DE3490181T1

DE3490181T1 - Steuerung zur Verwendung bei einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem

Info

Publication number: DE3490181T1
Application number: DE19843490181
Authority: DE
Inventors: Ichiro Hiraiwa; Shin Taniguchi; Koichi Yamada; Toshinari Tokio/Tokyo Zengo
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1985-05-15
Also published as: GB8426165D0; CA1233128A; WO1984004049A1; GB2146263A; EP0142567A1; DE3490181C2; EP0142567A4; GB2146263B; EP0142567B1; US4772385A

Description

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Υ-7619

Steuerung zur Verwendung bei einem umgekehrten osmotischen

Behandlungssystem

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung zur Verwendung bei einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Flusses eines Produktströmungsmittels von einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem unter Verwendung von Strömungsmitteldruckmitteln, wie beispielsweise einer Zentrifugalpumpe.

Stand der Technik:

Ein umgekehrtes osmotisches Behandlungssystem ist mit einer umgekehrten psmotischen Vorrichtung ausgerüstet, und zwar unter Verwendung von semipermeablen Membranen. Ein unreines Strömungsmittel, welches durch ein Druckmittel der Pumpenbauart unter Druck gesetzt ist, wird in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist, die das Speiseströmungsmittel 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

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des aufgelösten Materials aufteilt.

Das umgekehrte osmotische Behandlungssystem wird typischerweise in Fabriken zur Entsalzung von Salzwassern, wie beispielsweise Salzlösung (Sole), Brackwasser und Seewasser. Um entsalztes Wasser zu erzeugen muß das Speiseströmungsmittel 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 umgekehrten osmotischen Gerät. Bei diesem System wird das Speiseströmungsmittel 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 eines umgekehrten osmotischen Behandlungssystems hat ein Problem in Verbindung mit 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 des Produktströmungsmittels von der umgekehrten osmotischen Behandlung unter Verwendung einer Zentrifugalpumpe als ein Druckmittel ist in Fig. 1 gezeigt. Das umgekehrte osmotische Behandlungssystem 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 4, die aus einer Vielzahl von umgekehrten osmotischen Modulen besteht. Das aus der semipermeablen Membran jedes Moduls austretende entsalzte Wasser wird in einem Tank 6 gespeichert. Eine konzentrierte Lösung kommt auch aus der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, aber durch einen unterschiedlichen Kanal und wird gegen eine hydraulische Turbine 7 der Pelton-

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Radbauart durch Düse 7' geschleudert. Die Leistungswelle 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 am Einlaß 2' festgestellten Druck der umgekehrten osmotischen Vorrichtung feststellL.. (Die Anzeigevorrichtung kann durch eine Druckanzeigesteuerung ersetzt werden, die einen eingestellten Druckwert und auch den festgestellten Druck anzeigt); ferner ist ein Druckregulierventil 2 an der primären oder Speiseleitung vorgesehen, und zwar zwischen der Pumpe 1 und der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und zwar erfolgt die Steuerung entweder manuell oder automatisch durch die Steuerung 2a,um einen Speisedruck vorzusehen, der gleich dem eingestellten Wert ist. Das Kontroll- oder Steuersystem weist

ferner einen Strömungsanzeiger 3a auf, der die Strömung, festig
gestellt durch einen Strömungssensor, an einem Punkt 3¹ auf 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 7¹ vorgesehen, die am Schlußende der Konzentration oder 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 Viert 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 das umgekehrte osmotische Behandlungssystem 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 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 Venti-

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len, einem Drucksensor, einer Druckanzeigesteuerung, einem Strömungssensor und einer Strömungsanzeigesteuerung). Es ist ebenfalls erwünscht, eine automatische überprüfung der einzelnen Komponenten des umgekehrten Osmosebehandlungssystems vorzunehmen, und zwar für eine Verringerung deren Leistungsfähigkeit. Noch zweckmäßiger ist es, eine solche Abnahme quantitativ auszuwerten.

Zusammenfassung der Erfindung. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Steuerung vorzusehen, und zwar mit relativ niedrigen Kosten, die bei einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem verwendet werden kann. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, effizient und automatisch eine Kontrolle oder Steuerung vorzusehen, und zwar gegenüber der Strömung der Produktlösung, die aus dem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem herauskommt. Mit der Steuerung gemäß der Erfindung sind die zuvor erforderlichen komplizierten Veritiloperationen nicht notwendig.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung vorgesehen, die folgende Elemente aufweist: 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 ProduktströmungsmitteIflusses, ausgehend von den Einstellmitteln, den zugehörigen Systemdruck bestimmen, und zwar entsprechend den Leistungskennlinien der verwendeten Zentrifugalpumpe in dem System und entsprechend den Leistungskennlinien der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, die ebenfalls im System sich befindet, und 4) eine Vorrichtung (Mittel) zum Vorsehen eines Steuersignals für die Druckerzeugungsmittel infolge des Drucksignals, welches von den

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Druckbestiramungsmitteln 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 Optimiermittel 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 des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems 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 umgekehrte osmotische,.,Vorrichtung eingespeisten Strömungsmittels, zweite Mittel zur Feststellung des Zustandspegels des konzentrierten Strömungsmittels, welches von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung abgegeben wird, Bezugsmittel, die die Normalwerte d-~ 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 zum 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 P ' und des konzentrierten Strömungsmittels P₂' größer sind als ihre entsprechenden Normalwerte P₀ und P₂, die von den Bezugsmitteln geschickt werden, so liefern die Komparatormitte1 ein Ausgangssignal, welches einen Abfall der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung anzeigt. Wenn P₀^P₀ ¹ und P?"*·^' ^^s*-' so erzeugen die Komparator- oder Vergleichsmittel ein Signal, welches das Auftreten eines Strömungsmittelverstopfungszustandes in der Systemleitung anzeigt. Wenn ^p _o>^pn' ^unc^ ^P2^>P2 so liefern die Komparatormitte1 ein Ausgangssignal, welches einen Abfall der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe anzeigt.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung werden Vorrichtungen vorgesehen zur überwachung der Leistungsfähigkeit des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems.

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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 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 umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, ferner einen zweiten Druckfühler (Sensor) zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung, die von der Speiselösung durch die umgekehrte osmotische Vorrichtung 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 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 Viertes des Pumpenabgabedrucks gegenüber dem Normalwert festzustellen.

AO

Die Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weist folgendes auf: einen ersten Drucksensor zum Detektieren des Drucks, der in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeisten Lösung, einen zweiten Drucksensor zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung, die von der Speiselösung getrennt wurde, und zwar durch die umgekehrte osmotische Steuervorrichtuner./und zwar .lerner 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 dem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtungen infolge eines Temperatursignals von dem Temperatursensor.

Im Steuersystem gemäß dem Stand der Technik wird der gewünschte Fluß von entsalztem Wasser Q.. ,erreicht während der Wiedergewinnungsprozentsatz Q-/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 umgekehrte osmotische Vorrichtung toleriert wird.

*/ vgl. letzte Beschreibungsseiten 66 und 67.

Diese sowie weitere Ziele der Erfindung und auch 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 einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zur Steuerung der Verwendung bei einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem 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 einem umgekehrten osmotischen Behandlungssvstem zeigt, welches 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung, verglichen mit der normal arbeitenden Vorrichtung;

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur

Überwachung der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung;

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 öder abnormaler Leistungsfähigkeit unter-

schiedlicher Komponenten in dem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem.

Ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele .

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung seien im folgenden in der folgenden Ordnung beschrieben.

I. Steuerung für das umgekehrte osmotische Behandlungssystem unter Verwendung eines einzigen Ventils.

(i) Überblick.

(ii) Umgekehrtes osmotisches Behandlungssystem (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 (iv) Abwandlungen

II. Minimierung des Leistungserfordernisses 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 des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems, Auswertung des Ausmaßes der Verschlechterung von dessen Leistungsfähigkeit und Identifizierung der Art des speziellen Problems.

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(i) Überblick

(ii) Vorrichtungen zur Bestimmung oder Detektierung der Verschlechterung der Membranleistungsfähigkeit, bestimmung der Verschlechterung des Membranleistungsfähigkeitsindex und überwachung der Membranleistungsfähigkeit
(A) Feststellung eines Abfalls bei der Membranleistungs-

(B) Verfahren zur Bestimmung des Membranleistungsfähigkeitsindex K '

(C) Membranleistungsfähigkeitsüberwachung (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 das umgekehrte osmotische Behandlungssystem durch Verwendung eines einzigen Ventils

(1) 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung, 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung. In dem erfindungsgemäßen Steuersystem werden die einzigen Druckvorsehmittel beliefert mit einem geeigneten Steuersignal, welches den Druck an der semipermeablen Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung einstellt, um den gewünschten Fluß an Produktströmungsmittel oder entsalztem Wasser zu erhalten. Die Erfinder haben erkannt, daß dann, wenn der Fluß oder die Strömung des entsalzten Wassers auf ein gewünschtes Niveau eingestellt ist, der Druck an der semipermeablen Membran, der diese Flußeinstellung 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung.

(ii) Das umgekehrte osmotische Behandlungssystem

Ein Ausführungsbeispiel des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet

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wird, sei im folgenden beschrieben. Das in Fig. 2 gezeigte umgekehrte osmotische Behandlungssystem 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 4, die eine, Vielzahl von umgekehrten osmotischen Modulen oder Einheiten der semxpermeablen Membranbauart aufweist. Die Symbole Po, Qo und Co repräsentieren den Druck bzw. die Strömung (Fluß) bzw. die Konzentration des abgegebenen Seewassers. Damit die umgekehrte osmotische Vorrichtung 4 entsalztes Wasser erzeugt, muß der hydraulische Druck P des Speiseseewassers oder des primären Strömungsmittels an der Grenzschicht (interface) mit der semipermeablen Membran in jedem Modul höher sein als der umgekehrte osmotische DruckTI,. des primären Strömungsmittels nahe dem Interface. Die Differenz zwischen P und 1Γ _M wird im allgemeinen als der umgekehrte osmotische Druck bezeichnet. Genauer gesagt ist der umgekehrte osmotische Druck auch abhängig von dem hydraulischen Druck und dem osmotischen Druck des Produktströmungsmittels oder des entsalzten Wassers, welches aus der umgekehrten osmotischen Vorrichtung 4 herauskommt. Der Druck bzw. die Strömung bzw. die Konzentration des entsalzten Wassers sind in Fig. 2 durch P₁ bzw. Q₁ bzw. C. bezeichnet. Das Strömungsmittel mit der hohen Konzentration, welches aus der umgekehrten osmotischen Vorrichtung kommt, ?.äuft 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 Ventilbetäti-

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/ft

gungsvorrichtung 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 7¹ zu definieren. Das in Fig. 2 gezeigte System weist Energiewiedergewinnungsmittel auf. Die Düse 7¹ 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 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 alleine stromabwärts gegenüber der umgekehrten osmotischen Vorrichtung angeordnet ist, nicht in der Lage ist, den gewünschten Pegel der Strömung Q* 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) vor, 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 Produktströmungsmittel oder entsalztem Wasser vorzusehen.

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(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 des Produktströmungsmittels 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 Strömungsmittels mit niedriger Konzentration, welches in einer umgekehrten osmotischen Vorrichtung hergestellt wird, wird durch die folgende Korrelation gegeben:

Q₁ = A₁₁KZlP, (1)

dabei ist A_M das effektive Gebiet der semipermeablen Membranen in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung

K der Leistungsfähigkeitsindex, bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften, Struktur und Temperatur der semipermeablen Membranen ^P der umgekehrte osmotische Druck.

Der umgekehrte osmotische Druck ist durch die folgende Beziehung gegeben:

P = (P_M - P₁) - (1Tm-IT₁ ), (2)

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dabei ist P_M ' der an die Oberfläche der Membran in Berührung

mit dem Speise- oder primären Strömungsmittel angelegte Durchschnittsdruck

P₁ der Druck des Produktströmungsmittels (entsalztes Wasser) an der sekundären Seite der Membran

1f der osmotische Druck des Speiseströmungsmittels nahe der Grenzfläche (interface) zur Membran

"Jf der osmotische Druck des Produktströmungsmittels (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 irgendein 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 des Flusses (Strömung) des entsalzten Wassers Q- (Routine 101 in Fig. 3).

(2) Der Wert des Abgabedrucks P_Q 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 Qq, die Abgabe von der Pumpe oder die Strömung von Speiseseewasser, wobei diese dem Anfangswert des Drucks P_Q 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

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11 zeigen Strömung bzw. Druck des Speiseseewassers an.

(4) Gemäß den Kontinuitätsprinzipien ist Q_ 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:

⁰M^ ^(C0 ^{+ C}2^)/2·

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

C_M = Cod ₊ Q₀ZQ₂)/2. Daher kann C_w aus C_n bestimmt werden, konstant für die Kon-

MU

zentration von Seewasser, und Q« und Q» werden in den Schritten (3) bzw. (4) berechnet.

Aus Obigem ergibt sich eine gute Annäherung für das System zur Entsalzung 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_x. dazu verwendet werden, um den entsprechenden osmotischen Druck T¹..

