DE4221013C1 - Bypass-Injektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor für den Transport und die Verdünnung einer insbesondere gesättigten Regeneriermit­ tellösung zur Regeneration einer Wasserbehandlungsanlage, die Mittel zur Wasseraufbereitung aufweist, mit einer Treibwas­ serdüse, durch die Treibwasser in eine mit der Regeneriermit­ tellösung über einen Sauganschluß in Verbindung stehende Unterdruckkammer derart eingeleitet werden kann, daß Regene­ riermittellösung angesaugt und mit dem Treibwasser zu Misch­ wasser vereinigt wird, sowie mit einer Fangdüse, durch die das Mischwasser den Mitteln zur Wasseraufbereitung zugeführt werden kann.

Ein solcher Injektor ist beispielsweise aus der DE-PS 19 49 640 bekannt.

Ionenaustauscheranlagen im Hauswasserbereich, wie z. B. Ent­ härtungsanlagen oder Anlagen zur Nitratverminderung, werden üblicherweise mit einer wäßrigen NaCl-Lösung regeneriert. Normalerweise wird in einem separaten Behälter, der mit festem Kochsalz in der Form von z. B. Salztabletten oder Salzblöcken gefüllt ist, eine gesättigte Salzsole erzeugt, denn Frischwasser (häufig auch als Nachspeisewasser bezeich­ net), das in diesen Behälter gegeben wird, löst solange Kochsalz, bis die Sättigungskonzentration erreicht ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, fertige Salzsole aus einem Vorratstank zur Regeneration einzusetzen.

Dieses konzentrierte Regeneriermittel kann jedoch in der vor­ liegenden Form noch nicht zur Regeneration benutzt werden. Es muß zum einen auf eine optimale Konzentration mit Wasser ver­ dünnt und zum anderen zu dem zu regenerierenden Harz der Ionenaustauscherstufe hintransportiert werden. Diese beiden Funktionen, also die Verdünnung und der Transport, werden dem Stand der Technik entsprechend mit dem Injektor realisiert.

Die in der DE-PS 19 49 640 oder beispielsweise in der EP-OS 0 207 208 beschriebenen Injektoren haben eine Treibwas­ serzuführung, einen Mischwasserauslaß und einen Sauganschluß.

Ähnlich wie bei einer Wasserstrahlpumpe wird das Treibwasser in einer Düse beschleunigt. Hierdurch wird ein Unterdruck im Injektor erzeugt, der über den Sauganschluß die konzentrierte Sole ansaugt. Die konzentrierte Sole mischt sich mit dem Treibwasser und wird mit diesem zusammen von einer Fangdüse aufgenommen und über den Mischwasserauslaß dem zu regenerier­ enden Harz zugeführt.

Für die Regeneration wichtig ist zum einen, daß der oben be­ schriebene Injektor zuverlässig saugt, das heißt also die konzentrierte Sole fördert. Zum anderen läßt sich über das Mischungsverhältnis von Treibwasser- und Solevolumenstrom die Regeneriermittelkonzentration und bei einer bestimmten Menge an konzentrierter Sole somit auch das Regeneriermittelvolumen einstellen.

