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Die
Erfindung betrifft ein System zur Wasserentsalzung durch Umkehrosmose
in Druckkammern, das in Bezug auf Energieverbrauch, Funktionalität und geringe
Abmessungen der Kammern einige wichtige Vorteile bietet, indem die
Geschwindigkeit, mit der die Kammern mit Wasser gefüllt und
entleert werden, erhöht
wird.
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Die
spanische Patentanmeldung ES-9701877 der gleichen Anmelderin beschreibt eine
Umkehrosmose-Entsalzungsanlage mit Druckhauptkammern in Form von
Zylindern, in deren Innenraum ein Kolben zirkuliert, um Wassermassen
mit unterschiedlichem Salzgehalt zu trennen. Obgleich die Anlage
sehr zufriedenstellend arbeitet, lässt sich feststellen, dass
es im Fall von Anlagen im Großmaßstab nicht
ratsam ist, die Bewegung der Wassermassen und des Kolbens am Ende
eines jeden der Hauptkammer-Druckzyklen
umzukehren, und zwar im Hinblick auf die erhebliche kinetische Energie,
die abgeführt
werden muss.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf einem deutlich unterschiedlichen
Konzept, nämlich
einem kontinuierlichen kinetischen Zyklus, wobei Wassermassen mit
verschiedenem Salzgehalt, die durch die Hauptkammer zirkulieren,
immer in der gleichen Richtung ohne Stopp zirkulieren, so dass die
Abführung
der kinetischen Energie der sich bewegenden Wassermasse und die
anschließende
Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung nicht mehr erforderlich
sind. Dies führt
zu einer erheblichen Energieeinsparung, zu einer Verringerung der
Kammergröße, einer
verbesserten Zuverlässigkeit
und einer längeren
Lebensdauer der Einrichtung.
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Ein
an erster Stelle zu nennendes Merkmal besteht darin, dass die zwei
oder mehr unter Druck stehenden Hauptkammern, die zur Aufbewahrung des
zu entsalzenden Wassers verwendet werden, nicht mehr in Form eines
geraden Rohrs vorliegen und an einen Kolben zum Trennen des zu entsalzenden
Wassers und der Sole angepasst sein können oder nicht. Die nachstehend
beschriebene Kammer ist ringförmig,
so dass Anfang und Ende des Rohrs miteinander verbunden sind und
somit einen geschlossenen Kreislauf bilden, wobei das Rohr toroidal,
fortlaufend zickzackförmig,
helikoidal oder anderweitig geformt ist, wobei unabhängig davon,
ob die Form willkürlich
oder funktionell bedingt ist, die einzige Bedingung darin besteht,
dass Beginn und Ende unter Bildung einer Schleife oder eines geschlossenen
ringförmigen
Kreislaufs miteinander verbunden sind.
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Das
zweite Merkmal besteht darin, dass dann, wenn das System mit einem
Kolben versehen ist, dieser Kolben kugelförmig, wie ein Ball ausgebildet
ist, was es ihm ermöglicht,
entlang der Kurven des kontinuierlichen Rohrs zu zirkulieren, und
dass das Gewicht des Kolbens etwa der Dichte des Wasser entspricht,
so dass er im Strom mitgerissen werden kann und nicht als Folge
seiner übermäßigen Dichte
in den Kurven einer Schleuderwirkung unterliegt. Es können beliebige
Materialien verwendet werden, z. B. Metalle, Kunststoffe und dergleichen. Ferner
kann zusätzlich
ein "elastisches" Merkmal, wie es
beispielsweise bei Kautschuk der Fall ist, realisiert werden, so
dass sich eine sehr geringe Reibung in nassem Zustand ergibt und
der Kolben dazu befähigt
ist, in angemessener Weise Richtungsänderungen oder kleine Stöße gegen
die Wände
auszuhalten. Der Kolben kann sogar durch eine Ansammlung von eine
geringe Härte
aufweisenden Gelen, Kautschukarten oder Elastomeren gebildet sein,
z. B. aus für
Brustprothesen verwendeten Silikonen, oder es kann sich um einen
einfachen, hohlen Gummiball handeln, der mit Wasser oder einer anderen
Substanz gefüllt
ist, die ihm eine ausreichende Elastizität verleiht, so dass er für den zurückzulegenden
Weg geeignet ist.
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Das
dritte charakteristische Merkmal bezieht sich auf einen Erholungs-
oder Parkmechanismus für die
Kugel oder den Kolben, eine Art von Korb oder Baseball-Handschuh,
der dazu installiert ist, die Kugel aufzunehmen und sie entlang
des gleichen Weges zurückzuschicken,
und zwar in Kombination mit einer Flüssigkeitsnebenleitung durch
ein Rückschlagventil
von spezieller Bauart, das durch die Trägheit des Wassers geöffnet wird,
so dass beim Schließen
der Zufuhr von Wasser in die Kammer die im Inneren der Kammer rotierende
Masse nicht eingeschränkt
ist, sondern frei im Inneren des Rings auf Kosten der kinetischen
Energie der sich bewegenden Masse zirkulieren kann, wobei diese
Masse nicht wie im Fall eines sich hin- und herbewegenden Kolbens gestoppt
und anschließend
erneut in Bewegung gesetzt werden muss, und das einzige Element,
das gestoppt werden muss, in der geringen Masse des kugelförmigen Kolbens,
so fern dieser eingesetzt ist, besteht.
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Das
System umfasst ferner Ventile, Pumpen und ein System zur Erfassung
der Kolbenposition, die alle in so programmierter Weise arbeiten
dass das angestrebte Ergebnis erreicht wird.
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Um
die vorstehenden Probleme zu lösen, werden
schließlich
mehrere Verbesserungen in Umkehrosmose-Süßwassergewinnungsanlagen mit
einen kontinuierlichen kinetischen Zyklus aufweisenden Hauptkammern
eingeführt,
die, ohne dass die vorstehend dargelegten Verfahrensprinzipien erheblich
modifiziert werden, die praktische Realisation stark vereinfachen.
