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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Ionenaustausch- und Filterwassersysteme
und im Besonderen ein Ionenaustauschharzbettsystem.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ionenaustausch-Wasserbehandlungssysteme
können
zwei allgemeine Typen sein, d.h. ein zeitgesteuertes System und
ein. bedarfsgesteuertes System. Ein zeitgesteuertes System verwendet
einen Zeitgeber zum Regenieren eines Harzbetts in einem Behandlungstank
des Wasserbehandlungssystems, nachdem ein bestimmtes Zeitintervall
verstrichen ist. Bei einem zeitgesteuerten System muss auf der Basis
des Anwendungsbedarfs des Benutzers, der Wasserverbrauchshistorie
usw. geschätzt
werden, wann der Behandlungstank regeneriert werden sollte. Wenn
der tatsächliche
Wasserverbrauch die Kapazität
der Einheit während
des Zeitintervalls übersteigt,
könnte
das Wasserbehandlungssystem „unbehandeltes" Wasser (d.h. Wasser,
das Unreinheiten wie Eisen, Calcium oder Magnesium enthält) ausgeben.
Dementsprechend werden zeitgesteuerte Wasserbehandlungssysteme meist
weit vor dem Punkt, an dem die Gesamtmenge des normalen Wasserverbrauchs
auftreten würde,
regeneriert, um das Vorkommen von derartigem „unbehandeltem" Wasser zu verhindern.
Derartige Systeme haben den Nachteil, dass sie überschüssiges Wasser und Regenerierungsmittel,
z.B. Salz, mit den damit verbundenen schädlichen Auswirkungen auf die
Umwelt in ein Kanalisationssystem ablassen.
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Ein
bedarfsgesteuertes System konventioneller Konstruktion verwendet
einen Durchflussmesser (oder eine Turbine) am Ausgabeventil des
Behandlungstanks zum Messen der seit der letzten Regeneration verwendeten
tatsächlichen
Wassermenge. Der Durchflussmesser gibt Signale an einen elektronischen
Zähler
aus, der die Regeneration einleitet, wenn der voreingestellte Zählerwert
(der einer Gesamtdurchflussmenge durch den Behandlungstankauslass
entspricht) gleich einer voreingestellten Menge ist, die einer Austauschkapazität des Harzbetts
im Behandlungstank entspricht. Derartige Systeme sind aber durch
die Empfindlichkeit des Durchflussmessers begrenzt. Derartige Messgeräte können im
typischen Fall nicht den gesamten Durchfluss durch sie hindurch
in einer kleinen Menge pro Zeiteinheit messen, wie z.B. durch Tropfen
aus Waschbecken, Geräten
usw. verursacht werden. Auch können
derartige Messgeräte
es nicht registrieren, wenn bei äußerst großen Durchflussmengen
eine Überlappung
oder eine Überlastung
auftritt. Solch kleine Wassermengen, die zwar durch den Durchflussmesser
(oder die Turbine) hindurchfließen,
aber davon nicht erfasst werden, belaufen sich in Wirklichkeit auf bis
zu mehrere Gallonen pro Stunde oder sogar noch mehr. Weil konventionelle
Systeme derartige Wasserverluste nicht berücksichtigen, kann das System nach
einem gewissen Wasservolumen eine Übersättigung oder Kapazitätsüberschreitung
erfahren. Das heißt,
dass das System weiter betrieben wird, nachdem das Harzbett nicht
mehr in der Lage ist, den Ionenaustausch weiter durchzuführen, was
zur Folge hat, dass unbehandeltes Wasser aus dem Wasserbehandlungssystem
abgegeben wird.
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US-Patent
Nr. 4.104.165 (Braswell), das auf die Zessionarin der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist, offenbart ein Wasserenthärtungssystem,
das auf zeitlich gesteuerter Basis regeneriert werden kann. Braswell
offenbart eine Ventilkopfbaugruppe, die an einem Behandlungstank
angebracht ist und ein darin angeordnetes Tellerkolbenventil hat.
Das Kolbenventil hat einen Venturi-Abschnitt, der in der Ventilkopfbaugruppe
und dem Behandlungstank ein Vakuum erzeugt, um gesättigte Solelösung durch den
Behandlungstank und in den Ventilkopf zu saugen. Ein Magnetventil
ist stromabwärts
vom Kolbenventil angeordnet und wird betätigt, um Fluid durch das Kolbenventil
fließen
zu lassen. Sämtliches
Fluid, das durch das Kolbenventil fließt, fließt auch durch das Magnetventil.
Ein Problem bei derartigen Magnetventilen ist, dass sie im typischen
Fall eine relativ niedrige Durchflussgeschwindigkeit haben, z.B.
maximal 5 Gallonen/Minute, was die Regenerationszeit des Wasserbehandlungstanks
entsprechend begrenzt. Darüber
hinaus kann es sein, weil sämtliches Fluid
durch das Magnetventil fließt,
wenn das Magnetventil in einer offenen Position ist, dass sich Schmutz
und Fremdstoffe im Fluid in dem Magnetventil absetzen und ein falsches
Funktionieren davon bewirken können.
