Vorrichtung zur Regelung des Zuflusses einer Flüssigkeit in einen Behälter, insbesondere zur Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf die Zuflussregelung einer Flüssigkeit in einen Behälter, und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Zuflussregelung einer Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere einer Umkehrosmoseanlage zur Gewinnung von hochreinem Wasser für medizinische Zwecke, zB zur Versorgung von Hämodialysegeräten. Außerdem betrifft die Erfindung eine Drossel, mit der insbesondere der erforderliche Filtrationsdruck eines Umkehrosmosefilters einstellbar ist, ohne dass die Verwendung der Drossel hierauf beschränkt ist.

US 6 047 943 A, DD 21 7 336 A, DE 25 1 1 306 A, US 3 145 967 und DE 361 99 54 A1 offenbaren Schlauchventile mit einer den Schlauch umgebenden Druckkammer.

DE 195 20 914 C1 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung einer Umkehrosmoseanlage zur Wasseraufbereitung. Diese Erfindung sieht vor, dass eine selbsttätige Anpassung des Konzentratflusses in der Abflussleitung an den Rohwasserzufluss in den Vorlaufbehälter stattfindet. Der Vorlaufbehälter ist mit einem Zuflussventil versehen, das durch einen Schwimmer geregelt wird, der das Zuflussventil mehr oder weniger öffnet oder verschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Das Schema einer Umkehrosmoseanlage mit Einrichtungen entsprechend der Erfindung ist in Figur 1 angegeben. Zentrales Element der gezeigten Anordnung ist ein Vorlaufbehälter 1 , dem das aufzubereitende Wasser über ein Hauptventil 2 zugeführt wird. Entsprechend dem üblichen Verfahren wird das Wasser am Behälterboden entnommen und über eine Hochdruckpumpe 3 dem Umkehrosmosefilter 4 zugeführt, dessen Primärraum 4a durch eine semipermeable Membran 5 von dem Sekundärraum 4b getrennt ist. Aus dem Sekundärraum wird das Permeat über ein Ventil 6 den Verbrauchsstellen zugeleitet. Der für die Filtration erforderliche Druck wird durch die Pumpe 3 in Verbindung mit einem in die Ausgangsleitung der primären Strömungsstrecke eingefügten Strömungswiderstand, zB in Form einer Drossel 7, eingestellt. Über ein Ventil 8 wird das durch die Drossel abfließende Konzentrat zumindest teilweise verworfen und dem Abfluss zugeleitet. In Abhängigkeit von der Wasserqualität und der Auslastung der Anlage kann jedoch ein Teil des Konzentrats über eine Leitung 10 in den Vorlaufbehälter zurück geleitet werden. Je nach Bauart des Ventils 8 ist eine zeitlich getaktete oder eine kontinuierlich geregelte Konzentratrückführung möglich. Ebenso ist es üblich, überschüssig erzeugtes Permeat in den Vorlaufbehälter zurück zu leiten. Hierzu kann eine entsprechende Gestaltung des Ventils 6 dienen.

Die Zufuhr von aufzubereitendem Wasser in das Vorlaufgefäß soll so geregelt werden, dass der Füllstand im normalen Betrieb weitgehend konstant bleibt, und zwar so, dass die freie Fallstrecke des Wassers, dh die Distanz zwischen der Öffnung der zuführenden Leitung und der Wasseroberfläche, ein vorgegebenes Maß nicht unterschreitet. Bei der gezeigten Anordnung wird zur Erfassung des Füllstandes ein Schwimmer 1 1 benutzt, dessen füllstandsabhängige Auftriebskraft jedoch, entgegen einer üblichen Gestaltungsweise, nicht unmittelbar zur Betätigung des Hauptventils genutzt wird. Statt dessen wird der Schwimmer dazu benutzt, ein Steuerventil 12 zu betätigen. Das Steuerventil wirkt als variabler, vom Füllstand abhängiger Strömungswiderstand und erzeugt im Zusammenwirken mit einem stromaufwärts mit der zuführenden Wasserleitung verbundenen Strömungsengpass den Steuerdruck für das Hauptventil 2. Der Strömungsengpass ist bei der gezeigten Anordnung in das Hauptventil integriert und zwar in Form eine Kanals 21 a,b. Eine Stellschraube 21 c kann dazu dienen, den Strömungswiderstand dieses Kanals zu justieren. Der Strömungskanal 21 a,b mündet in eine ringförmige Steuerkammer 22 des Hauptventils, mit der auch das Steuerventil 12 über eine Leitung 1 3 in Verbindung steht.

Das Hauptventil 2 hat einen zuführenden Strömungskanal 23, der mit der Wasser-Versorgungsleitung verbunden ist, und einen abführenden Strömungskanal 24, der in das Vorlaufgefäß mündet. Im Ventilkörper stehen diese beiden Kanäle von kreisförmigem Querschnitt einander in einer Linie gegenüber, jedoch ist der direkte Übergang von der zuführenden zur abführenden Leitung durch eine Trennwand 25 gesperrt. Beiderseits der Trennwand führen Öffnungen nach außen. Der Übergangsbereich zwischen dem zu- und dem abführenden Strömungskanal ist von einer elastischen Hülle 27 umschlossen, die im Ruhezustand durch ihre Schließkraft den Flüssigkeitsweg zwischen den Öffnungen des zu- und des abführenden Strömungskanals sperrt.

