DE69809079T2 - System zur wasserbehandlung mit dosierkontrolle - Google Patents

System zur wasserbehandlung mit dosierkontrolle

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C. Wilkins
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung:
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserbehandlungssystem und ein Wasserbehandlungsverfahren und insbesondere auf ein Wasserbehandlungssystem und ein Wasserbehandlungsverfahren, die eine verbesserte Dosierregelung zur genauen Verteilung von behandeltem Wasser aufweisen.
    • 2. Beschreibung verwandter Techniken:
  • Hochreines Wasser wird für viele Anwendungszwecke, einschließlich zum Beispiel in chemischen und biologisch-analytischen Labors, benötigt. Wasser wird für diese Anwendungszwecke durch eine Reihe von wohl bekannten Techniken, einschließlich Filtrieren, einfachem oder mehrfachem Destillieren, Sorption und Ionenaustausch, gereinigt. Wasser, das anfänglich durch Destillation behandelt oder Filtrieren mit Umkehrosmose unterzogen wurde, wird oft nachgereinigt (feinstgereinigt), indem es durch Aktivkohlebetten geleitet wird, um restliche Schadstoffe, vor allem organische Verbindungen, aufzunehmen. Das vorbehandelte Wasser kann auch behandelt werden, indem es durch Schicht- oder Mischbetten aus Ionenaustauschharzen geleitet wird, um restliche ionische Unreinheiten zu entfernen. Oft werden diese Wasserströme auch durch mikroporöse Filter gefiltert, um weitere restliche Schadstoffe vor dem Systemauslass zu entfernen.
  • Wenn kein gereinigtes Wasser benötigt wird, führen herkömmliche Wasserbehandlungssysteme typischerweise das Wasser in einem kontinuierlichen oder periodischen Vorgang durch die verschiedenen Wasserbehandlungsvorrrichtungen, die im System beinhaltet sind, zum Beispiel UV-Lampen, Ionenaustauscher und Ultrafilter zurück, um eine Verschlechterung der Wasserqualität, während das Wasser steht, zu vermeiden. Auf Grund der hohen Energiekosten, die bei kontinuierlichem Betrieb einer Rückführungspumpe oder dergleichen verursacht werden, und den einhergehenden hohen Lärmpegeln, die für in der Nähe befindliche Arbeiter störend sein können, werden Wasserbehandlungssysteme oft in einem periodischen Modus, zum Beispiel etwa 50 Minuten Stillstand und 10 Minuten Rückführung durch das System, betrieben. Wenn gereinigtes Wasser benötigt wird, ist es daher manchmal notwendig, das Wasser eine Zeit lang durch das System zu zirkulieren, bevor das Wasser verwendet werden kann.
  • Zusätzlich wird typischerweise die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des gereinigten Wassers vom System durch Einstellen eines Auslassventils durchgeführt. Da jedoch die herkömmliche Systempumpe mit einfacher hoher Geschwindigkeit und Ausstoßgeschwindigkeit betrieben wird, um die höchste Strömungsgeschwindigkeit am Auslassventil zu erreichen, kann es für Benutzer schwierig sein, kleine und/oder genaue Quantitäten gereinigten Wassers aus diesen Systemen zu dosieren.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wasserbehandlungssystem mit Dosierregelung, wobei Wasser so behandelt werden kann, dass es sehr niedrige organische und ionische Kontamination aufweist und genau vom System dispensiert werden kann. Das Wasserbehandlungssystem mit Dosierregelung beinhaltet einen Wassereinlass, der hydraulisch an einer Pumpe angeschlossen ist, die einen Regelmotor aufweist. Mindestens eine Wasserbehandlungsvorrichtung ist stromabwärts von der Pumpe hydraulisch angeschlossen, mindestens ein Auslassventil ist stromabwärts von der Wasserbehandlungseinheit hydraulisch angeschlossen und eine Rückführungsleitung ist von dem Auslassventil an der Pumpe hydraulisch angeschlossen. Der Pumpenausstoß wird durch eine Reguliervorrichtung geregelt, die an den Regelmotor angeschlossen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Wasserbehandlungssystem mit Dosierregelung einen Wassereinlass, der hydraulisch an einer Pumpe angeschlossen ist. Mindestens eine Wasserbehandlungsvorrichtung ist stromabwärts von der Pumpe hydraulisch angeschlossen und mindestens ein Auslassventil ist stromabwärts von der Wasserbehandlungsvorrichtung hydraulisch angeschlossen und eine Rückführungsleitung ist von dem Auslassventil an der Pumpe hydraulisch angeschlossen. Ein Proportionalventil ist stromabwärts vom Auslassventil hydraulisch angeschlossen und der Systemausstoß wird durch eine Reguliervorrichtung geregelt, die an dem Proportionalventil angeschlossen ist.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es versteht sich, dass die folgenden Zeichnungen lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht als Definition der Einschränkungen der Erfindung vorgesehen sind. Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen klar hervorgehen, die mehrere Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, wobei die gleichen Verweisziffern jeweils das gleiche Merkmal bezeichnen, wobei:
  • Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 2 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 3 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 4 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 5 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ausflussgeschwindigkeiten eines herkömmlichen Systems der vorliegenden Erfindung mit zunehmenden Öffnungs- und Schließbewegungen einer Reguliervorrichtung ist.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wasserbehandlungssystem mit Dosierregelung. Wie in Fig. 1 gezeigt, beinhaltet eine Ausführungsform eines Wasserbehandlungssystems 10 mit Dosierregelung der vorliegenden Erfindung einen Wassereinlass, der ein Einlassventil 11 aufweist, zum Beispiel in Form eines Magnetventils, das an eine unbehandelte oder nochmals behandelte Wasserleitung 12 angeschlossen ist. Diese Leitung kann an einen Speichertank 14 stromabwärts vom Einlassventil 11, an das die Ansaugseite einer Pumpe 16, die einen Regelmotor M aufweist, angeschlossen ist, hydraulisch angeschlossen sein. Die Pumpe 16 leitet das unbehandelte oder nochmals behandelte Wasser zu mindestens einer Wasserbehandlungsvorrichtung, die stromabwärts von der Pumpe hydraulisch angeschlossen ist. Beispielsweise können eine Ultraviolett(UV)-Lampeneinheit 18, eine Filterpatrone 22, die eine Vielzahl von aufeinanderfolgend verbundener Patronen aufweist, die zum Beispiel mindestens eine Patrone mit mindestens einer Schicht Aktivkohle und/oder mindestens einer Schicht aus einer Mischung aus Ionenaustauschharzen und/oder einer Ultrafilter(UF)-Einheit 26 und Kombinationen hieraus, aufweist, im vorliegenden System 10 verwendet werden. Alternative Ausführungsformen des Systems 10 werden in Fig. 2, in der die Filterpatrone 22 die einzige Wasserbehandtungsvorrichtung ist; Fig. 3, in der die UV-Lampeneinheit 18 stromaufwärts von der Filterpatrone 22 angeschlossen ist; und Fig. 4, in der die UF-Einheit 26 stromabwärts von der Filterpatrone 22 angeschlossen ist, gezeigt. Eine Desinfektionseinheit 42, die parallel zur Filterpatrone 22 positioniert ist, kann ebenso im System 10 hydraulisch angeschlossen sein. Ein Dreiwegventil 20 und ein Absperrventil 24 können verwendet werden, um zu vermeiden, dass Desinfektionsmittel aus der Einheit 42 in die Filterpatrone 22 eindringt. Am Ende des Systems 10 ist mindestens ein Auslassventil 30, zum Beispiel in Form eines elektromagnetischen Dreiwegventils, stromabwärts von den Wasserbehandlungseinheiten hydraulisch angeschlossen. Eine Leitfähigkeitsmesszelle 28, die typischerweise einen integrierten Temperatursensor beinhaltet, kann auch im System verwendet werden, um die Wasserqualität zu überwachen.
  • Eine erste Rückführungsleitung 32 ist vom Auslassventil 30 am Speichertank 14 durch das Absperrventil 34 oder direkt an der Ansaugseite der Pumpe 16 hydraulisch angeschlossen. Wie in Fig. 1 und 4 gezeigt, wird, bei der Verwendung der UF-Einheit 26, der Teil des Wassers, der nicht durch die Einheit 26 fließt, zum Ventil 38 am Abwasserauslass 40 geleitet oder wird zur Ansaugseite der Pumpe 16 durch eine Auslassleitung 36 und eine zweite Rückführungsleitung 31, die eine Drosselklappe 33 und ein Absperrventil 35 aufweist, stromaufwärts vom Magnetventil 38 geleitet. Die Rückführungsleitung 32 ist mit der Auslassleitung 36 und der Kreislaufleitung 31 über die Verbindungsleitung 37, die ein Absperrventil 39 aufweist, verbunden.
  • Wie in Fig. 1-4 gezeigt, beinhaltet das System 10 weiterhin eine Reguliervorrichtung, die eine Eingabevorrichtung 44 beinhaltet, um einem Benutzer die Möglichkeit zu geben, eine Strömungsgeschwindigkeit einzustellen, und einen Regler 46 (am typischsten eine CPU mit Arbeitsspeicher). Die Eingabevorrichtung 44 kommt zum Beispiel in Form eines Potentiometers, einer Kleintastatur, eines Winkelcodierers und dergleichen vor. Diese Vorrichtungen beinhalten typischerweise einen Drehgriff oder eine Kleintastatur, die verwendet werden, um zum Regler 46, der eine erwünschte Wasserströmungsgeschwindigkeit am Auslassventil 30 darstellt, ein Eingabesignal bereitzustellen, zum Beispiel den Winkel der Drehposition. Der Regler 46 wandelt das Eingabesignal in ein Motorsteuersignal um, das den Motor M dazu veranlasst, bei einer Geschwindigkeit zu laufen, die die Pumpe 16 antreibt und dazu führt, dass die Wasserströmung an dem Auslassventil 30 mit der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit übereinstimmt. Es sei bemerkt, dass die Eingabevorrichtung 44, obwohl in der Nähe des Auslassventils 30 gezeigt, an jeder beliebigen Stelle im System 10 positioniert werden kann, die für einen Benutzer, der Wasser dispensiert, leicht zugänglich ist. Deshalb wird der Ausstoß von der Pumpe 16 durch den Benutzer, der zum Beispiel Drehbewegungen einer Eingabevorrichtung 44 ausführt geregelt. Das Motorsteuersignal bewirkt, dass die Geschwindigkeit des Motors M, zwischen Null und einer vorbestimmten Maximalgeschwindigkeit, bei der der höchste Ausstoß der Pumpe 16 erreicht werden kann, variiert. Die Pumpe 16 ist vorzugsweise eine magnetisch gekoppelte Verdränger- Zahnradpumpe, die durch den Motor M angetrieben wird. Wie oben angeführt, ist Motor M vorzugsweise ein Regelmotor, zum Beispiel ein 3- phasiger bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem kleinen Leistungs- und niedrigem Spannungsbereich mit einem elektronischen Antrieb, zum Beispiel einem VARlOTRONICTM kompakten Antrieb in einer elektronischen Anordnung (erhältlich bei Papst-Motoren GmbH & Co. KG, Deutschland).
