DE3831965A1 - Vorrichtung zum entsalzen von fluessigkeiten, vorzugsweise seewasser, nach dem prinzip der umkehr-osmose mit druckuebersetzer - Google Patents
Vorrichtung zum entsalzen von fluessigkeiten, vorzugsweise seewasser, nach dem prinzip der umkehr-osmose mit druckuebersetzerInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit Entsalzungsanlagen nach dem Prinzip der
Umkehr-Osmose, vorzugsweise mit kleineren und kleinsten Leistungen an
Bord von Yachten und kleinen Seeschiffen. Dort ist der Trinkwasserver
brauch meist gering, so daß man oft mit weniger als einer halben Tonne
pro Tag auskommt. Wegen der speziell auf Yachten unzulänglichen Strom
versorgung, die meist zur Stromeinsparung zwingt, wird man dort be
sonders kleine Anlagen installieren, die man im 24-Stundenbetrieb fah
ren läßt. Diese Faktoren, der geringe Einbauplatz und der relativ ge
ringe Trinkwasserbedarf haben bei der Entwicklung kleiner und kleinster
Umkehr-Osmose-Anlagen, speziell für Yachten, zur Miniaturisierung der
Pumpeneinheiten geführt, weil in den serienmäßigen und nach den üb
lichen Parametern konzipierten Pumpenprogrammen beispielsweise keine
technisch wirklich vertretbaren Pumpen mit extrem hoher Förderhöhe bei
extrem niedriger Fördermenge zur Verfügung stehen.
Der erfindungsge
mäße Gedanke zielt darauf ab, auch für sehr kleine Permeatleistungen
betriebssichere, serienmäßige, robuste und leicht reparierbare Pumpen
heranzuziehen, d.h. Pumpen aus dem Normalbereich der Fertigungen mit
vergleichsweise niedriger manometrischer Förderhöhe.
Die Erfindung bedient sich eines Druckübersetzers nach dem Prinzip der
hydraulischen Presse, welche als Zwischenstufe zwischen einer normalen
Kreiselpumpe und der Konzentratseite eines Umkehr-Osmose-Moduls dient.
Demnach werden die genannten bisherigen konstruktiven Zwänge nach dem
Prinzip "mehr Wasser-weniger Druck" beseitigt. Die miniaturisierte Hoch
druckpumpe mit ihren Risiken und spielzeugartigen Abmessungen wird damit
überflüssig gemacht. Dieser Vorteil muß naturgemäß mit einer größeren
Wasserförderung - allerdings bei erheblich geringerem Druck - erkauft
werden, was auf Schiffen keine Rolle spielt, da genügend Seewasser zur
Verfügung steht. Der höhere Energiebedarf durch die Reibungsverluste des
Druckübersetzers wird durch den besseren Wirkungsgrad der größeren Pumpe
ausgeglichen und spielt hier keine entscheidende Rolle. Größere Yachten,
die einen höheren Wasserbedarf haben, besitzen ein stärkeres Bordnetz und
dort ist es auch stets möglich, beispielsweise ein kleines, mit einem
Benzinmotor angetriebenes Stromaggregat so aufzustellen, daß dessen Schall
emission nicht stört.
Führt die Erfingung nicht nur von extrem kleinen Hochdruckpumpen weg, so
kommt sie vorteilhafterweise auch mit nur einer einzigen Förderpumpe aus,
wie später anhand eines Beispieles gezeigt wird. Die üblichen Konstruktio
nen benötigen zunächst eine Förderpumpe mit Antriebsmaschine als auch eine
Hochdruckpumpe mit Antriebsmaschine für den Betrieb der Permeatoren. Damit
entfällt ein Pumpen/Motor-Satz und damit eine potentielle Störquelle.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine sehr kleine Entsalzungsanlage nach dem
Prinzip der Umkehr-Osmose entsprechend dem Stand der Technik. Die Seewasser
entnahmepumpe 2 mit Antriebsmotor 3 entnimmt bei 1 Seewasser und fördert
dies durch Filter 4 in die Hochdruckpumpe 5 mit Antriebsmotor 6. Über eine
mittels Überdruckventil 7 abgesicherte Druckleitung fördert die Hochdruck
pumpe 5 das Wasser unter hohem Druck auf die Konzentratseite 8 des Umkehr-
Osmose-Moduls 10. Von der Permeatseite 9 fließt das entsalzte Wasser über
einen Salzgehalt-Sensor 11 und ein Dreiwegeventil 12 mit Auslaß zur See 14
über die Frischwasserleitung 13 zum Frischwassertank. Der Salzgehalt-
Sensor 11 reagiert auf die Leitfähigkeit des Wassers und gibt erst dann die
Leitung 13 zum Frischwassertank frei, wenn ein eingestellter Wert unter
schritten wird. Dieser Wert soll möglichst unter 500 ppm Salzgehalt liegen.