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In
der Technik ist auch die Verwendung von Gegenstrom- und pulsierendem
Durchfluss durch einen Behandlungstank bekannt, um den zum Regenerieren
des Harzbettes und zum volleren Wiederaufladen des Harzbettes erforderlichen
Zeitraum zu verringern und Kanalbildung oder Fluidisieren des Harzbetts
zu verhindern. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 5.108.616
(Kunz) ein Ionenaustausch-Wasserbehandlungssystem
mit einem gepulsten Gegenstromdurchfluss von Regenerierungsmittel
durch den Behandlungstank. Die Impulsdauer und das Zeitintervall
zwischen Impulsen sind derart, dass die Ionenaustauschkügelchen,
die das Harzbett im Behandlungstank bilden, während des Regenerierungsprozesses
nicht wesentlich vermischt werden.
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Ein
Vorteil der Magnetventile ist, dass sie schnell geöffnet und
geschlossen werden können, um
dadurch den zum Regenerieren eines bestimmten Behandlungstanks erforderlichen
Zeitraum zu verringern.
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Was
in der Technik benötigt
wird, ist ein Wasserbehandlungssystem, das sehr schnell eine Strömung von
Regenerierungsmittel durch den Behandlungstank und in die Ventilkopfbaugruppe
hervorruft, wobei im Vergleich mit konventionellen Einheiten weniger
Wasser und Zeit verwendet werden.
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Es
besteht ein weiterer Bedarf an einem System, das Membranventile
verwendet, um Wasser schnell in eine bestimmte Richtung im Ventilkopf
zu lenken, wobei es Probleme von Schmutzansammlungen in einem solchen
Membranventil und einer geringen Durchflussgeschwindigkeit durch
ein solches eliminiert.
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Es
besteht ein zusätzlicher
Bedarf an einem Wasserbehandlungssystem, das es ermöglicht,
dass verschiedene Zeitintervalle für bestimmte Segmente des Regenerierungsprozesses
je nach Wasserbedingungen, Wasserverbrauch, hohem oder niedrigem Druck
usw. schnell und leicht geändert
werden.
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Es
besteht noch ein weiterer Bedarf an einem Wasserbehandlungssystem,
das verlorenes oder nicht erfasstes Wasser, das das System durchlaufen
hat, berücksichtigt
und dadurch damit verbundene Überlapputtgszustände eliminiert
und das Bett wiederherstellt, wenn ein Überlappungszustand eintritt.
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Es
besteht ein zusätzlicher
Bedarf an einem Wasserbehandlungssystem, das den genauen Wasserverbrauch
von einem oder mehreren Tanks in einem Wasserbehandlungssystem überwacht
und jeden einzelnen Tank gemäß der von
diesem Tank verbrauchten genauen Wassermenge regeneriert.
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Es
besteht ein weiterer zusätzlicher
Bedarf an einem Wasserbehandlungssystem, das ein Vakuum im Ventilkopf
verwendet, um einen relativ starken Saugdruck im Behandlungstank
zu erzeugen, und dadurch im Wesentlichen alle Gase darin entfernt, d.h.
das Innere des Behandlungstanks entgast und das Regenerierungsmittel
in einem unverdünnten Zustand
saugt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Ventilkopfbaugruppe vor, die ein
schnell wirkendes Ventil verwendet, um eine Fluidströmung durch
die Ventilkopfbaugruppe zu bewirken, während sie gleichzeitig nur
einen kleinen Anteil des Fluids relativ zur Gesamtmenge des durch
die Ventilkopfbaugruppe fließenden
Fluids durch das Magnetventil fließen lässt.
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Die
Erfindung umfasst in einer Form davon ein Wasserbehandlungssystem
mit einem Behandlungstank, der ein Ionenaustauschmineral- oder -filterbett
darin aufweist, und einer Behandlungstankbaugruppe, die oben auf
und in Fluidkommunikation mit dem Behandlungstank angeordnet ist.
Die Ventilkopfbaugruppe hat einen Durchgang, um eine Fluidströmung durch
die Ventilkopfbaugruppe zu ermöglichen,
eine Vakuumerzeugungsvorrichtung, die in dem Durchgang angeordnet
ist, einen Abfluss, der in dem Durchgang und an einer stromabwärts befindlichen
Seite der Vakuumerzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und ein Ventil,
das in dem Durchgang und an einer stromabwärts befindlichen Seite der
Vakuumerzeugungsvorrichtung angeordnet ist. Das Ventil ist in eine
offene Position und eine geschlossene Position beweglich, um eine
Fluidströmung
durch die Vakuumerzeugungsvorrichtung zu ermöglichen, wobei ein Teil des
Fluids durch den Abfluss fließt
und ein kleinerer restlicher Teil des Fluids durch das Ventil fließt, wenn
sich das Ventil in der offenen Position befindet.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilkopfbaugruppe
sehr schnell eine Soleströmung
durch den Behandlungstank und in die Ventilkopfbaugruppe hervorruft,
was im Vergleich mit konventionellen Einheiten einen schnelleren
Austausch mit 100 % Regenerierungsmittel zur Folge hat, sodass dabei
Wasser gespart wird.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass schnell wirkende Ventile verwendet werden,
um Wasser schnell in eine bestimmte Richtung im Ventilkopf zu lenken,
während
sie Probleme von Schmutzansammlungen in dem und einer geringen Durchflussgeschwindigkeit durch
das Ventil eliminieren.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ist, dass verschiedene Zeitintervalle entsprechend bestimmten
Segmenten des Regenerierungsprozesses je nach Wasserbedingungen,
Wasserverbrauch, Härte
usw. schnell und leicht geändert
werden können.