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zu bestimmen. Die graphische Darstellung 12 in Fig. 2 veranschaulicht die Konzentration, abhängig vom osmotischen Druckprofil durch Kurve 24.

(7) Temperatureichung:

Wenn das Speiseseewasser einer signifikanten Temperaturänderung ausgesetzt ist, so wird ein Temperaturfühler 14 verwendet, um die Temperatur der durch die Speiseleitung fliessenden Lösung festzustellen. Wenn die detektierte Temperatur T ist, der Wert des Membranleistungsfähigkeitsindex K ist, so kann die Eichung durch folgende Formel erfolgen:

K = K_O(D_W/T),

dabei ist K_Q 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 graphische Darstellung 13 in Fig. 2,veranschaulicht durch Kurve 28, das Profil T, abhängig von D /K.

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

(8) Durch Subtraktion von Ρ_τ _Λ , dem Druckverlust des

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Strömungsmittels von der Pumpe zu den semipermeablen Membranen ist der umgekehrten osmotischen Vorrichtung 4 von P_Q, der Anfangseinstellung des Pumpenabgabedrucks, erhalten in Schritt (2), kann P_M oder der Druck an der Speiseseite der Membran bestimmt werden. Der Leitungsdruckverlust P_T . hängt ab von der Strömung des Speiseströmungsmittels, wie dies aus Q₀ bestimmt werden kann (wie dies im Schritt (3) erhalten

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wurde), und zwar entweder em empirisch oder durch eine ge

2
eignete Korrelation (beispielsweise Ρ_τ _Λ = a,Q_o ).

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(9) Der umgekehrte osmotische Druck b. P ist gegeben
durch:

Beim Normalbetrieb des Systems halten der Druck des entsalzten Wassers P₁ und sein osmotischer Druck if. im wesentlichen feste Niveaus ein und sie können somit als zwei Konstanten angesehen werden. Unter Verwendung dieser Konstanten, wie auch der Werte "ff., und P ', bestimmt in den Schritten (6) und (8), kann der umgekehrte osmotische Druck 4p erhalten werden.

(10) jiiie bereits erwähnt, ist die Strömung des entsalzten Wassers Q₁ durch die folgende Gleichung gegeben: Q₁ = A K Δ P. In dieser Formel ist A,, 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 umgekehrten osmotischen Drucks Ap. Dieser Berechnungsschritt ist in Fig. 3 durch Routine gezeigt. Auf den folgenden Seiten ist der berechnete Strömungswert des entsalzten Wassers durch Q-|_CALC repräsentiert. Die Korrelation zwischen der Strömung des entsalzten Wassers und dem umgekehrten osmotischen Druck Δ P 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 wurde, verglichen mit Q-i_Calc (^{Routine 1}^^{3 in}
Fig. 3). Wenn die Differenz zwischen den beiden Werten
größer ist als eine tolerierbare Grenze, so wird der Pumpenabgabedruck P_Q auf den neuesten Stand gebracht und die Folge

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der Schritte (2) bis (10) wiederholt, oder die Q_1CALC ^Er~ halte -Routinen 101 und 102 werden vorgesehen, bis die Differenz zwischen dem anfangs eingestellten Q₁ und dem bestimmten Q_{1C c} kleiner wird als die tolerierbare Grenze. Anders ausgedrückt wird diese auf den neusten Stand-bring-Operation in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Wert Q_1CALC, erhalten durch Berechnung, mit dem auf den neuesten Stand gebrachten Pq auf den eingestellten Wert von 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 dem Abgabedruck einer Pumpe. Dies liegt an der charakteristischen Beziehung der Strömung des entsalzten Wassers gegenüber dem Pumpenabgabedruck oder dem Druck an der umgekehrten osmotischen Vorrichtung. Die graphische Darstellung 11 in Fig. 2 veranschaulicht mit Kurve 23 den Pumpenabgabedruck, abhängig von der Strömung des entsalzten Wassers. Wenn der Pumpenabgabedruck P_Q und somit der Wasserdruck P an der umgekehrten osmotischen Vorrichtung einen kleinen Wert hat, der nicht in der Lage ist, den osmotischen Druck " der Speiselösung in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung (beispielsweise ß. P-c 0) zu überwinden, so wird kein entsalztes Wasser erzeugt. Wenn der Abgabedruck der Pumpe ansteigt, so wird auch der osmotische Druck If der Speiselösung an der semipermeablen Membran ansteigen. In der frühen Stufe ist jedoch die Anstiegsrate des Pumpenabgabedrucks größer als der Anstieg des osmotischen Drucks Tf und daher setzt der umgekehrte osmotische Druck Δ ρ seinen Anstieg fort, was einen proportionalen Anstieg der Strömung des entsalzten Wassers bedeutet. Wenn die Rate des Anstiegs des umgekehrten osmotischen Drucks 4P Null wird, so wird eine maximale Strömung an entsalztem Wasser Q_linax erhalten (vgl. Kurve 23 in Fig. 2).

349Ü181 - aer - IH

Ein weiterer Anstieg des Pumpenabgabedrucks hat eine Verminderung des umgekehrten osmotischen Drucks ZlP 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung 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 P_Q erhalten, und zwar entsprechend den verschiedenen Einstellungen der Strömung des entsalzten Wassers Q₁.

Die Kurve 22 in der graphischen Darstellung 11 (Fig. 2) veranschaulicht die Beziehung von Q-, der Strömung des sekundären Strömungsmittels oder der Lösung hoher Konzentration, gegenüber dem Pumpenabgabedruck P_. Diese Kurve kann man dadurch erhalten, daß man die Pq~Q-i 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/Qq) innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, der einen normalen Betrieb der osmotischen Vorrichtung garantiert. Das zweite Erfordernis für die Auswahl besteht darin, daß die Pumpe mit weniger Energie antreibbar ist.

Auf diese Weise ist nunmehr P_n, 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, werden nunmehr bestimmt. Auch die anderen Systemzustandsvariablen einschließlich der entsprechenden Strömung des primären Strömungsmittels Q₀ und der des sekundären Strömungsmittels (konzentrierte Lösung) sind bestimmt.

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

(12) Der Druck der konzentrierten Lösung P₂ an der Düse 7¹ kann empirisch aus den drei in Schritt (11) bestimmten Werten bestimmt werden, d.h. dem Abgabedruck P_n der Pumpe 1, der Strömung des primären Strömungsmittels Q und der Strömung der konzentrierten Lösung Q₂. Alternativ kann die folgende Korrelation zur Berechnung von P₂ verwendet werden:

^P2 ^{= P}0 ^PL1 ' ^PL2'

dabei ist P _Λ der Strömungsmitteldruckverlust in der Lei-

tung von Pumpe 1 zur umgekehrten osmotischen Vorrichtung 4

P_L2 der Strömungsmitteldruckverlust in der Leitung von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung zur Düse 7'.

Auf der rechten Seite der Korrelation ist P_T1 gegeben durch

2 2 '

a.Q₀ und P _ durch a₂Q₂ ' ^wo^^{ei a}i ^unc^ ^a2 J^eweils eine Verlustkonstante 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 Ρ_τ _Λ wie auch P₇. _n verwendet werden.

(13) Die Düse 7¹ ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer hydraulischen Drucks in die kinetische Energie eines Wasserstrahls. Die Geschwindigkeit (v) eines Strömungsmittels weggeschleudert von der Düse 7¹ kann durch die folgende Gleichung unter Verwendung von P₂ oder dem hydraulischen Druck an dem Düseneinlaß in Schritt (12) bestimmt werden:

<W 2gP₂' ,

dabei ist O^ konstant

g die Erdbeschleunigung.

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

(14) Die öffnung oder Apertur A l/ des Steuerventils 3 kann durch folgende Gleichung berechnet werden, und zwar unter Verwendung der strömungskonzentrierten Lösung Q₂, bestimmt in Schritt (11) und der Geschwindigkeit des Wasserstrahls v, bestimmt in Schritt (13):

= Qj/

(15) Die Betriebsgröße oder der Hub S des Steuerventils kann aus der Ventilöffnung, abhängig von den Hubcharakteristiken des Ventils bestimmt werden, und zwar durch Verwendung von A\J , bestimmt in Schritt (14). Die graphische Darstellung 17 in Fig. 2 zeigt durch Kurve 27 eine typische Ventilöffnungs/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 verschieb oder verstellt, um eine A^ entsprechende Ventilöffnung vorzusehen. Infolgedessen entwickelt das Steuerventil 3 mit einer Öffnung A \) 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 Hub S zu erzeugen, der dem gewünschten Pegel der entsalzten Wasserströmungseinstellung 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 Ausbildungsform 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 gewünschten Werte, die im System eingestellt werden sollen, eingegeben werden, und schließlich kann der Computer noch einen Datenprozessor aufweisen, der die Eingangsdaten verarbeitet, und zwar durch die in den Abschnitten (A) und (B) beschriebenen Verfahren.

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(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 umgekehrte osmotische Vorrichtung verwendet werden. In diesem Falle ist die zu steuernde oder kontrollierende Mengenicht 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 Abschnitt (A) beschriebenen Verfahren mit notwendigen Modifikationen, die dem Fachmann gegeben sind, wird der Abgabedruck einer Zentrifugalpumpe und andere Systemzustandsvariable, die den vorhandenen "Pegel der Strömung der konzentrierten Lösung erreichen, bestimmt.

Im umgekehrten osmotischen Behandlungssystem 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. VJenn das System von einer so kleinen Größe ist, daß die Energiewiedergewinnung 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

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ein Fühler zur Detektierung des Abgabedrucks der Zentrifugalpumpe. Die Ausgangsgröße dieses Fühlers wird mit einem berechneten Wert des Pumpenabgabedrucks verglichen, wobei dieser Wert in der Steuereinheit 9 erhalten wurde, um den eingestellten 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 Q- des Produktströmungsmittels gegenüber dem Pumpenabgabedruck P_Q mit der Pu-pendrehzahl. 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 des ProduktStrömungsmittels, 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 Q₁ bei einem bestimmten Pumpenabgabedruck Pq₁ vorgesehen werden (vgl. die Pumpenleistungsfähigkeitskurve 21 und die Pg-Q₁ charakteristische Kurve 23 in Fig. 2).

Der Wert von Q₁ steigt mit höherer Pumpendrehzahl an. Für einen gegebenen Wert Q_n 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 P_n-Q₁ Kennlinie (charakteristische Kurve) mit einer maximalen Strömung des Produktströmungsmittels (beispielsweise entsalzten Wassers) Q₁ gefunden werden, der gleich dem gewünschten Wert Q₁ ist. Das Leistungserfordernis für die Pumpe kann minimiert werden durch deren Laufen bei dieser optimalen Drehzahl.

(ii) 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 P_n, abhängig von der Strömung des Speisestromungsmittels Q_n) der Pumpe bei der Nenndrehzahl N_n. Die Kurve 23 zeigt die Charakteristiken des Abgabedrucks'P_n, abhängig von der Strömung des entsalzten Strömungsmittels Q₁ bei der gleichen Drehzahl N_. Die Kurve 21-1 zeigt die Q-H-Leistungsfähigkeitscharakteristiken der Pumpe bei 0,9 N_R/ wohingegen die Kurve 23-1 die P_n-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 P_n-Q₁-Charakteristika. Eine gestrichelte Linie 29 zeigt das Pumpendrehzahl/Q₁ -P_n-Profil, das erhalten wird durch Auftragen der Werte der maximalen Strömung (Q₁ ) auf den P_nZQ₁ charakteristischen Kurven für ι max Ui

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-

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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 (Q₁ ). Die Kurven 34, 34-1 und 34-2 in der graphischen Darstellung (C) in Fig.4 zeigen die Beziehung der Abgabe (Q₀) von der Pumpe 1 und das Leistungserfordernis (HP) für die entsprechenden Pumpendrehzahlen von N^, 0.9 N_n und 0,8 N-,.

KK K

In der graphischen Darstellung (A) befindet sich der Punkt (d) auf der P₀-Q--Kennlinienkurve 23-1 für eine Pumpendrehzahl von 0,9 N_R und zeigt die maximale Strömung des entsalzten Wassers Q'.. an, die erhalten wird durch das umgekehrte osmotische Behandlungssystem bei 0,9 N_R, und ferner wird auch angezeigt der Pumpenabgabedruck oder der Druck am Einlaß der umgekehrten osmotischen Vorrichtung P_Q , der sich dann entwickelt, wenn Q'. erhalten wird. In diesem Fall arbeitet die Pumpe am Punkt (a) auf der Pumpenleistungsfähigkeitskennlinienkurve 21-1 für die gleiche Pumpendrehzahl (0,9 Np). Dieser Punkt (a) zeigt, daß das primäre Strömungsmittel mit einer Rate oder Geschwindigkeit von Q_n 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 Q' , die bei einer Pumpendrehzahl von 0,9 N_R erhalten wird, gleich dem gewünschten Pegel der ent-, salzten Strömung Q₁ ist, so ist 0,9 N_R die optimale Pumpendrehzahl, "bei der das Leistungserfordernis der Pumpe minimiert ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Pq-Q₁- Kennlinienkurve oder Charakteristik 23 für eine Pumpendrehzahl von N^ zwei Punkte (e) und (f), bei denen die Strömung des entsalzten Wassers gleich der maximalen Strömung Q' für eine Drehzahl von 0,5 N_R ist. Der Punkt (e) zeigt, daß der Pumpenabgabedruck oder der Druck am Einlaß der umgekehrten osmotischen Vorrichtung einen Wert P₀, besitzt, der größer ist als der Wert P_Q 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 des Speiseströmungsmittels ^Qob ^istv

Der Wiedergewinnungsprozentsatz oder das Verhältnis der
Strömung des Produktströmungsmittels (beispielsweise entsalzten Wassers) zur Strömung des Speiseströmungsmittels muß innerhalb eines Bereichs liegen, der den normalen Betrieb der umgekehrten osmotischen Vorrichtung sicherstellt. Für das
Entsalzungssystem von Seewasser liegt der kritische Wiedergewinnungsprozentsatz, der durch das System toleriert wird, im allgemeinen Bereich zwischen 20 und 40%. Wenn das System so betrieben würde, daß das Speiseströmungsraittel mit einer Strömungsrate von Q_n, (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_ob) seinen kritischen Wert übersteigen. Die Betriebspunkte (e) und (g) sind daher von
den Systemerfordernissen der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen.

