Umkehrosmose-Pumpvorrichtung Reverse osmosis pumping device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umkehrosmose-Pump- Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a reverse osmosis pump device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Umkehrosmose-Pumpvorrichtung ist aus der US-PS 4 124 488 bekannt. Bei dieser bekannten Pumpvorrich¬ tung weist die Ventilanordnung zwei Ventilkolben auf, von denen der eine die Lösungsausgangsleitung des Umkehrosmose¬ moduls und der andere die mit dem Kolbenstangenraum verbundene Abflußleitung in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens öffnet oder schließt. Die Bewegung der beiden Ventilkolben ist über eine die beiden Kolben verbindende Kolbenstange so gekoppelt, daß die Abflußleitung geschlossen ist, wenn die Lösungsausgangsleitung geöffnet ist und umgekehrt. Die Umsteuerung der beiden Ventilkolben erfolgt über einen zwischen den beiden Ventilkolben angeordneten Steuerkolben, der über eine Zweigleitung vom Arbeitskolben beim Druckhub mit Druck beaufschlagt wird.Such a reverse osmosis pumping device is known from US Pat. No. 4,124,488. In this known pump device, the valve arrangement has two valve pistons, one of which opens or closes the solution outlet line of the reverse osmosis module and the other opens or closes the discharge line connected to the piston rod chamber depending on the position of the working piston. The movement of the two valve pistons is coupled via a piston rod connecting the two pistons so that the drain line is closed when the solution outlet line is open and vice versa. The reversing of the two valve pistons takes place via a control piston arranged between the two valve pistons, which is pressurized by the working piston during the pressure stroke via a branch line.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, daß zwei Ventilkolben vorgesehen sein müssen, die zudem exakt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Umsteuerung der Ventilanordnung zwischen der Druckstellung und der Abflußstellung, insbeson¬ dere die Rückkehr in die Abflußstellung, nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit erfolgt .The disadvantage of this known device is that two valve pistons must be provided, which must also be precisely coordinated. Another disadvantage is that the reversal of the valve arrangement between the pressure position and the drain position, in particular the return to the drain position, does not take place with sufficient reliability.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Umkehrosmose-Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln ein sicheres
Umsteuern und insbesondere eine sichere Rückkehr der Ventilanordnung in die Abflußstellung gewährleistet ist . Darüber hinaus soll der bauliche Aufwand verringert und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht werden.The invention is therefore based on the object of providing a reverse osmosis pumping device of the type mentioned at the outset, in which a safe means with simple means Reversal and in particular a safe return of the valve assembly to the drain position is guaranteed. In addition, the construction effort is to be reduced and the reliability of the device is to be increased.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claim 1.
Der Erfindungsgedanke besteht im wesentlichen also darin, einen einzigen Ventilkolben vorzusehen, über welchen zwi¬ schen der Druckstellung und der Abflußstellung der Ventil- anordnung umgesteuert werden kann, wobei die Umsteuerung durch den vom Arbeitskolben erzeugten Druck bewirkt wird, und Mittel vorzusehen, um beim Saughub des Arbeitskolbens eine Druckkraft auf den Tragkörper der Ventilanordnung in Richtung der Abflußstellung auszuüben und dadurch die Rück¬ kehr der Ventilanordnung in die Abflußstellung sicherzu¬ stellen. In Verbindung mit dem Drucksteuerraum, welcher mit dem Druckraum der Kolben-Zylinderanordnung in Verbindung steht und beim Druckhub des Arbeitskolbens die Ventilanord¬ nung in die Druckstellung umsteuert, ist so auf geschickte und einfache Weise ein automatisches Umsteuern der Ventil- anordnung zwischen der Druckstellung und der Abflußstellung gewährleistet.The idea of the invention essentially consists in providing a single valve piston, by means of which it is possible to switch between the pressure position and the outflow position of the valve arrangement, the changeover being effected by the pressure generated by the working piston, and to provide means for the suction stroke of the working piston to exert a compressive force on the supporting body of the valve arrangement in the direction of the outflow position and thereby to ensure the return of the valve arrangement to the outflow position. In connection with the pressure control chamber, which is connected to the pressure chamber of the piston-cylinder arrangement and which reverses the valve arrangement into the pressure position during the pressure stroke of the working piston, an automatic reversal of the valve arrangement between the pressure position and the valve is thus cleverly and simply Drain position guaranteed.