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Reguliervorrichtung eine Vorrichtung beinhalten, die als ein Zeitmesser zum Ausschalten des Motors M zu einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt und/oder zum Einschalten des Motors M zu einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt dienen kann. Dieser Vorgang würde es der Pumpe 16 zum Beispiel ermöglichen, vorprogrammiert zu werden, um vor den regulären Betriebsstunden des Wasserbehandlungssystems 10 hochzufahren und während langen Stillstandzeiten herunterzufahren. Typischerweise würde ein Benutzer erwünschte Betriebszeiten bereitstellen und die Reguliervorrichtung direkt durch eine Eingabevorrichtung, wie einer Kleintastatur, herunterfahren. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die vorbestimmten Zeitpunkte, zum Beispiel zum Hochfahren und Herunterfahren des Motors M, direkt durch die Reguliervorrichtung als eine Funktion von Betriebsdaten bereitgestellt. In dieser Ausführungsform ist der Regler 46 der Reguliervorrichtung anpassbar und kann für die Überwachung der Verwendungsrichtungen und -tendenzen programmiert werden, um die Verwendung vorherzusagen. Beispielsweise können Betriebsdaten wie Wasservolumen, Strömungsgeschwindigkeiten, Zeitpunkten und Daten und Betriebszeiträume durch den Regler 46 erfasst werden, um Beeinträchtigungen bezüglich des Betriebsprogramms des Motors aufzuzeichnen. Deshalb ist es möglich, die Pumpe 16 in kurzen Zeitintervallen oder vorzugsweise kontinuierlich im Bereitschaftsmodus geräuschärmer und mit niedrigeren Betriebskosten zu betreiben und hochreines Wasser, das gebrauchsfertig zu erhalten ist, wenn das Auslassventil 30 geöffnet ist, bereitzustellen. Wenn die Pumpe 16 durch die Eingabevorrichtung 44 der Reguliervorrichtung vom Bereitschaftsmodus in einen Wasserdispensierungsmodus geschaltet wird, kann die Pumpenausstoßgeschwindigkeit stufenweise oder vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich bis zu einem vorbestimmten maximalen Ausstoß eingestellt werden. Dieses Merkmal ermöglicht, dass kleine Wassermengen einfach und genau mit einem geringen Pumpenausstoß dosiert werden können.
  • Die Regelung des Ausstoßes der Pumpe 16 durch die Reguliervorrichtung ermöglicht eine bessere Regelung des Pumpenausstoßes in dem Rückführungs- (oder Bereitschafts-) Modus, wenn das Auslassventil 30 geschlossen ist, und erhält die Qualität des behandelten Wassers während des Bereitschaftsmodus durch Zirkulieren des Wassers durch die Einheiten 18, 22 und 26 zur Wasserbehandlung bei einer vergleichsweise geringen Geschwindigkeit. Bekannterweise ist die Wasserbehandlung durch eine UV-Lampeneinheit bei einer Wellenfänge von 185 nm effektiv für die Reduzierung des TOC auf Werte von etwa 5 ppb, sowie bei einer Wellenlänge von 254 nm, für die Reduzierung der Bakterienwerte. Die Wasserbehandlung durch eine Filterpatrone, die eine Vielzahl von aufeinanderfolgend verbundener Patronen aufweist, die zum Beispiel mindestens eine Patrone mit mindestens einer Schicht Aktivkohle und mindestens einer Schicht aus einer Mischung aus Ionenaustauschharzen aufweist, hat sich als effektiv in der Adsorption restliche organische Schmutzstoffe sowie für die Entfernung restlicher ionischer Unreinheiten erwiesen. Es ist bekannt, dass die Wasserbehandlung durch UF-Einheiten suspendierte kleine Partikel und Pyrogene entfernt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Auslassventil 30 zwischen einer völlig geschlossenen und einer völlig geöffneten Position geschaltet werden. Zum Beispiel kann das Auslassventil 30 ein Magnetventil, das, ausgehend von der geschlossenen Position, während der Anfangsphase der Bewegung der Eingabevorrichtung 44 in die geöffnete Position geschaltet wird, sein. Wie oben angeführt, wird jedoch die Ausflussgeschwindigkeit von behandeltem Wasser an dem System 10 durch den Ausstoß der Pumpe 16 und nicht durch den Querschnitt des Auslassventils 30 bestimmt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Pumpe 16, wenn das Auslassventil 30 geschlossen ist, im Bereitschaftsmodus, zumindest in Zeitintervallen, bei einem vergleichsweise niedrigem Ausstoß betrieben. Wenn das Auslassventil 30 geöffnet ist, wird die Pumpe 16 mit einem Ausstoß betrieben, dessen niedrigster Wert kleiner, und dessen höchster Wert größer als der Ausstoß im Bereitschaftsmodus ist. Im Wasserdispensierungsmodus wird das Wasser im System 10 anfänglich zu einem ungefähren Stillstand gebracht und kann dann einfach und genau durch den Benutzer, der ein Eingabesignal mit Eingabevorrichtung 44 bereitstellt, in kleine oder grosse Mengen dosiert werden. Zum Beispiel kann die Pumpe 16 im Bereitschaftsmodus bei einem Ausstoß von etwa 0,5 Litern/min betrieben werden; dieser Ausstoß kann auf etwa 1,5 Liter/min reduziert oder erhöht werden, wenn das System Wasser dispensiert und das Auslassventil 30 geöffnet ist. Wenn das System durch das Eingabesignal, das durch den Benutzer bereitgestellt wird, in den Bereitschaftsmodus zurückversetzt wird, stellt der Regler 46 ein Motorsteuersignal; das den Motor M dazu veranlasst; anfänglich anzuhalten und dann bei einer Geschwindigkeit zu laufen, die die Pumpe 16 dazu veranlasst, das Wasser durch das System zurückzuführen, bereit.