Die erste zu erfüllende Voraussetzung ist ein zuverlässiges Saugverhalten des Injektors. Bei einem Mischwasservolumen­ strom von ca. 10 l/h läßt sich dies mit Düsendurchmessern von 0,3-0,5 mm und einem Mischungsverhältnis von Treibwasser zu Sole von 2 : 1 bis 3 : 1 realisieren. Dies ist jedoch nicht immer die günstigste Regeneriermittelkonzentration für eine opti­ male Salzausnutzung. Je nach dem verwendeten Harztyp werden Mischungsverhältnisse von 2 : 1 bis 15 : 1 benötigt, um eine optimale Salzkonzentration im Regeneriermittel einzustellen und/oder ein entsprechend großes Regeneriermittelvolumen zu erzeugen. Da bei spritztechnisch hergestellten Injektoren schon kleine Toleranzen aufgrund der oben genannten Düsen­ durchmesser zu einer erheblichen Streuung des Mischungsver­ hältnisses und des Mischwasservolumenstromes führen, werden hier entweder recht aufwendige Konstruktionen, wie in DE-OS 26 30 164 und DE-OS 31 21 336 vorgeschlagen, erforderlich, um das gewünschte Mischungsverhältnis hinreichend genau einzu­ stellen, oder aber die Salzausnutzung ist nicht optimal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Injek­ tor der eingangs genannten Art mit optimalem Transport- und Saugverhalten für den Transport und die Verdünnung von Rege­ riermittellösung vorzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf ebenso einfache wie kostengünstig zu realisierende und zuverlässig wirkende Weise dadurch gelöst, daß der Injektor ein Gehäuse mit einer By­ pass-Öffnung aufweist, durch die ein definierter Bypass- Volumenstrom ohne vorherige Vermischung mit Regeneriermittel­ lösung dem Mischwasser und/oder den Mitteln zur Wasseraufbe­ reitung zugeführt werden kann. Dadurch wird insbesondere die Saugfunktion des Injektors im Hinblick auf das Ansaugen von bereitgestellter Regeneriermittellösung getrennt von der Funktion des definierten Verdünnens der angesaugten Regene­ riermittellösung, so daß jede Funktion für sich und unab­ hängig von der anderen optimiert werden kann.

Neben Treibwasserdüse und Fangdüse, die mit der Solesauglei­ tung verbunden sind, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung parallel zu dem eingangs beschriebenen Injektor eine Bypass-Öffnung installiert, die die Treibwasserseite mit der Mischwasserseite verbindet. Der Öffnungsdurchmesser bestimmt (bei einem vorgegebenen Wasserdruck) aufgrund seiner Drossel­ funktion den Bypass-Volumenstrom. Der Injektor kann also hinsichtlich seines Saugverhaltens optimal ausgelegt werden und die gewünschte Regeneriermittelkonzentration wird über den gewählten Bypass-Durchmesser bestimmt.

Aus DE-OS 28 25 819 ist ebenfalls eine Wasseraufbereitungsan­ lage mit einem Ionenaustauscher sowie ein Verfahren zum Regenerieren des Filterbetts bekannt. Die bekannte Anlage enthält auch einen Injektor bzw. eine Venturidüse, wobei aber die Regeneriermittellösung nicht direkt aus dem Regenerier­ mitteltank gesaugt wird, sondern ein Unterdruck erzeugt wird, der die Regeneriermittellösung über den Ionenaustauscher zu einem Ventil bzw. in Richtung der Venturidüse drückt.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Injektors ist die Bypass-Öffnung eine durchgehende Bohrung im Injektorgehäuse. Eine höhere Genauigkeit des durch die Bypass-Öffnung hindurchtretenden Volumenstromes wird aber bei einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Bypass-Öffnung eine Bypass-Düse ist.

Diese einfache Anordnung kann für einen bestimmten Anwen­ dungsfall (gewünschte Solekonzentration sowie Regeneriermit­ telvolumenstrom) optimiert und in der Serienproduktion ge­ fertigt werden. Für jeden Anwendungsfall, also z. B. in Ab­ hängigkeit vom verwendeten Harztyp oder der Anlagengröße, gibt es also eine optimierte Anordnung. Um nicht für jede derartig optimierte Anordnung ein eigenes Spritzwerkzeug herstellen zu müssen, ist auch eine Anordnung möglich, bei der die Treibwasserdüse, die Fangdüse und die Bypass-Düse als Einsätze ausgeführt sind, die dann mit den jeweils optimalen Düsendurchmessern in das Injektorgehäuse hineingesteckt oder geschraubt werden.