Der Tragkörper der Ventilanordnung ist bevorzugt von einem insbesondere als Druckfeder ausgebildeten Rückstellelement beaufschlagt, welches auf den Tragkörper eine ständig wir¬ kende Kraft in Richtung auf die Abflußstellung des Ventil¬ kolbens ausübt. Die Druckfeder ist dabei nach einer Ausge¬ staltung der Erfindung auf einer Fortsetzung des Tragkörpers auf der dem Steuerkolben abgewandten Seite des Ventilkolbens geführt und zwischen einem an der Fortsetzung vorhandenen Außenbund und dem benachbarten Ende des Ventilzylinders eingespannt. Beim Saughub des Arbeitskolbens wird der Druck
im Drucksteuerraum der Ventilanordnung abgebaut, so daß die Druckfeder den Ventilträger in die Abflußstellung zurückbe¬ wegen kann. Die Kraft der Druckfeder ist so bemessen, daß sie beim Druckhub des Arbeitskolbens von der auf den Steuer¬ kolben der Ventilanordnung ausgeübten Kraft überwunden werden kann. Somit ergibt sich eine einfache und sichere automatische Umsteuerung zwischen der Druckstellung und der Abflußstellung der Ventilanordnung.The support body of the valve arrangement is preferably acted upon by a restoring element, in particular in the form of a compression spring, which exerts a constantly acting force on the support body in the direction of the outflow position of the valve piston. According to one embodiment of the invention, the compression spring is guided on a continuation of the support body on the side of the valve piston facing away from the control piston and clamped between an outer collar present on the continuation and the adjacent end of the valve cylinder. The pressure increases during the suction stroke of the working piston dismantled in the pressure control chamber of the valve arrangement, so that the compression spring can move the valve carrier back into the drain position. The force of the compression spring is dimensioned such that it can be overcome during the pressure stroke of the working piston by the force exerted on the control piston of the valve arrangement. This results in a simple and safe automatic reversal between the pressure position and the drain position of the valve arrangement.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Arbeitskolben zweiteilig ausgebildet, mit zwei jeweils von der Kolbenstange betätigbaren und einen Teil der druckraum- seitigen Stirnfläche des Arbeitskolbens bildenden Teilkol¬ ben, die in Betätigungsrichtung zwischen zwei Endstellungen relativ zueinander verschiebbar geführt und gegeneinander abgedichtet sind. Bevorzugt ist dabei der erste Teilkolben als Teil der Kolbenstange ausgebildet, die mit ihrem einen Ende in einer zentralen Ausnehmung des zweiten Teilkolbens angeordnet ist, wobei der von der Kolbenstange gebildete erste Teilkolben und die zentrale Ausnehmung des zweiten Teilkolbens derart reziprok zueinander gestuft ausgebildet sind, daß sie miteinander die Anschläge für die relativen Endstellungen der beiden Teilkolben zueinander bilden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß bei Betätigung der Kolbenstange in Druckhubrichtung zunächst nur ein Kolben mit kleiner Querschnittsfläche und erst anschließend der gesamte Kolben bewegt werden muß. Die anfangs aufzubringende Kraft ist dadurch geringer. Diese Ausgestaltung eignet sich daher insbesondere für den Handbetrieb. Sie kann aber auch in Verbindung mit einem maschinellen Antrieb des Arbeitskolbens verwendet werden.According to a further embodiment of the invention, the working piston is formed in two parts, with two partial pistons which can be actuated by the piston rod and form part of the pressure chamber-side end face of the working piston and which are displaceably guided in the actuating direction between two end positions and sealed against one another. The first partial piston is preferably designed as part of the piston rod, which is arranged with its one end in a central recess of the second partial piston, the first partial piston formed by the piston rod and the central recess of the second partial piston being designed so as to be reciprocally stepped in such a way that together they form the stops for the relative end positions of the two pistons to each other. This configuration has the advantage that when the piston rod is actuated in the pressure stroke direction, only one piston with a small cross-sectional area and only then the entire piston must be moved. The initial force to be exerted is therefore less. This configuration is therefore particularly suitable for manual operation. However, it can also be used in conjunction with a mechanical drive for the working piston.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Bewegung des kleinen Kolbens, für die nur eine geringere Kraft aufzubringen ist, bereits zur Umsteuerung der Ventilan-
Ordnung führt. Hierfür ist der kleinere Kolben so bemessen, daß die Volumenänderung des Druckraums bei dessen relativer Verschiebung zum größeren Teilkolben im wesentlichen dem Volumen des Drucksteuerraums der Ventilanordnung entspricht. Nach dem Umsteuern der Ventilanordnung durch Aufbringung einer kleinen Kraft steht der Druckraum mit dem Kolben¬ stangenraum des Arbeitskolbens in Verbindung und unterstützt den weiteren Druckhub.Another advantage is that the movement of the small piston, for which only a smaller force has to be applied, is already used to reverse the valve actuation. Order leads. For this purpose, the smaller piston is dimensioned such that the change in volume of the pressure chamber when it is displaced relative to the larger partial piston essentially corresponds to the volume of the pressure control chamber of the valve arrangement. After reversing the valve arrangement by applying a small force, the pressure chamber communicates with the piston rod chamber of the working piston and supports the further pressure stroke.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Außenbund des Ventilträgers ebenfalls im Ventilzylinder dichtend geführt sein und einen zweiten Steuerkolben bilden, der einerseits zusammen mit dem Ventilkolben den Ventilab¬ flußraum und andererseits mit dem benachbarten Ende des Ventilzylinders einen zweiten Drucksteuerraum begrenzt, welcher über eine Drucksteuerleitung mit dem Kolbenstangen- raum in Verbindung steht. Durch diesen zweiten, mit dem Kolbenstangenraum in Verbindung stehenden Drucksteuerraum wird die durch die Druckfeder bewirkte Rückstellung des Ventilträgers beim Saughub in die Abflußstellung unter¬ stützt, indem der Ventilträger mit dem im Kolbenstangenraum herrschenden Druck in Richtung seiner Abflußstellung beauf¬ schlagt wird.According to a further embodiment of the invention, the outer collar of the valve carrier can also be sealingly guided in the valve cylinder and form a second control piston, which on the one hand, together with the valve piston, delimits the valve outflow space and on the other hand, with the adjacent end of the valve cylinder, delimits a second pressure control space, which is connected via a pressure control line communicates with the piston rod chamber. This second pressure control chamber, which is connected to the piston rod chamber, supports the return of the valve carrier caused by the compression spring during the suction stroke to the drain position, in that the valve carrier is acted upon by the pressure prevailing in the piston rod chamber in the direction of its drain position.