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Die
erste Verbesserung besteht in der Einführung von zwei Dreiweg-Schlittenventilen,
die mechanisch aneinander gekuppelt sind. Der normale und einfache
Zustand in einem Ventil vom Dreiweg-Schlittentyp, das mit einem
Zylinder und radialen Anschlüssen
ausgestattet ist, besteht darin, dass der Schlitten mit einer einzigen
Nut versehen ist und die zentrale Aufnahme der drei Anschlussleitungen den
gemeinsamen Einlass oder Auslass darstellt, so dass dann, wenn der
Schlitten sich an einem Ende befindet, die Anschlüsse auf
dieser Seite mit der Mitte verbunden sind, und dann, wenn er sich
am anderen Ende befindet, diese andere Seite ebenfalls mit der Mitte
verbunden ist. Das früher
beschriebene Sechsweg-Doppelnutventil weist ein Problem insofern
auf, dass die für
die Füllung
und Leerung der Hauptkammern erforderlichen Zeitspannen nicht gleich
sind und somit die Volumina, die in der einen Kammer und in der
anderen Kammer gehandhabt werden müssen, unterschiedlich sind.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
die Schließ-
und Öffnungs-Zeitfolgen
in den einzelnen Kammern nicht gleich sind, da die Kammer, die als
erste zu schließen ist,
als letzte zu öffnen
ist, und während
dieses Zeitrahmens die zweite Kammer zu öffnen und zu schließen ist,
so dass die Betriebszeit dieser zweiten Kammer somit wesentlich
kürzer
ist. Es gibt zwei Mittel, dieses Problem zu lösen. Die erste Lösung besteht darin,
eines dieser Dreiwegventile mit einer Doppelnut zu versehen, um
den Betrieb umzukehren, so dass die Öffnungen, die im ersten Fall
offen sind, jetzt geschlossen sind und umgekehrt; die zweite Lösung besteht
in der Unterteilung des Ventils auf sechs Wege, d. h. einen doppelten
Satz von drei Wegen, und in der Umkehr der Betriebsrichtung eines
Ventils in Bezug zum anderen. Diese zweite Lösung erfordert das Hinzufügen eines
Mechanismus, der für
eine Bewegung des einen Schlittens in eine Richtung sorgt, während der
andere Schlitten in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
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Dies
rechtfertigt die Wahl von zwei Dreiwegventilen, von denen eines
mit dem Doppelnutschlitten ausgestattet ist, obgleich darüber noch
weitere Ausführungen
zu machen sind. Bei den vorgeschlagenen Ventilen handelt es sich
um Ventile vom Schlittentyp mit radial angeordneten Anschlüssen in
Form von kreisförmigen
Löchern,
die für
einen Druckausgleich sorgen. Ferner sind die Ventile mit einer doppelten
Hülse oder
einem äußeren Gehäuse ausgestattet,
das mehrere Sammelkammern für
diese Öffnungen
begrenzt, die mittels Ringseparatoren vereinzelt sind. Diese Kammern
spielen hier eine wichtige Rolle, nicht nur in Bezug auf die Sammelleitung,
die die äußeren Anschlüsse mit
den entsprechenden Öffnungen
verbindet, sondern auch insofern, als sie es dem Wasser ermöglichen,
aus den Hauptkammern auszutreten, wenn die Zirkulationsventile offen
sind, wobei das Wasser aus den Hauptkammern dazu befähigt ist,
in einem kontinuierlichen kinetischen Zyklus zu zirkulieren. Dies
bedeutet, dass dann, wenn die Flüssigkeit
aufgrund der Tatsache, dass die Ventile nach außen geschlossen sind, eingeschlossen ist,
die Rezirkulationsventile als Folge der kinetischen Energie sich öffnen, wobei
das Wasser in einer geschlossenen Schleife zirkuliert, wodurch Staustöße vermieden
werden und die Wassermasse in Bewegung gehalten wird, bis der unmittelbar
nächste Schritt
erfolgt.
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Die
zweite Verbesserung besteht in der Druckentlastung der Hauptkammern
vor Entleerung der Sole nach außen.
Dies verlängert
die Lebensdauer der Rezirkulationsventile, die somit unter geringerer Beanspruchung
betrieben werden können.
Diese vorherige Druckentlastung wird durch Anschlüsse mit einem
sehr kleinen Querschnitt erreicht, die sich unmittelbar vor den
Hauptenleerunganschlüssen öffnen.
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Bekanntlich
gibt es mehrere Möglichkeiten zum
Betreiben der verschiedenen Typen von Schlittenventilen, entweder
hydraulisch oder mechanisch. Ihre Positionierung stellt keine Schwierigkeiten
dar, da numerisch gesteuerte Computersysteme, Stufenmotoren und ähnliche
Vorrichtungen verfügbar
sind. Somit besteht die dritte Verbesserung in einem sehr einfachen
mechanischen Antriebsmechanismus, der von einer Welle mit konstanter
Winkelbewegung, z. B. einer elektrischen Motorwelle über einen
Drehzahlverringerungskasten betrieben werden kann, was es ermöglicht,
die Schlitten der Ventile an jedem Ende zu stoppen, wenn die Hauptkammern
gefüllt oder
entleert werden. Dabei wird ferner für ein geringfügiges Stoppen
oder eine verringerte Geschwindigkeit an einer Stelle des Hubweges,
die der "vorherigen
Druckerhöhung" entspricht, wie
es in der spanischen Patentanmeldung ES-9800098 beschrieben ist,
was es ermöglicht,
dass die Hauptkammern den hohen Druck von den Membranen aufnehmen
und der übrige
Hubweg so schnell wie möglich
ausgeführt wird.
Dies wird durch einen Mechanismus von Planetengetrieben mit entsprechenden
Durchmessern erreicht, wobei sich alle Punkte des Planetengetriebes durch
eine epizykloide Trajektorie bewegen.
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Im
Inneren der Ventile erfährt
das Wasser abrupte Richtungsänderungen,
die den Strom recht turbulent machen, und zwar um so mehr, wenn
das Wasser mit einer relativ hohen Geschwindigkeit strömt, die
dazu bestimmt ist, die Größe der Ventile zu
verkleinern. Jedoch macht es das Weglassen der herkömmlichen
beweglichen Kolben erforderlich, dass der Strom so laminar wie möglich ist,
um zu vermeiden, dass die Trennfläche zwischen den Wassermassen
mit unterschiedlichem Salzgehalt übermäßig deformiert wird, was zu
einem Vermischen der Massen führt.
Die Aufgabe der vierten Verbesserung besteht darin, die Turbulenz
zu verringern. Dies wird durch Einbau von Strömungslaminatoren an den Auslassventilen
erreicht.
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Die
folgenden Vorteile ergeben sich in offensichtlicher Weise für die Entsalzungsanlagen,
die im Vergleich zum Stand der Technik unter Realisierung der vorstehend
erwähnten
vier Verbesserungen hergestellt worden sind:
- 1.
Die beiden spanischen Patentanmeldungen ES-9600294 und ES-9800098
sowie das anfängliche
Konzept der Hauptkammern mit einem kontinuierlichen kinetischen
Zyklus sehen die Verwendung von zu zahlreichen "T"-Verbindungsstücken zwischen
den Rohren, den Ventilen und den Hauptkammern vor. Dies beeinträchtigt die
Hydrodynamik im System. Im vorliegenden Fall wird dieses Problem
stark verringert.
- 2. Die Verwendung von getrennten Ventilen für jeden Vorgang ist kostspieliger
und in Bezug auf die Synchronisation schwieriger als die Verwendung eines
einzigen Sechswegventils. Diese Lösung lässt sich weiter verbessern,
wenn das System mit zwei Doppelhülsen-Dreiwegventilen
ausgestattet wird, d. h. mit den beiden zylindrischen Körpern, die
in konzentrischer Anordnung gleichzeitig arbeiten. Dadurch wird
die Hydrodynamik der Flüssigkeit
verbessert. Außerdem
wird der Zugang zu den verschiedenen Teilen für Montage-, Wartungs- oder
Reparaturarbeiten erleichtert, da sämtliche Ventile in einer sehr
kompakten Konstruktion gruppiert sind, was es ermöglicht,
ihre Größe zu verringern
und eine ästhetisch
ansprechende und funktionelle endgültige Konstruktion zu realisieren.
Es ist darauf hinzuweisen, dass 14 Ventile erforderlich sind: Vier
mechanisch betriebene Ventile (die in der vereinfachten Form zwei Dreiwegventile
umfassen), vier in eine einzige Richtung gehende Rückschlagventile,
zwei Rezirkulationsventile für
jede Kammer (diese beiden Ventile stellen das Schlüsselelement
im System zur Verhinderung der Verlangsamung des Flüssigkeitsstroms
und zur Realisation des kontinuierlichen kinetischen Zyklus dar),
zwei Ventile zur vorherigen Druckerhöhung und zwei Ventile zur vorherigen
Druckentlastung.