Der dem Punkt (f) entsprechende Pumpenbetriebspunkt ist der Punkt (c) auf Kurve 21 und dieser Punkt zeigt an, daß die Strömung des Speiseströmungsmittels Q₀ ist. Das Leistungserfordernis zum Vorsehen dieses Strömungspegels oder Niveaus ist Hc, was durch Punkt (b) auf der Leistungserforderniskurve 34 für eine Pumpendrehzahl von N_n angegeben ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Punkt (a) auf der Kurve 21-1 auch auf der Kurve 31, die die Ausgangscharakteristika des Druckregulierventils für eine Pumpendrehzahl von N_R anzeigt. In diesem Fall ist der Druck am Einlaß der umgekehrten osmotischen Vorrichtung P₀ und die Strömung des Strömungsmittels, die in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, ist Q_Oa· Die Strömung des erzeugten entsalzten Wassers ist gleich dem Wert, angegeben durch Punkt (d) auf der Kurve 23-1 (P₀-Q₁ charakteristische Kurve für eine Drehzahl von 0,9 N_R), der dem Pumpenbetriebspunkt (a) entspricht. Dies ist so bei den beiden Fällen, daß in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeiste Strömungsmittel gleichen Druck und Strömung besitzen. Der Pumpenbetriebspunkt, der dem Punkt (a) assoziiert mit dem Druckregulierventil entspricht, wird am Punkt (b) gefunden. Man kann daher sehen, daß das Druckregulierventil einen Druckabfall gleich der Differenz zwischen Pqj, angegeben durch Punkt (b) und Pq₃* angegeben durch Punkt (a) bewirkt hat. Das Leistungserfordernis entsprechend dem Pumpenbetriebspunkt (b) in der graphischen Darstellung (A) hat einen Wert Hb, angegeben durch Punkt (b) auf der Leistungsanforderungskurve 34 in der graphischen Darstellung (C). Der Wert Hb zeigt die Leistung an, die erforderlich ist, um eine Strömung von entsalztem Wasser Q- 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

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als der Wert Hb und der durch Punkt (a) auf Kurve 34-1 angegeben 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 Druckregulierventils.

Wie sich aus der weiteren Beschreibung ergibt, kann zur Minimierung der Leistung, die erforderlich ist, um den gewünschten Pegel der Strömung des Produktströmungsmittels 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 Pq-Q₁-Kennlinienkurve gleich dem gewünschten Fluß- oder Strömungspegel 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung positioniert ist.

Ein Beispiel des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Pumpendrehzahl 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 Pumpendrehzahl mit dem gewünschten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers.

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(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 Wiedergewinnungsprozentsatz innerhalb des tolerierbaren Bereichs gehalten wird, wenn das System bei irgendeinem maximalen Strömungspunkt betrieben wird, und zwar auf den P_Q-Q--Charakteristika (beispielsweise Punkt (d) auf Kurve 23-1 in Fig. 4). Wenn dieses Erfordernis durch die verwendete umgekehrte osmotische Vorrichtung nicht erfüllt wird, so müssen notwendige Modifikationen an den in Schritt (1) erhaltenen Daten vorgenommen werden, so daß der Wiedergewinnungsprozentsatz der modifizierten Daten innerhalb tolerierbarer Grenzen liegt. Insbesondere wird die Strömung des entsalzten Wassers für den maximalen Wiedergewinnungsprozentsatz toleriert durch die spezielle umgekehrte osmotische Vorrichtung 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.

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

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit für da§ umgekehrte osmotische Behandlungssystem, das gemäß dem erf irjcfungsgemäßen Prinzip, welches unter Bezugnahme auf Fig. 4 t)fschrieben wurde, betrieben wird. Mit 35 ist eine Eingabevorrichtung typischerweise der Tastaturbauart bezeichnet, welche f|.ne Einstellung des gewünschten Pegels für den entsalzten Wasserfluß Q- vorsieht. Eine Vorrichtung 36 ist ein Funktionpg^nerator, der ein Signal erzeugt, welches die optimale Puihp^ndrehzahl N anzeigt, und zwar infolge des Signals, das von d.ef Eingabevorrichtung 35 eingegeben wird und welches der; gewünschten Pegel der Strömung des entsalzten Wassers Q₁ angibt. Infolge dieses Befehls steuert die Motordrehzahlsteuer_:ung 38» gekuppelt mit dem Funktionsgenerator, einen Zentrifug||pumpenantriebsmotor 8 derart, daß er mit optimaler DrehzahJ. ^j-Ch dreht. Mit 37 ist ein Funktionsgenerator bezeichnet, d.§r infolge des Signals, welches von der Eingangsvorrichtupg 35 eingegeben wurde und welches den gewünschten Strömunc|s,pe,gel Q₁ anzeigt, den Wert des Hubs erzeugt, der eine Funktion ißt von Q₁ und durch den das Ventil 3 stromabwärts gegeni^er der umgekehrten osmotischen Vorrichtung verstellt werden Der Funktionsgenerator 37 liefert einen Befehl über Treiber 18 an eine Betätigungsvorrichtung 3b des Venti^ 3, positioniert in der Sekundärleitung und bewirkt, daß das Ventil um den Hub, angegeben durch den Befehl, verstellt Infolgedessen erzeugt das System entsalztes Wasser mi gewünschten Strömungsrate Q₁, während die Pumpe mit d|r ppti~ malen Drehzahl läuft und der Strömungsmitteldruck wirig durch das Ventil 3 vorgesehen. Ein Strömungsmesser 5 ist niqftt wesentlich für die vorliegende Erfindung, kann aber werden, um die tatsächliche Strömung des entsalzten aps 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 Primärleitung 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 P_Q (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, gespeichert 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 festzustellen. 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 Systemzustandsvariable vorsieht. Jeder der als Rückkopplungselemente verwendeten Drucksensoren kann durch einen Strömungsmesser 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.

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Ähnliche konventionellen Antriebsmittel für die Zentrifugalpumpe, wie beispielsweise ein Motor, eine Gasturbine usw. können für den Motor 8 eingesetzt werden.

III. überwachung der Leistungsfähigkeit jeder der Komponenten des umgekehrten osmotischen Behandlungssyste^". 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 Membranleistungsfähigkeitsindex Ko, 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. Erfindungsgemäß sind Vorrichtungen vorgesehen, die die Leistungsfähigkeit der entsprechenden Komponenten des Systems überwachen und das Ausmaß der Leistungsfähigkeitsverschlechterung bestimmen.

Die Erfinder gehen davon aus, daß die Gesamtleistungsfähigkeit des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems bestimmt wird durch die Leistungsfähigkeit von drei Hauptkomponenten, d.h. der Zentrifugalpumpe, den Membranen in der umgekehrten Osmosevorrichtung und den Strömungsmittelkanälen, wobei die Verschlechterung der zuletzt erwähnten Komponente, ausgedrückt als Druckverlust, ausgewertet wird. Gemäß den Feststellungen der Erfinder können die Verschlechterungen dieser drei Komponenten gesondert identifiziert werden, und zwar

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3A9U

durch Vergleich einer Kombination oder eines Musters von Zustandsniveaus (Druck und/oder Strömung) des primären und sekundären Strömungsmittels, welches durch die Speise- oder Primärleitung und die Sekundär- oder Konzentrationsleitung in dem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem läuft, und zwar mit einer Kombination oder einem Muster der Zustandsniveaus des Strömungsmittels bei normalen oder idealen Betriebsbedingungen. Die Ergebnisse dieser Vergleiche sind in der folgenden Entscheidungstabelle I zusammengefaßt.

Entscheidungstabelle I

Strömungszustandspegel Strömangzustandspegel (Primär leitung) (Sekundär leitung)

Phänomen

oder

^P2<V oder Q₂<Q₂'

Niedrige Membranleistungsfähigkeit in der umgekehrten Osmosevorrichtung

oder

p₂>p₂' oder Q₂>Q₂'

Verstopfter Stromungskanal (einschließlich innerer Durchströmungsdurchlässe in umgekehrten osmotischen Modulen

^F0>^P0
oder

p_2>p₂'

oder Q₂>0₂'

Niedrige Pumpenleistungsfähigkeit

Bemerkungen: Ein Zustandsniveau ohne "Strich" zeigt den Wert unter Normalbedingungen an. Beispielsweise zeigt P_Q den Strömungsmitteldruck auf der Primärleitung unter Normalbedingungen an.

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Ein Zustandspegel mit einem "Strich" zeigt einen anderen Wert an als den Normalwert,der infolge einer Änderung in der Leistungsfähigkeit einer bestimmten Komponente auftritt. .

Pq, Pq¹ Druck des Strömungsmittels in der Primärleitung

P₂, P₂ ¹ Druck des Strömungsmittels in der Sekundärleitung

Qq ι Qq' St-.wi.iung des Strömungsmittels in der Primär leitung

Q₂, Q~' Strömung des Strömungsmittels in der Sekundärleitung

Das im folgenden zu erläuternde Ausführungsbeispiel verwendet folgendes: Mittel zur Detektierung des Drucks eines durch die primäre oder Versorgungsleitung fließenden Strömungsmittels, und Mittel zum Detektieren des Drucks eines durch die Sekundäroder Konzentrationsleitung fließenden Str^mungsmittels. Jeder der detektierten Werte des Drucks wird mit dem für normale Betriebsbedingungen berechneten Wert verglichen. Die Ergebnisse des Vergleichs identifizieren, welche Systemkomponente 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 Strömungsmitteldruckverlustindex).

Speziell liefert die Leistungsfähigkei^süberwachungs- 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 Abnormalität einer bestimmten Komponente anzeigt.

(ii) Vorrichtungen zur Bestimmung der Verschlechterung der Membranleistungsfähigkeit, zur Bestimmung des verschlechterten Permembranleistungsfähigkeitsindex und zur überwachung der Membranleistungsfähigkeit

Fig. 7 ist im ganzen ähnlich Fig. 2 und zeigt eine Steuereinheit 9 mit den gleichen Fähigkeiten 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 sekundären oder Konzentrationsleitung angeordnet ist, um den Druck des konzentrierten Strömungsmittels festzustellen. Die Detektions- oder Feststellungssignale von diesen Fühlern werden in verschiedene Leistungsfähigkeitsmonitoren (überwachungsvorrichtungen) (Fig. 8, 10 und 12) eingespeist und auch in Problemartidentifizier- und Alarmvorrichtungen (Fig. 13), wobei sämtliche dieser Vorrichtungen in der Steuereinheit 9 (was aber in Fig. 7 nicht gezeigt ist) incorporiert sein können. Jede der graphischen Darstellungen in Fig.7 zeigt die Charakteristika einer verschlechterten Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, verglichen mit den Kennlinien der Normalmembran.

^3Λ9ΰ181

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei für die folgende Beschreibung angenommen, daß die öffnung A 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 verschlechterten Membranleistungsfähigkeit, In gleicher Weise sollen zwei Systemzustandspegel (beispielsweise P2 und P₂'^ bei der gleichen Strömungsmitteltemperatur verglichen werden, und zwar unter Verwendung der notwendigen Temperaturkompensation (Temperatureichung für Strömungsmittel mit unterschiedlichen Temperaturen).

(A) Feststellung eines Abfalls in der Meinbranleistungsfähigkeit

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

Q₁ = A_MKÄp.

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

K= Ko(Dw/T).

Der Ausdruck Dw/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 Ko ist der Leistungsfähigkeitsindex, 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 oder Charakteristik 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 - verändert sich die Charakteristika der Membran zu den durch die gestrichelte Linie angedeuteten Charakteristika. Wenn die Leistungsfähigkeit der ,Membran sich verschlechtert, so verringert sich die Strömung des entsalzten Wassers, wohingegen die Strömung an konzentrierter Lösung ansteigt. In E*ig. 7 repräsentiert Q₁ die Strömung des entsalzten Wassers unter Normalbedingungen, Q₁' die Strömung bei verschlechterter Membranleistungsfähigkeit, wohingegen Q2 die Strömung der konzentrierten Lösung bei Normalbedingungen bezeichnet und Q2' die Strömung bei verschlechterter Leistungsfähigkeit. Daher können die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

Q₁XJ₁-¹ Und Q₂<Q₂'.