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Noch
ein weiterer Vorteil ist, dass verlorenes Wasser berücksichtigt
wird, wodurch damit verbundene Kapazitätsüberschreitungsbedingungen eliminiert
werden.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ist, dass der genaue Wasserverbrauch von einem oder mehreren
Tanks überwacht
wird und jeder einzelne Tank gemäß der von
diesem Tank verbrauchten genauen Wassermenge regeneriert werden
kann.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass ein Vakuum im Ventilkopf verwendet wird,
um einen relativ starken Saugdruck im Behandlungstank zu erzeugen
und dadurch im Wesentlichen alle Gase darin zu entfernen, d.h. das
Innere des Behandlungstanks zu entgasen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und ihre Ausführungsart
werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausgestaltung
der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offensichtlicher und
die Erfindung wird dadurch besser verständlich. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die die Fluidströmung während eines
Betriebsmodus zeigt,
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2 eine schematische Darstellung
der Ausgestaltung von 1,
die die Fluidströmung während eines
Solesaugmodus zeigt;
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3 eine schematische Darstellung
der Ausgestaltung von 1,
die die Fluidströmung während eines
gepulsten Spülungsmodus
zeigt,
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4 eine schematische Darstellung
der Ausgestaltung von 1,
die die Fluidströmung während eines
Ausspülmodus
zeigt,
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5 eine schematische Darstellung
der Ausgestaltung von 1,
die die Fluidströmung während eines
Soletanknachfüllnodus
zeigt,
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6 eine vergrößerte Ansicht
der in den 1 bis 5 gezeigten Ventilkopfbaugruppe,
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7 ein Prinzipschaltbild
einer Ausgestaltung des Prozessors der vorliegenden Erfindung,
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8 ein Flussdiagramm der
von einer Ausgestaltung eines Prozessors der vorliegenden Erfindung
ausgeführten
Entscheidungsschritte und
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9 eine geschichtete, teilweise
ausgebrochene Draufsicht der in 6 gezeigten
Ventilkopfbaugruppe.
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In
den diversen Darstellungen zeigen entsprechende Bezugszeichen durchgehend
entsprechende Teile an. Die hierin dargelegte Veranschaulichung
illustriert eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung in einer
Form und eine solche Veranschaulichung darf nicht als den Umfang
der Erfindung irgendeiner Weise begrenzend ausgelegt werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird auf die Zeichnungen und im Besonderen auf die 1 bis 5 Bezug genommen, in denen ein Wasserbehandlungssystem 10 der vorliegenden
Erfindung gezeigt wird, das Behandlungstankbaugruppen 12, 14,
einen Verteiler 16 und einen Prozessor oder eine elektronische
Logiksteuerplatine 18 hat.
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Jede
Behandlungstankbaugruppe 12, 14 hat eine Ventilkopfbaugruppe 20,
die oben auf einem Behandlungstank 22 angebracht und in
Fluidkommunikation mit seinem Inneren angeordnet ist. Die Ventilkopfbaugruppe 20 (6 und 9) hat ein Gehäuse 24 und einen Deckel 26,
die durch eine Scheibe 28 getrennt sind. Der Deckel 26 hat
einen Abstandshalter 27. Eine flexible Membran 30,
wie eine Elastomermembran, überlagert
die Scheibe 28 und ist zwischen dem Deckel 26 und
der Scheibe 28 angeordnet. Das Gehäuse 24 hat einen Flansch 32,
der nahe einem unteren Ende davon angeordnet ist und mit einem Behandlungstank 22 in
Eingriff ist, wie in den 1 bis 5 gezeigt wird. Der Körper 24 hat
auch eine Mehrzahl von Durchgängen,
um Fluid durch die Ventilkopfbaugruppe 20 strömen zu lassen.
Beispielsweise hat das Gehäuse 24 einen
ersten Durchgang, in dem ein Kolbenventil 34 angeordnet
ist. Eine Druckfeder 38 spannt das Kolbenventil 34 in
einer unteren, geschlossenen Position vor, bei der das Kolbenventil 34 mit
der Schulter 40 in Kontakt ist.
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Das
Gehäuse 24 hat
auch einen zweiten Durchgang 42, in dem ein Tellerkolbenventil 44 angeordnet
ist. An einem unteren Ende des Ventils 44 sind ein erster
und ein zweiter ringförmiger
Dichtungsring 46, 48 angeordnet, die an den Schultern 50 bzw. 52 anstoßen. Am
oberen Ende des Ventils 44 ist eine flexible Dichtung 54 angeordnet,
die eine Fluidströmung
daran vorbei in einer Aufwärtsrichtung
zulässt, aber
eine Fluidströmung
daran vorbei in einer Abwärtsrichtung
verhindert.