- 3. Die Produktions-, Rohmaterial- und Arbeitskosten werden stark
verringert. Der Zugang für
Austausch-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten wird verbessert. Insbesondere
lässt sich
der vollständige
Satz der Bedienungsventile der Entsalzungsanlage leicht transportieren,
wobei vor Ort nur Arbeiten mit der Montage der Rohrleitungen und
der Pumpenanschlüsse
vorzunehmen sind.
- 4. Eine perfekte Lösung
ergibt sich für
das Problem mit der Arbeitsasymmetrie, die durch das Sechswegventil
hervorgerufen wird, da dieses Ventil, wie ausgeführt, es erforderlich macht,
dass Hauptkammern mit unterschiedlichen Betriebszeiten und somit
unterschiedlichen Volumina bereitgestellt werden.
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Um
diese Ausführungen
zu vervollständigen und
ein besseres Verständnis
der charakteristischen Merkmale der Erfindung zu erleichtern, findet
sich nachstehend eine ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung, die einen Bestandteil der Beschreibung darstellt. Die
nachstehenden Ausführungen
dienen aber lediglich der Orientierung und haben keinen beschränkenden
Charakter.
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1 zeigt
in schematische Weise den Betrieb des Systems an einer bestimmten
Stelle des Zyklus. Es wird eine Kammer dargestellt, die sich in etwa
am Ende des Vorgangs der Zufuhr von zu entsalzendem Wasser zu einer
Membran befindet. Die Kammer ist fast vollständig mit Sole (schraffierte
Zone) gefüllt
und durch den kugelförmigen
Kolben unterteilt. Gleichzeitig hat die untere Kammer gerade ihren
Soleinhalt entleert und ist nunmehr vollständig mit frischem Wasser gefüllt. Es
ist ersichtlich, dass der kugelförmige
Kolben von einem "U"-förmigen Korb
aufgefangen wird, dessen offener Bereich nach rechts orientiert
ist, um den Kolben aufzunehmen. Ferner ist ersichtlich, dass die
Kraft des Wassers ein Ventil entlang einer Nebenleitung geöffnet hat,
so dass das Wasser seinen Fluss nicht unterbrochen hat.
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2 zeigt
das gleiche System wie in der vorhergehenden Figur in einem Zustand,
bei dem der Korb der ersten Kammer um 180° gedreht ist, um es dem Kolben
zu ermöglichen,
seiner Bahn von rechts nach links zu folgen. Dies stellt eine Betriebsstufe dar,
bei der beide Kammern gleichzeitig ihren Inhalt einer Membran zuführen.
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3 zeigt,
dass die erste Kammer nunmehr vollständig mit Sole gefüllt ist,
der Korb den Kolben aufgenommen hat und der Solestrom das Nebenleitungsventil
geöffnet
hat, während
die untere Kammer frisches Wasser der Membran zuführt und
beginnt, die abgewiesene Sole zu sammeln.
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4 zeigt,
dass die obere Kammer ihren Inhalt erneuert, während sie die Sole nach außen abgibt,
und die untere Kammer für
die Wasserzufuhr zur Membran sorgt, während sie Kochsalzlösung von
der rechten Seite des Kolbens sammelt.
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5 bis 10 zeigen
eine zeitliche Betriebsequenz in einer alternativen Kolben-Sammelversion,
eine so genannte versteckte Anordnung.
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11 bis 14 zeigen
eine zeitliche Betriebssequenz in einer alternativen Kolben-Sammelversion,
eine sogenannte Doppelkolbensequenz.
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15 bis 18 entsprechen
den gleichen Zeitpunkten im Zyklus, die in den 1 bis 4 dargestellt
sind, und zeigen eine Variation im System, wobei kein Trennkolben
vorgesehen ist.
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19 bis 21 zeigen
den gleichen Kreislauf, das gleiche Prinzip und die gleiche Betriebsweise,
obgleich dies möglicherweise
nicht offensichtlich ist, da die Zeichnung anders konzipiert ist.
Der einzige Unterschied liegt darin, dass die Wasserlast je nach
den Leitungsdurchmessern größer oder
kleiner sein muss. Der Zweck besteht darin, zu verhindern, dass
die Kammer, die sich unter Bildung eines Rings schließt, auf
ihrem gesamten Weg den gleichen Durchmesser aufweist, und zwar in
der Weise, dass eine Länge
mit einem Durchmesser versehen ist und die andere Länge, die
den Kreislauf schließt
und mit einem Rückschlagventil
ausgestattet ist, mit einem davon abweichenden Durchmesser ausgestattet
sein kann. Die Kammer kann sogar mehrere Strecken mit verschiedenen
Durchmessern aufweisen, ohne dass letztlich das Betriebsprinzip des
Systems beeinflusst wird.
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22 zeigt
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Süßwassergewinnungsanlage.
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23 zeigt
einen schematischen Grundriss der beiden Dreiwegventile.
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24 ist
ein Aufriss der vorstehenden schematischen Darstellung.
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25 bis 31 zeigen
die Anordnung der Ventile und die Ströme der verschiedenen Flüssigkeiten
in verschiedenen Zyklusstufen der Entsalzungsanlage.
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32 zeigt
einen Grundriss der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage.
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33 zeigt
einen Aufriss der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage.
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34 zeigt
einen halb im Schnitt dargestellten Aufriss der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage.
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35 zeigt
einen Grundriss der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage.
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36 zeigt
eine schematische Darstellung des epizykloiden Betriebs am rechten
Ende des Hubs.
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37 zeigt
eine schematische Darstellung des epizykloiden Betriebs zu Beginn
des Nutzhubs.
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38 zeigt
eine schematische Darstellung des epizykloiden Betriebs an der Stelle,
an der die erste Hauptkammer vorher unter Druck gesetzt wird.
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39 zeigt
eine schematische Darstellung des epizykloiden Betriebs an der Stelle,
an der die zweite Hauptkammer einer vorherigen Druckentlastung unterzogen
wird.
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40 zeigt
eine schematische Darstellung des epizykloiden Betriebs am Ende
ihres Nutzhubs.
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41 zeigt
eine Lamellengitterkonstruktion eines Strömungslaminators.
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42 zeigt
einen Strömungslaminator
in Form eines konzentrischen Rohrs und einer radialen Platte.
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43 zeigt
einen Strömungslaminator,
der aus einer Mehrzahl von parallelen Röhren gebildet ist.
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In
den 22 bis 43 ist
die Sole in Form von dunkel getönten
Bereichen dargestellt. Das Rohwasser ist in Form von hellen Bereichen
dargestellt. Die weißen
Pfeile geben einen niedrigen Druck an, während die schwarzen Pfeile
einen hohen Druck angeben. Die Rezirkulations- und Rückschlagventile sind
in geschlossener Stellung schwarz dargestellt oder in geöffneter
Stellung weiß.
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Gemäß den 1, 2, 3 und 4 umfasst
das erfindungsgemäße System
zwei ringförmige
Hauptkammern (5 und 5'), die mit entsprechenden kugelförmigen Kolben
(7 und 7')
ausgerüstet sind,
die als Trennvorrichtungen zur Trennung des zu entsalzenden Wassers
von der Sole dienen. Die Kolben werden von Kolben-Näherungssensoren
(29 und 29')
und von Kolben-Aufnahmesensoren (28 und 28') erfasst. Die
Abschirmungen (10 und 10') dienen als Schutz gegen eine
mögliche
Tendenz der Kolben, durch die Nebenleitungen (8 und 8') abgeleitet
zu werden.