Um ein schnelles Umsteuern zwischen Druckstellung und Abflußstellung der Ventilanordnung zu bewirken, kann zudem nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine an dem ein- und auslaßseitigen Ende des Druckraums der Kolben-Zylinderan¬ ordnung angeschlossene Ablaufleitung vorgesehen sein, in welcher ein in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeits¬ kolbens öffnendes und schließendes Absperrventil vorgesehen ist. Das Absperrventil öffnet am Ende des Druckhubes und führt so zu einem plötzlichen Druckabfall im Druckraum, welcher die Rückkehr der Ventilanordnung in die Abflu߬ stellung erleichtert und beschleunigt.
Eine besonders geschickte Steuerung des Absperrventils ist in Anspruch 11 angegeben.In order to bring about a rapid reversal between the pressure position and the drain position of the valve arrangement, an outlet line connected to the inlet and outlet-side end of the pressure chamber of the piston-cylinder arrangement can also be provided according to one embodiment, in which a discharge line depending on the position of the Working piston opening and closing shut-off valve is provided. The shut-off valve opens at the end of the pressure stroke and thus leads to a sudden drop in pressure in the pressure chamber, which facilitates and accelerates the return of the valve arrangement to the drain position. A particularly skillful control of the shut-off valve is specified in claim 11.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer DarstellungEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described below. It shows, each in a schematic representation
Fig. 1 ein erster Ausführungsbeispiel der Erfindung zu Beginn des Druckhubes,1 shows a first embodiment of the invention at the beginning of the pressure stroke,
Fig. 2 das Ausfuhrungsbeispiel von Fig. 1 zu Beginn des Saughubes,2 shows the exemplary embodiment of FIG. 1 at the beginning of the suction stroke,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel zu Beginn des Druckhubes,3 shows a second embodiment at the beginning of the pressure stroke,
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zu Beginn des Saughubes,4 the embodiment of FIG. 3 at the beginning of the suction stroke,
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel zu Beginn des Druckhubes,5 shows a third embodiment at the beginning of the pressure stroke,
Fig. 6 das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 zu Beginn des Saughubes,6 shows the embodiment of FIG. 5 at the beginning of the suction stroke,
Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel zu Beginn des Druckhubes,7 shows a fourth embodiment at the beginning of the pressure stroke,
Fig. 8 das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 zu Beginn des Saughubes,8 the embodiment of FIG. 7 at the beginning of the suction stroke,
Fig. 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel zu Beginn des Druckhubes, und
Fig. 10 das Ausführungsbeispiel von Fig. 9 zu Beginn des Saughubes.Fig. 9 shows a fifth embodiment at the beginning of the pressure stroke, and Fig. 10 shows the embodiment of Fig. 9 at the beginning of the suction stroke.
Nach Fig. 1 ist im Zylindergehäuse 43 einer Kolben-Zylinder¬ anordnung 12 ein Arbeitskolben 35 axial verschiebbar ange¬ ordnet, der eine durch eine abgedichtete Bohrung 45 des Zylindergehäuses 43 nach außen ragende Kolbenstange 11 aufweist, die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer nicht dargestellten Hebelübersetzung von Hand, eventuell aber auch durch eine motorische Anordnung sowohl in Druckhubrichtung D (Fig. 1) als auch in Abflußrichtung A (Fig. 2) beaufschlagbar ist.According to FIG. 1, a working piston 35 is axially displaceably arranged in the cylinder housing 43 of a piston-cylinder arrangement 12 and has a piston rod 11 projecting outwards through a sealed bore 45 of the cylinder housing 43, which optionally with the interposition of a lever transmission, not shown, of Manual, but possibly also by a motor arrangement in the pressure stroke direction D (Fig. 1) and in the drain direction A (Fig. 2).
An dem von der Kolbenstange 11 abgewandten Boden 46 des Zylindergehäuses 43 sind ein mit einem Lösungseinlaß 15 verbundenes Saugventil 14 und ein mit einer Zuflußleitung 17 verbundenes Druckventil 16 angeordnet . Bei Bewegung des Arbeitskolbens 35 in Abflußrichtung A (Fig. 2) öffnet das Saugventil 14 und saugt durch den Lösungseinlaß 15 eine Lösung, z.B. Salzwasser an, welche dann bei anschließender Betätigung des Arbeitskolbens 35 in Druckaufbaurichtung D (Fig. 1) durch das dann sich öffnende Druckventil 16 über die Zuflußleitung 17 zu einem Umkehrosmose-Modul 18 gelenkt wird, in welchem sich eine nur schematisch angedeutete Osmosemembran 36 befindet. Aufgrund des vom Arbeitskolben 35 im Druckraum 13 erzeugten hohen Druckes wird durch die Osmosemembran 36 Reinflüssigkeit hindurchgedrückt, die aus einem Reinflüssigkeitsauslaß 19 des Umkehrosmose-Moduls 18 austritt .A suction valve 14 connected to a solution inlet 15 and a pressure valve 16 connected to an inflow line 17 are arranged on the bottom 46 of the cylinder housing 43 facing away from the piston rod 11. When the working piston 35 moves in the discharge direction A (FIG. 2), the suction valve 14 opens and sucks a solution through the solution inlet 15, e.g. Salt water, which is then directed upon subsequent actuation of the working piston 35 in the pressure build-up direction D (FIG. 1) through the then opening pressure valve 16 via the inflow line 17 to a reverse osmosis module 18 in which there is an only schematically indicated osmosis membrane 36. Due to the high pressure generated by the working piston 35 in the pressure chamber 13, pure liquid is forced through the osmosis membrane 36 and emerges from a clean liquid outlet 19 of the reverse osmosis module 18.