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Das
Ventil 44 hat eine sich längs erstreckende Öffnung 56,
in der ein Einsatz 58 angeordnet ist, der einen Venturi-Abschnitt 60 definiert.
Das Ventil 44 und der Einsatz 58 haben jeweils
sich radial erstreckende Öffnungen 62,
die eine Fluidströmung
in den Venturi-Abschnitt 60 zulassen. Das Kolbenventil 44 hat
auch eine Mehrzahl von radialen Öffnungen 94 und
eine Längsöffnung 96,
die eine Fluidströmung durch
sie hindurch und in den Venturi-Abschnitt 60 ermöglichen.
Zwischen dem Ventil 44 und dem zweiten Durchgang 42 befindet
sich eine Kammer 64.
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Über dem
zweiten Durchgang 42 ist ein dritter Durchgang 66 angeordnet,
in den eine zylindrische Hülse 68 eingesetzt
ist. Eine Mehrzahl von Runddichtringen 70 stellt eine Dichtung
zwischen dem dritten Durchgang 66 und der Hülse 68 bereit.
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Das
Gehäuse 24 hat
auch einen Einlasskanal 72, einen Auslasskanal 74 und
einen Abflusskanal 76, die jeweils über radiale Durchgänge 82, 84 bzw. 86 strömungstechnisch
mit der Kammer 64, der Kammer 78 bzw. der Kammer 80 verbunden
sind.
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Zusätzliche Öffnungen
im Gehäuse 24 beinhalten
sich längs
erstreckende Öffnungen 88, 90,
die eine Verbindung zwischen der Kammer 64 und dem Inneren
des Behandlungstanks 22 bereitstellen, und einen Durchgang 92,
der eine Verbindung zwischen der Kammer 80 und einem im
Folgenden noch beschriebenen Ventil bereitstellt. Ein vierter Durchgang 69 definiert
eine Kammer 71, die unter dem Kolbenventil 34 angeordnet
ist. Eine sich radial erstreckende Öffnung 120 ist in
Kommunikation mit dem Äußeren des
Gehäuses 24 und
der Kammer 71. Eine sich radial erstreckende Öffnung 122 ist
in Kommunikation mit dem Äußeren des
Gehäuses 24 und
der Kammer 78.
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Zwischen
dem Kolbenventil 44 und der Scheibe 28 ist eine
Druckfeder 93 angeordnet, die das Kolbenventil 44 in
Richtung auf eine erste, geschlossene Position vorspannt. Eine flexible
Membran 30, die oben auf der Scheibe 28 angeordnet
ist, hat eine Scheibe 98 mit einer zentralen Öffnung 100 in
ihr. In der Öffnung 100 ist
ein mit Sieb versehenes Filter 99 angeordnet. Die flexible
Membran 30, die Scheibe 98 und der Deckel 26 definieren
zwischen sich eine Kammer 102. Die Kammer 102 ist
auch in Fluidkommunikation mit einem im Deckel 26 gebildeten
Durchgang 104 angeordnet.
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Die 1 bis 5 illustrieren Behandlungstankbaugruppen 12, 14,
die durch den Verteiler 16 und die elektronische Logiksteuerplatine 18 miteinander verbunden
sind, wodurch eine der Behandlungstankbaugruppen 12, 14 oder
beide in einen Betriebsmodus oder einen Regenerationsmodus versetzt
werden können.
Die Logiksteuerplatine 18 wird mit einer Benutzeroberfläche oder
einer numerischen Tastatur 106 verbunden gezeigt, die es
einem Benutzer erlaubt, die Logiksteuerplatine 18 manuell
zu bedienen und dadurch wiederum die Behandlungstankbaugruppen 12, 14 zu
steuern. Die Logiksteuerplatine 18 ist über die Leitung 110 auch
mit einem ersten Magnetventil 108, über die Leitung 114 mit
einem zweiten Magnetventil 112 und über die Leitung 118 mit
einem dritten Magnetventil 116 verbunden. Die Behandlungstankbaugruppen 12, 14 sind
jeweils im Wesentlichen wie in der gezeigten Ausgestaltung konstruiert und
haben daher die gleichen Bezugsnummern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind aber
an der Behandlungstankbaugruppe 12 nicht alle Bezugsnummern
angezeigt.
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Das
erste Ventil 108 hat eine Einlassleitung 124,
die in Kommunikation mit dem Durchgang 92 des Gehäuses 24 angeordnet
ist (6). Das erste Ventil 108 hat
auch eine Auslassleitung 126, die in Kommunikation mit
dem Durchgang 104 und der Kammer 102 im Deckel 26 und über die
Auslassleitung 130 mit einer Regenerierungsmittel-Saugleitung 128 angeordnet
ist. In der Saugleitung 128 ist ein Kugelventil 132 angeordnet,
das eine Fluidströmung
in einer Abwärtsrichtung
zulässt,
und in der Auslassleitung 130 ist ein gefedertes Rückschlagventil 134 angeordnet,
das eine Strömung
von unter Druck stehendem Fluid in einer Aufwärtsrichtung zulässt.