Wenn diese Beziehungen erfüllg sind, so kann man davon ausgehen, daß die Leistungsfähigkeit einer Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung sich verschlechtert hat.

(2) In der Diskussion dieses Abschnitt (ii) wird angenommen, daß die öffnung A 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 ν auf v¹, bzw. von P_Q auf Pp', wie dies in der graphischen Darstellung 16 gezeigt ist. Daher gilt

P₂ < P₂ ' und v< v' .

(3) Der Druckverlust des Strömungsmitteln in der Leitung (P = P ₁ +P.-) fluktuiert weniger als das Ausmaß, durch welches der Druck der konzentrierten Lösung erhöht wird und daher wir.d der Abgabedruck der Pumpe oder der Druck der Lösung in der Primärleitung ebenfalls erhöht. Mathematisch ausgedrückt bedeutet das:

V-\^po'

wobei Pq der Abgabedruck der Pumpe mit normaler Membran ist und Pq¹ ist der Wert einer verschlechterten Membran.

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

Pq^Pq' 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 Vorrichtung die oben erwähnte Beziehung feststellt.

(B) Der Leistungsfähigkeitsindex K_Q' der verschlechterten Membran wird durch das folgende Verfahren bestimmt.

(1) Die Geschwindigkeit V eines Wasserstrahls, austretend aus^Jder Düse 7', mit der verschlechterten Membran wird durch Lösung der Beziehung: V =siv^r"2gP~7^T unter Verwendung von P₂ ¹ gelöst, welches der hydraulische Druck in der sekundären Leitung ist und zwar detektiert durch Druckdetektor 6.

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

- M S J 4 ^:;j j j S 1

(3) Die Pumpenabgabe oder die Strömung des ■Strömungsmittels in der Primärleitung Q₀ ¹ wird bestimmt aus der Leistungsfähigkeitscharakteristik der Pumpe (vgl. in Fig. 7 die Kurve 21), unter Verwendung des detektierten Punpenabgabedrucks P ',

(4) Die Strömung des entsalzten Wassers Q-' wird durch Lösen von Q₁' = Q_n ¹ - Q^' bestimmt, und zwar unter Verwendung von Q₀' und Q₂'/ bestimmt in den Schritten (2) und (3).

(5) Der Druckverlust in der Primärleitung P' wird entweder empirisch bestimmt oder aber durch Lösen von P' =

2 ^L1

a«(Q_n ¹) , unter Verwendung von Q_n'/ bestimmt in Schritt (3). In der Berechnungsformel ist a- der Druckverlustkoeffizient für die Primärleitung. Wenn gewünscht, kann eine Konstante für P'_T1 verwendet werden, da der in der Primärleituhg auftretende Druckverlust typischerweise ungefähr 1/50 des Abgabedrucks der Pumpe beträgt.

(6) Der an die Oberfläche der semipermeablen Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung angelegte Druck P' wird bestimmt durch Lösen von P' = P_n ¹ - P'_T1, unter Ver-Wendung von P'_T1, bestimmt in Schritt (5) und dem Pumpenabgabedruck Pq'/ detektiert durch Drucksensor 2.

(7) Die Konzentration der sekundären Lösung Cj' wird bestimmt durch Lösen von C₂' = ^cn'Qr\' /Qj' ' ^unter Verwendung von Q₂' und Q_n', bestimmt in den Schritten (2) und (3).

(8) Die durchschnittliche Konzentration C' der Speiselösung in Kontakt mit der Oberfläche einer semipermeablen Membran in der umgekehrten Osmosevorrichtung wird bestimmt durch Lösen der Annäherung: C' = (C_Q + C₂')/2, unter Verwendung 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' erwünscht ist.

3490Ί8Ί

(9) Der osinotische Druck <" ' wird bestimmt aus C' , be-

JNl M

stimmt in Schritt (8), unter Verwendung der Kennlinienkonzentration (C„
24 in Fig I 7) .

zentration (Cw), abhängig vom osmotischen Druck It (Kurve

(1.0) Der umgekehrte osmotische Druck & P' wird bestimmt durch Lösen von A P' = (P'_M " ^Pi ) ~ (f'_M "TT₁)/ unter Verwendung von P. als der Konstanten für den Druck des entsalzten Wassers, Y* der Konstanten für den osmotischen Druck des entsalzten Wassers,ff' bestimmt in Schritt (9) und P' bestimmt in Schritt (6) .

(11) Der temperaturabhängige Meiabranleistungsfähigkeitsindex K¹ wird bestimmt durch Lösen von K¹ = Q₁'/A₁,/LP¹, unter Verwendung von Q₁, bestimmt in Schritt (4), A der Konstante für die Membranfläche und 4 P' bestimmt in Schritt (10)

(12) DAs Ausmaß der Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung wird bestimmt durch Berechnung des Verhältnisses von K¹, des Leistungsfähigkeitsindex der verschlechterten Membran zu K, dem Leistungsfähigkeitsindex der normalen Membran bei der gleichen Temperatur. Alternativ kann K_n ¹ oder der Membranleistungsfähigkeitsindex /der nicht von der Temperatur abhängt, bestimmt werden durch Lösen von K_Q' = K/(D /T), wobei (D,/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 K_Q'/K unter Verwendung des Leistungsfähigkeitsindex der normalen Membran Kq.

i8Ί

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

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm der Uberwachungs- oder Verfolgungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die die Leistungsfähigkeit der Membran durch das unter (B) beschriebene Verfahren überwacht. Der Druck Pq' des Strömungsmittels in der Speiseleitung zu einer semipermeablen Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung wird durch Detektor 2 detektiert, der die detektierte Information in einen Druck/Strömungs-Umwandler 11a schickt. Der Umwandler 11a wandelt den Pumpenabgabedruck oder den Druck des Speiseströmungsmittels P_Q' in die entsprechende Strömung des Speiseströmungsmittels Q_Q' entsprechend der Q-H-Kennlinie der Pumpe um (angedeutet durch Kurve 21 in Fig. 7). Der Druckdetektor 2 schickt auch das Signal P'_o an einen Membranzwischenschichtdruckrechner 29 in der Verfolgungsvorrichtung oder der Überwachungseinrichtung. Der Rechner erzeugt infolge sowohl des Signals P' _Q als auch des Speiseströmungsmittelflußsignals Q'_o vom Druck/Strömungsumwandler 11a ein Membrangrenz- oder Zwischenschichtdrucksignal P' gemäß der Korrelation P'_M = P'_Q - P'_L1 = P' _Q - a^{Q'_Q)². Ein zweiter Druckdetektor 6 detektiert den Druck des Strömungsmittels in der Konzentrationsleitung von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung und schickt das detektierte Signal an einen Konzentrationsströmungsrechner 6b in der Verfolgungsvorrichtung. Unter Verwendung von P'~ und dem vorhandenen Wert der Ventilöffnung A^, geliefert von der Steuereinheit der Bauart gemäß Fig. 2, erzeugt der Rechner 6b ein Signal Q'.-, entsprechend der Korrelation Q' = A«iV 2gP'₂. Ein für das entsalzte Wasser vorgesehener Strömungsrechner 30, bestimmt infolge von Signal Q'_Q aus 11a und Signal Q'₂ von 6b, die Strömung des entsalzten Wassers Q¹,, entsprechend der Korrelation Q'i = Q'q - Q'₂· Ein Membrangrenz- oder Zwischenschichtkonzentrationsrechner 6c erzeugt infolge des Signals Q'_Q vom Umwandler 11a und Signal Q'₂ vom Rechner 6b eine Membrangrenzschichtkonzentration C entsprechend der Korrelation

C'_M = C.,. (1 + Q'q/Q^)/ · ^Ein Konzentrations/osmotischen Druck-Umwandler 12a wandelt entsprechend der Konzentrations/ osmotischen Druck-Kennlinien (vgl. Kurve 24 in Fig. 7) das Membrangrenzschichtkonzentrationssignal C'_M in das entsprechend osmotische Drucksignal *£"' um. Ein Membranleistungsfähigkeitsabfallrechner 31 bestimmt in Abhängigkeit von dem Membrangrenzschichtdrucksignal P' , dem entsalzten Wasserströmungssignal Q¹. und dem osmotischen Drucksignal "t\ ' von entsprechenden Mitteln 29, 30 und 12a einen Membranleistungsfähigkeitsindex K¹ entsprechend den Korrelationen flp. = (p'_M - P₁) _ (IT¹J₁- r-,) und K' = Q'-,/A_M. ij P¹ - Der Rechner 31 bestimmt ferner infolge eines Temperatursignals T aus einem Temperatursignal 14 (Fig. 9) einen temperaturunabhängigen Membranleistungsfähigkeitsindex K_fi' entsprechend der Korrelation K_Q' = K'/(Dw/T). Wenn gewünscht kann der Rechner 31 derart konstruiert sein, daß er auch auf den Bezugsmembranleistungsfähigkeitsindex K^ anspricht, und zwar mit dem Normalwert und gespeichert in der Steuereinheit und Kq.¹/Κ« berechnet oder das Verhältnis des vorhandenen Leistungsfähigkeitsindex 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 Kq'/Kq an eine Anzeigevorrichtung 32, die dann den vorhandenen Wert des Membranleistungsfähigkeitsindex und/oder das Ausmaß anzeigt, um weiches die Leistungsfähigkeit der Membran abgefallen ist.

Ein Speicher 33 kann mit dem Membranleistungsfähigkeitsindex Kq und/oder dem Leistungsfähigkeitsabfall Kq'/Kq vom Rechner 31 periodisch geladen werden, und zwar mit durch eine Zeitsteuervorrichtung 34 gewählten Zeitintervallen. Eine Historie-Anzeigevorrichtung 35 zeigt die Historie der Membranleistungsfähigkeit an, und zwar auf der Basis der aus dem Speicher 3 3 ausgelesenen Daten.

349ÜI8I

_ 4« -Hü

(iii) Feststellung eines Abfalls in der Systemleistungsfähigkeit infolge Wassersteinsatzes im Strömungsmittelkanal und Vorrichtung zur überwachung des
Druckverlusts 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 umgekehrten osmotischen Module werden am leichtesten verstopft. Der verstopfte Kanal erhöht den Druckabfall oder Verlust des Strömungsmittels und dies verschlechtert schlußendlich die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems.

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 Normalbedingungen ausgedrückt werden durch P_Q und Q₀, wohingegen die entsprechenden Werte im Falle der Leitungsverstopfung ausgedrückt werden durch Pq' und Qq '/ so gelten die folgenden Beziehungen: Pq-^Pq¹ und Q_n^Q₀ ¹.

Wenn die Abgabe von der Pumpe abnimmt, so steigt die Membrangrenzschichtkonzentration C₁₁ auf einen Wert C' an. Wenn die

M M

Membrangrenzschichtkonzentration erhöht wird, so wird der osmotische Druck des Speiseströmungsmittels in Kontakt mit der semipermeablen Membran auf einen Wert-ff ' erhöht. Dies er-

.-_n 349Ü18I

kennt man aus der Kennlinienkurve 24 in Fig. 9. Die entsprechende Änderung des umgekehrten osmotischen Drucks ^P ist sehr klein, da der Anstieg des Pumpenabgabedrucks (oder der Druck d.es Speiseströmungsmittels) durch den Anstieg des osmotischen Drucks des Speiseströmungsmittels in Kontakt mit der Membran ausgelöscht wird. Daher ist die Strömungsänderung des entsalzten Wassers ebenfalls sehr klein. Wenn Q- bzw. Q- ' für ~.+3 Strömung des entsalzten Wassers unter Normalbedingungen bzw. die Strömung des entsalzten Wassers im Falle der Kanalverstopfung angenommen werden, so ist Q- im wesentlichen gleich Q-'. 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 ¹ die Strömung dieser Lösung im Falle der Kanalverstopfung ist). Da in diesem Abschnitt hinsichtlich der Ventilöffnung Ay. 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 P₇ 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 ¹ und Ρ₂ ⁵"^Ρ2^{Ι oder 0}O^⁰O* ^und Q2^>Q2'"

3490 - se - ^4

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

(1) Die Verwendung der Ausgangsgröße P'- vom Detektor 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 durch das Verfahren beschrieben in (A).

(3) Verwendung des Pumpenabgabedrucks P_n ¹ vom Detektor zur Bestimmung der Pumpenabgabe (oder der Strömung des Speiseströmungsmittels) Qq¹ gemäß den Q-H-Kennlinien der Pumpe.

(4) Bestimmung der Strömung des entsalzten Wassers Q₁'

auf Q₂' und Q„'.

(5) Bestimmung des umgekehrten osmotischen Drucks i P' durch Lösen von β P' = Q. '/Aj..K.

(6) Bestimmung der Membrangrenzschichtkonzentration C' durch Lösen von C'_M = C_Q.(1 + Q₀'/Q₂')/2.

(7) Verwendung von C'_M zur Bestimmung des osmotischen Drucks Ί) 'w des Speiseströmungsmittels in Kontakt mit der semipermeablen Membran.

(8) Ableitung des Membrangrenzschichtdrucks P' durch Lösen von P'_M =4 P¹' +( jf «_M - -Jf₁) + P₁.