In Fig. 1 sind beispielhaft die Verhältnisse der Stoffströme wie folgt dar
gestellt. Ausgehend von einer Leistung von 15 l/h mit einem Salzgehalt unter
500 ppm, müßte in dieser konventionellen Kleinstanlage die Förderpumpe 2
ca. 42 l/h Seewasser mit ca. 1 bar fördern. Dieses ist mit 35 000 ppm Salzge
halt angenommen. Die Hochdruckpumpe würde ebenfalls 42 l/h mit dem gleichen
Salzgehalt von 35 000 ppm jedoch bei ca. 57 bar fördern. Die Membrane im Umkehr-
Osmose-Modul trennt unter diesen Verhältnissen ca. 15 l/h Permeat mit unter
500 ppm ab, wobei ca. 27 l/h aufgesalztes Konzentrat mit etwa 54 000 ppm in die
See zurückfließen würde.
Die Erfindung geht von der Auffassung aus, daß eine miniaturisierte Hochdruck
pumpe mit einer manometrischen Gesamtförderhöhe von 570 m stets eine tech
nische Zwangslösung darstellt, die man vernünftigerweise gerne vermeidet.
Ferner macht sich die Erfindung zu eigen, daß sie vorteilhafterweise eine der
beiden Pumpen, nämlich die unter extremen Bedingungen laufende miniaturisierte
Hochdruckpumpe, gar nicht benötigt.
Fig. 2 zeigt im Prinzip eine erfindungsgemäße Anordnung einer Entsalzungs
anlage nach dem Prinzip der Umkehr-Osmose für kleine Leistungen.
Darin ist 1 die einzig vorkommende Pumpe, nämlich eine Seewasserförder
pumpe, welche einmal über Leitung 2 in die Niederdruckseite des Drucküber
setzers 4 fördert und über Leitung 3 auf die Hochdruckseite desselben und
zwar in das Ansaugventil 5. Vom Hochdruckteil des Druckübersetzers 4 wird
das zu entsalzende Seewasser auf die Konzentratseite 8 des Umkehr-Osmose-
Moduls 7 gedrückt und auf der Permeatseite 9 erscheint schließlich das ent
salzte Wasser.
Anstelle der Hochdruckpumpe 5 in Fig. 1 erscheint nunmehr der Drucküber
setzer 4. Dieser ist eine sehr einfache Vorrichtung mit einem einzigen hin-
und hergehenden Teil, nämlich dem Doppelkolben 10. Die Ansteuerung des Nieder
druckteiles geschieht beispielsweise durch zwei Dreiwegemagnetventile 6, an
gesteuert über ein Taktrelais oder die Endschalter 12, welche jeweils entge
gengesetzt geschaltet sind. Diese Dreiwegemagnetventile 6 können beispiels
weise mit einer Periode von 4 Sek. Einlaß und 4 Sek. Auslaß arbeiten, wobei
sie jeweils 4 Sek. unter Spannung stehen (Einlaß), um dann 4 Sek. stromlos
(Auslaß) arbeiten. Dies ist eine betriebssichere Schalthäufigkeit, wie auch
ein langsam arbeitender Druckübersetzer in keiner Weise einem schnellen Ver
schleiß oder besonderen Störungen unterworfen ist.