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Die
Körbe (6 und 6'), die U-förmig ausgebildet
sind, wobei der offene Teil entweder der linken oder der rechten
Seite zugewandt ist, dienen dazu, die kugelförmigen Kolben (7 und 7') aufzunehmen. Der
Boden der Körbe
ist mit einem kleinen Rückschlagventil
(30 und 30')
ausgestattet, das sich unter geringem Druck öffnet.
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Die
Kammern (5 und 5')
nehmen das zu entsalzende Wasser (19) auf, das von einer
Hilfspumpe (1) durch die Rückschlagventile (13 und 13') zugeführt wird,
wenn die Ventile (12 und 12') geöffnet sind.
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Die
interne Umwälzpumpe
(3) führt
den Kammern (5) und (5') und der Membran (4)
durch die Rückschlagventile
(14) und (14')
Wasser zu.
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Bei
der Pumpe (2) handelt es sich um eine Haupt- oder Hochdruckpumpe,
die die Membran (4) mit der durchzulassenden genauen Strömung versorgt,
die anschließend
das System als Produktwasser (20) verlässt.
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Der
Betrieb verläuft
folgendermassen:
Ausgehend von der in 1 abgebildeten
Position, nämlich
einem beliebigen Punkt im Zyklus, ist dargestellt, dass der Kolben
(7) und die Kammer (5) am Ende ihres Hubs ankommen
und gerade den Kolben-Näherungssensor
(29) anregen, während
hinter dem kugelförmigen
Kolben die abgewiesene Sole die Membran (4) durch die Rückleitung
(24) verlässt, durch
das offene Soleeinlassventil (11) hindurchtritt, durch
die Einlassleitung (16) geht, in die Kammer gelangt, die
Kammer mit Sole (schraffierter Bereich) füllt und das verbleibende zu
entsalzende Wasser in die Kammer auf der linken Seite des Kolbens
(7), die mit weißem
Hintergrund (ohne Schraffierung) dargestellt ist, drückt. Dieses
Wasser wird sodann durch die interne Umwälzpumpe (3) angesaugt,
verlässt
die Kammer durch die Auslassleitung (17), gelangt zum Rückschlagventil
(14), wird von der internen Umwälzpumpe (3) durch
die Druckleitung (23) angesaugt und wird, durch die gemeinsame
Leitung (26), über
die Membranzufuhrleitung (27) der Membran zugeleitet. Diese
Wassermenge passiert nicht die Membran, sondern läuft an ihr
entlang. Dabei handelt es sich um die gleiche Wassermenge, die in
die Kammern zurückgeleitet
wird. Ihre Aufgabe besteht darin, die Salze mitzureißen, die
von der Wassermenge, die durch die Membran hindurchgetreten ist,
zurückgelassen
werden. Diese Menge entspricht der Wassermenge, die von der Hochdruckpumpe
(2) gefördert wird.
Unter der Voraussetzung, dass der Druck in der Hochdruckpumpe (2)
nicht den Durchlassdruck übersteigt,
verbleiben keine Salzreste in der Membran. Die Funktion der internen
Umwälzpumpe
(3) besteht lediglich darin, das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf
zwischen der Membran und den Kammern umzuwälzen.
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Es
ist ersichtlich, dass der Korb (6) zur Aufnahme des Kolbens
(7) sich nicht in einer Stellung zur Aufnahme des Kolbens
befindet, da er der entgegengesetzten Richtung zugewandt ist, nämlich der linken
Seite der Zeichnung, während
der Kolben von der rechten Seite kommt.
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Andererseits
ist die am unteren Ende in 1 dargestellte
Kammer (5')
gerade mit frischem Wasser gefüllt
worden und der Kolben ist soeben von der rechten Seite in den Korb
(6') gelangt,
wobei der Kolben-Aufnahmesensor
(28') den
Kolben (7')
erfasst hat, das Entleerungsventil (12') geschlossen hat und die Füllung mit
Wasser über
die Hilfspumpe (1), die Leitung (22') des Rückschlagsventils (13') und die Einlassleitung
(16') unterbrochen
hat. Im Hinblick darauf, dass das Wasser in dieser Kammer beim plötzlichen
Schließen
des Entleerungsventil (12')
im Uhrzeigersinn umgewälzt
wird, sucht das Wasser im Inneren der Kammer für eine kurze Zeitspanne die
Rotation auf die gleiche Weise fortzusetzen, wobei die von dieser
Masse auf Kosten der kinetischen Energie der Flüssigkeit ausgeübte Kraft
bewirkt, dass das Wasser sich über
die Nebenleitung (8')
verzweigt und das Nebenleitungsventil (9') öffnet, während sich das Druckventil
(15') öffnet und
die Kammer (5') über die
Druckleitung (25')
mit dem von der Leitung der Hochdruckpumpe (2) bereitgestellten Druck
beaufschlagt wird, wo bisher atmosphärischer Druck geherrscht hat,
aber nunmehr der in der Kammer (5) herrschende Druck vorliegt.
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Zwischenzeitlich
hat der Kolben (7) in der Kammer (5) gemäß der Darstellung
in 2 den Kolben-Näherungssensor
(29) passiert, der den Korb (6') dazu veranlasst, sich um 180° zu drehen,
während
sich das Soleeinlassventil (11') öffnet, wie in 2 dargestellt
ist. Die Körbe
(6) und (6')
sind mit einem kleinen Rückschlagventil
(30) und (30')
am gegenüberliegenden
Teil ausgestattet, das sich in der Art der Nebenleitungsventile
(9) und (9')
als Folge der kinetischen Energie der Flüssigkeit öffnet, wobei die Energie von
der Einlassstelle gegenüber
dem Kolben (7) und (7'), nämlich von der Rückseite,
kommt, so dass der Kolben den Korb (6') verlässt und so positioniert wird,
dass er von der Sole, die von der Membran (4) kommt, und
von der internen Umwälzpumpe (3) über die
Rückleitung
(24') und
das Soleeinlassventil (11'),
das sich gerade geöffnet
hat, angestoßen wird.
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Dies
stellt einen wichtigen Zeitpunkt für das System dar, da die beiden
Kammern parallel arbeiten und sich ihre Funktionen überlappen,
wobei beide ihren Inhalt innerhalb einer kurzen Zeitspanne der Membran
zuführen,
wobei diese Zeitspanne endet, wenn der Kolben (7) in den
Korb (6) gelangt, wobei nur die Kammer (5') in Betrieb
ist. Dieser gleichzeitige Betrieb ist erforderlich, um plötzliche
Veränderungen
der Kammern zu verhindern, wodurch vermieden wird, dass die Membran
plötzlichen
Druckänderungen
unterworfen wird.
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Wenn
der Kolben (7) den Korb (6) erreicht, wie in 3 dargestellt
ist, ist die Kammer (5) (schraffierte Zone) mit Sole gefüllt. Zu
diesem Zeitpunkt bewirkt wie im Fall der Kammer (5'), die mit zu entsalzendem
Wasser gefüllt
ist, der auf Kosten der kinetischen Energie durch die Solemasse,
die sich gegen den Uhrzeigersinn bewegt, ausgeübte Druck die Öffnung des
Ventils (9) in der Nebenleitung (8). Ohne dass
die Flüssigkeitsmasse
gestoppt werden muss, ergibt sich momentan eine Bewegung für eine ausreichende
Zeitspanne, um auf das Entleerungsventil (12) einzuwirken,
das bisher geschlossen war (3) und sich
gemäß der Darstellung
in 4 öffnet,
wonach die Sole durch die Leitung (21) austritt. Der Korb
(6') ist
nunmehr der linken Seite der Zeichnung zugewandt, um den Kolben
freizugeben, wie in 4 dargestellt ist.