(9) Verwendung von P_Q· und P¹ zur Bestimmung des Druck· Verlustes des Strömungsmittels in der Versorgungsleitung

3 4 9 ü J 8

(10) Verwendung von P~' und P' zur Bestimmung des Druckverlustes P¹T₂ ^ⁿ ^er sekundären oder Konzentrationsleitung

(11) BeStimmung der primären und sekundären Druckverlustkoeffizienten a* ' und a, ' durch Lösen von a-' =.P' ./ (Q₀')² bzw. a₂· = P'_L2/(Q2^I)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 P ''an einen Druck/Strömungsumwandler 11a im Überwacher. Der Umwandler oder Konverter 11a bestimmt die Speiseströmung Q ' gemäß den Q-H-Kennlinien der Pumpe. Ein Konzentrationsdruckdetektor 6 schickt ein Signal P₂' an einen Konzentratströmungsrechner (Kalkulator) 6b, der die Konzentratströmung Q₂' in der in (B) beschriebenen Weise ableitet. Infolge des Speiseströmungssignals Qq¹ vom Konverter 11a und des Konzentratströmungssignals Q~ ' vom Rechner 6b bestimmt ein Rechner die Strömung des entsalzten Wassers Q₁' gemäß der Korrelation Q₁ ¹ = Q.' - Q₂'. Infolge des Speiseströmungssignals Q₀' vom Konverter 11a und des Konzentratströmungssignals Q₂' vom Konverter 6b bestimmt ein Rechner 6c die Durchschnittskonzentration C'_M des Speiseströmungsmittels an der Grenzschicht mit der semipermeablen Membran entsprechend der Korrelation C' = C . (1 + Q ' /Q ')/2. Infolge des Membrangrenzschichtkonzentrationssignals C' vom Rechner 6c bestimmt ein Konverter 12a den entsprechenden durchschnittlichen osmotischen Druck/¹., der Speiselösung in Kontakt mit der semipermeablen Membran entsprechend den Konzentrations/osmotischen Druckkennlinien. Infolge des Speisedrucks P ' vom Detektor 2, des

4 9 0 18

Konzentratdrucks P₂' vom Detektor 6, der Speiseströmung Q_n ¹ vom Konverter 11a, der entsalzten Strömung Q.¹ vom Rechner 30, der Konzentratströmung Q~' vom Konverter 6b und dem durchschnittlichen osmotischen Druck fl ' vom Konverter 12a berechnet ein Rechner 3 7 die Parameter, die mit dem Druckverlust im Kanal zusammenhängen. Als erstes bestimmt der Rechner 37 den umgekehrten osmotischen Druck 4P¹ gemäß der Korrelation Λ?' = Q₁ '/A...K, wobei A_M die Konstante für die Fläche der semipermeablen Membran ist, K ist der Membranleistungsfähigkeitsindex, geeicht unter Verwendung der Strömungsmitteltemperatur T, eingespeist vom Temperaturdetektor 14 in Fig. 9, und Q ' ist das Strömungssignal des entsalzten Wassers, ausgeschickt vom Rechner 30. Unter Verwendung des abgeleiteten umgekehrten osmotischen Drucks 4P¹, des osmotischen Drucks ΤΓ ' aus den

Konverter 12a, der Konstante für den osmotischen Druck des entsalzten Wassers « und der Konstante für den Druck des entsalzten Wassers P₁ bestimmt der Rechner 37 auch den Druck der Speiselösung in der semipermeablen Membran P' entsprechend der Korrelation P' = /[ P' + (^' - i\ ) ⁺ P-, · Unter Verwendung des so bestimmten Drucks P' , des Signals P_n' vom Detektor 2 und des Signals Q_n' vom Konverter 11a bestimmt der Korrelator 37 den Koeffizienten a-' für den Druckverlust des Strömungsmittels in der Speiseleitung, die sich zu den Membranen in entsprechenden RO (umgekehrte Osmose) Modulen erstreckt, und zwar entsprechend der Korrelation a₁' = (P_n' -

2
P'_M)/(Q₀') · Der Koeffizient a₁' kann als ein Maß für die Verstopfung der Speiseleitung verwendet werden. In gleicher Weise verwendet der Rechner 37 den Druck P' , 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 sekundären (oder Konzentrations)-Leitung entsprechend der Korrelation a_o ' = (P' - P₀')/(Q' ) .

ζ Mz Z Der Koeffizient a₂' kann als ein Maß für die Verstopfung der Sekundärleitung verwendet werden.

Die Koeffizienten a ' und a₂' können als eine Endausgangsgröße

3490 18! - se - ¹SH

vom Rechner 37 verwendet werden. Gleichzeitig oder alternativ kann der Rechner 37 die Summe dieser zwei Koeffizienten (a¹ = a-' + a„') 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 eingegeben wird, und zwar periodisch an durch eine Zeitsteuerung 41 ausgewählten Intervallen. Die aus dem Speicher 3 9 ausgelesenen Daten werden einem Vergangenheitsanzeiger 4 2 zugeschickt, der dann die Vergangenheit des Druckverlustes anzeigt, die in dem Systemkanal aufgetreten ist.

(iv) ^Feststellung 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 Pumpenleistungsfähigkeit

Wenn die Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe 1 sich verschlechtert 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 P_Q bzw. Q₀ den normalen Druck in der Primärleitung (normaler Pumpenabgabedruck) bzw. die Normalströmung des Strömungsmittels in der Primärleitung (normale Pumpenabgabe) für die Strömungsmitteltempera-

3490 18

- 5 S

tür P und die Düsenöffnung A angeben, so nehmen diese Systemzustandspegel längs der Systembetriebskennlinienkurve 43 ab (für eine Strömungsmitteltemperatur T und Düsenöffnung A ) wenn die Leistungsfähigkeit der Pumpe sich verschlechtert hat. Anders ausgedrückt gilt folgendes:

und

wobei Pq' und Q_Q' 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 Q-^s-Q₁' (wobei Q₁ die Strömung des entsalzten Wassers bei normalen Pumpenbedingungen ist, und Q-' ist der Wert für den Fall der Verschlechterung 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

■i

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 Beziehung 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 Pumpenverschlechterung 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'*'^2^I twokei Pj der Druck des Strömungsmittels in der Sekundärleitung bei normalen Pumpenbedingungen ist, und P₂'

3430181

ist der Wert für den Fall der Pumpenverschlechterung).

Wie man ohne weiteres erkennt, gilt dann, wenn die Leistungsfähigkeit der Pumpe sich verschlechtert hat, der eine Satz der folgenden beiden Beziehungssätze: P_n:=* P_n' und P2^>P2* oder Q~>Q ' und CK^-Qo¹· 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 Pumpenleistungsfähigkeit. Es ist daher bei Verwendung dieses ersten Satzes von Beziehungen möglich zu prüfen, ob bestimmte auftretende Probleme auf eine Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit zurückzuführen sind.

Das Ausmaß, um welches die Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe sich verschlechtert hat, kann durch verschiedene Verfahren ausgewertet werden. Bei einem Verfahren wird die relative Größe der Verschlechterung der Pumpenabgabe (Q_nVQ₀) als ein Maß für die Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit verwendet. Der Wert Q_n'/Q_n 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 und des Wertes V¹, bestimmt in Schritt (1).

3 ί, 9 Ü 1 8 1

(3) Abschätzen oder Initialisieren von Q_n' für den vorhandenen Wert der Pumpenabgabe im Falle der Pumpenverschlechterung.

(4) Verwendung des detektierten Pumpenabgabedrucks P_n', des Initial- oder Anfangswerts Q_n', eingestellt in Schritt

(3) und des Koeffizienten a~ für den Druckverlust in der Speiseleitung, um so den Membrangrenzschichtdruck P' zu bestimmen, und zwar durch Lösen der folgenden Gleichung:

P¹ = P ' - P¹ = P ' - a ίΟ Μ
MO L1 0 1 ^ιυ0 ' "

(5) Verwende C_n oder die Konstante für die Konzentration der Speiselösung, Q' gemäß Feststellung in Schritt (3) und Q₂' gemäß Bestimmung in Schritt (2), um so die Membrangrenzschichtkonzentration C¹. zu bestimmen, und zwar durch das

Verfahren beschrieben in (ii) (B).

(6) Bestimmung des entsprechenden osmotischen Drucks n ' aus der Membrangrenzschichtkonzentration C', bestimmt in Schritt (5) .

(7) Verwendung von P' und » ' die jeweils in den Schritten (4) bzw. (6) bestimmt wurden, um so den umgekehrten osmotischen Druck 4P¹ durch das in (ii) (B) beschriebene Verfahren zu bestimmen.

(8) Verwendung des Membranleistungsfähigkeitsindex K, geeicht durch die detektierte Temperatur T, des umgekehrten osmotischen Drucks ΔΡ¹, bestimmt in Schritt (7) und Q ', bestimmt in Schritt (2) zur Lösung der folgenden Gleichung: A_MK _ΔΡ· ₊ Q₂' = Q₁' ₊ Q₂' = Q₀'_calc, wobei Q₀'_calc der berechnete (kalkulierte) Wert der Pumpenabgabe ist.

(9) Auf den neuesten Stand bringen des Wertes von Q_n und Wiederholung der Folge von Schritten (3) bis (8) bis

3A9Ü181 - s* -IT?-

der berechnete Wert der Puinpenabgabe Q₀' , gleich dem
anfangs, eingestellten Wert Q_Q ' ist. Der schließlich erhaltene Wert von Q₀'_{calc (end}g_ültig) sollte den vorliegenden
Wert der .Puinpenabgabe repräsentieren.

(10) Berechnung des Verhältnisses des vorhandenen Werts

der Puinpenabgabe Q ' . ~, , .., , . . zu Q^, welches die Ab- ^ ^ 0 ca Ic (endgültig) 0'

gäbe der Pump- .nter normalen Pumpenbedingungen repräsentiert für die gleiche Düsenöffnung und den Strömungsmittelfluß.

(C) Vorrichtung zur Überwachung der Pumpenleistungsfähigkeit (Fig. 12)

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die den Abfall der Pumpenleistungsfähigkeit (angegeben durch Q_nVQ₀) 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 Membrangrenzflächendruckrechner 44 im Monitor oder Uberwacher mit einem
Signal, welches den Druck der Speiselösung P_n ¹ angibt. Unter Verwendung der a.. oder den Koeffizienten für den Druckverlust in der Speiseleitung repräsentierenden Konstanten, eines
Signals, welches Q₀ ¹ 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 P ' indikativ ist, wobei es sich hier um den
Speisedruck handelt, der vom Detektor 2 geliefert wird, leitet der Rechner P' oder den Durchschnittsdruck des Speiseströmungsmittels in der semipermeablen Membran ab, und zwar entsprechend der Korrelation P' = P ' - a.(Q_n') .

MU IU

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist ein zweiter Druckdetektor 6

3 U 9 Ü 1 8 1

auf der Sekundärleitung vorgesehen und liefert an einen Konzentratströmungsrechner 6b im Uberwacher ein Signal, welches den Druck der konzentrierten Lösung P₂' anzeigt. Unter Verwendung dieses Drucksignals P₂' und eines den vorhandenen Wert der Ventilöffnung A 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 Q-' = A V = A 4i/2gP- ' . Unter Verwendung des berechneten Wertes Q₂' der Strömung der konzentrierten Lösung, die vom Rechner 6b geliefert wird und dem geschätzten Wert Q ' der Strömung der Speiselösung, ausgesandt von einer Schätzvorrichtung 46, bestimmt ein Membrangrenzflächendruckrechner 6c den Membrangrenzflächendruck C' gemäß der Korrelation C'_M = C_n(1 + Q₀'/Q₂')/2. Ein für C repräsentatives Signal wird an den Konzentrations/osmotischen Druck-Umwandler (Konverter) 12a geschickt, der dann die Konzentration C' in den entsprechenden osmotischen Druck IT 'umwandelt. Ein entsalzter Wasserströmungsrechner 45 berechnet infolge des Membrangrenzflächendrucksignals P' vom Rechner 44, des Signals n ' vom Umwandler 12a, wobei dieses Signal die durchschnittliche Konzentration der Speiselösung in Kontakt mit der semipermeablen Membran angibt, und des Signals T vom Temperaturdetektor 14 (vgl. Fig. 11), wobei dieses Signal die Temperatur des Strömungsmittels anzeigt, die Strömung des entsalzten Wassers Q₁ ' entsprechend der Korrelation

Q₁' = A_mK4p = A_MK_O(DW/T) (P'_M -fP_M - P₁ +1T₁), dabei sind Kq, P₁ und TT₁ Konstante. Ein Speiseströmungskomparator 4 8 erhält einen berechneten Wert Q ' , der Strömung der Speiselösung durch Addition des berechneten Werts Q-' der Strömung der konzentrierten Lösung, geliefert vom Rechner 6b und vom Rechner 45. Der Komparator 48 vergleicht Q_n ¹ , mit dem geschätzten Wert Q_n'/ der Speiseströmung, geliefert von Schätzvorrichtung 46. Wenn der Wert der Differenz AQ_n,erhalten aus der Subtraktion von Q-¹ _Ί von Q ' größer ist als ein vor-

ü calc 0

349Ü181

bestimmter positiver Wert ß, so liefert der Komparator 48 ein Befehlssignal an die auf den Neuesten-Standbringvorrichtung 47, die sodann ein Inkrementsignal in die Schätzvorrichtung 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 Q ' kleiner ist als Q_n ¹ ,

0 U caIc

und wenn der absolute Wert der Differenz &Q_Q größer ist als der vorbestimmte Wert, so liefert der Komparator 48 ein Vergleichssignal an die auf den Neuestenstandbringvorrichtung 47, die sodann ein Dekrementsignal in die Schätzvorrichtung einaddiert. Infolge dieses Dekrementsignals liefert die Schätzvorrichtung einen weiteren geschätzten Wert der Strömung des entsalzten Wassers, der kleiner ist als der zuerst geschätzte Wert. Der Monitor (Uberwacher) verwendet einen dieser frisch geschätzten Werte zur Durchführung der notwendigen Rekalkulation oder Wiederberechnung.