Es kann auch ein ganzes Set von Düseneinsätzen mit unter­ schiedlichen, insbesondere genormt abgestuften Düsendurch­ messern bereitgehalten werden, um den Injektor auf die je­ weils gewünschten Betriebsbedingungen umzustellen.

Im Hinblick auf eine Optimierung des Saug- und Transport­ verhaltens des erfindungsgemäßen Injektors ist es von Vor­ teil, wenn der durch die Bypass-Öffnung hindurchtretende Volumenstrom bis zu siebenmal so groß ist wie der durch die Treibwasserdüse hindurchtretende Volumenstrom. Dies wird bei einer bevorzugten Ausführungsform durch ein entsprechendes Verhältnis der Bypass-Öffnung bzw. des Düsendurchmessers der Bypass-Düse zum Düsendurchmesser der Treibwasserdüse er­ reicht.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Mischwasserbereich oder der Soleanschlußbereich auch zu einer Durchfluß-Chlorelektrolysezelle, wie sie an sich aus der DE-OS 31 21 336 bekannt ist, ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt ist dabei eine kompakte Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der die Elektrolysezelle vom Injektorgehäuse und einem weiteren Gehäuseteil gebildet wird.

Bei Ausführungsformen der Erfindung ist die Regeneriermittel­ lösung eine konzentrierte oder bereits verdünnte Salzsole, insbesondere eine wäßrige NaCl-Lösung. Bei anderen Ausfüh­ rungsformen kann die Regeneriermittellösung jedoch auch aus konzentrierter oder verdünnter Säure oder Lauge bestehen.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Injektors in einer Wasserbehandlungsanlage, insbesondere eine Ionenaustauscheranlage für die Hauswasser­ behandlung, mit Mitteln zur Aufbereitung von Wasser, insbe­ sondere einer ein Harzbett enthaltenden Ionenaustauscher­ stufe, mit einem Vorratsgefäß für die Bereitstellung einer Regeneriermittellösung zum Regenerieren der Mittel zur Was­ seraufbereitung, insbesondere einem Salzsolebehälter. Damit wird erreicht, daß sowohl das Mischungsverhältnis zwischen Regeneriermittel und Treibwasser als auch der Volumenstrom des zu erzeugenden Mischwassers trotz fertigungsbedingter Toleranzen der Düsendurchmesser im Injektor mit hoher Ge­ nauigkeit eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen­ den Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfin­ dung einzeln, für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombi­ nation Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1a einen schematischen Schnitt durch eine einfache Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Injektors;

Fig. 1b einen schematischen Schnitt durch einen Injektor nach dem Stand der Technik;

Fig. 2a einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Injektors;

Fig. 2b eine Frontalansicht auf den in Fig. 2a dargestellten Injektor in Richtung des ankommenden Treibwassers; und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Injektors mit Elektrolysezelle.

Bei dem in Fig. 1b dargestellten Injektor nach dem Stand der Technik wird das auf der einen Seite des Injektorgehäuses 4 mit einem Druck P₁ anstehende Treibwasser 6 in einem Volumen­ strom ₁ durch eine insbesondere als einfache Bohrung ausge­ führte Treibwasserdüse 10 in eine mit einer Regeneriermittel­ lösung 9 in Verbindung stehenden Unterdruckkammer 11 ein­ geleitet. Dort saugt der Treibwasserstrom 6 einen Volumen­ strom ₂ der unter einem Druck P₂ stehenden Regeneriermittel­ lösung 9 an. Das Mischwasser 7 verläßt durch eine Fangdüse 13 mit einem Volumenstrom ₃=₁+₂ und einem Druck P₃ den Injek­ tor in Richtung auf eine in der Zeichnung nicht dargestellte ionenaustauscherstufe, die mit Hilfe des im Mischwasser enthaltenen Regeneriermittels regeneriert werden soll.