Nach den Außenseiten hin ist die elastische Hülle 27 formschlüssig dichtend mit den Außenwänden der Strömungskanäle verbunden und bildet zugleich das Dichtungselement zwischen den Außenwänden der zu- und abführenden Strömungskanäle und dem umgebenden Gehäuse des Hauptventils. Die innere Kontur des Ventilgehäuses bildet dabei die Außenfläche der Steuerkammer 22. Diese umschließt den mittleren Bereich zwischen den zu- und abführenden Strömungskanälen 23, 24 derart, dass deren elastische Hülle - je nach Druckverhältnissen - sich mehr oder weniger weit in die Steuerkammer hinein ausdehnen kann.

Wenn in der Steuerkammer 22 der gleiche Druck herrscht wie in der zuführenden Leitung 23, hält die elastische Kraft der Hülle 27 den Bereich zwischen den Öffnungen des zu- und des abführenden Strömungskanals geschlossen, hd das Hauptventil ist gesperrt. Dies ist bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung dann der Fall, wenn das Steuerventil 1 2 infolge ausreichend hohen Füllstandes durch die Auftriebskraft des Schwimmers geschlossen ist. Bei Absinken des Füllstandes und allmählichem Öffnen des Steuerventils sinkt der Druck in der Steuerkammer 22 ab. Der im Bereich der Öffnungen des zuführenden Strömungskanals wirkende Druck bewirkt dann eine Ausweitung der elastischen Hülle, so dass das Wasser durch die seitlichen Öffnungen in den abführenden Strömungskanal gelangt und dem Vorlaufgefäß zugeführt wird.

Das Steuerventil 1 2 hat gemäß der gezeigten Anordnung einen feststehenden Teil in Form eines senkrechten Rohres, das mit einem Flansch am Deckel des Vorlaufgefäßes befestigt ist und unten in einer eng umrandeten, düsenartigen Öffnung endet. Auf dem Rohr ist eine Hülse 30 mit einem^oberen Flansch 34 senkrecht verschiebbar gelagert. Die Hülse 30 ist unten durch einen elastischen Stopfen 31 verschlossen. Über dem Stopfen münden Öffnungen 32 seitlich nach außen. Wenn die Hülse mittel eines den Flansch 34 untergreifenden Hebels 33 ganz nach oben geschoben wird, legt sich der elastische Stopfen gegen die Düsenöffnung, und der Ausfluss ist gesperrt.

Zur Betätigung des Steuerventils wird der oben erwähnte Hebel 33 benutzt, der die Auftriebskraft des Schwimmers 1 1 auf den Flansch 34 im oberen Bereich der verschiebbaren Hülse 30 überträgt. Diese Anordnung hat ua den Vorteil, dass auch bei dem Steuerventil eine ausreichende freie Fallstrecke für das austretende Wasser eingehalten wird. Die kraftverstärkende Wirkung des Hebels trägt außerdem dazu bei, die zum Schließen des Steuerventils erforderliche Auftriebskraft des Schwimmers weiter zu reduzieren. Dies unterstützt die Zielsetzung, das Bauvolumen des Zuflussreglers möglichst gering zu halten.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das schwimmergesteuerte Ventil 12 nicht direkt an die Steuerkammer des Hauptventils angeschlossen wird, sondern über ein in die Verbindungsleitung 1 3 eingefügtes Magnetventil. Im geschlossenen (stromlosen) Zustand dieses Magnetventils bleibt dann, unabhängig von der Schwimmerstellung, das Hauptventil 2 geschlossen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, in bestimmten Situationen den Wasserzufluss unabhängig vom Füllstand zu sperren. Ein mehrfach größeres Haupt-Magnetventil, das für derartige Zwecke in die zuführende Wasserleitung einzufügen wäre, kann dann entfallen.

Figur 2 zeigt die besondere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drossel, die die Drossel 7 in Figur 1 ersetzt. Die Drossel hat weitgehend denselben Aufbau wie das oben beschriebene Hauptventil 2 jedoch entfallen die dort vorgesehenen Kanäle 21 a und 21 b sowie die Stellschraube 21 c. Der Anschluss 13 ist mit einer regelbaren Druckquelle verbunden, um Druck einer einstellbaren Höhe auf die elastische Hülle 27 in der Steuerkammer 22 aufzubringen und die Außenflächen der zu- und abfließenden Strömungskanäle zu verschließen bzw. zu öffnen.

Dieser Strömungswiderstand erzeugt, bedingt durch die elastische Dehnung des die Öffnungen der Strömungskanäle abdeckenden Teils der Hülle 27 eine deutlich geringere Geräuschentwicklung als motorisch betriebene Kugelhähne oder feststehende Strömungs widerstände.

Die regelbare Druckquelle kann eine Wasserquelle mit einer zugehörigen Pumpe sein.

In einer alternativen Ausführungsform weist die regelbare Druckquelle eine Druckluftquelle und einen Kompressor auf.

Die erfindungsgemäße Drossel ist nicht nur zur Einstellung des Filtrationsdrucks in einer Wasseraufbereitungsanlage, sondern auch auf vielen anderen Gebieten als Strömungswiderstand verwendbar.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es liegen zahlreiche Modifikationen und Änderungen im Rahmen des Erfindungsgedankens. Insbesondere können alle offenbarten Merkmale nicht nur auf die beschriebene Weise miteinander kombiniert werden, sondern die einzelnen Merkmale sind auf jede denkbare Weise miteinander kombinierbar.