Wenn die Differenz A Q* zwischen Q_n' und Q-' . kleiner ist

ü u u calc

als der vorbestimmte Wert ß (was die Richtigkeit des geschätzten Wertes Q₀' angibt), so benutzt der Komparator 48 Q_n 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 endgültigen geschätzten Wertes Q ' (was den derzeitigen Wert der Speiseströmung angibt) zum normalen Speiseströmungsfluß Q_ zu berechnen. Das Verhältnis ϊ~ = Q_ ' /Q_n 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

-β, -U 349U181

51 bestimmten Intervallen eingegeben werden. Durch Lesen der gespeicherten Daten aus dem Speicher kann eine Historienoder Vorgeschichtsanzeigevorrichtung 52 die Geschichte der Fluktuation der Strömung der Speiselösung angeben, eine Fluktuation, wie sie während der Verschlechterung der Pumpenleistungsfähigkeit aufgetreten ist.

(v) Modifizierung der Ventilöffnung durch die Monitoren

Vorzugsweise können die von der Steuereinheit an die Ventilbetätigungsvorrichtung 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 verwendet werden. Insbesondere kann durch Kombination mit der Steuereinheit,die zuvor in Verbindung mit Fig. 2 und 4 beschrieben wurde, jeder dieser Monitoren als ein Mittel verwendet werden, um das an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegte Steuersignal zu modifizieren. Beispielsweise kann das auf den Neuestenstandbringen des Membranleistungsfähigkeitsindex 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 umgekehrten osmotischen Vorrichtung anzeigt), kann die Steuereinheit das Hubsignal modifizieren, das an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegt wird. In gleicher Weise kann die Steuereinheit mit den Stromwerten der Kanaldruckverlustkoeffizienten a- 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 Verwendung der neuen Daten des Kanaldruckverlustes kann die Steuereinheit eine weitere Berechnung ausführen, um das an die Ventilbetätigungsvorrichtung angelegt Hubsignal zu modifi-

zieren. Auch kann der durch den Pumpenleistungsfähigkeitsmonitor erhaltene ausgewertete Wert durch die Steuereinheit verwendet werden, die dann das Hubsignal modifizie*rt, 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 Betriebspunkten (für sowohl Pumpenabgabedruck wie auch Pumpenabgabe) abzub-^atzen, Pumpen, die durch den Pumpenleistungsfähigkeitsmonitor detektiert wurden. Ein typisches Verfahren für diese Abschätzung ist die Interpolation 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) Problemdeststell- oder-detektiervorrichtung für die drei Systemkomponenten (Fig. 13)

Fig. 13 ist ein Blockdiagramin einer Problemdetektiervorrichtung, die einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm liefert, um einen abnormalen Abfall der Leistungsfähigkeit einer der drei Hauptkomponenten des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems 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). -r-

Beim unten gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Detektiermittel aus einem Drucksensor oder Fühler 2 zum Detektieren des Drucks der Speiselösung P ' und eines Druckfühlers 6 zum Detektieren des Drucks der konzentrierten Lösung ϊ^'* Wiederum unter Bezugnahme auf die Entscheidungstabelle I können die folgenden Beziehungen verwendet werden, um zu identi-

3 U 9 ü 1 8

fizieren, welche der drei Komponenten sich verschlechtert haben. Wenn P_Q< P ' und P₂<P₂', so hat sich die Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung verschlechtert. Wenn Pq«c P_Q ' und ^P2^>P2'' ^so ^^s^~ ^mi^n<3estens ein Teil der Strömungskanäle verstopft. Wenn P_q^>Pq' und ^P2"^^P2'' ^so hat sich die Leistungsfähigkeit der Pumpe verschlechtert.

Bei diesen Beziehungen werden normale Werte Pq und P2 mit den entsprechenden detektierten Werten P_Q' und P~ ' verglichen und sie zeigen die normalen Drücke der Speiselösung und der konzentrierten Lösung an, und zwar für den Fall, wo die Systemparameter (beispielsweise Strömungsmitteltemperatur T und Ventilöffnung A ), und zwar nicht die, die sich auf die zu überprüfende Komponente beziehen, die gleichen sind. Die Werte P„ und P_? 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 P_n ¹ 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 Q- der gewünschten Strömung des entsalzten Wassers angibt. Unter Verwendung des vorhandenen Werts der Ventilöffnung A ,des vorhandenen Werts der Temperatur T der Speiselösung, detektiert durch den Temperatursensor 14 (vgl. Fig. 2 und 14) und des voreingestellten Werts Q^ der Strömung des entsalzten Wassers berechnet der Rechner 54 den normalen Wert P_Q 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 , T und Q. durchgeführt würde. Der Rechner 54 kann durch einen Teil der Steuereinheit gemäß

3 A 9 ü 1 8 1

Fig. 2 realisiert werden. Wie bereits erwähnt, leitet die Steuereinheit der Fig. 2 aus dem vorhandenen Wert der Strömung des entsalzten Wassers Q- und der detektierten Temperatur T, Pq (den Normaldruck der Speiselösung) und P₂ (den Normaldruck der konzentrierten Lösung) als Zwischenausgangsgröße ab, welche der Operation zur Bestimmung der endgültigen Ausgangsgröße vorausgeht oder der Ventilöffnung A für die Ventilbetatigungsvorrichtung. Die Bestimmung von P_n und P₂ setzt natürlich den normalen Betrieb des gesamten Systems voraus.

Alternativ können verschiedene Werte von P_n und P~, 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 P~ 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 Q- angeben.

Die für die Normalwerte P_Q und P₂ repräsentativen Signale werden respektive in einen Speisedruckkomparator 53 und einen Konzentrationsdruckkomparator 55 eingegeben. Der Komparator 53 vergleicht P_n mit P₀ ¹/ was den vorhandenen Wert des Speisedrucks angibt, der vom Detektor 2 ausgesandt wurde. Wenn P_n in einem Ausmaß größer ist als P_n', welches einen tolerierbaren Bereich ^_n (d.h. P_Q^P · + £ ) 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 P_n ¹ größer ist als der Normalwert P_n, und zwar in einem Ausmaß, welches den tolerierbaren Bereich C _n (d.h. P_Q + ^₀IP_n ¹) übersteigt, so liefert der Komparator 53 eine Eingangsgröße eines UND-Gatters 58 (zur überprüfung der Leitungsverstopfung) und eine Ein-

349U

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 Konzentrationsdrucks angibt, der vom Detektor 6 ausgeschickt wurde. Wenn P₂ (Normalwert) größer ist als P-¹ in einem Ausmaß, welches einen tolerierbaren Bereich ζ (d.h. P₂*^P2' ⁺ ^2^ übersteigt, so speist der Komparator ein Signal in die zweiten Eingänge der UND-Gatter 57 und 58 über Leitung 55A ein. Wenn P₂ ¹ in einem Ausmaß größer ist als P₂, welches den tolerierbaren Bereich ^₂ (d.h. P₂ + t -^ P ') übersteigt, so "speist der Komparator 55 ein Signal in den anderen Eingang des UND-Gatters 59 über eine Leitung 55B ein.

Die Werte vont » und t„ 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 I und £„. Die Größe β und £ zeigt auch die Ernsthaftigkeit irgendeines Problems an, welches bei einer bestimmten 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 auftragen, 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 Pq' des Drucks der Speiselösung kleiner ist als der Normalwert P_Q und wenn der detektierte

Wert P₂ ¹ des Drucks der konzentrierten Lösung kleiner ist als der Normalwert (P_Q:»P ' und P_>P ')# 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 P_Q' größer ist als P_Q und wenn P₂' kleiner ist als P₂ (Pq^P₀ ¹ 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 P_Q' und P₂' größer sind als P_Q bzw. P₂ (bzw. Pq-< Pq ' bzw. P₂-CP₂ ¹), so wird das UND-Gatter 59 in die Lage versetzt, ein Signal an einen Alarm 63 zu liefern, der dann einen höfbaren und/oder sichtbaren Alarm erzeugt, der seinerseits anzeigt.· daß ein verschlechterter oder abnormaler Betrieb bestimmter umgekehrter Osmosemodule auftritt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Problemfeststellvorrichtung der Fig. 13 den Benutzer oder Operator in die Lage versetzt, darüber Bescheid zu wissen, welche der drei Hauptkomponenten des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems 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 versetzt zu wissen, ob eine bestimmte Komponente (die osmotische 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-

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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).

Obwohl das erfindungsgemäße Steuersystem vorstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele gemäß den Zeichnungen beschrieben wurde, so sei doch darauf hingewiesen, daß dies lediglich zur Veranschaulichung geschah und daß verschiedene Abwandlungen und Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich sind.

*/ Mittel zur Bestimmung der Betriebsposition von Druckvorsehmitteln (beispielsweise Ventil) angeordnet an der Konzentrationsleitung und Mittel, die auf die Signale von den ersten und zweiten Drucksensoren ansprechen, wie auch von den Ventiipositioniermitteln ,: um so den Leistungsfähigkeitsindex K ' der umgekehrten osmotischen Vorrichtung entsprechend den Leistungsfähigkeitskennlinien der Zentrifugalpumpe und der Strömungsmittelkanäle zu bestimmen.

Die Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Strömungsmittelkanäle weist folgendes auf: Einen ersten Drucksensor zum Detektieren des Drucks der Lösung, die in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, einen zweiten Drucksensor zum Detektieren des Drucks der köazentrleFten Lösung,.die von der Speiselösung durch die umgekehrte osmotische Vorrichtung getrennt wurde, Mittel zum Bestimmen der Betriebsposition von Druckvorsehmitteln ■angeordnet an der Konzentrationsleitung und Mittel, die auf die Signale von den ersten und zweiten Drucksensoren wie auch von den Positionierungsmitteln ansprechen und

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den Druckverlust des Strömungsmittels in sowohl den Speise- wie auch den Konzentrationsleitungen auswerten, und zwar entsprechend der Leistungsfähigkeitskennlinien der Zentrifugalpumpe und der umgekehrten osmotischen Vorrichtung.

Diese Überwachungsvorrichtungen informieren den Benutzer über das Ausmaß der Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der entsprechenden Systemkomponenten. Vorzugsweise weist jeder Monitor einen Speicher auf, der periodisch den Leistungsfähigkeitswert der speziellen Komponente (wie durch die entsprechenden Auswertungsmittel vorgesehen) speichert, und wobei Mittel vorgesehen sind, um die gespeicherten Daten wieder heruaszuholen und die Leistungsfähigkeit der speziellen Komponente für die Vergangenheit anzugeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die bei einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem verwendet werden kann und sicherstellt, daß der gewünschte Fluß des Produktströmungsmittels vorgesehen wird, und zwar durch Modifizierung des an die Druckvorsehmittel angelegten Steuersignals, und zwar von den Positioniermitteln gemäß dem vorhandenen Zustand der Systemleistungsfähigkeit, die sich zeitabhängig ändert.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird die zuerst erwähnte

Claims

Ansprüche

T. Steuervorrichtung zur Steuerung der Strömung eines Produktströmungsmittels von einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem, wobei folgendes vorgesehen ist:

eine Zentrifugalpumpe zur Unterdrucksetzung eines Speiseströmungsmittels, eine umgekehrte osmotische Vorrichtung mit einer semipermeablen Membran zur Trennung des Speiseströmungsmittels in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil, eine Primärleitung zum Speisen der umgekehrten osmotischen Vorrichtung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, eine Sekundärleitung zur Übertragung des konzentrierten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung und eine tertiäre Leitung zum Transport des gereinigten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, wobei die Steuereinheit folgendes aufweist:

einzige steuerbare Mittel, angeordnet an der Sekundärleitung zum Aufbau des Drucks des Strömungsmittels im System, Mittel zum Einstellen eines Werts der gewünschten Strömung des Produktströmungsmittels, Mittel ansprechend auf den eingestellten Wert der Strömung des Produktströmungsmittels, geliefert von den Einstellmitteln zur Bestimmung des zugehörigen Systemdrucks entsprechend der Leistungsfähigkeitskennlinie (Charakteristik) der Zentrifugalpumpe und der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, verwendet im System, und Steuermittel, ansprechend auf den so bestimmten Druckwert von den Bestimmungsmitteln zur Steuerung der Druckvorsehmittel derart, daß letztere einen Systemdruck vorsehen, der im wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist, wodurch gestattet wird, daß das System-Produktströmungsmittel mit einer Strömungsrate im wesentlichen gleich dem gewünschten Wert geliefert-wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das umgekehrte osmotische Behandlungssystem verwendet wird zum Entsalzen von Salzwasser und wobei das Produktströmungsmittel entsalztes Wasser ist, erhalten durch Trennung durch die umgekehrte osmotische Vorrichtung.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umgekehrte osmotische Behandlungssystem verwendet wird zur Konzentration einer Substanz, aufgelöst in dem Speiseströmungsmittel, und wobei das Produktströmungsmittel ein konzentriertes Strömungsmittel ist, erhalten durch Trennung durch die umgekehrte osmotische Vorrichtung.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Druckvorsehmittel, bestehend aus einem einzigen steuerbaren Ventil und einer Betätigungsvorrichtung dafür, und wobei die Steuermittel die Betätigungsvorrichtung mit einem Signal beliefern, welches den Hub angibt, um den das Ventil verschoben werden soll.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Druckvorsehmittel aus einem einzigen steuerbaren Ventil bestehen und einer Betätigungsvorrichtung dafür, wobei die Steuermittel die Betägigungsvorrichtung mit einem Signal beliefern> welches den Hub angibt, um den das Ventil verschoben werden soll.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensorfühler vorhanden ist zum Detektieren der Temperatur des Strömungsmittels, welches in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird und mit Temperatureichmitteln, die auf ein Signal ansprechen, welches die vorhandene Temperatur des Speiseströmungsmittels angibt, wie dies vom Temperatursensor geliefert wird, wobei die Eichmittel eine Eichung bei der festgestellten Temperatur der Leistungsfähigkeitskennlinien der umgekehrten osmotischen Vorrichtung vornehmen zur Verwendung durch die Druckbestimmungs- oder Feststellmittel.