  • Wie oben angeführt, kann das System 10 ein Einlassventil 11, zum Beispiel ein Magnetventil, das entweder direkt an ein unbehandeltes öffentliches Wasserversorgungssystem oder an eine (zum Beispiel durch Umkehrosmose) nochmals behandelte Wasserleitung 12 angeschlossen ist, beinhalten. Das System 10 kann auch einen Speichertank 14, der zwischen dem Einlassventil 11 und der Pumpe 16 positioniert ist, beinhalten, an den die Rückführungsleitung 32 hydraulisch angeschlossen ist. Bei Gebrauch, wird das Einlassventil 11 gleichzeitig mit dem Auslassventil 30 geöffnet. Als Alternative dazu kann das Einlassventil 11 zur Regelung des Flüssigkeitsgrads des Speichertanks 14 verwendet werden.
  • Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Desinfektionseinheit 42, durch die mindestens ein Desinfektionsmittel in das Wasser, das durch das System 10 fließt, eingeführt werden kann, zwischen der Pumpe 16 und dem Auslassventil 30 hydraulisch angeschlossen. Die Desinfektionseinheit 42 kann verwendet werden, um Elemente, die mit Wasser des Systems 10 in Berührung kommen, zu desinfizieren. Wie in Fig. 1-4 gezeigt, können bestimmte Wasserbehandlungseinheiten, zum Beispiel die Filterpatrone 22, die mindestens eine Schicht aus einer Mischung aus Ionenaustauschharzen beinhaltet, vom System durch das Betreiben des Ventils 20 und des Absperrventils 24 vor dem Beginn des Desinfektionsvorgangs isoliert werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, beinhalten Desinfektionsmittel typischerweise Oxidationsmittel, die sich nachteilig auf die Kationen- und Anionenaustauschharze auswirken können, was zu einem Kapazitätsverlust der Ionenaustauschharze führt.
  • Eine alternative Ausführungsform des Wasserbehandlungssystems der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Dieses System ist dem oben beschriebenen, in Fig. 1 gezeigten ähnlich. Wie gezeigt, wird eine Eingabevorrichtung 44, die zum Beispiel in Form eines Potentiometers, einer Kleintastatur, eines Winkelcodierers und dergleichen vorkommen kann, zur Bereitstellung eines Eingabesignals an den Regler 46, der eine erwünschte Wasserströmungsgeschwindigkeit darstellt, verwendet. Der Regler 46 wandelt das Eingabesignal der Eingabevorrichtung 44 in ein Ventilsteuersignal um, das den Ausflussquerschnitt des Ventils 48 regelt und das bewirkt, dass die Wasserstömung am Ventil der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit entspricht. Wie oben angeführt, kann die Eingabevorrichtung 44, obwohl in der Nähe des Ventils 48 gezeigt, an jede beliebige Stelle im System, die für einen Benutzer, der Wasser dispensiert, leicht zugänglich ist, positioniert werden. Das Ventilsteuersignal veranlasst den Querschnitt des Ventils 48 dazu, zwischen 0 und einer vorbestimmten maximalen Öffnung, an der der höchste Ausstoß des Systems erreicht werden kann, zu variieren. Das Ventil 48 ist vorzugsweise ein Proportionalventil, das sich als Reaktion auf eine bestimmte angewandte Spannung proportional öffnet. Vorzugsweise ist die innere Struktur des Ventils mit einem inerten Kunststoffmaterial ausgekleidet, um Wasserkontamination am Systemauslass zu vermeiden. Solche Proportionalventile sind im Handel erhältlich, zum Beispiel bei South Bend Controls, Inc. (South Bend, IN); oder Skinner Valve, Honeywell, Inc. (New Britain, CT). Der Ausstoß vom System 10 kann deshalb durch den Benutzer geregelt werden, der zum Beispiel Drehbewegungen einer Eingabevorrichtung 44 ausführt, um den Ausflussquerschnitt des Ventils 48 und/oder die Geschwindigkeit des Motors M zu regeln.