Die Vorrichtung arbeitet mit nur einer Pumpe und einem Antriebsmotor ent
gegen der üblichen Anordnung nach Fig. 1, welche zwei Pumpen, davon eine
extreme Hochdruckpumpe 5 und eine Zuförderpumpe 2 benötigt. Die Stoffströme
sind allerdings bei der Anordnung nach Fig. 2 anders. Geht man wiederum von
15 l/h Permeat aus, so müssen wie bei der Anordnung nach Fig. 1 in den Um
kehr-Osmose-Modul wiederum 42 l/h hineingedrückt werden, während nun aber die
Förderpumpe 640 l/h anstelle von 42 l/h wie bei der vorbeschriebenen üblichen
Anordnung fördern muß. Auf den ersten Blick erscheint dies unvorteilhaft, ob
wohl in beiden Anordnungen das Produkt "Fördermenge × Druck" ungefähr gleich
ist. Dieser notwendige größere Förderstrom an der Förderpumpe, der zur Bewegung
des Kolbens am Druckübersetzer notwendig ist, führt jedoch zu einer Förderpumpe
mit technisch akzeptableren Auslegewerten von 640 l/h auf 4 bar, während vor
her eine komplizierte und miniaturisierte Hochdruckpumpe mit 42 l/h auf 57 bar
insalliert werden mußte, entsprechend Fig. 1. Die Leistung der nach Fig. 2
erforderlichen Förderpumpe ist einschließlich Druckübersetzer durchaus ver
gleichbar. Der nunmehr bessere Wirkungsgrad der Pumpe gleicht einiges aus.
Die erhöhte Fördermenge ist schließlich vollends uninteressant, da einer
seits 640 l/h keinen nennenswerten Förderstrom darstellen und andererseits
für eine Yacht oder ein kleines Schiff ein nie versiegender Vorrat an See
wasser zur Verfügung steht. Somit bringt die Anordnung nach Fig. 2 folgende
Vorteile:
- 1. Eine Pumpe und ein Antriebsmotor anstelle von zwei Pumpen und zwei Antriebsmotoren.
- 2. Eine handelsübliche "normale" und unkomplizierte Kreiselpumpe im unproblematischen Druckbereich um 4 bar, die nicht anfällig ist, statt einer miniaturisierten relativ komplizierten Kolbenpumpe mit einer ganzen Reihe schnellbewegter Teile und Dichtungen und einem sehr hohen Druck um 570 m WS.
- 3. Den Einsatz eines einfachen Druckübersetzers zur Erzeugung des erforderlichen Druckes mit einem langsam hin- und hergehenden Doppelkolben, der mechanisch kein Problem darstellt.
Durch den Einbau eines Regulierventiles 13 in der Leitung 2, läßt sich bei
Verwendung von Endschaltern 12 die Frequenz auch auf hydraulischem Wege regu
lieren, wie auch die Fördermenge des Druckübersetzers durch Änderung der Wechsel
frequenz der Dreiwegemagnetventile 6 reguliert werden kann. Soweit es der Umkehr-
Osmose-Modul erlaubt, kann so vorübergehend eine erhöhte Leistung eingestellt
werden oder auch mit vermindertem Betrieb gefahren werden, beides durch eine
einfache Einstellung am Regulierventil 13 oder am Zeitgeber des Taktrelais.
Fig. 3 zeigt beispielhaft den Aufbau einer Entsalzungsanlage für eine kleinere
Yacht nach dem Prinzip der Umkehr-Osmose entsprechend dem erfindungsgemäßen
Gedanken.
Die Vorrichtung benötigt nur die Förderpumpe 2, welche über einen Grobfilter 3
beispielsweise über Seeventil 1 das Seewasser ansaugt. Diese Pumpe kann eine
handelsübliche Kreiselpumpe sein. Das Verhältnis von Fördermenge zu mano
metrischer Gesamtförderhöhe kann dabei in einem normalen Rahmen liegen. Diese
Förderpumpe versorgt zugleich zwei Leitungen. Einmal die Leitung zu den
Dreiwegeventilen 16 des Druckübersetzers 8 und die Leitung zum Einlaß
ventil 9 des jeweiligen Hochdruckzylinders 11 des Druckübersetzers 8.
Da das Druckwasser, welches die Umkehr-Osmose-Membrane auf der Konzen
tratseite 18 des Umkehr-Osmose-Moduls 17 benetzt, höheren Anforderungen
entsprechen muß, wird diese Leitung über eine Chemikalienschleuse 4 und
die beiden Filter 5 und 6 geführt. Die Chemikalienschleuse kann beispiels
weise mit Chemikalien in Tablettenform beladen werden. Sie ist von beson
derer Bedeutung, wenn der Umkehr-Osmose-Modul über eine längere Frist
nicht benutzt wird und möglicherweise eine Konservierung mittels Natrium-
Bisulfit oder einem anderen Biostat erforderlich ist. Andererseits kann
hier auch dasselbe Chemikal beispielsweise in Form einer schwerer löslichen
Tablette eingegeben werden, welches dann im Betrieb als Biostat wirkt und
den Modul 17 auf der Konzentratseite vor dem sogenannten "Fouling" schützt.