-»- 3 k 9 O 1
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur des in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeisten Strömungsmittels und mit Temperatureichmitteln, welche auf ein vom Temperaturfühler kommendes Signal ansprechen, welches die vorhandene Temperatur des Speiseströmungsmittels anzeigt, und wobei die Eichmittel bei der detektierten Temperatur die Leistungsfähigkeitskennlinie der umgekehrten osmotischen Vorrichtung eichen, und zwar zur Verwendung durch die Druckbestimmungsmittel.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche infolge des eingestellten Werts der gewünschten Strömung des entsalzten Wassers, geliefert von den Einstellmitteln, eine optimale Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Zentrifugalpumpe bestimmt, welche das Leistungserfordernis für die Pumpe minimiert, und ferner mit Mitteln, welche auf die Mittel zur Bestimmung der optimalen Drehzahl ansprechen und die Drehzahl der Mittel zum Antrieb der Zentrifugalpumpe steuern derart, daß die Antriebsmittel mit einer optimalen Drehzahl rotieren.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel vorgesehen sind, die den Druckabfall in einem Systemströmungsmittelkanal identifizieren, wobei die Druckbestimmungsmittel auf die Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel ansprechen, um so den Systemdruck zu bestimmen, der von dem Kanaldruckverlust abhängt.
10. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel vorgesehen sind, welche den Druckverlust in einem Systemströmungsmittelkanal identifizieren, wobei die Druckbestimmungsmittel auf die Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel ansprechen, um so den Systemdruck zu bestimmen, der von dem Kanaldruckverlust abhängt.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß erste Uberwachungsmittel vorgesehen sind zur überwachung der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe und erste Auf-denneuen-Standmittel die auf die ersten Uberwachungsmittel ansprechen und die Leistungsfähigkeitskennlinie der Zentrifugalpumpe auf den neuesten Stand bringen, und zwar zur Verwendung durch die DruckbeStimmittel, entsprechend der Leistungsfähigkeitskennlinie der Pumpe, die überwacht wird, wodurch der Steuervorrichtung gestattet wird, das Ventil entsprechend der vorhandenen Leistungsfähigkeit des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems zu steuern.
12. Steuervorrichtung nach Anspruch 10 mit ersten Überwachungsmitteln zum Überwachen der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe und mit ersten auf den Neuesten-Standmitteln, welche auf die ersten Uberwachungsmittel ansprechen, und die Leistungsfähigkeitskennlinie der Zentrifugalpumpe auf den neuesten Stand bringen, und zwar zur Verwendung durch die Druckbestimmmittel, entsprechend der Leistungsfähigkeitskennlinien der Pumpe, die überwacht werden, wodurch gestattet wird, daß die Steuervorrichtung das Ventil entsprechend der vorhandenen Leistungsfähigkeit des umgekehrten osmotischen Behandlungssystems steuert.
13. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Uberwachungsmittel vorgesehen sind zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und mit zweiten auf den Neuesten-Standbringmitteln, -welche ansprechend auf die zweiten Uberwachungsmittel die Leistungsfähigkeitscharakteristika der umgekehrten osmotischen Vorrichtung auf den neuesten Stand bringen, und zwar zur Verwendung durch die Druckbestimmittel entsprechend der Leistungsfähigkeitscharakteristika der überwachten umgekehrten osmotischen Vorrichtung.
14. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zweite Uberwachungmittel zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung und zweite auf den Neuesten-Standbringmittel, die ansprechen auf die zweiten Überwachungsmittel die Leistungsfähigkeitscharakteristika der umgekehrten osmotischen Vorrichtung auf den neuesten Stand bringen, und zwar zur Verwendung durch die Druckbestimmmittel entsprechend der Leistungsfähigkeitscharakteristika der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, die überwacht wird.
15. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Überwachungsmittel vorgesehen sind zur Überwachung des Druckverlustes in einem Systemströmungsmittelkanal und dritte auf den Neuesten-Standbringmittel, die ansprechend auf die dritten Überwachungsmittel die Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel auf den neuesten Stand bringen, und zwar entsprechend dem überwachten Druckverlust.
16. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Überwachungsmittel vorgesehen sind zur Überwachung des Druckverlustes in einem Systemströmungsmittelkanal, und wobei dritte auf den Neuesten-Standbringmittel vorgesehen sind, welche auf die dritten Überwachungsmittel ansprechen und die Kanalleistungsfähigkeits-Identifiziermittel auf den neuesten Stand bringen, und zwar entsprechend dem überwachten Druckverlust.
17. Steuervorrichtung zur Steuerung der Strömung von reinem Wasser aus einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem einschließlich einer Zentrifugalpumpe zur Unterdrucksetzung eines nichtreinen Strömungsmittels, wie beispielsweise Salzwasser oder Kanalinhalt, mit einer umgekehrten osmotischen Vorrichtung einschließlich einer semipermeablen Membran zum Trennen der unreinen Einspeisung in ein relativ gereinigtes Wasser und ein relativ konzentriertes Strömungsmittel, mit

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einer primären Leitung zum Einspeisen in die umgekehrte osmotische Vorrichtung des unter Druck stehenden Strömungsmittels von der Zentrifugalpumpe, ferner mit einer Sekundärleitung zum Transport des konzentrierten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und schließlich mit einer tertiären Leitung zum Transport des reinen Wassers, das durch die semipermeable Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung gelaufen ist, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist:

ein einziges steuerbares Ventil, welches in der Sekundärleitung angeordnet ist, um den Systemleitungsdruck einzustellen, Eingabemittel zum Einstellen eines Werts der gewünschten Strömung des reinen Wassers, Systemleistungsfähigkeits-Identifiziermittel zum Identifizieren der Leistungsfähigkeitscharakteristika der Zentrifugalpumpe, des Membranleistungsfähigkeitsindex der umgekehrten osmotischen Vorrichtung und des Druckverlustes des Strömungsmittels in der Systemleitung,

Bestimmungsmittel, die auf die Eingangsmittel und die Systemleistungsfähigkeitsmittel ansprechen und einen Pumpenabgabedruck bestimmen, und zwar entsprechend dem eingestellten Wert der Strömung des reinen Wassers, entsprechend der Kennlinie der reinen Wasserströmung, abhängig vom Abgabedruck,

Bestimmungsmittel, welche auf die Pumpenabgabedruckbestimmungsmittel und die Strömungsmitteldruckverlust-Identifiziermittel ansprechen, um den Druck in der Sekundärleitung zu bestimmen,

VentilhubbeStimmittel, welche auf die sekundären Leitungsdruckbestimmittel ansprechen und einen Hub bestimmen, der dem so bestimmten sekundären Leitungsdruck entspricht und um den das Ventil verschoben werden muß, und

Mittel zur Steuerung des Ventils infolge eines Befehlssignals von den Ventilhubbestimmitteln.
18. Steuervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler vorhanden ist, der an der Primärleitung angeordnet ist, um die Temperatur des

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nichtreinen Strömungsmittels festzustellen, welches in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, und wobei ferner Temperatureichmittel vorhanden sind, welche auf die Detektionsausgangsgroße der Temperatur ansprechen und bei der detektierten Temperatur den Membranleistungsfähigkeitsindex eichen, und zwar zur Verwendung durch die Systemleistungsfähigkeits-Identifiziermittel.
19. Steuervorrichtung zur Steuerung der Strömung reinen Wassers von einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem, gekennzeichnet durch eine Zentrifugalpumpe zur Unterdrucksetzung des Speiseströmungsmittels, eine umgekehrte osmotische Vorrichtung einschließlich semipermeabler Membranmittel zur Trennung der unreinen Einspeisung in ein relativ gereinigtes Wasser und ein relativ konzentriertes Strömungsmittel, eine Primärleitung zum Einspeisen des unter Druck stehenden Strömungsmittels von der Zentrifugalpumpe in die umgekehrte osmotische Vorrichtung, eine Sekundärleitung zum Transport des konzentrierten Stfömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und eine Tertiärleitung zum Transport des reinen Wassers von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, wobei die Steuervorrichtung einzige einstellbare Ventilmittel aufweist, die angeordnet sind an der Sekundärleitung zur Einstellung des Strömungsmitteldrucks im System, wobei ferner vorgesehen sind Mittel zur Einstellung eines Werts des gewünschten Flusses an reinem Wasser, ein Temperatursensor, der angeordnet ist auf der Primärleitung zur Detektierung der Temperatur des unreinen Wassers, welches in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, Mittel, die auf ein Signal von dem Temperaturfühler ansprechen, welches die Temperatur T anzeigt, und wobei die Mittel einen Membranleistungsfähigkeitsindex K bestimmen, und zwar entsprechend der Korrelation K = K-(Dw/T),(wobei K_Q ein Leistungsfähigkeitsindex ist, in Unabhängigkeit von der Temperatur der Membran in der umgekehrten osmotischen Vorrichtung und Dw ist

der Diffusionskoeffizient der Membran), wobei ferner vorgesehen sind Mittel zur Identifizierung der Kennlinie des Pumpendrucks, abhängig vom Abgabedruck (Q-H-Kennlinien oder Charakteristika), wobei ferner Berechnungsmittel vorhanden sind, die den Systemdruck entsprechend der Strömung des reinen Wassers Q₁, vorgesehen durch die Einstellmittel berechnen, und zwar unter Verwendung des Membranleistungsfähigkeitsindex K und der Pumpenabgabedruck/Abgabedruck-Kennlinie, die zur Definition der Systemleistungsfähigkeit kombiniert werden und die in entsprechender Weise vorgesehen werden durch die Membranleistungsfähigkeitsindex-Bestimmittel und die I-dentifiziermittel, und ferner mit Mitteln, die unter Verwendung des von den Druckberechnungsmitteln gelieferten Drucks der konzentrierten Lösung den Hub berechnen, um den die Ventilmittel verschoben werden müssen, um die öffnung der Ventilmittel vorzusehen, die notwendig ist, um den so berechneten Druck zu erreichen, und schließlich mit Ventilsteuermitteln zum Verschieben der Ventilmittel infolge der Hubberechnungsmittel.
20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch zweite Identifiziermittel zur Bestimmung der Kanalleistungsfähigkeit, assoziiert mit dem Druckverlust in einem Strömungsmittelkanal, wobei die Druckberechnungsmittel den Systemdruck berechnen, und zwar nach der Kompensation des Druckverlustes durch die zweiten Identifiziermittel.
21. Vorrichtung zur überwachung des Membranleistungsfähigkeitsind'ex K_Q einer umgekehrten osmotischen Vorrichtung, verwendet in einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem, welches zusätzlich zu der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, die semipermeable Membranmittel aufweist, um ein Speiseströmungsmittel in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil aufzutrennen, eine Zentrifugalpumpe verwendet, um das Speiseströmungsmittel unter Druck zu