Die entsprechend aufkonzentrierte Lösung tritt aus dem Umkehrosmose-Modul 18 in eine Lösungsausgangsleitung 28 ein, die an einem Ventildruckraum 27 einer Ventilanordnung 20 mündet, welche aus einem Ventilzylinder 22 und einem darin
angeordneten Tragkörper 21 besteht, an dem an einem Ende ein Steuerkolben 23 und in der Mitte ein Ventilkolben 24 so angeordnet sind, daß sie innerhalb des Ventilzylinders 22 radial dichtend axial verschiebbar sind. An der dem Steuer¬ kolben 23 abgewandten Seite des Ventilkolbens 24 weist der Tragkörper 21 eine Fortsetzung 51 mit einem Außenbund 25 auf, welcher als Widerlager für eine Druckfeder 37 dient, die auf der Fortsetzung 51 des Tragkörpers 21 geführt ist und sich andererseits an dem benachbarten Ende des Ventil¬ zylinders 22 abstützt. Die Druckfeder 37 ist in Richtung auf das Federwiderlager 25 vorgespannt.The correspondingly concentrated solution enters from the reverse osmosis module 18 into a solution outlet line 28, which opens at a valve pressure chamber 27 of a valve arrangement 20, which consists of a valve cylinder 22 and one therein arranged support body 21, on which at one end a control piston 23 and in the middle a valve piston 24 are arranged so that they are axially displaceable radially sealing within the valve cylinder 22. On the side of the valve piston 24 facing away from the control piston 23, the support body 21 has a continuation 51 with an outer collar 25 which serves as an abutment for a compression spring 37 which is guided on the continuation 51 of the support body 21 and on the other hand on the adjacent one End of the Ventil¬ cylinder 22 is supported. The compression spring 37 is biased towards the spring abutment 25.
Der Druckraum 13 der Kolben-Zylinderanordnung 12 ist über eine Leitung 26 mit dem an den Steuerkolben 23 angrenzenden Drucksteuerraum 47 verbunden. Der Ventildruckraum 27 er¬ streckt sich zwischen dem Steuerkolben 23 und dem Ventil- kolben 24 und steht in jeder Axialposition des Tragkörpers 21 mit der Lösungsausgangsleitung 28 in StrömungsVerbindung.The pressure chamber 13 of the piston-cylinder arrangement 12 is connected via a line 26 to the pressure control chamber 47 adjoining the control piston 23. The valve pressure chamber 27 extends between the control piston 23 and the valve piston 24 and is in flow connection with the solution outlet line 28 in every axial position of the support body 21.
Auf der dem Steuerkolben 23 abgewandten Seite des Ventil- kolbens 24 befindet sich im Ventilzylinder 22 ein Ventilab¬ flußraum 29, der bei jeder Axialposition des Tragkörpers 21 mit einer Abflußleitung 30 in Strömungsverbindung steht.On the side of the valve piston 24 facing away from the control piston 23 there is a valve drain chamber 29 in the valve cylinder 22, which is in flow connection with a drain line 30 in each axial position of the support body 21.
Zwischen dem Kolbenstangenraum 31 der Kolben-Zylinderanord¬ nung 12, der sich auf der vom Druckraum 13 abgewandten Seite des Arbeitskolbens 35 im Zylindergehäuse 43 befindet, und dem Ventilzylinder 22 erstreckt sich weiter eine Leitung 32, die im Bereich des Ventilkolbens 24 derart mündet, daß sie in der in Fig. 1 dargestellten Position des Tragkörpers 21 mit dem Ventildruckraum 27 und in der in Fig. 2 wiedergege¬ benen anderen Extremposition des Tragkörpers 21 mit dem Ventilabflußraum 29 verbunden ist.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ist der Arbeitskolben 35 zwei¬ teilig ausgestaltet. Hierfür ist die Kolbenstange 11 durch eine zentrale Ausnehmung 56 des Arbeitskolbens 35 hindurch¬ geführt und bildet mit ihrem druckraumseitigen Ende einen ersten Teilkolben 54, der von einem zweiten Teilkolben 55 umgeben ist. An ihrem druckraumseitigen Ende weist die Kol¬ benstange 11 einen ersten Außenbund 59 und hiervon zum ande¬ ren Ende der Kolbenstange 11 hin abgesetzt einen zweiten Außenbund 60 auf, deren Außenumfang jeweils an eine entspre¬ chende Erweiterung der zentralen Ausnehmung 56 des zweiten Teilkolbens 55 angepaßt ist. Ebenso ist der zwischen den bei¬ den Außenbünden 59 und 60 gelegene Bereich der Kolbenstange 11 an den entsprechenden Bereich der Ausnehmung 56 angepaßt. In diesem Bereich ist zwischen der Kolbenstange 11 und dem zweiten Teilkolben 55 eine Ringdichtung 61 vorgesehen.Between the piston rod chamber 31 of the piston-cylinder arrangement 12, which is located on the side of the working piston 35 facing away from the pressure chamber 13 in the cylinder housing 43, and the valve cylinder 22, a line 32 extends which opens in the region of the valve piston 24 in such a way that it is connected to the valve pressure chamber 27 in the position of the carrier body 21 shown in FIG. 1 and to the valve drain chamber 29 in the other extreme position of the carrier body 21 shown in FIG. 2. As can be seen in FIG. 1, the working piston 35 is designed in two parts. For this purpose, the piston rod 11 is guided through a central recess 56 of the working piston 35 and forms with its end on the pressure chamber side a first partial piston 54 which is surrounded by a second partial piston 55. At its end on the pressure chamber side, the piston rod 11 has a first outer collar 59 and a second outer collar 60, offset from the other end of the piston rod 11, the outer circumference of which is adapted to a corresponding expansion of the central recess 56 of the second partial piston 55 is. Likewise, the area of the piston rod 11 located between the two outer collars 59 and 60 is adapted to the corresponding area of the recess 56. In this area, an annular seal 61 is provided between the piston rod 11 and the second partial piston 55.