Die beiden Filter 5 und 6 sind zweckmäßigerweise Patronenfilter von ge
staffelter Feinheit, beispielsweise Filter 5 mit Feinheit 40 micron und
Filter 6 mit Feinheit 5 micron oder darunter.
Im Druckübersetzer 8 befindet sich ein hin- und hergehender Doppelkolben 25,
der auf der Niederdruckseite durch die Pumpe 2 direkt beaufschlagt wird,
gesteuert durch zwei Dreiwegemagnetventile 16 etwa über ein einstellbares
Taktrelais oder mittels Endschalter 14, die berührungsfrei arbeiten können,
und Drosselventil 15. Die Leerspülung des Zylinders im Niederdruckteil ge
schieht über die jeweilige Abgangsleitungen 13 an den Dreiwegemagnetventilen 16.
Eine solche Druckübersetzung kann leicht aus serienmäßigen Komponenten zu
sammengefügt werden.
Mittels derselben Pumpe 2 gelangt über die Hochdruckventile 10 das durch die
qualitätsverbessernden Komponenten 4, 5 und 6 konditionierte Druckwasser über
die Leitung 26 mit Druck-Sicherheitsventil 27 in den Konzentratteil 18 des
Umkehr-Osmose-Moduls 17. Über das Drosselventil 28 fließt das Konzentrat
bei 19 ab. Das Permeat aus dem Permeatteil 20 desselben Umkehr-Osmose-Moduls 17
gelangt zweckmäßigerweise über einen Leitfähigkeits-Sensor 21, gekoppelt mit
einem Dreiwegemagnetventil 22 in die Permeatleitung 24 und fließt von da in den
Trinkwassertank ab. Dieser Sensor öffnet das Dreiwegemagnetventil 22 erst
dann, wenn ein gewünschter Salzgehalt unterschritten wird. Bis dahin fließt
das zu salzhaltige Wasser bei 23 vom Dreiwegemagnetventil 22 ab.
Falls erforderlich, können die beim Richtungswechsel des Kolbens 25
entstehenden Druckschwankungen durch einen Druckdämpfer 29 ausge
glichen werden, um die Umkehr-Osmose-Membranen zu schonen.
Die nach Fig. 3 beschriebene Anordnung nach dem erfinderischen Ge
danken erlaubt so die Konstruktion einer Entsalzungsanlage für kleine
und sehr kleine Leistungen unter ausschließlicher Verwendung von
normalen serienmäßigen Komponenten und kann mit nur einer einzigen
Förderpumpe, die hinsichtlich Fördermenge und Druck im üblichen
Rahmen liegt betrieben werden.
Claims (22)
1. Vorrichtung zum Entsalzen von Flüssigkeiten, vorzugsweise von
Seewasser, nach dem Prinzip der Umkehr-Osmose, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Beaufschlagung der Konzentratseite der
Umkehr-Osmose-Membranen anstelle einer Hochdruckpumpe eine
Niederdruckpumpe und ein Druckübersetzer nach dem Prinzip der
hydraulischen Presse verwendet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Anordnung vorzugsweise für kleine und kleinste
Permeat-Leistungen, wie sie unter anderem beispielsweise auf
Yachten oder kleinen Seeschiffen vorkommen, eingesetzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung mit nur einer Versorgungspumpe versehen ist, die
sowohl das Antriebswasser für den Druckübersetzer als auch das
Wasser für einen oder mehrere Umkehr-Osmose-Module liefert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Versorgungspumpe und dem Eintritt in einen oder
mehrere Umkehr-Osmose-Module eine Wasserbehandlungsstufe ange
ordnet ist, welche beispielsweise aus Filtern und/oder Chemikalien-
Dosiereinrichtungen bestehen kann, und welche die Rohwasserbe
schaffenheit in mechanischer und/oder chemischer Weise verbessert
und/oder die Konservierung der Umkehr-Osmose-Membranen vor
nehmen kann und/oder eine Maßnahme gegen "Fouling" und/oder
"Scaling" an den Membranen darstellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung auch eine Behandlungsstufe zur Konditionierung des
abfließenden Permeates besitzt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Anlage eine oder mehrere Ultraviolett-Flüssigkeits-Entkeimungs
vorrichtungen angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung als betriebsfertige Kompakteinheit
gebaut ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer oder mehrerer Komponenten
zusammengesetzt ist, die jeweils an geeigneten freien Plätzen auf
einem Schiff oder in einem Gebäude getrennt, jedoch im Sinne des
erfinderischen Gedankens untereinander verbunden, angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Versorgungspumpe der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels elek
trischem Motor, durch Verbrennungsmaschine oder durch Keilriemen
antrieb über einen Schiffsmotor angetrieben wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung transportabel ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung eine eigene Stromversorgungsquelle