  • Als ein Beispiel der verbesserten Dosierregelung des vorliegenden Systems, stellt Fig. 6 die Ausflussgeschwindigkeiten eines herkömmlichen Systems und der vorliegenden Erfindung graphisch dar. Wie gezeigt, ist Linie 50 eine Kurve der Ausflussgeschwindigkeit eines herkömmlichen Systems über dem Öffnungs- und Schliesswinkel des Auslassventils. Linie 52 stellt die Ausflussgeschwindigkeit des vorliegenden Systems als eine Funktion des Winkels der Drehposition der Eingabevorrichtung 44 dar. Wie gezeigt, deutet die Linie 50 darauf hin, dass eine Umlaufpumpe kontinuierlich oder in Intervallen betrieben wird, um eine maximale Ausflussgeschwindigkeit, wenn das Auslassventil vollständig geöffnet ist, zu erzielen. Daher ist am Auslassventil anfänglich ein hoher Wasserdruck vorhanden, wie durch den steilen Anstieg der Linie 50 gezeigt, die darauf hindeutet, dass es schwierig sein kann, kleine Wassermengen einfach und genau zu dosieren.
  • Die Ausflussgeschwindigkeiten des vorliegenden Systems können jedoch, wie durch die Linie 52 dargestellt, geregelt werden. Zunehmende Bewegung der Eingabevorrichtung 44 entspricht einem proportionalen Anstieg der Ausflussgeschwindigkeit. Außerdem wird bemerkt, dass es im vorliegenden System auch möglich ist, die Form der Linie 52 auszuwählen und zu programmieren, zum Beispiel als eine Sinuskurve mit einem anfänglich flachen und anschließend steileren Anstieg im Regler 46. Wie gezeigt, beginnt die Ausflussgeschwindigkeit nur, nach einem Drehwinkel der Eingabevorrichtung 44 von etwa 10% des gesamten Öffnungswinkels zu steigen. Wie oben angeführt, wird der anfängliche Ausstoß der Pumpe 16 vom Wert des Bereitschaftsmodus auf Null gesenkt, das Auslassventil 30 wird dann völlig geöffnet und der Ausstoß der Pumpe 16 wird anschließend während der weiteren Einstellung der Eingabevorrichtung 44 erhöht.
  • Es hat sich im vorliegenden System herausgestellt, dass es manchmal nicht möglich ist, während der Zeiträume, in denen der Ausstoß von der Pumpe 16 vom Bereitschaftsmodus in den Wasserdispensierungsmodus eingestellt wird, das System vollständig zu belüften Wenn die Pumpe hochgefahren wird, kann Luft ins System gezogen werden, was zu Luftblasen in den Systemleitungen und Wasserbehandlungseinheiten führt. Um diese Möglichkeit anzusprechen, beinhaltet ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung das Einschließen einer Lüftungsanlage auf der Filterpatronenanordnung 22.
  • Wie oben angeführt, kann die Filterpatronenanordnung 22 eine Vielzahl von aufeinanderfolgend verbundener Patronen beinhalten. Jede der Patronen beinhaltet typischerweise ein äußeres Gehäuse, eine obere Endkappe, eine untere Endkappe und eine mittlere Überlaufleitung. Die obere als auch die untere Endkappe ist an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses befestigt, während die Überlaufleitung sich zwischen der oberen und unteren Endkappe erstreckt und an diesen angeschlossen ist. Das Gehäuse ist typischerweise mit Filtermedien, die zum Beispiel mindestens eine Schicht einer Aktivkohle und/oder mindestens eine Schicht aus einer Mischung von Ionenaustauschharzen beinhalten, die um die Überlaufleitung platziert und innerhalb des Gehäuses durch die obere und untere Endkappe gehalten wird, gefüllt. Wasser, das behandelt werden soll, dringt durch einen Einlass und einen Einlasssammelraum, der sich in der oberen Endkappe befindet, in die Filterpatrone ein. Das Wasser wird dann durch einen oberen Fließverteiler in der oberen Endkappe, die das Wasser gleichmäßig in dem Filtermedium verteilt, in das Gehäuse geleitet. Das Wasser durchdringt das Filtermedium nach unten bis auf den Boden des Gehäuses, wo es durch einen unteren Fließverteiler fließt und sich in einem Produktsammelraum in der unteren Endkappe sammelt. Das Wasser wird dann vom Produktsammelraum durch die Überlaufleitung in die obere Endkappe, von der das gereinigte Wasser durch einen Auslass ausgelassen wird, nach oben geleitet. Das Konstruktions- und Flüssigkeitsströmungssystem einer Filterpatrone, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird ausdrücklicher in der schwebenden U.S. Patentanmeldung Eingangs-Nr. 08/598,818 mit dem Titel "WATER PURIFIGATION CARTRIDGE ASSEMBLY WITH UNIDIRECTIONAL FLOW THROUGH FILTER MEDIA", eingereicht am 9. Februar 1996, beschrieben, und solche Offenbarung wird hier unter Bezugnahme aufgeführt. Außerdem sei bemerkt, dass die einzelnen Filterpatronen aufeinanderfolgend durch Verkoppeln des Auslasses einer ersten Patrone mit einem Einlass einer zweiten Patrone hydraulisch angeschlossen werden können, wobei das Wasser durch jede Patrone, wie oben beschrieben, fließt. Die Filterpatronen können an zusätzliche mechanische Vorrichtungen, zum Beispiel Filterklemmen angeschlossen werden, um mehr Stabilität bereitzustellen. Zum Beispiel wird der Anschluss zwischen den Filterpatroneneinheiten spezifischer in der schwebenden U.S. Patentanmeldung Eingangs-Nr. 08/599,259 mit dem Titel "MODULAR FILTERING SYSTEM AND METHOD OF ASSEMBLY", eingereicht am 9, Februar 1996, beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels genauer veranschaulicht, welches lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht den Bereich der Erfindung begrenzen soll.