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Das
zweite Ventil 112 hat eine Einlassleitung 136,
die mit der sich radial erstreckenden Öffnung 122 und der
Kammer 71 (6)
verbunden ist, und eine Auslassleitung 138, die mit einer
Einlassleitung 140 des dritten Ventils 116 verbunden
ist. Ein zwischen der Einlassleitung 140 und der Saugleitung 128 angeordnetes
Kugelventil 141 ermöglicht
eine Fluidströmung
in einer Aufwärtsrichtung.
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Ein
Soletank 142 ist mit der Regenerierungsmittel-Saugleitung 128 verbunden
und hat ein darin angeordnetes Regenerierungsmittel, wie z.B. Natriumchlorid.
Eine Schwimmerventilbaugruppe 146 regelt einen Flüssigkeitspegel
im Soletank 142, wie bekannt ist.
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Der
Verteiler 16 hat allgemein drei T-Rohre, die aus praktischen
Gründen
miteinander verbunden sind. Ein erstes Rohr 148 hat Auslässe 150,
die mit jeweiligen Einlasskanälen 72 (6) verbunden sind, und einen
Einlass 152, der Druckflüssigkeit von einer externen
Quelle (nicht gezeigt), wie einer Wasserpumpe, erhält. Das
zweite Rohr 154 hat Einlässe 156, die mit jeweiligen
Durchflussmessern 158 verbunden sind, die wiederum mit
dem Auslasskanal 74 verbunden sind (6). Das zweite Rohr 154 hat auch
einen Auslass 160, der mit einer Leitung zum Zuführen von
behandelten Wasser zu einem Wasserhahn oder dergleichen verbunden
ist. Das dritte Rohr 162 hat Einlässe 164, die mit dem
Abflusskanal 76 (6)
verbunden sind, und einen Auslass 166, der mit einem Abflussrohr
verbunden ist.
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Die
Durchflussmesser 158 (in 6 detaillierter
dargestellt) haben einen ersten Gehäuseteil 168, der dichtend
mit einem zweiten Gehäuseteil 170 verbunden
ist. Ein Rad 172 mit einer Mehrzahl von Schaufeln wird
von einer Welle 174 getragen, das wiederum drehbar vom
ersten und zweiten Gehäuseteil 168, 170 getragen
wird. Die Verbindung zwischen der Welle 174 und dem ersten
und zweiten Gehäuseteil 168, 170 kann
Lager aufweisen. Darüberhinaus ist
die Konfiguration der Schaufeln im Rad 172 dergestalt,
dass sich das Rad 172 auf eine Strömung in einer beliebigen Richtung
im Durchflussmesser 158 hin dreht. Das Rad 172 hat
wenigstens einen in ihm angeordneten Magnet 176, der sich
bei Drehung des Rads 172 an einem Sensor 178 vorbei
dreht. Der Sensor 178 ist über eine Leitung 180 (1) mit der Logiksteuerplatine 18 verbunden.
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Im
Folgenden wird nun mit Bezug auf die 1 bis 5 die Funktionsweise der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Für jede der oben beschriebenen
Betriebsarten steuert die Logiksteuerplatine 18 die Zeitdauer,
in der das erste Ventil 108, das zweite Ventil 112 und
das dritte Ventil 116 in einer offenen oder geschlossenen
Position sind.
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1 offenbart eine Betriebsart,
bei der jede der Behandlungstankbaugruppen 12, 14 in
einem Betriebsmodus ist. Das Tellerkolbenventil 44 ist
in der unteren, geschlossenen Position und das Kolbenventil 34 ist
in der oberen, geöffneten
Position. Wasser fließt
durch das erste Rohr 148 und in die Kammer 64 der
Ventilkopfbaugruppe 20. Das Wasser fließt dann abwärts durch die Längsöffnungen 88, 90, durch
das Filter 181 und in den Behandlungstank 22. Das
Wasser fließt
in einer Abwärtsrichtung
durch das Harzbett 182, wodurch Unreinheiten, wie Calcium und
Magnesium, über
Ionenaustausch aus dem Wasser entfernt werden. Das Wasser fließt dann durch
ein Filter 184 und in das vertikale Rohr 186. Das
unter Druck stehende Wasser bewegt das Kolbenventil 34 in
die aufrechte, offene Stellung und fließt daran vorbei zum Auslass 160 des
zweiten Rohrs 154.
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2 illustriert die Behandlungstankbaugruppe
in einem Betriebsmodus und die Behandlungstankbaugruppe 14 in
einem Solesaugbetriebsmodus. Die Fluidströmung durch die Behandlungstankbaugruppe 12 ist
wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben.
Bezüglich
der Behandlungstankbaugruppe 14 ist das erste Ventil 108 in
einer offenen Position und das zweite und dritte Ventil 112 und 116 sind
in einer geschlossenen Position. Wenn das dritte Ventil 116 geschlossen
ist, wird im Deckel 26 kein Druckfluid mehr zugeführt. Wenn
das erste Ventil 108 geöffnet
ist, fließt
Wasser an der Dichtung 24 des Kolbenventils 44 vorbei
und verursacht, dass sich das Kolbenventil 44 auf eine
obere, offene Position bewegt, wie gezeigt wird. Das unter Druck
stehende Wasser in der Kammer 80 bewirkt, dass sich die
flexible Membran 30 auf die gezeigte obere Position bewegt,
wodurch Wasser durch die Einlassleitung 124 zum ersten
Ventil 108 strömen
kann. Das Wasser fließt
dann durch die Auslassleitung 126 und in die Kammer 102.