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Es
ist ersichtlich, dass es sich um einen einzigen Vorgang handelt,
bei dem die Kammern (5) und (5') beide ihren Inhalt auf die Membran
gemäß einer abwechselnden
Folge zugeleitet haben und die abgewiesene Sole auf der gegenüberliegenden
Seite des Kolbens (7) und (7') gesammelt haben. Der wichtige
Aspekt in diesem System besteht darin, dass die Bewegung des Wassers
fast kontinuierlich ist, wobei sich nur eine kurze Pause beim Vorgang
des Schließens
des Ventils ergibt, was so rasch wie nötig erfolgen kann, während das
Wasser in der Kammer die Kreislaufbewegung fortsetzt. Daher lassen
sich die positiven und negativen Beschleunigungs- und Bremskräfte der sich im Inneren der
Kammern bewegenden flüssigen
Masse vernachlässigen.
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Nachdem
eine Ausführungsform
und die Betriebsweise des Systems, das Gegenstand der Erfindung
ist, vorstehend beschrieben worden ist, ergeben sich für den Fachmann
auf dem einschlägigen Gebiet
eine Reihe von Variationen und Austauschmöglichkeiten, ohne das Betriebsprinzip
des Systems zu verändern.
Auf diese Weise lässt
sich eine bessere Anpassung an spezielle Erfordernisse erreichen,
die unter den Schutzumfang dieses Patents fallen.
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Wenn
dabei das Volumen des zu behandelnden Wassers sehr groß ist, ist
es ratsam, eine Strategie zum Verbergen der Kolben einzuschlagen,
um zu verhindern, dass die Wassermassen die Umleitungen erfahren,
die ihnen von den Nebenleitungen (8 und 8') auferlegt
werden; vergl. die zeitliche Abfolge der 5 bis 10.
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Für kleine
Einrichtungen und/oder für
billige Installationen ist es günstiger,
eine Lösung
bereitzustellen, die extern angebrachte doppelte Kolben umfasst,
wie in der in den 11 bis 14 dargestellten
zeitlichen Abfolge gezeigt ist. Diese Abfolge wird hier in Anbetracht
der Tatsache, dass diese Figuren für den einschlägigen Fachmann
selbsterklärend sind,
nicht ausführlich
beschrieben.
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Eine
Alternative von besonderem Interesse beinhaltet das Weglassen des
Kolbens, der dann durch eine bloße Trennebene zwischen den
Wassermassen ersetzt wird, wobei auch die physikalischen Elemente
durch spezielle Prozessbedingungen ersetzt werden, z. B. das Erfordernis
einer laminaren Strömungsgeschwindigkeit
und die Annahme bestimmter Beschränkungen, wie ein bestimmter Mischgrad
in der Trennebene. Als Vorteil ergibt sich dabei eine weniger komplizierte
Konstruktion und eine höhere
Flüssigkeitsgeschwindigkeit,
was in Systemen mit hoher Zuverlässigkeit
an Orten, wo keine spezialisierten Kräfte für Wartungsaufgaben bereitstehen,
und wo es wünschenswert
ist, die Größe der Kammern
noch weiter zu verringern, erforderich sein kann. Ein derartiges
System ist in den 15 bis 18 dargestellt,
die zeigen, dass die Hauptkammern torisch sind (obgleich sie wie
im vorstehend erwähnten
System mit geraden und gekrümmten
Strecken ausgestattet sein können),
um für
den Fall eine nicht-turbulente Strömung zu erleichtern, bei dem
der Kolben und die damit verbundenen Erfassungs- und Haltevorrichtungen
nicht vorgesehen und durch entsprechende Durchflussmesser (31, 31' und 32)
ersetzt sind, die die Zyklusänderungen
in den Hauptkammern steuern. Um eine zeitliche Verschiebung der
Wassermassen-Trennebene aufgrund von Zyklusänderungen zu vermeiden, sind
die Durchflussmesser (31, 31' und 32) synchronisiert,
obgleich es in der bevorzugten Ausführungsform gleichermaßen möglich ist,
die Position in der Trennebene über
Salzgehaltsensoren, Leitfähigkeitssensoren
und dergleichen, zu erfassen, die in entsprechender Weise an zweckmäßigen Stellen
verteilt sind, oder einfach eine Zeitgebungsvorrichtung einzusetzen.
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Im
angestrebten Patent sind die Ventile zu einem rascheren Schließen befähigt. Je
kürzer
die Betriebszeit eines jedes einzelnen Ventils und die anschließenden Betriebsfolgen
sämtlicher
Ventile sind, desto günstiger
ist es, da dann in optimaler Weise die Geschwindigkeit und die kinetische
Energie der Flüssigkeit
ausgenützt
werden. Ferner kann die Stillstandszeit der Hilfspumpe Nr. 1 gegen
0 gehen. Diese inaktive Periode oder Stoppzeit der Kammerfüllpumpe
Nr. 1 ist das Ergebnis eines Zwischenzustands in der Betriebsabfolge,
wie nachstehend ausführlich
erläutert
wird. Er bezieht sich auf ein Stadium, in dem beide Kammern unter
hohem Druck stehen, während
ihr Inhalt der Membran zugeführt
wird.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil, der sich daraus ergibt, besteht darin,
dass aufgrund der Tatsache, dass die Betriebsgeschwindigkeit des
Ventils so schnell wie erforderlich sein kann, die Ventile wie im Fall
eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer Nocke oder einfach durch
Zusammenfassung zu einer einzelnen Gruppe wie bei Mehrwegventilen
in Sequenz angeordnet werden können.
Im Fall von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Kammern ergeben
an einem Prototyp durchgeführte
Tests, dass ihre Größe erheblich
verringert werden kann (in der Größenordnung von mehr als 200-fach),
insbesondere im Fall der in den 15, 16, 17 und 18 dargestellten
kolbenfreien Kammern, wobei die Volumenzunahme, die sich aufgrund
der Elastizität
der Kammerwände
bei Druckausübung
durch die Hochdruckpumpe (2) ergibt, weniger als dieser
Wert von 200-fach ist. Somit sind Pumpen- und Membrandruckschwankungen
praktisch nicht wahrzunehmen. Dies bedeutet, dass die Ventile (15)
zur vorherigen Druckausübung
weggelassen werden können,
da sie nicht mehr benötigt
werden. Dadurch wird die Anzahl der installierten Ventile erheblich
verringert. Wie in den 19, 20 und 21 dargestellt,
ist das Ventil Nr. 9 in Bezug zu den übrigen Ventilen nunmehr extern
angeordnet, was sowohl die Konstruktion/Installation der Ventilanordnung
und die Integration der Ventile zu einem Einzelkörper-Mehrfachventil erleichtert.
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Das
gleiche System wie in den 19, 20 und 21,
das mit verminderten Durchmessern ausgerüstet ist, ist sogar noch günstiger,
wenn die kinetische Zykluswasser-Rotationszeit kurz ist, da der
Lastverlust in Rohren mit geringem Durchmesser größer als
in den 15, 16, 17 und 18 ist
und das Wasser eine kürzere
Stoppzeit benötigt.