    • BEISPIEL
  • Ein Wasserbehandlungssystem mit Dosierregelung wurde ausgewertet, um zu bestimmen, wie effektiv das System bei der Bereitstellung von reinem Wasser ist, das im Wesentlichen frei von Schadstoffen, die an dem Systemauslass, wenn erwünscht, genau dosiert oder durch das System mit geringerer Motorgeschwindigkeit und niedrigerem Lärmpegel rückgeführt werden können.
  • Vorbehandeltes Wasser (durch Umkehrosmose) mit einer Leitfähigkeit von etwa 2,0 uS/cm wurde in das System durch ein elektromagnetisches Ein/Aussolenoiventil (mit einem inerten Material ausgekleidet) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1,5 Litern pro Minute eingeführt. Das Speisewasser wurde dann in eine magnetisch gekoppelte Verdränger- Zahnradpumpe (erhältlich bei Tuthill, Inc.) eingeführt, um das Wasser bis zu etwa 4 bar unter Druck zu setzen. Die Pumpe wurde von einem VARIOTRONICTM-Regelmotor und einem Motorregler angetrieben. Die Pumpe leitete das Wasser dann durch eine Reihe von Wasserbehandlungsvorrichtungen. Die erste Vorrichtung war eine 185 nm UV-Lampeneinheit mit einem Durchlauf (erhältlich bei Ideal Horizons, Inc., Poultney, VT). Die UV-Lampeneinheit wurde verwendet, um organische Schadstoffe, die im Wasser vorhanden waren, zu oxidieren. Das Wasser wurde dann einer zweiten Vorrichtung zugeführt, die eine Filterpatronenanordnung (erhältlich bei United States Filter Corporation, Lowell, MA) war, die vier einzelne hydraulisch aufeinanderfolgenden Filterpatronen beinhaltete, und mindestens eine Schicht aus einer Aktivkohle und/oder mindestens eine Schicht aus einer Mischung aus Ionenaustauschharzen enthielt. Die Filterpatronenanordnung wurde verwendet, um restliche organische und ionische Unreinheiten zu entfernen. Nachdem das Wasser durch die Filterpatronenanordnung geleitet wurde, wurde es dann durch einen elektrischen Widerstandssensor, der den Widerstand des Wassers maß, der bei etwa 18,3 Megohm-cm (0,054 pS/cm) lag, geleitet. Das Wasser wurde dann durch einen Polyphenylensulfid-Hohlfasermembran-Ultrafilter mit einem cut-off von einer Molekülmasse von 10 000 geleitet, wobei mindestens etwa 90 Prozent des Wassers durchgeleitet wurde, während die Dampfabsonderung zum Pumpeneinlass zurückgeführt wurde. Schliesslich wurde ein 0,22 um Membran-Endfilter aus einer Cellulosenitratmembran (erhältlich bei Gelman Sciences, Ann Arbor, MI) verwendet, um alle restlichen Mikroorganismen und/oder Partikel im Wasser zu entfernen.
  • Der Ausstoß des Motors, der die Pumpe antreibt, wurde durch eine Eingabevorrichtung in Form eines Potentiometers, der einen Drehgriff aufweist, der bis auf 300º eingestellt werden kann, geregelt. Das Potentiometer stellte einem Mikroprozessor ein Eingabesignal, das eine erwünschte Wasserströmungsgeschwindigkeit am Systemauslass darstellt, bereit. Der Mikroprozessor wandelte das Eingabesignal des Potentiometers in ein Motorsteuersignal um, das zum VARIOTRONICTM- Motorregler geschickt wurde, der bewirkte, dass der VARIOTRONICTM- Motor bei einer Geschwindigkeit lief, die bewirkte, dass die Pumpe das Wasser bei der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit durch das System zum Auslassventil leitete. Diese Strömungsgeschwindigkeit war in einem Bereich von 0 bis etwa 1,5 Liter pro Minute, bei Inkrementen so klein wie einige Wassertropfen, einstellbar, um eine genaue Dosierung des gereinigten Wassers zu ermöglichen. Wenn kein Wasser am Systemauslass erwünscht war, wurde die Pumpe in einem Rückführungsmodus betrieben und das Wasser wurde bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,5 Litern pro Minute durch das System rückgeführt, um den hohen Grad an Wasserreinheit beizubehalten.