besitzt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung in der Permeatabflußleitung einen
Leitfähigkeitsmesser besitzt, der ein Dreiwegeventil ansteuert und
dafür sorgt, daß erst nach Erreichen eines bestimmten Restsalzge
haltes entsalztes Wasser in den Trinkwassertank, beispielsweise von
einer Yacht, fließt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuflußmenge des Druckwassers auf die Konzentratseite des Umkehr-
Osmose-Moduls mengenmäßig durch zwei Dreiwegemagnetventile am
Niederdruckteil des Druckübersetzers, angesteuert von Taktzeitrelais,
reguliert wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuflußmenge des Druckwassers in die Konzentratseite des Umkehr-
Osmose-Moduls mengenmäßig durch zwei Dreiwegemagnetventile, durch
Endschalter am Doppelkolben des Druckübersetzers und durch ein
Drosselventil in der Zuleitung von der Fördermenge zu den beiden
Dreiwegemagnetventilen am Niederdruckteil des Druckübersetzers
reguliert wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Füllung der Hubräume am Niederdruckteil des Druckübersetzers nicht
über Magnetventile, sondern über eine Vorrichtung geschieht, die
von dem sich hin- und herbewegenden Kolben des Druckübersetzers
direkt oder indirekt mechanisch, elektrisch oder hydraulisch an
gesteuert wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckübersetzer einen oder mehrere Druckübersetzungskolben be
sitzt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckübersetzer einen oder mehrere Druckübersetzungskolben besitzt,
wobei die einzelnen Druckübersetzungskolben von einer zentralen
Ansteuerungsvorrichtung gemeinsam angesteuert werden, die beispiels
weise aus einem oder mehreren Zeitrelais, einem oder mehr Paare von
Endschaltern und einem oder mehreren Drosselventilen in der Zu
leitung zum Niederdruckteil des Druckübersetzers oder noch anderen
zusätzlichen Steuerelementen bestehen kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Meß- und Anzeigevorrichtung für die Taktfrequenz des Kolbens im
Druckübersetzer angeordnet ist, deren Anzeige ein Maß für die
Menge des augenblicklich geförderten Permeates ist und mit deren
Hilfe eine bestimmte Menge Permeat pro Zeiteinheit eingestellt
werden kann.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß mit
einer Meß- und Anzeigevorrichtung entsprechend Anspruch 18 eine
automatische Reguliervorrichtung für ein Drosselventil entsprechend
Anspruch 14 kombiniert ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das
abfließende Permeat hinsichtlich Menge pro Zeiteinheit gemessen wird
und diese Meßvorrichtung mit der Reguliereinheit nach Anspruch 13
und/oder 14 kombiniert wird, um automatisch Mindermengen auszu
gleichen, welche beispielsweise durch Verschleiß an den Kolben
des Druckübersetzers oder deren Abdichtungen entstanden sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß
deren Niederdruckteil, der die Antriebsseite darstellt, nicht
mit einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, sondern mit einem Gas,
wie z.B. Luft angetrieben wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Zuleitung zum Niederdruckteil, der die Antriebsseite
darstellt, ein Druchflußmengenregler eingebaut ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3831965A DE3831965A1 (de) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Vorrichtung zum entsalzen von fluessigkeiten, vorzugsweise seewasser, nach dem prinzip der umkehr-osmose mit druckuebersetzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3831965A DE3831965A1 (de) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Vorrichtung zum entsalzen von fluessigkeiten, vorzugsweise seewasser, nach dem prinzip der umkehr-osmose mit druckuebersetzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3831965A1 true DE3831965A1 (de) | 1990-03-29 |
Family
ID=6363352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3831965A Withdrawn DE3831965A1 (de) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Vorrichtung zum entsalzen von fluessigkeiten, vorzugsweise seewasser, nach dem prinzip der umkehr-osmose mit druckuebersetzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3831965A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1988
- 1988-09-21 DE DE3831965A patent/DE3831965A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |