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Die
Erfindung betrifft ein Wasserreinigungsgerät, das eine Einlassleitung
mit einer Hochdruckpumpe, eine Reinigungseinheit vom Typ mit einem Filter
oder einer Membran, eine Auslassleitung für gereinigtes Wasser, einen
Sensor, der zur Steuerung der Hochdruckpumpe in der Auslassleitung
vorgesehen ist, eine Zapfstelle, bei der sich die Auslassleitung öffnen lässt, ein
in der Auslassleitung vorgesehenes Rückschlagventil und eine Ausstoßleitung
für konzentriertes
nicht-gereinigtes Wasser aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein
Druckausgleichventil, das bereitgestellt wird, um in dem Wasserreinigungsgerät enthalten
zu sein.
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In
druckbeaufschlagten Wasserreinigungsgeräten der betreffenden Art erfolgt
ein Druckanstieg in der Leitung für gereinigtes Wasser, wenn
ein Abzapfen von gereinigtem Wasser unterbrochen wird, und die Pumpe
wird abgeschaltet, wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Es
ist von extremer Wichtigkeit, dass der Druck aufrechterhalten wird,
da, wenn der Druck in der Leitung für gereinigtes Wasser unter
einen vorbestimmten Pegel absinkt, die Pumpe des Wasserreinigungsgerätes anläuft, was
bewirkt, dass über
die Einlassleitung Wasser zugeführt
wird, bis in der Leitung für
gereinigtes Wasser erneut ein ausreichender Druck aufgebaut ist.
Dieser Typ von 'irrigem' Anlaufen kann als
sehr lästig
empfunden werden. Da es prinzipiell unmöglich ist, in Wasserreinigungsgeräten der
betreffenden Art alle Ventile, Zapfstellen und Dichtungen vollständig dicht
zu bekommen, kann ein Auslaufen nicht vollständig vermieden werden. Im Übrigen sind
Wasserreinigungsgeräte
der erläuterten
Art häufig
mit "harten" Leitungen ausgerüstet, so
dass keine ausreichende Wassermenge im System gespeichert werden
kann, um den Druckabfall zu kompensieren. Das System ist zu starr.
Bedingt durch das starre System reicht be reits ein Austreten einiger
weniger Tropfen aus, dass der Druck beträchtlich, d. h. unter den vorbestimmten Wert
abfällt,
bei dem die Pumpe anläuft.
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Das
Dokument
UK 1293597 offenbart
eine Druckausgleicheinrichtung zum Steuern des Benzindrucks in einem
Fahrzeugmotor. Diese ist mit einem Ventil versehen, dass sich in
Abhängigkeit
vom Druck des Auslasskanals öffnet.
In diesem Sinne beschreibt dieses Dokument eine Regelung des Benzins
auf einen konstanten Druck.
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Das
Dokument
UK 4,165,951 offenbart
ein Wasserdruckerhöhungssystem.
Ein Durchflusssteuerungs- und Rückschlagventil
ist vorgesehen, um die Durchflussmenge der Pumpe zur Wasserleitung
hin und in umgekehrter Richtung zu steuern.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, einen Druckabfall, der in der
Leitung für
gereinigtes Wasser im Fall eines Austretens weniger Tropfen auftreten kann,
zu kompensieren, d. h. der Druck in der Leitung für gereinigtes
Wasser soll für
einen langen Zeitraum auf einem Pegel oberhalb des vorbestimmten
Druckpegels gehalten werden, bei dem ein Anlaufen der Pumpe veranlasst
wird. Eine derartige Kompensation wird durch ein Wasserreinigungsgerät bzw. ein Druckausgleichventil
wie definiert in den folgenden Ansprüchen erzielt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben; in diesen sind:
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1 eine
schematische Skizze eines Wasserreinigungsgerätes der betreffenden Art, das
mit einem Druckausgleichventil der Erfindung versehen ist;
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2 ein
Querschnitt durch das Druckausgleichventil der Erfindung; und
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3 ein
Diagramm einer vergleichenden Leckageprüfung eines Wasserreinigungsgerätes mit einem
Druckausgleichventil der Erfindung und eines Wasserreinigungsgeräts ohne
ein derartiges Ventil.
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Das
in 1 dargestellte Wasserreinigungsgerät 10 weist
eine Einlassleitung 12 auf, an der ein erstes Magnetventil 14 angebracht
ist, das sich beim Anlaufen einer in der Einlassleitung 12 vorgesehenen
Hochdruckpumpe 18 öffnet.
Normalerweise ist die Einlassleitung mit dem Wasserversorgungsnetz verbunden,
was bedeutet, dass während
des Betriebs des Wasserreinigungsgerätes 10 in der Einlassleitung 12 der
gleiche Druck wie im Wasserversorgungsnetz herrscht. In der Einlassleitung 12 ist
ein Vorfilter 16 vorgesehen, das bei der dargestellten Ausführungsform
aus zwei in Verbindung stehenden Filtergefäßen besteht.
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Die
Einlassleitung 12 mündet
in die Hochdruckpumpe 18, die das in der Einlassleitung 12 befindliche
Wasser zu einer Umwälzpumpe 20 fördert, welche
das Wasser in einem Druckgefäß 21 umwälzt, das
seinerseits eine Filtereinheit 22 beinhaltet. Zweckmäßigerweise
ist die Hochdruckpumpe 18 eine Verdrängungspumpe, z. B. eine Drehschieberpumpe,
die einen im Wesentlichen drehzahlproportionalen Durchsatz erzeugen
kann. Zweckmäßigerweise
ist die Umwälzpumpe 20 eine
Kreiselpumpe, d. h. eine Seitenkanalpumpe, die einen sehr großen Durchsatz
erzeugen kann, der bei weitem den Durchsatz übersteigt, welcher von der
Hochdruckpumpe 18 erzeugt werden kann.
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Es
wird lediglich ein kleiner Anteil des im Druckgefäß 21 von
der Umwälzpumpe 20 umgewälzten Wassers
mittels der Filtereinheit 22 gefiltert, wie durch Pfeile 24 und 26 angegeben.
Dieses gereinigte Wasser, das "Permeat", wird aus der Filtereinheit 22 durch
eine Auslassleitung für
gereinigtes Wasser abgeführt.
In der Auslassleitung 28 sind ein Druckbegrenzungsventil 30,
ein Rückschlagventil 32 und
ein Druckausgleichventil 34 gemäß der Erfindung angeordnet,
an dem ein Sensor in Form eines ersten Druckschalters 36 angebracht
ist. Die Auslassleitung 28 mündet in eine Zapfstelle 38,
die mit einem Ventil 40 versehen ist, mittels dem die Auslassleitung 28 geöffnet oder
geschlossen wird.
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Das
Wasserreinigungsgerät 10 gemäß der Erfindung
beinhaltet auch eine Rücklaufleitung 42, die
an der Filtereinheit 22 beginnt und vor der Hochdruckpumpe 18 in
die Einlasspumpe 12 mündet.
Ein weiterer Sensor in Form eines zweiten Druck schalters 44 ist
mit der Rücklaufleitung 42 verbunden,
wobei der zweite Druckschalter 44 den Druck in der Leitung 42 abtastet,
der nicht zu niedrig werden soll. Da die Rücklaufleitung 42 mit
der Einlassleitung 12 in Verbindung steht, wäre ein beträchtlicher
Druckabfall in der Rücklaufleitung 42 ein
Indiz dafür,
dass z. B. das Vorfilter 16 in einem gewissen Maße zugesetzt sein
könnte.
Andere Gründe
für den
Druckabfall könnten
darin bestehen, dass das Filtersieb des ersten Magnetventils 14 zugesetzt
ist oder der Druck des Wasserversorgungsnetzes zu gering ist. Von
der Filtereinheit 22 strömt ungereinigtes Wasser durch diese
Rücklaufleitung 42,
wobei das Wasser das Druckregelventil 30 durchströmt, bevor
es die Einlassleitung 12 erreicht.
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Von
der Filtereinheit 22 aus erstreckt sich auch eine Ausstoßleitung 46,
durch die konzentriertes nicht-gereinigtes Wasser ausgestoßen wird.
In der Ausstoßleitung 46 ist
ein zweites Magnetventil 48 vorgesehen, das immer gestattet,
dass über
ein (nicht dargestelltes) zugehöriges
Konstantstromventil eine konstante Durchflussmenge durch das Magnetventil 48 strömt. Während des
Spülens
der Filtereinheit 22 des Wasserreinigungsgerätes 10 ist
das zweite Magnetventil 48 vollständig geöffnet.
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Aus 2 geht
detailliert hervor, dass das Rückschlagventil 32 in
einem ersten Gehäuse 50 angeordnet
ist, wobei an beiden Enden des Gehäuses 50 Anschlussstücke 52 vorgesehen
sind, um das Rückschlagventil 32 mit
der Auslassleitung 28 zu verbinden. Das Druckbegrenzungsventil 34 beinhaltet ein
zweites Gehäuse 54 mit
einer Druckausgleicheinrichtung, die einen Kolben 56 mit
O-Ringen 58 und eine Feder 60 beinhaltet, deren
eines Ende auf dem Kolben 56 ruht, deren anderes Ende hingegen
auf einer Sicherungsscheibe 62 aufliegt, die ihrerseits
auf einem Sperrstift 63 aufliegt. Das erste Gehäuse 50 und
das zweite Gehäuse 54 stehen
miteinander in Verbindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das zweite Gehäuse 54 an
demjenigen Ende offen, an dem sich die Sicherungsscheibe 62/der
Sperrstift 63 befinden. Außerdem beinhaltet das Druckausgleichventil 34 einen
Druckschalter 36, der die Hochdruckpumpe 18 startet,
wenn der Druck in der Aus lassleitung 28, zwischen dem Rückschlagventil 32 und
der Zapfstelle 38, unter einen vorbestimmten Pegel abgefallen
ist.
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Das
zuvor beschriebene Wasserreinigungsgerät 10 arbeitet in folgender
Weise. Wenn das Zapfventil 40 geöffnet wird, fällt der
Druck in der Auslassleitung 28 zwischen dem Rückschlagventil 32 und dem
Zapfventil 38 ab, und die Hochdruckpumpe 18 läuft an,
und das erste Magnetventil 14 wird geöffnet, und zwar mittels des
ersten Druckschalters 36, wodurch Wasser unter einen gewissen
Druck über
die Einlassleitung 12 zugeführt wird. Das Wasser durchströmt das Vorfilter 16 und
wird dann mit Wasser von der Rücklaufleitung 42 vermischt.
Das Wassergemisch wird dann in die Hochdruckpumpe 18 eingesaugt
und weiter in die Filtereinheit 22, in der ein großes Wasservolumen
mittels der Umwälzpumpe 20 umgewälzt wird.
Das Wasser, das in der Filtereinheit 22 gereinigt wurde,
wird über
die Auslassleitung 28 ausgestoßen und durchläuft das
Druckregelventil 30, dessen Zweck darin besteht, den Druck
in der Filtereinheit 22 zu regeln. Bei niedrigem Druck
in der Auslassleitung 28 wird das Druckregelventil 30 in 1 nach
unten verschoben, was eine Druckerhöhung in der Filtereinheit 22 bewirkt,
was wiederum zu einem Anstieg des Drucks in dem an die Filtereinheit 22 angeschlossenen
Teil der Rücklaufleitung
führt.
Andererseits wird, wenn der Druck in der Auslassleitung 28 zunimmt
(das Zapfventil 40 gerade geschlossen wird) das Druckregelventil 30 in 1 nach
oben verschoben, und der Druck in der Filtereinheit 22 nimmt ab.
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Wenn
Wasser über
die Einlassleitung 12 zugeführt wird, wird auch eine gewisse
Menge an konzentriertem ungereinigten Wasser über die Rücklaufleitung 42 ausgestoßen.
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Wie
zuvor erwähnt,
erfolgt, wenn das Zapfventil 40 geschlossen ist, ein Anstieg
des Drucks in der Auslassleitung 28 zwischen dem Rückschlagventil 32 und
der Zapfstelle 38, und normalerweise erfolgt ein Ansteigen
des Drucks bis auf ca. 5 bar, bei dem der erste Druckschalter 36 die
Hochdruckpumpe 18 abschaltet. Bei diesem relativ hohen
Druck in der Auslassleitung 28 erfolgt ein Verschieben
des Kolbens 56 im Druckausgleichventil 34 nach
oben in 2, entgegen der Wirkung der
Feder 60, und dieser nimmt eine Gleichgewichtsposition
ein. Falls es eine Leckage im System gibt, beispielsweise am Rückschlagventil 32,
der Zapfstelle 38 oder den Anschlussstücken, trachtet das Druckausgleichventil 34 danach,
den Druck in der Auslassleitung 28 aufrechtzuerhalten,
und zwar dadurch, dass dem Kolben 56 gestattet wird, sich
durch die Wirkung der Feder 60 in 2 nach unten
zu verschieben, bis für
den Kolben 56 eine neue Gleichgewichtsposition erreicht
wird. Im Verlauf der Zeit steht der Kolben 56 gegen den
Boden an, d. h. er kann in 2 nicht
weiter nach unten verschoben werden. Jedoch bewirkt das Druckausgleichventil 34,
dass verhindert werden kann, dass der Druck in der Auslassleitung 28 zwischen
dem Rückschlagventil 32 und
der Zapfstelle 38 unter einen gewissen Pegel von normalerweise
ca. 0,5 bar abfällt,
und zwar für
einen beträchtlich
längeren
Zeitraum als in Vergleich zu einem System, das kein derartiges Druckausgleichventil 34 beinhaltet.
Prinzipiell lässt
sich sagen, dass das Druckausgleichventil 34 die gleiche
Funktion wie eine weichere, flexiblere Auslassleitung 28 hat.
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Vorzugsweise
ist der Raum oberhalb des Kolbens 56 in 2 offen,
was dazu führt,
dass Wasser, das möglicherweise
an den O-Ringen 58 des Kolbens 56 austritt, frei
ablaufen oder verdampfen kann, d. h. keine Wartungsaktivität zum Entfernen des
Wassers erforderlich ist.
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In 3 ist
ein Diagramm einer Leckageprüfung
dargestellt, die bei einem Wasserreinigungsgerät 10, das mit dem
Druckausgleichventil 34 der Erfindung versehen ist, und
bei einem ähnlichen
Wasserreinigungsgerät
ohne derartiges Druckausgleichventil durchgeführt wird. Wie aus dem Diagramm
von 3 hervorgeht, bei dem der Druck in der Leitung 28 zwischen
Rückschlagventil 32 und
Zapfstelle 38 als Funktion der Zeit angetragen ist, wird,
bei Verwendung eines Druckausgleichventils der Erfindung, der Druck
in der Auslassleitung 28 für einen beträchtlich
längeren
Zeitraum oberhalb 0,5 bar gehalten als im Fall, bei dem kein Druckausgleichventil
verwendet wird. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, dass bei einem
Wasserreinigungsgerät,
das mit einem Druckausgleichventil der Erfindung versehen ist, der
Druck in der Auslassleitung für
24 Stunden oberhalb des Pegels (z. B. 0,5 bar), bei dem die Hochdruckpumpe 18 anläuft, gehalten
werden kann. Da es aus hygienischen Gründen üblich ist, alle 12 Stunden
eine Reinigungsspülung
des Wasserreinigungsgerätes
durchzuführen,
ist die Spanne zufriedenstellend.
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Bei
einem Wasserreinigungsgerät
ohne jegliches Druckausgleichventil, siehe 3, fällt der Druck
in der Auslassleitung bereits nach ca. 3 Stunden unter den betreffenden
Pegel (z. B. 0,5 bar) ab. Bei der Maschine erfolgt dann ein "blindes" (unnötiges) Anlaufen,
die Hochdruckpumpe 18 läuft
an und der Druck in der Auslassleitung 28 zwischen dem Rückschlagventil 32 und
der Zapfstelle 38 steigt erneut auf ca. 5 bar. Nach weiteren
ca. 2 Stunden ist der Druck in der Auslassleitung 28 auf
einen derart niedrigen Pegel abgefallen, dass erneut ein "blindes" Anlaufen erfolgt.
Dann wird durch die Hochdruckpumpe 18 der Druck in der
Auslassleitung 28 erneut aufgebaut. Wie im Diagramm von 3 dargestellt, wird
dieser Prozess in einem Intervall von ca. 2 Stunden zyklisch wiederholt.
Dies kann als extrem belästigend
empfunden werden, insbesondere falls dieses wiederholte "blinde" Anlaufen nachts
erfolgt.
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Ein
weiterer Vorteil beim Druckausgleichventil 34 der Erfindung
besteht in der Zusammenarbeit zwischen dem Druckausgleichventil 34 und
dem Druckregelventil 30. Wie zuvor beschrieben, führt das
Druckregelventil 30 bei einem Druckanstieg in der Auslassleitung 28 (Schließen der
Zapfstelle 40) ein Absenken des Drucks in der Filtereinheit 22 durch.
Jedoch steigt der Druck in der Auslassleitung 28 extrem
schnell an, wenn das Zapfventil in sehr kurzer Zeit geschlossen
wird, was dazu führt,
dass das Druckregelventil 30 den Druck in der Filtereinheit 22 nicht
in ausreichend kurzer Zeit absenken kann, und der Druck in der Filtereinheit 22 rasch
ansteigt, was bewirkt, dass sich ein Druckstoß in der Ausstoßleitung 46 entwickelt,
bevor das Öffnen
des zweiten Magnetventils 48 erfolgt.
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Das
Vorsehen des Druckausgleichventils 34 führt dazu, dass die Druckerhöhung in
der Auslassleitung 28 weniger schnell erfolgt, so dass
das Druckregelventil 30 ausreichend Zeit für ein Verringern
des Drucks in der Filtereinheit 22 hat. Demgemäß wird die
Lebensdauer der Bauelemente, einschließlich insbesondere des zweiten
Magnetventils 48, vergrößert.