setzen, ferner eine primäre Leitung zum Beliefern der umgekehrten osmotischen Vorrichtung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, ferner mit einer Sekundärleitung zum Abführen des konzentrierten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, einer tertiären Leitung zum Transport des gereinigten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg und mit einem Ventil, angeordnet an der Sekundärleitung, wobei die Überwachungsvorrichtung einen ersten Drucksensor aufweist, der auf der Primärleitung angeordnet ist, um den Druck des Speiseströmungsmittels zu detektieren, ferner einen zweiten Drucksensor, angeordnet auf der zweiten Sekundärleitung zur Detektierung des Drucks des konzentrierten Strömungsmittels ,und Mittel zur Identifizierung der Leistungsfähigkeitskennlinien der Zentrifugalpumpe, wobei ferner Ventilsteuermittel vorhanden sind, um das vorhandene Niveau der Öffnung des Ventils anzuzeigen, und wobei Leitung-Leistungsfähigkeits-Identifiziermittel vorhanden sind, um den Druckverlust des Strömungsmittels in den primären und sekundären Leitungen zu identifizieren, und mit einem Temperaturfühler, angeordnet auf der Primärleitung zur Detektierung der Temperatur des Strömungsmittels, welches in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, und Ableitmittel, welche auf die Pumpenleistungsfähigkeits-Identifiziermittel, die Ventil-Steuermittel, die Leitungs-Leistungsfähigkeits-Identifizierroittel und den Temperatursensor ansprechen, und einen Membranleistungsfähigkeitsindex Kq ableiten, und zwar durch Verarbeitung der von diesen Mitteln gelieferten Daten.
22. überwachungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei ferner Anzeigemittel vorgesehen sind, die mit den Ableitmitteln gekuppelt sind, um den vorhandenen Membranleistungsfähigkeitsindex K₀ anzuzeigen.
23. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen Speicher, der mit den Ableitmitteln gekuppelt ist, um periodisch das Signal zu speichern, welches von dort geliefert wird, und mit Vergangenheitsanzeigemitteln, welche mit dem Speicher gekoppelt sind, um Daten anzuzeigen, welche die Geschichte oder Historie des Membranleistungsfähigkeitsindex, geliefert von dem Speicher, anzeigen.
24. überwachungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ableitmittel das Verhältnis aus dem vorhandenen Membranleistungsfähigkeitsindex zum Normalwert berechnen.
25. Vorrichtung zur überwachung der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe, verwendet in einem umgekehrten osmotischen Behandlungssystem zur Unterdrucksetzung eines Speiseströmungsmittels, welches zusätzlich zu der Zentrifugalpumpe eine umgekehrte osmotische Vorrichtung verwendet, und zwar einschließlich semipermeabler Membranmittel zur Trennung des Speiseströmungsmittels in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil, und zwar unter Verwendung einer Primärleitung zum Beliefern der umgekehrten osmotischen Vorrichtung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, einer Sekundärleitung zum Transport des konzentrierten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, und einer Tertiärleitung zum Transport des gereinigten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, und wobei ferner ein Ventil auf der Sekundärleitung angeordnet ist und wobei die überwachungsvorrichtung einen ersten Drucksensor, angeordnet auf der Primärleitung zur Detektierung des Drucks des Speiseströmungsmittels, einen zweiten Drucksensor, angeordnet auf der Sekundärleitung zur Detektierung des Drucks des konzentrierten Strömungsmittels und schließlich Identifiziermittel aufweist, und zwar zum Identifizieren der normalen Leistungsfähigkeitskennlinien der Zentrifugalpumpe, wobei Ventilsteuermittel vorhanden sind, um die öffnung des Ventils

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anzuzeigen und Identifiziermittel dienen zur Identifizierung des Membranleistungsfähigkeitsindex Kq der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und schließlich ist ein Temperaturfühler an der primären Leitung angeordnet, um die Temperatur des Strömungsmittels festzustellen, welches in die umgekehrte osmotische Vorrichtung eingespeist wird, und schließlich sind Bestimmungsmittel vorhanden, welche einen temperaturabhängigen Membranleistungsfähigkeitsindex K bei der vorhandenen Temperatur des Strömungsmittels bestimmen, und zwar ansprechend auf ein Temperatursignal von dem Temperaturfühler und Membranleistungsfähigkeitsindex von den Membranleistungsfähigkeits-Identifiziermitteln, wobei schließlich Leitungsleistungsfähigkeits-Identifiziermittel vorhanden sind, um den Druckverlust des Strömungsmittels in den primären und sekundären Leitungen zu identifizieren, und wobei ferner Speiseflußableitmittel vorhanden sind, welche ansprechend auf die Leitungsleistungsfähigkeitsidentifiziermittel, die ersten und zweiten Drucksensoren und die Ventilsteuermittel sowie die Membranleistungsfähigkeits-Bestimmittel den vorliegenden Wert Q_n' der Strömung der Pumpenabgabe ableiten, und wobei schließlich Vergleichsmittel vorhanden sind zum Vergleich des vorhandenen Werts Q„' der Pumpenabgabe, geliefert von den Speiseströmungsableitmitteln mit dem Normalwert der Pumpenabgabe Q_n, geliefert von den Normalpumpenleistungsfähigkeits-Identifiziermitteln, und den vorhandenen Wert P_Q· des Pumpenabgabedrucks, geliefert von dem ersten Druckfühler mit dem Normalwert des Pumpenabgabedrucks P_n, geliefert von den Normalleistungsfähigkeits-Identif iziermitteln, wodurch die Abweichung von Q_n" von Q_n und die von Pq von Pq' bestimmt wird.
26. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Anzeigemittel, die auf die Abweichungssignale von den Abweichungsbestimmungsmitteln ansprechen und den derzeitigen Betriebspunkt der Pumpe bezüglich des normalen Betriebspunkts angeben.

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27. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 25, wobei ein
Speicher vorgesehen ist, der mit den Abweichbestimmungsmitteln verbunden ist, um periodisch das von dort gelieferte
Signal zu speichern, und mit einer Geschichtsanzeigevorrichtung, die mit dem Speicher gekoppelt ist, um die in dem
Speicher gespeicherten Daten anzuzeigen, welche die Geschichte der Pumpenleistungsfähigkeit repräsentieren.
28. Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der
Hauptleitung eines umgekehrten osmotischen Behandlungssystems, welches folgendes verwendet:

eine Zentrifugalpumpe zur Unterdrucksetzung eines Speiseströmungsmittels, eine umgekehrte osmotische Vorrichtung zur Trennung des Speiseströmungsmittels in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil, eine Primärleitung zum Einspeisen in die umgekehrte osmotische Vorrichtung, und zwar von einem unter Druck stehenden Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, eine Sekundärleitung zum Transport von konzentriertem Strömungsmittel von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, eine tertiäre Leitung zum Transport von gereinigtem Strömungsmittel von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, ein einziges steuerbares Ventil, angeordnet auf der Sekundärleitung und Ventilsteuermittel zum Beliefern des Ventils mit einem Signal, welches dessen öffnung anzeigt, wobei die Hauptleitung sich von der Primärleitung zu der Sekundärleitung erstreckt, und zwar durch Innendurchlässe der
umgekehrten osmotischen Vorrichtung, und wobei die Überwachungsvorrichtung folgendes aufweist:

einen ersten Druckfühler, der auf der Primärleitung angeordnet ist, um den Druck des Speiseströmungsmittels zu detektieren, einen zweiten Druckfühler, angeordnet auf der Sekundärleitung zum Detektieren des Drucks des konzentrierten
Strömungsmittels, einen Temperaturfühler oder Sensor, angeordnet auf der Primärleitung zur Detektierung der Temperatur des Speiseströmungsmittels, Membranleistungsfähigkeitsbestim-

mungsmittel zum Bestimmen des temperaturabhängigen Membranleistungsfähigkeitsindex K der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, geeicht durch das Temperatursignal, geliefert von dem Temperaturfühler, Mittel zur Identifizierung der Q-H-Leistungsfähigkeitskennlinie der Zentrifugalpumpe, und Ableitmittel, welche auf die ersten und zweiten Druckfühler, die Membranleistungsfähigkeitsbestimmittel und die Ventilsteuermittel sowie die Pumpenleistungsfähigkeits-Identifiziermittel ansprechen und den vorhandenen Wert des Druckverlustes der Hauptleitung ableiten, und zwar durch Verarbeitung der von diesen Mitteln gelieferten Daten.
29. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Identifizierung des normalen Druckverlustes in der Hauptleitung des Systems, wobei die Ableitmittel ansprechend auf die Normaldruckverlust-Identifiziermittel das Verhältnis des vorhandenen Werts des Druckverlusts zum Normalwert berechnen.
30. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei ferner Anzeigemittel vorgesehen sind, die mit den Ableitmitteln gekoppelt sind, um den vorhandenen Wert des Druckverlustes und/oder des Druckverlustanstiegs, repräsentiert durch das Verhältnis des vorhandenen Werts zum Normalwert anzuzeigen,
31. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei ferner ein Speicher vorhanden ist, der mit den Ableitmitteln gekoppelt ist, um periodisch das Signal von dort zu speichern, und mit einer Geschichtsanzeigevorrichtung, gekuppelt mit den Speichermitteln zur Anzeige der Geschichte des gespeicherten Leitungsdruckverlustes und/oder des Druckverlustanstiegs.
32. Vorrichtung zur Durchführung individueller Überprüfungen der Abnähme der Leistungsfähigkeit der folgenden Komponenten eines umgekehrten osmotischen Behandlungssystems, d.h. einer

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Zentrifugalpumpe zur Unterdrucksetzung eines Speiseströmungsmittels, wobei folgendes vorgesehen ist:

eine umgekehrte osmotische Vorrichtung einschließlich semipermeabler Membranmittel zur Trennung des Speiseströmungsmittels in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil, eine Primärleitung zum Beliefern der umgekehrten osmotischen Vorrichtung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, und eine Sekundärleitung zum Liefern des konzentrierten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung, wobei das Behandlungssystem ferner folgendes aufweist:

eine Tertiärleitung zum Transport des gereinigten Strömungsmittels von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, ein einziges einstellbares Ventil, angeordnet auf der Sekundärleitung und Ventilsteuermittel zum Liefern eines Signals, welches die öffnung des Ventils anzeigt, wobei die Prüfmittel einen ersten Druckfühler aufweisen, der auf der Primärleitung angeordnet ist, um den Druck des Speiseströmungsmittels P₀' zu detektieren, einen zweiten Druckfühler, angeordnet auf der Sekundärleitung zum Detektieren des Drucks des konzentrierten Strömungsmittels P₂'» Normaldruckbestimmungsmittel zum Bestimmen des Normalwerts des Drucks des Speiseströmungsmittels P₀ und des Normalwerts des Drucks des konzentrierten Strömungsmittels P_, der erzeugt würde, wenn das System unter Normalbedingungen betrieben würde, und Leistungsfähigkeitsabfall-Identifiziermittel, die ein erstes und ein zweites Signal erzeugen, und zwar ansprechend auf die ersten und zweiten Druckfühler und die normalen Druckbestimmungsmittel, wobei das erste Signal die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der umgekehrten osmotischen Vorrichtung anzeigt, wenn Pq^¹O' ^un(^ ^P2*^>"^:P2'' ^unc^ ^w°b^ei das zweite Signal das Auftreten einer Leitungsverstopfung anzeigt, wenn Pq^Pq¹ und P₂r>P₂'» oder wobei ferner durch die erwähnten Bestimmungsmittel ein drittes Signal erzeugt würde, welches die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Zentrifugalpumpe dann anzeigt, wenn P_Q Pq' und ^po ^P2'*

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33. Prüfvorrichtung nach Anspruch 32, wobei ferner Alarmmittel vorgesehen sind, welche selektive Alarme aussenden infolge der Leistungsfähigkeitsabfall-Identifiziermittel.
34. Vorrichtung zum Feststellen der Verschlechterung oder einer Abnormalität einer bestimmten Komponente eines umgekehrten osmotischen Behandlungssystems unter Verwendung einer Zentrifugalpumpe zum Unterdrucksetzen des Speiseströmungsmittels, einer umgekehrten osmotischen Vorrichtung einschließlich semipermeabler Membranmittel zur Trennung des Speiseströmungsmittels in einen relativ gereinigten Teil und einen relativ konzentrierten Teil, eine Primärleitung zum Einspeisen in die umgekehrte osmotische Vorrichtung von unter Druck stehendem Strömungsmittel von der Zentrifugalpumpe, eine Sekundärleitung zum Transport von konzentriertem Strömungsmittel von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, eine Tertiärleitung zum Transport von gereinigtem Strömungsmittel von der umgekehrten osmotischen Vorrichtung weg, ein einziges einstellbares Ventil, angeordnet an der Sekundärleitung und Ventilsteuermittel zum Liefern eines Signals, welches die Öffnung des Ventils anzeigt, wobei die Detektiervorrichtung Mittel aufweist, um die Zustandsniveaus des Strömungsmittels, welches durch die primären und sekundären Leitungen fließt, festzustellen, Mittel zur Bestimmung der Normalzustandsniveaus des Strömungsmittels, welches durch die primären und sekundären Leitungen fließen würde, wenn das System unter Normalbedingungen betrieben würde, Entscheidungsmittel, welche ansprechend auf die Detektier- und Bestimmungsmittel ein selektives Signal erzeugen, welches für die Verschlechterung oder Abnormalität der zugehörigen Komponente repräsentativ ist, und zwar entsprechend den Ergebnissen eines Vergleichs zwischen den normalen Zustandsniveaus und den festgestellten Zustandsniveaus, und schließlich mit Anzeigemitteln zur Erzeugung eines hörbaren und/oder sichtbaren Signals infolge der Entscheidungsmittel.