Der Abstand zwischen den beiden Außenbünden 59 und 60 und die Länge der beiden Erweiterungen der zentralen Ausnehmung 56 im zweiten Teilkolben 55 sind so bemessen, daß der erste Außenbund 59 der Kolbenstange 11 in der einen Endstellung mit der druckraumseitigen Stirnseite 53 des Arbeitskolbens 35 bündig abschließt, und daß die Volumenvergrößerung des Druckraums 13 durch Verschieben des ersten Teilkolbens 54 in seine andere Endstellung in etwa dem Volumen des Druck¬ steuerraums 47 der Ventilanordnung 20 entspricht. Die gestuf¬ te Ausnehmung 56 bildet mit den beiden Außenbünden 59 und 60 der Kolbenstange 11 somit die beiden Endanschläge 57 und 58 für die Relativbewegung der Kolbenstange 11 zum Arbeitskol¬ ben 35.The distance between the two outer collars 59 and 60 and the length of the two extensions of the central recess 56 in the second partial piston 55 are dimensioned such that the first outer collar 59 of the piston rod 11 in one end position is flush with the end 53 of the working piston 35 on the pressure chamber side, and that the volume increase of the pressure chamber 13 by moving the first partial piston 54 into its other end position corresponds approximately to the volume of the pressure control chamber 47 of the valve arrangement 20. The stepped recess 56, together with the two outer collars 59 and 60 of the piston rod 11, thus forms the two end stops 57 and 58 for the relative movement of the piston rod 11 to the working piston 35.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Umkehrosmose-Pumpvor¬ richtung ist wie folgt:The operation of the reverse osmosis pump device described is as follows:
Wird die Kolbenstange 11 aus der Position am Ende eines Druckhubes in Abflußrichtung A betätigt, so verschiebt sich
zunächst der erste Teilkolben 54 relativ zum zweiten Teilkolben 55 und gibt im Druckraum 13 ein Volumen frei, welches dem Volumen des Drucksteuerraums 47 entspricht. Unterstützt durch die Druckfeder 37 wird dadurch der Ventil¬ träger 21 in seine in Fig. 2 dargestellte Abflußstellung bewegt, in welcher der Kolbenstangenraum 31 über die Leitung 32 und den Ventilabflußraum 29 mit der Abflußleitung 30 in Verbindung steht. Wird die Kolbenstange 11 weiter in Abflu߬ richtung A betätigt, so öffnet das Saugventil 14, und es wird die zu behandelnde Lösung, z.B. Meerwasser, durch den Flüssigkeitseinlaß 15 hindurch in den Druckraum 13 einge¬ saugt. Die im Kolbenstangenraum 31 befindliche aufkonzen¬ trierte Lösung wird gleichzeitig weitgehend kraftlos nach außen abgeführt.If the piston rod 11 is actuated from the position at the end of a pressure stroke in the outflow direction A, it shifts first the first partial piston 54 relative to the second partial piston 55 and releases a volume in the pressure chamber 13 which corresponds to the volume of the pressure control chamber 47. Supported by the compression spring 37, the valve carrier 21 is thereby moved into its drain position shown in FIG. 2, in which the piston rod space 31 is connected to the drain line 30 via the line 32 and the valve drain space 29. If the piston rod 11 is actuated further in the drainage direction A, the suction valve 14 opens and the solution to be treated, for example sea water, is sucked into the pressure chamber 13 through the liquid inlet 15. The concentrated solution located in the piston rod space 31 is at the same time discharged to the outside largely without force.
Sobald der Arbeitskolben 35 die in Fig. 1 dargestellte End¬ position erreicht hat, wird auf die Kolbenstange 11 eine Druckkraft D ausgeübt und der Arbeitskolben 35 in Fig. 1 nach links bewegt, wobei wiederum zunächst eine Relativbe¬ wegung des ersten Teilkolbens 54 zum zweiten Teilkolben 55 erfolgt, durch welche das Saugventil 14 geschlossen und der Ventilträger 21 in die in Fig. 1 dargestellte rechte End¬ position entgegen der Kraft der Druckfeder 37 bewegt wird, in welcher der Ventildruckraum 27 über die Leitung 32 mit dem Kolbenstangenraum 31 verbunden ist. Nun wird bei weite¬ rer Bewegung des Arbeitskolbens 35 das Druckventil 16 geöff¬ net, und die jetzt im Druckraum 13 befindliche Lösung wird durch die Zuflußleitung 17 in den Umkehrosmose-Modul 18 gelenkt, wo ein Teil der Reinflüssigkeit durch die Osmose- membran 36 zum Reinflüssigkeitsauslaß 19 gelangt, während aufkonzentrierte Lösung in die Lösungsausgangsleitung 28 und über den Ventildruckraum 27 und die Leitung 32 in den Kol¬ benstangenraum 31 gedrückt wird. Dadurch entsteht im Kolben¬ stangenraum 31 ein die Bewegung des Arbeitskolbens 35 in Richtung D unterstützender Druck.