  • Das System wurde auch mit einem Hygienisierungszyklus versehen. Der Hygienisierungszyklus war für die Verwendung zur Erhaltung einer niedrigen Mikroorganismuspopulation innerhalb des Systems vorgesehen, trotz der Tatsache, dass die Systemkomponenten (die Leitungen, Ventile und Verbindungsstücke) aus inerten Materialien, was die extrahierbaren oder auslaugbaren Materialien betrifft, bestanden. Der Hygienisierungszyklus wurde durch die Einführung einer Chlor- Hygienisierungstablette (erhältlich bei United States Filter Corporation, Lowell, MA), die typischerweise aus einem chemischen Oxidationsmittel, wie beispielsweise Chlor-Isocyanursäure oder dergleichen hergestellt ist, in eine Hygienisierungskammer, die dann in dem Wasserflussstrom aufgelöst wurde, eingeleitet. Das chemische Oxidationsmittel wurde dann durch das System geleitet, um die inneren Schläuche, Passteile, Pumpe, UV-Lampeneinheit und UF-Membran zu hygienisieren. Die Filterpatronenanordnung wurde isoliert, weil das chemische Oxidationsmittel, das im Hygienisierungszyklus verwendet wurde, sich nachteilig auf das Ionenaustauschhharz in den Filterpatronen auswirkt.
  • Der Lärmpegel des Systems wurde gemessen, um den eigentlich herabgesetzten Lärmpegel, der sich aus der Verwendung des Regelmotors ergibt, zu bestimmen. Ein Radio ShackTM-Schallpegelmesser wurde zur Bestimmung der Lärmpegel, die in 0,5 und 1,0 Meter von der Vorderseite des Wasserbehandlungssystems bei der Rückführung (0,5 Liter pro Minute) sowie auch bei der vollständigen Produktion (1,5 Liter pro Minute) gemessen wurden, verwendet. Bei der Rückführung lag der gemessene Lärmpegel des Systems bei 63,5 dB bei 0,5 Meter und 54,0 dB bei 1,0 Meter. Bei vollständiger Produktion, die der Motorgeschwindigkeit und einhergehenden Lärmpegeln von herkömmlichen Systemen ohne Regelmotoren entspricht, las der gemessene Lärmpegel des Systems bei 68,0 dB bei 0,5 Meter und bei 64,0 dB bei 1,0 Meter. Der Hintergrundlärm betrug bei jedem Test weniger als etwa 50 dB bei 0,5 sowie 1,0 Meter.
  • Dieses Beispiel veranschaulicht, wie effektiv das vorliegende System bei der Bereitstellung von reinem Wasser ist, das im Wesentlichen frei von organischen und ionischen Schadstoffen, das genau an einem Systemauslass als eine erwünschte Produktströmungsgeschwindigkeit verteilt werden kann. Zusätzlich veranschaulicht das Beispiel, dass Wasser effektiv und kontinuierlich in einem Rückführungsmodus bei geringeren Pumpenausstößen (Motorgeschwindigkeit) gereinigt werden kann, was zu wesentlich herabgesetzten Lärmpegeln führt.
  • Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung zur Veranschaulichung im Detail beschrieben worden sind, können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel versteht es sich, dass das System 10 zusätzliche oder alternative Wasserbehandlungsvorrichtungen wie Dialyseeinheiten, kontinuierliche elektrische Vollentsalzungseinheiten, Umkehrosmoseeinheiten, andere Arten von Medienfiltern und dergleichen beinhalten kann. Außerdem kann das Dosierregelungsmerkmal der vorliegenden Erfindung auf größere Systeme mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten (mit verschiedensten einer großen Vielfalt von) industriellen Anwendungszwecken, wie bei pharmazeutischen, elektronischen, Nahrungs- und Getränkeanwendungszwecken, chemischen Verfahren, Abwasser- und kommunaler Wasserbehandlung, sowie bei analytischen Anwendungszwecken angewendet werden. Weiterhin kann eine Vorrichtung, die mit ultra-reinem Wasser versorgt werden soll, fest an dem Auslassventil 30 oder dem Ventil 48 (Fig. 5), zum Beispiel mittels eines Schlauchs (nicht gezeigt), verbunden werden. Eine Dispensierungseinheit (nicht gezeigt) kann auch im System 10 bereitgestellt werden, um die genaue Wasserdosierung für den Benutzer bequemer zu machen. Eine weitere Modifikation des Systems 10, die von der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen wird, ist die Bereitstellung einer Fernsteuerung der Eingabevorrichtung 44, um den Motor M und/oder das Ventil 48 zu regeln, oder eine Eingabevorrichtung an verschiedenen Stellen im System, zum Beispiel an einem zentralen Schaltbrett, bereitzustellen. Dementsprechend soll die Erfindung außer durch die beigelegten Ansprüche nicht begrenzt werden.

Claims (20)

1. Ein Wasserbehandlungssystem (10) mit Dosierregelung, das Folgendes umfasst:
einen Wassereinlass (12), der hydraulisch an einer Pumpe (16) angeschlossen ist, die einen Regelmotor (M) aufweist und einen Pumpenausstoß erzeugt;
mindestens eine Wasserbehandlungsvorrichtung (18, 22, 26), die stromabwärts von der Pumpe (16) hydraulisch angeschlossen ist;
mindestens ein Auslassventil (30), das stromabwärts von der Wasserbehandlungsvorrichtung hydraulisch angeschlossen ist; und
eine Rückführungsleitung (32), die von dem Auslassventil (30) an der Pumpe (16) hydraulisch angeschlossen ist,
wobei der Pumpenausstoß durch eine Reguliervorrichtung geregelt wird, die an den Regelmotor angeschlossen ist;
die Reguliervorrichtung einen Regler (46) und eine Eingabevorrichtung (44) beinhaltet, um dem Regler (46) ein- Eingabesignal, das eine erwünschte Strömungsgeschwindigkeit an dem Auslassventil (30) darstellt, bereitzustellen; und
der Regler (46) das Eingabesignal in ein Motorsteuersignal umwandelt, das den Regelmotor (M) dazu veranlasst, bei einer Geschwindigkeit zu laufen, die dazu führt, dass die Wasserströmung an dem Auslassventil (30) mit der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit übereinstimmt.