Die zentrale Öffnung
mit kleinem Durchmesser 100 (6)
lässt eine
entsprechend kleine Fluidmenge durchströmen. Die so durch das erste
Ventil 108 strömende
Wassermenge wird durch Verändern
des Durchmessers der zentralen mit Sieb versehenen Öffnung 100 reguliert.
Im Gegensatz dazu hat der Durchgang 92 einen relativ großen Durchmesser.
Daher fließt
im Wesentlichen sämtliches
in die Kammer 80 strömendes
Wasser durch Durchgang 92 hinaus und eine kleinere Menge
des durch die Kammer 80 strömenden Fluids fließt durch das
erste Ventil 108.
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Wenn
das Kolbenventil 44 in der oberen Position ist, in der
der ringförmige
Dichtungsring 46 mit der Schulter 50 in Anlage
ist, fließt
Wasser durch die radialen Öffnungen 94 und
die Längsöffnung 96 in den
Venturi-Abschnitt 60. Der Venturi-Abschnitt 60 erzeugt einen
niedrigen Druck in der Kammer 64, der wiederum eine Wasserströmung durch
die Längsöffnungen 88,
90 und das erste Rohr 148 hervorruft. Die Wasserströmung in
die Kammer 64 ruft wiederum eine Soleströmung aus
dem Soletank 142 durch die Saugleitung 128, die
sich radial erstreckende Öffnung 120,
das Filter 181, das vertikale Rohr 186 und das
Filter 184 hervor. Wie aus 2 ersichtlich
ist, wird eine Gegenstromregenerierung bewirkt, wobei die Wasserströmung durch
die Behandlungsbaugruppe 14 während eines Betriebsmodus der
Wasserströmung
durch die Behandlungstankbaugruppe 14 während eines Solesaugmodus entgegengesetzt ist.
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3 illustriert eine Betriebsart,
bei der die Behandlungstankbaugruppe 12 in einem Betriebsmodus
ist und die Behandlungstankbaugruppe 14 in einem gepulsten
Spülungsmodus
ist. Es ist zu beachten, dass das Kolbenventil 44 in einer
oberen Position ist zum Hervorrufen einer Flüssigkeitsströmung, wie
oben mit Bezug auf 2 beschrieben
wird. Aber anstatt über
die Saugleitung 128 eine Wasserzufuhr aus dem Soletank 142 zu
erhalten, wird das zweite Ventil 112 auf eine offene Position
bewegt, wodurch unter Druck stehendes und behandeltes Wasser aus der
Behandlungstankbaugruppe 12 in einer Gegenstromrichtung
durch die Einlassleitung 136 und in den Behandlungstank 22 fließt. Das
unter Druck stehende Wasser in der Einlassleitung 140 bewegt
auch das Kugelventil 141 auf eine geschlossene Position, wie
gezeigt, in der Fluid nicht in den Soletank 142 fließt.
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Während des
gepulsten Spülungsmodus steuert
die Logiksteuerplatine 18 das erste Ventil 108,
wodurch wenigstens zwei Regenerationsoptionen bewirkt werden können. Beispielsweise
kann die Tastatur 108 genutzt werden, um eine Vollimpulsregeneration,
eine Halbimpulsgeneration, eine nicht gepulste Regeneration oer
eine Filterregeneration auszuwählen.
Während
der Vollimpulsregeneration ist 100 % des gepulsten Spülens aktiviert,
was bedeutet, dass das Ventil 108 dauernd eingeschaltet
ist. Das Ventil 112 ist während der Vollimpulsregeneration
eine Sekunde ein- und drei Sekunden ausgeschaltet. Während der
nicht gepulsten Regeneration sind nur maximal 12 % des Impulsprogramms
aktiviert (um die Kanalbildung im Harzbett zu verhindern), was bedeutet,
dass das Ventil 108 und das Ventil 112 die meiste
Zeit über
eingeschaltet sind. Während
der Halbimpulsregeneration sind unter Verwendung des gleichen Ventils
wie oben angegeben 50 % des Vollimpulsprogramms aktiviert. Den Rest des
Zyklus bleibt das Ventil 112 eingeschaltet. Während der
Filterregeneration sind der Solezyklus und der Nachfüllzyklus
beträchtlich
reduziert, um im Tank ein Vakuum bei etwa 10 % der kapazitätsbasierten Zykluszeit
zu erzeugen. Der Nachfüllzyklus
ist entsprechend reduziert. Eine verlängerte Vollimpulsregeneration
wird während
der Filterregeneration eingeleitet. Diese Regenerationsoptionen
sind zeit- oder bedarfsgesteuert.