Der in Fig. 1a dargestellte erfindungsgemäße Injektor enthält gegenüber dem Injektor nach dem Stand der Technik zusätzlich eine Bypass-Öffnung, die als Bypass-Düse 14 (siehe Fig. 2a) ausgeführt sein kann. Durch diese Öffnung tritt ein Bypass- Volumenstrom 6′′ (₄), während ein weiterer Volumenstrom 6′ (₁) wie bei dem Injektor nach dem Stand der Technik durch die Treibwasserdüse 10 fließt. Da die beiden in Richtung auf die in der Zeichnung nicht dargestellte Ionenaustauscherstufe austretenden Ströme ₃ und ₄ voneinander völlig unabhängig sind und über die Öffnungsquerschnitte der Bypass-Öffnung 14 bzw. der Treibwasserdüse 10 und der Fangdüse 13 nahezu belie­ big variiert werden können, bietet der erfindungsgemäße Injektor insbesondere die Möglichkeit einer Optimierung des Saugverhaltens im Hinblick auf den geförderten Volumenstrom ₂ der Regeneriermittellösung 9, sowie einer davon unabhängi­ gen Optimierung des in die Ionenaustauscherstufe eingelei­ teten Gesamtvolumenstromes ₃ + ₄.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2a dargestellt. In den Steuerkopf einer Ionenaustauscheranlage, bestehend aus einem Steuerkopfgehäuse 1 und einem Steuerkopf­ deckel 2 sowie einer Dichtmembrane 3, ist ein Injektorgehäuse 4 eingesteckt. Ein Dichtring 5 dichtet das vom Leitungsnetz kommende Treibwasser 6 sowie das zum Harzbett fließende Mischwasser 7, also das verdünnte Regeneriermittel gegen die Umgebung ab. Eine Dichtlippe 8 dichtet die vom Solebehälter kommende gesättigte Salzsole 9 gegen das Treibwasser 6 und das Mischwasser 7 ab.

Das Treibwasser wird vom Mischwasser durch in Fig. 2b darge­ stellte Dichtlippen 15 getrennt. Das vom Leitungsnetz kom­ mende Treibwasser 6 fließt durch die in das Injektorgehäuse 4 gesteckte Treibwasserdüse 10 und erzeugt in der Unterdruck­ kammer 11 aufgrund der in der Treibwasserdüse 10 erzielten Wasserbeschleunigung einen Unterdruck, durch welchen über den Sauganschluß 12 Sole 9 aus dem Solebehälter angesaugt wird. Diese gesättigte Sole mischt sich mit dem Treibwasser und wird über die Fangdüse 13 wieder abgeführt. Parallel hierzu wird durch die Bypass-Düse 14, die eine Drosselfunktion ausübt, ein bestimmter, vom Bypass-Düsendurchmesser und vom Leitungswasserdruck abhängiger Volumenstrom geleitet, der die Salzkonzentration im Mischwasser reduziert und somit also die Konzentration des Regeneriermittels (z. B. NaCl) verringert und das Volumen der Regeneriermittellösung vergrößert.

Es kann allerdings auch in einem Vorratstank bereits fertig angesetzte Salzsole zur Regeneration eingesetzt werden. Außerdem kann bei Ausführungsformen statt Salzsole auch konzentrierte oder verdünnte Säure oder auch Lauge als Regeneriermittel verwendet werden.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei umschließt die Injektoranordnung 16 zusammen mit einem Gehäuseteil 17 eine Elektrolysezelle 18, in der mit Gleichspannung beaufschlagte Elektroden 19 angeordnet sind, mit deren Hilfe Chlor aus einer chloridhal­ tigen Regeneriermittellösung erzeugt wird.