Wenn jedoch, wie beabsichtigt, die Ventiländerungsgeschwindigkeit hoch
ist, ist das System günstig,
da Staustöße verhindert
wurden und der nächste
Zyklus eintritt, wobei das Wasser oder die Sole in Bewegung sind
und keine Stopps eintreten, wobei, wie vorstehend erläutert, die
kinetische Energie ausgenützt
wird.
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22 zeigt
in schematischer Darstellung das kontinuierliche kinetische Zyklussystem,
das gemäß den größten vorgesehenen
Verbesserungen ausgestaltet ist, wobei die restlichen Elemente der Entsalzungsanlage
mit enthalten sind. Im Hinblick darauf, dass diese Betriebsweise
bereits anhand der 1 bis 17 beschrieben
worden ist, richtet sich die folgende Beschreibung nur auf die strukturellen und
funktionellen Unterschiede, die durch diese neuen Verbesserungen
herbeigeführt
werden. Wie in den 1 bis 17 dargestellt,
führt die
Niederdruckhilfspumpe (201) Rohwasser der Hilfsleitung (201') zu und die
interne Umwälzpumpe
(203) bearbeitet die gleiche Wassermenge wie die Hilfspumpe (201)
und die gleiche Menge an abgewiesener Sole. Diese interne Umwälzpumpe
(203) arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf mit einer
geringen Druckdifferenz, die dem Lastverlust der Sole in der Membran entspricht,
obgleich das Pumpengehäuse
dem Druck der Hochdruckpumpe (202) ausgesetzt ist, die
den Produktwasserstrom mit hohem Permeationsdruck bearbeitet. Die
interne Umwälzpumpe
(203) nimmt Wasser aus der Hochdruckleitung (223)
auf. Nach Durchlaufen der Membran tritt das Wasser in Form von Sole
aus, die ebenfalls mit hohem Druck in die Rückleitung (224) gelangt.
Schließlich
ist darauf hinzuweisen, dass die Entleerungsleitung (221)
den Kreislauf verlässt
und die Sole praktisch bei geringem Druck aus der Hilfspumpe (201)
ausstößt. Es ist festzustellen,
dass sowohl in den Hauptkammern (205), (205') als auch in
den Ventilen (61), (61') nur zu entsalzendes Rohwasser
oder Sole umgewälzt wird,
da das entsalzte Produktwasser über
die Osmosemembran (204) nach außen geführt wird.
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Im
Anschluss an die Beschreibung der Aspekte des Systems im Zusammenhang
mit der Umkehrosmoseanlage wird nachstehend das kontinuierliche
kinetische Zyklussystem anhand von zwei Dreiwegventilen beschrieben,
die das Prinzip der Anwendung der kinetischen Energie nicht verändern, jedoch neue
Erkenntnisse bzgl. der verschiedenen beteiligten Elemente liefern;
vergl. 23.
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23 zeigt
ein Einlassventil (61) und ein Auslassventil (61'), die über eine
Brücke
(55) mechanisch aneinander gekuppelt sind. Das Einlassventil (61)
umfasst einen eine einzelne Nut (82) aufweisenden Einlassschlitten
(51), der sich axial in einem Einlasszylinder (52)
bewegt und zusammen mit einem Einlassgehäuse (50) eine ringförmige Kammer bildet. Diese
Einlasskammer wird durch eine erste ringförmige Trennvorrichtung (53)
und eine zweite ringförmige
Trennvorrichtung (54) in ein erstes Sammelrohr (77),
ein zentrales Sammelrohr (78) und ein drittes Sammelrohr
(79) unterteilt. Der Einlasszylinder (52) weist
eine Mehrzahl von ersten Soleeinlassanschlüssen (211) und eine
Mehrzahl von Anschlüssen
der vorherigen Druckerhöhung
(74) auf, wobei sich letztere näher an der ersten ringförmigen Trennvorrichtung
(53) befinden. Somit steht das erste Einlasssammelrohr
(77) in Verbindung mit dem inneren Hohlraum im Einlasszylinder
(52). Das zentrale Einlasssammelrohr (78) steht
ebenfalls in Verbindung mit dem inneren Hohlraum im Einlasszylinder
(52), und zwar mittels einer Mehrzahl von zentralen Einlasssammelrohranschlüssen (81),
die sich auf dessen mittlerer Ebene befinden. Das somit beschriebene
Einlassventil (61) verläuft
symmetrisch in Bezug zu dieser mittleren Ebene, die senkrecht zu
seiner Längsachse
verläuft,
so dass das zweite Einlasssammelrohr (79) durch die gleichwertigen
zweiten Soleeinlassanschlüsse
(211')
und die Anschlüsse
der vorherigen Druckerhöhung
(74') mit
dem inneren Hohlraum des Einlasszylinders (52) in Verbindung steht.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Verbindung zwischen den verschiedenen
Sammelrohren abhängig
oder unabhängig
von der Position der ringförmigen
Einlassnut (82) im Einlassschlitten (51) ist.
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Was
das Auslassventil (61')
betrifft, so ist es auf ähnliche
Weise wie das Einlassventil (61) geformt, mit der Ausnahme,
dass der Auslassschlitten (51') zwei Ringnuten (86),
(86') an
Stelle von nur einer Nut wie im Fall des Einlassschlittens (51)
aufweist. Daher wird eine mögliche
Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum des Auslasszylinders (52'), dem ersten
Auslasssammelrohr (77'),
dem zentralen Auslasssammelrohr (78') und dem zweiten Auslasssammelrohr
(79'),
die zusammen ringförmige Volumina
zwischen dem Auslasszylinder (52'), dem Auslassgehäuse (50') der ersten
ringförmigen
Auslasstrennvorrichtung (53')
und der zweiten ringförmigen
Auslasstrennvorrichtung (54')
bilden, durch die folgenden Öffnungen
(Anschlüsse)
bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Soleentleerungsanschlüssen (212)
im Auslasszylinder (52')
fällt mit
dem ersten Auslasssammelrohr (77') sehr nahe an der ersten ringförmigen Auslasstrennvorrichtung
(53') zusammen.
Eine Mehrzahl von Soleentleerungsanschlüssen (212') im Auslasszylinder
(52') fällt mit
dem zweiten Auslasssammelrohr (79') zusammen und ist symmetrisch
zur mittleren Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Auslassventils
(61') verläuft, angeordnet.
Schließlich
verbindet eine Mehrzahl von Anschlüssen im zentralen Auslasssammelrohr
(81') im Auslasszylinder
(52') dessen
innere Hohlräume
mit dem zentralen Auslasssammelrohr (78'). Zwei Reihen von kleinen Anschlüssen zur
vorherigen Druckentlastung (76), (76') treten auf
jeder Seite der Auslasssammelrohranschlüsse (81') auf.
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Die
restlichen Ventile mit einziger Strömungsrichtung sind aus dem
früheren
Patent bekannt. Es bleibt darauf hinzuweisen, dass Rückschlagventile
(213) und (213')
Rohwasser von einer Hilfsleitung (201') aufnehmen und sich im Fall eines höheren Drucks
in entgegengesetzter Richtung schließen. Rückschlagventile (214)
und (214')
mit den gleichen Eigenschaften wie die vorgenannten Ventile öffnen sich
und ermöglichen
die Passage des Wassers in Richtung zur Druckleitung (223).
