindex und Anzeigemittel zum Anzeigen der gespeicherten Werte.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Anzeigemittel für Normzustand und Betriebszustand von Pumpen abgabedruck (P₀, P₀′) und Pumpenleistung (Q₀, Q₀′).

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8 mit Einrichtungen zum Speichern und Anzeigen der gespeicherten Werte von P₀, P₀′, Q₀, Q₀′.

10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Alarmeinrichtungen, welche bei einem vorbestimmten Leistungsabfall von Kennwerten ansprechen.