Der Aufbau des zum Eintritt der Umkehrosmose erforderlichen Drucks ergibt sich dabei daraus, daß das auf der Kolbenstan¬ genseite des Arbeitskolbens 35 freiwerdende Volumen kleiner ist als das im Druckraum 13 verdrängte Lösungsvolumen. In der Druckaufbauphase wirkt die Osmosemembran 36 durch ihre Elastizität als Ausgleichs- und Druckhalteelement. Sobald der Osmosedruck erreicht ist, tritt eine der Volumendiffe¬ renz zwischen Kolbenstangenraum 31 und Druckraum 13 entspre¬ chende Menge an Reinlösung durch die Osmosemembran 36 hindurch, so daß sich der Enddruck von selbst begrenzt.As soon as the working piston 35 has reached the end position shown in FIG. 1, a compressive force D is exerted on the piston rod 11 and the working piston 35 is moved to the left in FIG. 1, again with a first relative movement of the first partial piston 54 to the second Partial piston 55 takes place, by means of which the suction valve 14 is closed and the valve carrier 21 is moved into the right end position shown in FIG. 1 against the force of the compression spring 37, in which the valve pressure chamber 27 is connected to the piston rod chamber 31 via the line 32. Now, with further movement of the working piston 35, the pressure valve 16 is opened, and the solution now located in the pressure chamber 13 is directed through the inflow line 17 into the reverse osmosis module 18, where some of the pure liquid flows through the osmosis membrane 36 to the Pure liquid outlet 19 reaches while concentrated solution is pressed into the solution outlet line 28 and via the valve pressure chamber 27 and the line 32 into the piston rod chamber 31. This creates a pressure in the piston rod space 31 that supports the movement of the working piston 35 in the direction D. The build-up of the pressure required for the entry of the reverse osmosis results from the fact that the volume released on the piston rod side of the working piston 35 is smaller than the volume of solution displaced in the pressure chamber 13. In the pressure build-up phase, the osmosis membrane 36 acts as a compensation and pressure-maintaining element due to its elasticity. As soon as the osmosis pressure is reached, an amount of pure solution corresponding to the volume difference between the piston rod space 31 and the pressure space 13 passes through the osmosis membrane 36, so that the final pressure is limited by itself.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 10 bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Bauelemente wie beim vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel.In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 to 10, the same reference numbers denote corresponding components as in the exemplary embodiment described above.
Die Ausführungsform der Fig. 3 und 4 entspricht der ersten Ausführungsform mit dem Unterschied, daß bei dieser zweiten Ausführungsform jeweils im Bereich der Kolbenstangenbohrung 45 ein Absperrventil 38 vorgesehen ist, welches durch einen zwischen zwei Dichtungen 48 und 49 abgegrenzten Abflußraum 52 und einen Querkanal 41 in der Kolbenstange 11 gebildet wird, der mit einem im wesentlichen axialen Ablaufkanal 40 in der Kolbenstange 11 verbunden ist. Der Ablaufkanal 40 der Kolbenstange 11 steht über einen weiteren Querkanal 42 der Kolbenstange 11 mit einem Ablauf 39 in Verbindung.The embodiment of FIGS. 3 and 4 corresponds to the first embodiment with the difference that in this second embodiment a shut-off valve 38 is provided in each case in the region of the piston rod bore 45, which is defined by a discharge space 52 and a transverse channel 41 in between two seals 48 and 49 the piston rod 11 is formed, which is connected to an essentially axial drain channel 40 in the piston rod 11. The outlet channel 40 of the piston rod 11 is connected to an outlet 39 via a further transverse channel 42 of the piston rod 11.
Der Ablaufraum 52 zwischen den beiden Dichtungen 48 und 49 steht andererseits über eine Ablaufleitung 44 mit dem vorde¬ ren Ende des Druckraums 13 der Kolben-Zylinderanordnung 12 in Strömungsverbindung.The outlet space 52 between the two seals 48 and 49, on the other hand, is in flow connection via an outlet line 44 to the front end of the pressure space 13 of the piston-cylinder arrangement 12.
In der aus Fig. 4 ersichtlichen Druckhub-Endposition des Arbeitskolbens 35 ist das Ventil 38 geöffnet, indem der Querkanal 41 an den Ablaufräum 52 zwischen den Dichtungen
48, 49 angeschlossen und der Querkanal 42 mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Ablauf 39 verbunden ist. Auf diese Weise kann der im Druckraum 13 vorhandene hohe Druck rasch abgebaut werden.In the pressure stroke end position of the working piston 35 shown in FIG. 4, the valve 38 is opened in that the transverse channel 41 connects to the outlet space 52 between the seals 48, 49 connected and the cross channel 42 is connected to an outlet 39 under atmospheric pressure. In this way, the high pressure present in the pressure chamber 13 can be quickly reduced.
Bei in der anderen Extremstellung befindlichem Arbeitskolben 35 (Fig. 3) schließt die Umfangsflache der Kolbenstange 11 das Ventil 38, so daß der beim Druckhub auch in der Ablauf- leitung 44 und dem Ablaufräum 52 zwischen den Dichtungen 48, 49 aufgebaute Druck aufrechterhalten bleibt. Der Verbin¬ dungskanal 40 und die Querkanäle 41, 42 befinden sich in dieser Position außerhalb des Zylindergehäuses 43.When the working piston 35 is in the other extreme position (FIG. 3), the circumferential surface of the piston rod 11 closes the valve 38, so that the pressure built up in the discharge line 44 and the discharge space 52 between the seals 48, 49 is maintained during the pressure stroke. The connecting channel 40 and the transverse channels 41, 42 are located in this position outside the cylinder housing 43.