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Aus 3 ist erkennbar, dass behandeltes Wasser
aus der Behandlungstankbaugruppe 12 zum Spülen des
Harzbetts innerhalb der Behandlungstankbaugruppe 14 genutzt
wird. Die abgebildete Ausgestaltung überwacht nicht nur behandeltes
Wasser, das durch Auslass 160 ausfließt, sondern überwacht auch
die zum Spülen
des Harzbettes in einer parallelen Behandlungstankbaugruppe verwendete
Wasserströmung.
Das heißt,
dass wenigstens ein Durchflussmesser 158 Eingangsimpulse
an die Logiksteuerplatine 18 anlegt, die wiederum die im
Speicher gespeicherte voreingestellte Menge entsprechend dem während eines
Betriebsmodus aus der Behandlungstankbaugruppe, vor ihrer Regeneration,
abgeleiteten Wasservolumen reduziert. Die Logiksteuerplatine 18 erhält Eingangsimpulse
von wenigstens einem Durchflussmesser 158, die ein daran
vorbeiströmendes
Wasservolumen repräsentieren.
Jede Behandlungstankbaugruppe 12, 14 hat eine
Kapazität,
bei der die Behandlungstankbaugruppe regeneriert werden muss. Beispielsweise
hat jede in den 1 bis 5 gezeigte Behandlungstankbaugruppe
eine Austauschkapazität
von 5.000 Grains of Hardness (Mass für den Grad der Wasserhärte). Für eine bestimmte Anwendung
hat das über
ein erstes Rohr 148 aufgenommene unbehandelte Wasser eine
Härte,
die in einen bekannten Bereich pro Gallone fällt, z.B. 6 – 10 Teile
pro Million. Es ist somit möglich
zu berechnen, wie viele Gallonen Wasser vor der Regeneration der entsprechenden
Behandlungstankbaugruppe durch das zweite Rohr 154 geleitet
werden können.
Anstatt zwei Durchflussmesser 158 zu verwenden, wie in den 1 bis 5 gezeigt wird, ist es auch möglich, einen
einzelnen, am Auslass 160 des zweiten Rohres 154 angebrachten
Durchflussmesser zu verwenden.
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4 illustriert eine weitere
Betriebsart, bei der die Behandlungstankbaugruppe 12 in
einem Betriebsmodus ist und die Behandlungstankbaugruppe 14 in
einem Ausspül-
oder Schnellspülmodus
ist. Die Strömungswege
innerhalb der Behandlungstankbaugruppe 14 sind die gleichen
wie die oben mit Bezug auf den in 3 gezeigten
pulsierenden Spülungsmodus
beschriebenen. Anstatt aber das erste Ventil 108 zu öffnen und
zu schließen,
um ein pulsierendes Spülen
zu erzeugen, wird das erste Ventil 108 in einer offenen
Position gehalten, wodurch behandeltes Wasser aus der Behandlungstankbaugruppe 12 kontinuierlich
in einer Gegenstromrichtung durch den Behandlungstank 22 fließt.
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5 illustriert eine weitere
Betriebsart der vorliegenden Erfindung, bei der die Behandlungstankbaugruppe 12 in
einem Betriebsmodus ist und die Behandlungstankbaugruppe 14 in
einem Soletanknachfüllmodus
ist. Wie offensichtlich ist, ist für das zweite Rohr 154 behandeltes
Wasser aus der Behandlungstankbaugruppe 14 verfügbar. Außerdem sind
das erste Ventil 108 und das zweite Ventil 112 in einer
geschlossenen Position und das dritte Ventil 116 ist in
einer offenen Position, was behandeltes Wasser sowohl in einer Aufwärtsrichtung
durch die Auslassleitung 130 als auch in einer Abwärtsrichtung durch
die Saugleitung 128 in den Soletank 142 fließen lässt. Das
durch die Auslassleitung 130 fließende behandelte Wasser fließt dann
durch das Rückschlagventil 134,
die Auslassleitung 126 und in die Kammer 102,
um die flexible Membran gegen die Scheibe 28 zu bewegen
und den Durchgang 92 und den Abflusskanal 76 zu
schließen.
Das in einer Abwärtsrichtung
durch die Saugleitung 128 fließende behandelte Wasser füllt den
Soletank 142 bis zu einem vorbestimmten, von der Schwimmerventilbaugruppe 146 geregelten
Pegel.
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7 ist eine schematische
Darstellung der Schaltungsanordnung der in den 1 bis 5 gezeigten
Logiksteuerplatine 18. Zu den diversen Bauteilen zählen der
Mikrocontroller 188, die Tastatur 106, die Tastatursperre 190,
der Verstärker/Treiber 192,
das Sichtgerät 194 (wie
z.B. eine LCD-Anzeige), UND-Gatter 196, 198, Steuergatter 200, 202, 204, 206, 208 und 210,
die Behandlungstank-Magnetventilsteuerports 212, 214,
der Schalter für
manuelles Nachfüllen 216,
die Decoder für
zwischengespeicherte Zeilen 197, 199 und die Durchflussmessersensorports 201.
Der Mikrocontroller 188 erhält Eingangsdaten von den Durchflussmessersensorports 201 und
sendet Ausgangssignale, die zum Steuern der Magnetventilsteuerports 212, 214 verwendet werden.