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Schließlich ermöglichen
es die Hauptzirkulationsventile (209 und 209'), dass die
Wirkung des "kontinuierlichen
kinetischen Zyklus" stattfindet.
Sie öffnen
sich nur in dem Fall, wenn sämtliche
Hauptkammereinlässe
und -auslässe
nach außen
geschlossen sind und das Wasser im Inneren der Kammer in Form eines
geschlossenen Rings aufgrund seiner Trägheit oder kinetischen Energie
rotiert. In jedem Zyklus, d. h. eine Öffnungs- und Schließbewegung
der Hauptdreiwegventile, werden viermal "kontinuierliche kinetische Zyklen" erzeugt, zwei für jede Hauptkammer
(zwei für
die Sole und zwei für
das zu entsalzende Wasser).
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Diese
Wirkung wird in dem in 23 dargestellten Fall erreicht,
wenn die Schlitten (51) und (51') sich genau in der dargestellten
Position befinden, wobei Wasser in die erste Hauptkammer (205)
weder eintritt noch diese verlässt
und daher gezwungen wird, das erste Rezirkulationsventil (209)
mittels der in seiner Bewegung enthaltenen Energie zu öffnen. 24 zeigt,
dass das Wasser, das von einer Seite zur anderen gelangt (in der
Zeichnung von rechts nach links) und durch die Zwischenkammer, die
sich zwischen dem Einlass- und Auslasszylinder (52), (52') und dem Einlass-
und Auslassgehäuse
(50), (50')
befindet, die den Außenkörper der
in Frage stehenden Ventile bilden, zirkuliert.
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Die 36 und 40 zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
des epizykloiden Antriebsmechanismus für die beiden Schlittenventile
(61), (61')
mittels einer Verbindungsbrücke
(55). Die Brücke
weist in ihrem zentralen Bereich eine Öffnung auf, die durch die Antriebsstange
(90) geht, die mit zwei stumpfen Enden (91), (91') ausgestattet
ist, die dazu vorgesehen sind, die Brücke (55) in beide
Richtungen zu schieben. Die Antriebsstange (90) wird ihrerseits
von einem Planetengetriebe (93) angetrieben, das sich um
ein zentrales Rad (94) dreht, das von einer Verbindungsstange
(92) angetrieben wird.
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Was
die Strömungslaminatoren
(225), (225') betrifft,
so befinden sich diese an den Einlasspunkten der beiden Hauptkammern
(205), (205')
mit dem Ziel, Turbulenzen, die durch das Hindurchtreten von Rohwasser- und Solemassen durch
die Einlass- und Auslassventile (61), (61') entstehen,
aufzufangen. Ihre Konfiguration kann je nach der Größe der Anlage
der gewählten
Wassergeschwindigkeit und dergleichen variieren, obgleich sie im
allgemeinen auf der Grundlage eines Lamellengitters (95),
konzentrischer Röhren
(96) mit radialen Lamellen oder einer Vielzahl von parallelen
Röhren
(98) ausgebildet sind; vergl. die 41 bis 43.
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Die
folgende Beschreibung geht von 25 aus,
wo die Einlass- und Auslassschlitten (51), (51') sich am Beginn
ihres Hubs (untere Position) befinden. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das
Speisewasser, das durch die Hilfsleitung (201') eintritt,
das Rückschlagventil
(213), wobei das andere Ende der Hauptkammer (205)
durch die Entleerungsleitung (221) in freier Verbindung
mit dem Außenraum
steht. Zu diesem Zeitpunkt folgt das Rohwasser, das durch die Hilfsleitung
(201')
eintritt, nach Durchlaufen des Einlassventils (61) und
des Auslassventils (61')
in freier Weise seiner Bahn, tritt durch die Entleerungsleitung
(221) aus und treibt somit die Sole aus, die zu diesem
Zeitpunkt die erste Hauptkammer (205) besetzt.
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Die
zweite Hauptkammer (205')
ist voll in Aktion, liefert ihren Inhalt an Rohwasser durch die Druckleitung
(223) bis zur Membran (204) und nimmt Sole durch
die Rückleitung
(224) auf. Die Position der Schlitten (51), (51') ermöglicht den
freien Durchgang des Wassers, das die zweite Hauptkammer (205') füllt. Das
Wasser hält
aufgrund seines hohen Drucks das Rückschlagventil (213') in geschlossener
Position. Das Rückschlagventil
(214) bleibt als Folge des geringeren Drucks in der ersten
Hauptkammer (205) im Vergleich zur Druckleitung (223)
geschlossen.
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In 26 bewegen
sich die Ventilschlitten zu einer Stelle, wo der Auslassschlitten
(51') die
Anschlüsse
der Auslasssammelleitung (81')
schließt, während das
Auslassventil (61')
im Hinblick darauf, dass der gemeinsame Weg, nämlich der zentrale Weg, geschlossen
ist, vollständig
abgesperrt ist. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die erste Hauptkammer (205),
die mit Rohwasser aus dem Meer gefüllt ist, keine Wasserzufuhr
aus der Hilfsleitung (201')
auf, so dass das Rückschlagventil
(213) trotz seines geringen Innendrucks, der etwa die Hälfte des
Drucks der Hilfsspeiseleitung (201') beträgt, geschlossen ist. Zu diesem
Zeitpunkt findet das im Inneren der ersten Hauptkammer (205)
zirkulierende Wasser die Entleerungsleitung (221) in geschlossenem
Zustand vor, so dass die Trägheit
ihrer Bewegung keinen Auslassweg findet und daher das erste Rezirkulationsventil (209) öffnet, wodurch
eine Passage des Wassers von der ersten Auslasssammelleitung (77') zur ersten Einlasssammelleitung
(77) ermöglicht
wird und erneut Wasser durch den Strömungslaminator (225)
in die erste Hauptkammer (205) gelangt, wodurch die erste
Stufe des kinetischen Zyklus organisiert wird. Zu diesem Zeitpunkt
ist die gesamte Sole, die in der Hauptkammer (205) verblieben
ist, ausgestoßen.
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In
der Hauptkammer (205'),
die in der in 25 dargestellten Situation bleibt,
hat sich nichts verändert.
Die Sole hat praktisch das gesamte Rohwasser durch die Druckleitung
(223) in Richtung zur Membran (204) gedrückt.
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In 27 haben
sich die Schlitten in beiden Ventilen ein kurzes Stück vorgeschoben
und befinden sich nunmehr in Position für die nächste Stufe, bei der die kleinen
Anschlüsse
der ersten Druckerhöhung
(74) sich öffnen,
um den Vorgang der "vorherigen
Druckerhöhung" auszuführen und
den hohen Druck in die Rückleitung
(224) zur ersten Hauptkammer (205) gelangen zu
lassen. Dieser Vorgang der "vorherigen
Druckerhöhung" wird häufig durch
kleine Öffnungen,
z. B. in einem Ölstoßdämpfer, erreicht und
löst zwei
Probleme. Das erste Problem ist der Druckabfall in der Membran (204)
aufgrund der Übertragung
von Flüssigkeit
von einer Kammer in die andere als Ergebnis der leichten Ausdehnung,
die durch die Elastizität
der Niederdruckkammern und Leitungen, die plötzlich unter Druck gesetzt
werden, hervorgerufen wird. Der zweite unerwünschte Effekt, der durch den
Vorgang der "vorherigen
Druckerhöhung" behoben wird, ist
das plötzliche
Schlagen des ersten Rezirkulationsventils (209), das offen
ist und in diesem Stadium geschlossen werden muss.