In den Fig. 3 und 4 ist diese zweite Variante mit nur einteiligem Arbeitskolben dargestellt . Grundsätzlich kommt aber auch hier ein zweiteiliger Arbeitskolben in Betracht.3 and 4, this second variant is shown with only one-piece piston. Basically, a two-part piston is also considered here.
Die Funktion der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist wie folgt :The function of the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is as follows:
Am Ende eines Druckhubes öffnet gemäß Fig. 4 das Ventil 38, so daß der im Druckraum 13 anstehende Druck über den Ablauf 39 abgebaut wird. Hierdurch wird der Drucksteuerraum 47 drucklos, und die Druckfeder 37 kann nunmehr den Tragkörper 21 mit dem Steuerkolben 23 und dem Ventilkolben 24 über den Außenbund 25 aus der in Fig. 3 dargestellten Druckstellung in die in Fig. 4 gezeigte Abflußstellung umschalten. Nachdem dies geschehen ist, wird der Arbeitskolben 35 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 4 bewegt, wobei über das Saugventil 14 Lösung, z.B. Meerwasser über den Flüssigkeitseinlaß 15 in den Druckraum 13 gesaugt wird. Hierbei schließt das Ventil 38, und die im Kolbenstangenraum 31 befindliche aufkonzen¬ trierte Lösung wird über die Leitung 32 und den Ventilabflu߬ raum 29 in die Abflußleitung 30 gedrückt. Schließlich er¬ reicht der Kolben 35 die in Fig. 3 wiedergegebene rechte
Endposition.4, the valve 38 opens at the end of a pressure stroke, so that the pressure in the pressure chamber 13 is reduced via the outlet 39. As a result, the pressure control chamber 47 is depressurized, and the compression spring 37 can now switch the support body 21 with the control piston 23 and the valve piston 24 via the outer collar 25 from the pressure position shown in FIG. 3 to the drain position shown in FIG. 4. After this has been done, the working piston 35 is moved in the direction of arrow A in FIG. 4, solution, for example sea water, being sucked into the pressure chamber 13 via the suction valve 14, via the liquid inlet 15. The valve 38 closes and the concentrated solution located in the piston rod chamber 31 is pressed into the drain line 30 via the line 32 and the valve drain chamber 29. Finally, the piston 35 reaches the right one, which is shown in FIG. 3 End position.
Wird anschließend die Beaufschlagungsrichtung der Kolben¬ stange 11 umgekehrt, d.h. wird die Kolbenstange 11 nunmehr in Richtung des Pfeiles D in Fig. 3 beaufschlagt, so wird im Druckraum 13 Druck erzeugt und über die Leitung 26 Druck im Drucksteuerraum 47 aufgebaut, wodurch der Tragkörper 21 unter Zusammendrückung der Druckfeder 37 wieder in die aus Fig. 3 ersichtliche Druckstellung umgesteuert wird. Nun kann über die Zuflußleitung 17 wieder Lösung aus dem Druckraum 13 in den Umkehrosmosemodul 18 gedrückt werden.If the direction of action of the piston rod 11 is subsequently reversed, i.e. If the piston rod 11 is now acted on in the direction of arrow D in FIG. 3, pressure is generated in the pressure chamber 13 and pressure is built up in the pressure control chamber 47 via the line 26, as a result of which the support body 21 compresses the compression spring 37 back into that of FIG. 3 apparent print position is reversed. Solution can now be pressed from the pressure space 13 into the reverse osmosis module 18 via the inflow line 17.
Der im Umkehrosmose-Modul 18 befindliche Druck wird über die Lösungsausgangsleitύng 28, den Ventildruckraum 27, die Leitung 32 und den Kolbenstangenraum 31 auf die Rückseite des Arbeitskolbens 35 gegeben, wodurch in erwünschter Weise die Unterstützung der Bewegung des Arbeitskolbens 35 zu¬ sätzlich zur Beaufschlagungskraft D erfolgt.The pressure in the reverse osmosis module 18 is passed through the solution outlet line 28, the valve pressure chamber 27, the line 32 and the piston rod chamber 31 to the rear of the working piston 35, which in a desired manner supports the movement of the working piston 35 in addition to the application force D he follows.
Die in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den ersten beiden Ausführungsbei- spielen dadurch, daß das Federwiderlager 25 als zweiter Steuerkolben 25' ausgebildet ist, der mit dem benachbarten Ende des Ventilzylinders 22 einen zweiten Drucksteuerraum 33 begrenzt, welcher über eine Drucksteuerleitung 34 mit dem Kolbenstangenraum 31 verbunden ist. Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist gegenüber der Variante der Fig. 7 und 8 lediglich die Druckfeder 37 im zweiten Drucksteuerraum 33 weggelassen. Dies ist grund¬ sätzlich auch bei der Variante der Fig. 5 und 6 möglich.The exemplary embodiments shown in FIGS. 5 to 8 differ from the first two exemplary embodiments in that the spring abutment 25 is designed as a second control piston 25 ', which, with the adjacent end of the valve cylinder 22, delimits a second pressure control chamber 33, which via a Pressure control line 34 is connected to the piston rod chamber 31. In the embodiment shown in FIGS. 9 and 10, only the compression spring 37 in the second pressure control chamber 33 is omitted compared to the variant in FIGS. 7 and 8. In principle, this is also possible in the variant of FIGS. 5 and 6.