Die Steuergatter 200, 202, 204, 206, 208 und 210 sind
zwischen dem Mikrocontroller 188 und den Magnetventilsteuerports 212, 214 zwischengeschaltet
und steuern das Öffnen
bzw. Schließen
der Magnetventile 108, 112 und 116. Das
Sichtgerät 194 kann
zum selektiven Anzeigen einer Gesamtdurchflussmenge durch einen
bestimmten Tank seit einer letzten Regeneration, einer Gesamtdurchflussmenge durch
das System seit einem vorbestimmten Zeitpunkt, einer Anzeige dessen,
welcher Tank bzw. welche Tanks in einem Betriebsmodus oder Regenerationsmodus
sind, einer Überlappungsmenge
für einen bestimmten
Tank, einer voreingestellten Menge für einen bestimmten Tank und
anderer Hinweise auf Systemleistung und -betrieb verwendet werden.
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In
der Ausgestaltung der in 7 gezeigten Schaltungsanordnung
wird zum Ansteuern der Magnetventile 108, 112 und 116 Wechselstrom
verwendet. Konventionelle Konstruktionen verwenden Gleichstrom zum
Ansteuern von Magnetventilen, was zu Überhitzen und Ausfall der Magnetventile führt. Die
vorliegende Erfindung löst
daher ein Problem konventioneller Konstruktionen durch Einsetzen
von Wechselstrom
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8 stellt ein Flussdiagramm
der Logik dar, das von der Steuerplatine 18 ausgeführt wird.
Block 216 repräsentiert
einen selektiven Modusauswertungsparameter, der entweder einem Zeit-Betrieb oder
einem Bedarfs-Betrieb entspricht. Für einen Zeit-Betrieb wird eine
bestimmte Behandlungstankbaugruppe nach einem bestimmten Zeitintervall
regeneriert. Für
einen Bedarfs-Betrieb wird eine bestimmte Behandlungstankbaugruppe
regeneriert, nachdem eine bestimmte volumetrische Flüssigkeitsmenge
aus einer Behandlungstankbaugruppe abgeleitet wurde. Wenn ein Zeit-Betrieb
ausgewählt
ist (Leitung 220), wird ein Regenerationsauswertungsblock 222 eingesetzt.
Wenn dagegen ein Bedarfs-Betrieb gewählt wurde, wird ein Regenerationsauswertungsblock 224 verwendet.
Andere Dateneingaben zum Regenerationsauswertungsblock 222 sind
Zeitdatenparameter von Block 218, die einen bestimmten
Zeitraum, an dem eine Behandlungstankbaugruppe regeneriert wird,
repräsentieren,
und ein Zeitwert eines Systemtaktgebers von Block 226.
Dateneingaben zum Regenerationsauswertungsblock 224 sind
abgetastete Impulse von einer Turbine oder einem Durchflussmesser
(Block 228) über
Leitung 230, Bedarfsdatenparameter von Block 232,
die ein bestimmtes Volumen repräsentieren,
bei dem die Behandlungsbaugruppe zu regenerieren ist, und ein Zeitwert
vom Systemtaktgeber von Block 226.
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Wenn
der Regenerationsauswertungsblock 224 bestimmt, dass eine
vorbestimmte Wassermenge von einer bestimmten Behandlungstankbaugruppe
abgeleitet worden ist, wird die bestimmte zu regenerierende Behandlungstankbaugruppe
als ein für
einen Betriebsmodus verfügbarer
Tank aus dem Speicher entfernt (Block 232) und die Regeneration
der bestimmten Behandlungstankbaugruppe findet in Block 234 statt.
Nach Abschluss der Regeneration der bestimmten Behandlungstankbaugruppe
wird die Behandlungstankbaugruppe in Block 236 wieder als für einen
Betrieb im Betriebsmodus verfügbar
in den Speicher gesetzt. Die „Systemtankparameter" (Block 235)
entsprechen physikalischen Daten, die mit einem bestimmten verwendeten
Tank assoziiert sind, wie Tankkapazität und Grains. Derartige Daten
können
die Form von in einem Speicher gespeicherten elektronischen Daten
haben. Die Regenerationsdatentabellen (Block 237) entsprechen
Daten, die anzeigen, wann ein bestimmter Tank regeneriert werden
sollte, oder zeitgesteuerte Modi innerhalb der Regenerierung anzeigen,
z.B. Wasserhärte,
Spülungsmodi,
Halbimpulsmodus usw.
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Diese
Erfindung wurde zwar als eine bevorzugte Konstruktion aufweisend
beschrieben, die vorliegende Erfindung kann aber innerhalb des Sinns und
Umfangs dieser Offenlegung weiter modifiziert werden Diese Anmeldung
soll daher alle Variationen, Verwendungen oder Ausführungen
der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Grundsätze abdecken
Des Weiteren ist auch vorgesehen, dass diese Anwendung auch solche
Abweichungen von der vorliegenden Offenlegung abdeckt, die in die
bekannte oder übliche
Praxis in dem Fach, auf das sich diese Erfindung bezieht, und in
die Begrenzungen der anhängigen
Ansprüche
fallen.