2. System gemäß Anspruch 1, das ferner ein Proportionalventil (48) beinhaltet, das stromabwärts vom Auslassventil (30) hydraulisch angeschlossen ist, wobei die Reguliervorrichtung an dem Proportionalventil (48) angeschlossen ist.
3. System gemäß Anspruch 2, wobei der Regler (46) das Eingabesignal in ein Ventilsteuersignal umwandelt, das dazu führt, dass sich das Proportionalventil (48) an einem Querschnitt öffnet, was dazu führt, dass die Wasserströmung an dem Proportionalventil (48) der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit entspricht.
4. Ein Wasserbehandlungssystem (10) mit Dosierregelung, um einen Systemausstoß zu regulieren, wobei das Wasserbehandlungssystem (10) Folgendes umfasst:
einen Wassereinlass (12), der hydraulisch an einer Pumpe (16) angeschlossen ist;
mindestens eine Wasserbehandlungsvorrichtung (18, 22, 26), die stromabwärts von der Pumpe (16) hydraulisch angeschlossen ist;
mindestens ein Auslassventil (30), das stromabwärts von der Wasserbehandlungsvorrichtung hydraulisch angeschlossen ist;
eine Rückführungsleitung (32), die vom Auslassventil (30) hydraulisch an der Pumpe (16) angeschlossen ist; und
ein Proportionalventil (48), das stromabwärts vom Auslassventil hydraulisch angeschlossen ist, wobei der Systemausstoß durch eine Reguliervorrichtung geregelt wird, die an dem Proportionalventil (48) angeschlossen ist;
die Reguliervorrichtung einen Regler (46) und eine Eingabevorrichtung (44) beinhaltet, um dem Regler (46) ein Eingabesignal, das eine erwünschte Strömungsgeschwindigkeit an dem Proportionalventil (48) darstellt, bereitzustellen; und
der Regler (46) das Eingabesignal in ein Ventilsteuersignal umwandelt, das dazu führt, dass das Proportionalventil (48) sich an einem Querschnitt öffnet, was dazu führt, dass die Wasserströmung an dem Proportionalventil (48) der erwünschten Strömungsgeschwindigkeit entspricht.
5. System gemäß Anspruch 2, wobei die Pumpe (16) einen Regelmotor (M) aufweist.
6. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine Wasserbehandlungsvorrichtung aus der Gruppe gewählt wird, die aus einer Ultraviolettlicht-Lampeneinheit (18), einer Filterpatrone (22) mit mindestens einer Schicht Aktivkohle und mindestens einer Schicht aus einer Mischung von Ionenaustauschharzen, einer Ultrafiltereinheit (26) und Kombinationen hieraus besteht.
7. System gemäß Anspruch 6, wobei die Wasserbehandlungsvorrichtung eine Ultraviolettlicht- Lampeneinheit (18) ist.
8. System gemäß Anspruch 6, wobei die Wasserbehandlungsvorrichtung eine Filterpatrone (22) ist, die mindestens eine Schicht Aktivkohle und mindestens eine Schicht einer Mischung aus Ionenaustauschharzen aufweist.
9. System gemäß Anspruch 6, wobei die Wasserbehandlungsvorrichtung eine Ultrafiltereinheit (26) ist.
10. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Desinfektionseinheit (42) umfasst, die zwischen der Pumpe (16) und dem Auslassventil (30) hydraulisch angeschlossen ist.
11. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auslassventil (30) sich während der Wasserrückführung im System in völlig geschlossener Position befindet, und sich zum Entfernen des gereinigten Wassers aus dem System in völlig geöffneter Position befindet.
12. System gemäß Anspruch 11, wobei die Pumpe (16) einen Ausstoß von ungefähr 0,5 Litern/min zur Wasserrückführung im System hat, wenn das Auslassventil (30) geschlossen ist.
13. System gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei der Pumpenausstoß durch die Reguliervorrichtung geregelt wird, wenn das Auslassventil (30) geöffnet ist.
14. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabevorrichtung (44) einen Potentiometer beinhaltet.
15. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabevorrichtung (44) eine Kleintastatur beinhaltet.
16. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabevorrichtung (44) einen Winkelcodierer beinhaltet.
17. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reguliervorrichtung ein Potentiometer ist.
18. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reguliervorrichtung eine Vorrichtung beinhaltet, die mindestens ein Abschalten des Motors zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und ein Einschalten des Motors an einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt durchführt.
19. System gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei der erste und zweite vorbestimmte Zeitpunkt von einem Benutzer durch eine Eingabevorrichtung bereitgestellt wird.
20. System gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei der erste und zweite vorbestimmte Zeitpunkt von einer Reguliervorrichtung als eine Funktion von Betriebsdaten bereitgestellt wird.
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