Die Arbeitsweise dieser Varianten der Umkehrosmose-Pump- Vorrichtung ist wie folgt:
Wird der Arbeitskolben 35 aus der Position am Ende eines Druckhubes in Abflußrichtung A betätigt, so öffnet das Saugventil 14 wie in Fig. 6, 8 und 10 dargestellt, und es wird die zu behandelnde Lösung, z.B. Meerwasser durch den Flüssigkeitseinlaß 15 hindurch in den Druckraum 13 einge¬ saugt. Da hierbei im Kolbenstangenraum 31 Druck entsteht, wird über die Drucksteuerleitung 34 im Drucksteuerraum 33 ein Druck aufgebaut, der ggf. zusammen mit der Druckfeder 37 den Tragkörper 21 mit den daran angeordneten Steuerkolben 23 und 25 und dem Ventilkolben 24 in die in Fig. 6, 8 und 10 veranschaulichte Abflußstellung überführt, in welcher der Kolbenstangenraum 31 über die Leitung 32 und den Ventilab¬ flußraum 29 mit der Abflußleitung 30 in Verbindung steht. Die im Kolbenstangenraum 31 befindliche aufkonzentrierte Lösung wird daraufhin weitgehend kraftlos nach außen abgeführt .The operation of these variants of the reverse osmosis pump device is as follows: If the working piston 35 is actuated from the position at the end of a pressure stroke in the discharge direction A, the suction valve 14 opens as shown in FIGS. 6, 8 and 10, and the solution to be treated, for example sea water, passes through the liquid inlet 15 into the pressure chamber 13 sucked in. Since pressure is generated in the piston rod chamber 31, a pressure is built up in the pressure control chamber 33 via the pressure control line 34, which, together with the compression spring 37, the support body 21 with the control pistons 23 and 25 and the valve piston 24 arranged thereon in FIG. 8 and 10 illustrated drain position, in which the piston rod space 31 is connected to the drain line 30 via the line 32 and the valve drain space 29. The concentrated solution located in the piston rod space 31 is then discharged to the outside largely without force.
Sobald der Arbeitskolben 35 die in Fig. 5, 7 und 9 darge¬ stellte Endposition erreicht hat, wird auf die Kolbenstange 11 eine Druckkraft D ausgeübt und der Arbeitskolben 35 in Fig. 5, 7 und 9 nach links bewegt, wodurch das Saugventil 14 schließt und über die Drucksteuerleitung 26 im ersten Druck¬ steuerraum 47 Druck aufgebaut wird, der aufgrund des gleich¬ zeitigen Druckabfalls im Kolbenstangenraum 31 den Tragkörper 21 mit den Steuerkolben 23 und 25 und dem Ventilkolben 24 ggf. entgegen der Kraft der Druckfeder 37 in die aus Fig. 5 ersichtliche Druckstellung überführt, in welcher der Ventil- druckraum 27 über die Leitung 32 mit dem Kolbenstangenraum 31 verbunden ist. Nun kann sich bei weiterer Bewegung des Arbeitskolbens 35 das Druckventil 16 öffnen und die jetzt im Druckraum 13 befindliche Lösung wird nunmehr durch die Zu¬ flußleitung 17 in den Umkehrosmose-Modul 18 gelenkt, wo ein Teil der Reinflüssigkeit durch die Osmosemembran 36 zum Reinflüssigkeitsauslaß 19 gelangt, während aufkonzentrierte Lösung in die Lösungsausgangsleitung 28 und über den Ventil-
druckraum 27 und die Leitung 32 in den Kolbenstangenraum 31 gedrückt wird. Dadurch entsteht im Kolbenstangenraum 31 ein die Bewegung des Arbeitskolbens 35 in Richtung D unter¬ stützender Druck.As soon as the working piston 35 has reached the end position shown in FIGS. 5, 7 and 9, a pressure force D is exerted on the piston rod 11 and the working piston 35 is moved to the left in FIGS. 5, 7 and 9, whereby the suction valve 14 closes and pressure is built up via the pressure control line 26 in the first pressure control chamber 47, which, owing to the simultaneous pressure drop in the piston rod chamber 31, the support body 21 with the control pistons 23 and 25 and the valve piston 24, possibly against the force of the compression spring 37, into the pressure from FIG 5 shown pressure position, in which the valve pressure chamber 27 is connected via the line 32 to the piston rod chamber 31. Now, with further movement of the working piston 35, the pressure valve 16 can open and the solution now located in the pressure chamber 13 is now directed through the inflow line 17 into the reverse osmosis module 18, where part of the pure liquid reaches the clean liquid outlet 19 through the osmosis membrane 36 while concentrated solution in the solution outlet line 28 and via the valve pressure chamber 27 and the line 32 is pressed into the piston rod chamber 31. This creates a pressure in the piston rod space 31 that supports the movement of the working piston 35 in the direction D.
Bei allen Ausführungsvarianten erfolgt die Umsteuerung der Ventilanordnung 20 automatisch und sicher bei entsprechender Betätigung der Kolbenstange 11.In all design variants, the valve arrangement 20 is reversed automatically and safely when the piston rod 11 is actuated accordingly.
Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Hülle anzuordnen, die als Schwimmkörper ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung ist insbeson¬ dere für Vorrichtungen zur Meerwasserentsalzung vorteilhaft, die als Notfalleinrichtung für in Seenot geratene Personen dient.The possibility of arranging the device according to the invention in a casing which is designed as a floating body is not shown. Such a configuration is particularly advantageous for devices for sea water desalination, which serves as an emergency device for people in distress.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß der Arbeits- kolben 35 auch durch eine Druckmembran ersetzt werden kann, die von einer Kolbenstange 11 ähnlich wie der Arbeitskolben 35 in beiden Richtungen beaufschlagt werden kann.
Finally, it should also be pointed out that the working piston 35 can also be replaced by a pressure membrane which can be acted upon in both directions by a piston rod 11 similar to the working piston 35.