Die Dichtung 20 dichtet sowohl das Treibwasser gegen das Mischwasser ab, als auch das Treib- und Mischwasser gegen die Umgebung. Das vom Leitungsnetz kommende Treibwasser 6′ fließt durch die in die Injektoranordnung 16 gesteckte Treibwasser­ düse 10 und erzeugt in der Unterdruckkammer 11 aufgrund der in der Treibwasserdüse erzielten Beschleunigung einen Unter­ druck, durch welchen über den Sauganschluß 12 Sole 9 aus dem Solebehälter angesaugt wird. Diese gesättigte Sole mischt sich mit dem Treibwasser 6′ und wird in der Fangdüse 13 wieder abgebremst und dem Mischwasser 7 zugeführt. Parallel hierzu wird durch die Bypass-Düse 14, die eine Drosselfunk­ tion ausübt, ein bestimmter, vom Bypass-Düsendurchmesser und vom Leitungswasserdruck abhängiger Bypass-Volumenstrom 6′′ geleitet, der die Salzkonzentration im Mischwasser reduziert und somit also die Konzentration des Regeneriermittels verringert und das Volumen der Regeneriermittellösung vergrö­ ßert. In diesem Mischwasser wird nun aus einem geringen Teil des in der Regeneriermittellösung enthaltenen Chlorides an den Elektroden 19 elementares Chlor auf elektrolytischem Wege hergestellt. Das nun fertige Mischwasser 7 verläßt die Elek­ trolysezelle 18 und fließt über den Mischwasserauslaß 21 zum Harzbett.

Claims (10)

1. Injektor für den Transport und die Verdünnung einer ins­ besondere gesättigten Regeneriermittellösung (9) zur Re­ generation einer Wasserbehandlungsanlage, die Mittel zur Aufbereitung von Wasser aufweist, mit einer Treibwasserdüse (10), durch die Treibwasser (6, 6′) in eine mit der Re­ generiermittellösung (9) über einen Sauganschluß (12) in Verbindung stehende Unterdruckkammer (11) derart einge­ leitet werden kann, daß Regeneriermittellösung (9) ange­ saugt und mit dem Treibwasser (6, 6′) zu Mischwasser (7) vereinigt wird, sowie mit einer Fangdüse (13), durch die das Mischwasser (7) den Mitteln zur Wasseraufbereitung zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor ein Gehäuse (4, 16) mit einer Bypass- Öffnung aufweist, durch die ein definierter Bypass-Volumen­ strom (6′′) ohne vorherige Vermischung mit Regeneriermit­ tellösung (9) dem Mischwasser (7) und/oder den Mitteln zur Wasseraufbereitung zugeführt werden kann.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung eine durchgehende Bohrung im Injektorgehäuse (4, 16) ist.

3. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung eine Bypass-Düse (14) ist.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Düsen (10, 13, 14) als in das Injektorgehäuse (4, 16) einsetzbare oder einschraubbare Düseneinsätze ausgeführt sind.

5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Düseneinsätze mit unterschiedlichen, insbesondere genormt abgestuften Düsendurchmessern vorgesehen sind.

6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung bzw. der Düsendurch­ messer der Bypass-Düse (14) bis zu siebenmal größer ist als der Düsendurchmesser der Treibwasserdüse (10).

7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am mischwasserseitigen Ausgang der Fangdüse (13) und/oder der Bypass-Öffnung eine Elektrolyse­ zelle (18), insbesondere eine Chlorelektrolysezelle vorge­ sehen ist.

8. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich des Sauganschlusses (12) eine Elektrolysezelle (18), insbesondere eine Chlorelektrolyse­ zelle vorgesehen ist.

9. Injektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle (18) vom Injektorgehäuse (16) und einem weiteren Gehäuseteil (17) gebildet wird.

10. Verwendung des Injektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Wasserbehandlungsanlage, insbesondere einer Ionenaustauscheranlage für die Hauswasserbehandlung, mit Mitteln zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere einer ein Harzbett enthaltenden Ionenaustauscherstufe, mit einem Vorratsgefäß für die Bereitstellung einer Regene­ riermittellösung zum Regenerieren der Mittel zur Wasserauf­ bereitung, insbesondere einem Salzsolebehälter.