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Für die zweite
Hauptkammer (205'),
die in der in den 25 und 26 dargestellten
Position verbleibt, hat sich nichts verändert.
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28 zeigt,
dass die Schlitten sich weiter geringfügig bewegt haben und genau
den Mittelpunkt ihres Hubs erreicht haben, wobei die Anschlüsse (81) der
zentralen Einlasssammelleitung und die Anschlüsse (212), (212') der ersten
und zweiten Auslasssammelleitungen halb geöffnet sind, was bedeutet, dass
die Strömungen
aus beiden Hauptkammern (205), (205'), die die Druckleitung (223)
versorgen, für
beide Kammern gleichmäßig verteilt
sind. Dies stellt den Übergangspunkt
dar, an dem eine Veränderung
vorgenommen wird, um zu gewährleisten,
dass die Druckleitung (223) weiterhin ununterbrochen Wasser
der Membran (204) zuführt.
Beide Hauptkammern liefern ihren Rohwassergehalt in die Druckleitung
(223).
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In 29 setzen
die Schlitten ihren Weg fort. Der Einlassschlitten (51)
schließt
den Soleanschluss und den Anschluss der vorherigen Druckerhöhung (211'), (74') in der zweiten
Einlasssammelleitung (79), wobei die zweite Hauptkammer
(205')
ohne Verbindung mit dem Außenraum
bleibt, während
die erste Hauptkammer (205) weiter ihren Betrieb gemäß der Darstellung
in 28 fortsetzt. Der Solegehalt in der zweiten Hauptkammer
(205')
befindet sich in diesem Stadium in Bewegung und wirkt wie in 26 für die erste
Hauptkammer (205) dargestellt, d. h. er beginnt als Folge
der Trägheit
der Solemasse in einer Schleife zu zirkulieren und öffnet die
zweite Rezirkulationspumpe (209') (ein grundlegendes Merkmal der Erfindung).
Die zweite Hauptkammer (205')
steht noch unter Druck.
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In 30 bewegen
sich die Schlitten geringfügig
weiter, wobei die erste Hauptkammer (205) wie in 29 funktioniert,
obgleich bei geöffneten
Anschlüssen
der vorherigen Druckentlastung (76') das Hochdruckwasser in der zweiten
Hauptkammer (205')
auf atmosphärischen
Druck abfällt,
während die
Sole durch die Entleerungsleitung (221) in das Meer zurückgeführt wird,
was den niederen Druck in der Hilfsleitung (201') ermöglicht,
um das Rückschlagventil
(213')
durch den sehr kleinen Auslass in den Anschlüssen der vorherigen Druckentlastung (76') zu öffnen. Dieser
Vorgang der vorherigen Druckentlastung ist nicht so wichtig wie
der bei 27 beschriebene Vorgang der "vorherigen Druckerhöhung", da das Wasser unter
Druck in einer Menge nach außen
strömt,
die ebenso klein ist, wie die Menge, die die Hauptkammern aufgrund
ihrer Expansion unter hohem Druck speichern können, jedoch das dadurch entstehende
geringfügige
Geräusch
vermieden werden kann.
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31 zeigt
das Ende des Schlittenventil-Halbzyklus, wobei beide Ventile am
Ende ihres Hubs positioniert sind, während die erste Hauptkammer
(205) weiter wie in 30 arbeitet,
die zweite Hauptkammer (205')
weiter Sole durch die Entleerungsleitung (221) entleert
und Rohwasser durch die Hilfsleitung (201') eintritt, und zwar im Hinblick
darauf, dass das Rückschlagventil
(213')
und die Sole-Entleerungsanschlüsse (212') und die zentralen Auslasssammelleitungsanschlüsse (81') vollständig geöffnet sind,
während
der Inhalt der zweiten Hauptkammer (205'), wie vorstehend angegeben, durch die
Entleerungsleitung (221) austritt.
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Die
Schieber befinden sich nunmehr am Ende ihres Hubs. Nachdem die Zeit
zum Füllen
der zweiten Hauptkammer (205')
mit Rohwasser verstrichen ist und das Rohwasser, das die erste Hauptkammer
(205) besetzt, durch über
die Rückleitung (224)
eintretende Sole ersetzt ist, wird die Hubrichtung des Schlittenventils
umgekehrt und der Zyklus wiederholt sich auf die vorstehend beschriebene Weise.
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36 bis 40 zeigen
den epizykloiden mechanischen Betrieb in Bezug auf die verschiedenen
Betriebsphasen der Entsalzungsanlage mit einem kontinuierlichen
kinetischen Zyklus. Dabei entsprechen die 36 und 37 der
gleichen Ventilposition wie in 25, wobei
die erste Hauptkammer (205) sich im Füllungsstadium mit Rohwasser
befindet und die zweite Hauptkammer (205') unter Druck Rohwasser zur permeablen
Membran (204) durch die Druckleitung (223) liefert.
Die Zeitspanne, die zwischen den in den 36 und 37 gezeigten
Positionen des Planetengetriebes (93) verstrichen ist, ist
eine Totzeit, in der keine Bewegung der Brücke (55) ersichtlich
ist, was es ermöglicht,
die erste Hauptkammer (205) mit Rohwasser zu füllen und
die Gesamtmenge an Rohwasser, die die zweite Hauptkammer (205') besetzt, durch
die Druckleitung (223) der Membran (204) zuzuführen.
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38 zeigt
den Moment, an dem die Anschlüsse
(74) zur vorherigen Druckerhöhung geöffnet sind, wobei die Positionen
der verschiedenen Ventile der Darstellung in 27 entsprechen.
Dabei befindet sich die erste Hauptkammer (205) in ihrem
kontinuierlichen kinetischen Zyklus und die zweite Hauptkammer (205') beendet die
Zufuhr von Rohwasser unter Druck.
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39 zeigt
den Moment, an dem die zweite Hauptkammer (205') einer vorherigen
Druckentlastung unterzogen wird, wobei die Ventile gemäß der Darstellung
in 30 positioniert sind. Die die zweite Hauptkammer
(205')
besetzende Sole befindet sich in ihrem kontinuierlichen kinetischen
Zyklus, während
die erste Hauptkammer (205) mit der Zufuhr von Wasser unter
Druck beginnt.
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Schließlich zeigt 40 das
Ende des Halbzyklus des Planetengetriebes (93). Es beginnt
eine neue Totzeit, während
der die Gesamtmenge von Druckrohwasser, die die erste Hauptkammer
(205) besetzt, zugeführt
werden muss und die gesamte Füllung
der zweiten Hauptkammer (205')
mit Rohwasser vorgenommen werden muss.
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32 bis 35 zeigen
eine gewerbliche Ausführungsform
des Gegenstands der Erfindung. Es ist ersichtlich, dass die Hauptkammern
(205), (205')
die Einlass- und Auslassventile (61), (61') und die Rückleitungs-
und Einwegventile (209), (209'), (213), (213'), (214),
(214')
eine kompakte Anordnung bilden, die leicht in montierter Form transportiert
werden kann. Anstelle von Installationsarbeiten brauchen lediglich
die verschiedenen Hilfsleitungen (201'), Druckleitungen (223),
Rückleitungen
(224) und Entleerungsleitungen (221) montiert
und die Pumpen angeschlossen werden.