DE19702292A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Filterung, insbesondere bei der Gewinnung von trinkbarem Wasser mittels einer filternden Umkehrosmose-Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung, insbesondere bei der Gewinnung von trinkbarem Wasser aus unter Systemdruck stehendem in einer Rohrleitung geleitetem Rohwasser mittels einer filternden Umkehrosmose-Einrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Filterung, insbesondere bei der Gewinnung von trinkbarem Wasser aus unter Systemdruck stehendem in einer Rohrleitung geleitetem Rohwasser mittels einer filternden Umkehrosmose-Einrichtung, vorzugsweise zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Es ist bekannt, aus mit gelösten Fremdstoffen belastetem Rohwasser mit Hilfe einer Umkehrosmose-Einrichtung reines, trinkbares Wasser zu gewinnen. Der erforderliche osmotische Druck wird dabei von einer Pumpe erzeugt, für deren Betrieb Energie bereitzustellen ist, z. B. in Form von elektrischem Strom, mit dem ein die Pumpe anzutreibender Elektromotor versorgt wird.

Abgesehen von dem kostenverursachenden apparativen Aufwand ist auch der laufende Betrieb der Umkehrosmose-Einrichtung durch die Bereitstellung der erforderlichen Energie kosten­ intensiver.

Bei der Umkehrosmose fällt ein erheblicher Teil des behandelten Rohwassers als stark belastetes Konzentrat an. Das Konzentrat wird bei den bekannten Verfahren einfach als Abwasser entsorgt und geht so verloren. Lediglich ein Teil des zugeführten Rohwassers, welcher wesentlich geringer ist als der Teil des als Abwasser entsorgten Konzentrats, verbleibt nach der Umkehrosmose als Permeat, das heißt als reines zu Trinkzwecken verwendbares Wasser, dessen Herstellungskosten entsprechend hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine kostengünstige Aufbereitung von Wasser zu reinem, trinkbaren Wasser mit Hilfe der Umkehrosmose- Einrichtung ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu finden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein in der Rohrleitung geleiteter Rohwasserstrom in einen Nutz­ wasserstrom und einen Trinkwasserstrom verzweigt wird, daß der Nutzwasserstrom zu einem Verbraucher geleitet wird, daß der Trinkwasserstrom zur Umkehrosmose-Einrichtung geleitet wird, daß dem Nutzwasserstrom Energie bei eingeschaltetem Verbraucher entnommen wird und daß die entnommene Energie des Nutzwasser­ stromes genutzt wird, um den Systemdruck des Trinkwasserstromes auf den für die Umkehrosmose-Einrichtung notwendigen Druck zu erhöhen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der von dem Roh­ wasserstrom abgezweigte Nutzwasserstrom zu einem Verbraucher geführt. Bei eingeschaltetem Verbraucher entsteht ein Druck­ gefälle zwischen der Verzweigung des Rohwasserstromes und dem Anschlußort des Verbrauchers in dem Nutzwasserstrom. Dem nun strömenden Nutzwasserstrom wird die enthaltene Energie entzogen und zur Erzeugung für eine Filterung benötigten Druckes, insbesondere des osmotischen Druckes in der Umkehrosmose-Ein­ richtung verwendet. Um die Energie zu entziehen und ent­ sprechend umzusetzen, indem damit Einrichtungen angetrieben werden, die in der Lage sind, den Druck eines Trinkwasser­ stromes auf einen für die Umkehrosmose-Einrichtung notwendigen Wert zu erhöhen, können übliche, bekannte Techniken und Apparaturen eingesetzt werden, die zur Erfüllung der genannten Zwecke geeignet und ausgelegt sind. Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung des im zugeführten Rohwasser enthaltenen Energie­ potentials zum Betreiben einer Druckerhöhungs-Einrichtung ent­ fällt der bei bekannten Verfahren für einen Betrieb der Umkehrosmose-Einrichtung erforderliche Einsatz zusätzlicher Energie. Demzufolge kann kostengünstig das als reines, trink­ bares Wasser verwendbare Permeat einer Umkehrosmose gewonnen werden.

Durch die Verzweigung des Rohwasserstromes in einen mengenmäßig geringeren Trinkwasserstrom und in einen größeren Nutzwasserstrom wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge des bei der Trinkwassergewinnung anfallende Konzentrats vorteilhaft geringer gehalten als es bei den bekannten Verfahren der Fall ist. Das Konzentrat wird nicht wie bei den bekannten Verfahren als Abwasser entsorgt, sondern gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in den Nutzwasserstrom eingeleitet und, gemeinsam mit dem Nutzwasser einem Verbraucher, z. B. einer Waschmaschine, einer Toilettenspülung oder dergleichen zugeführt, also im Gegensatz zum nutzlosen Abwasser, noch einer Nutzung durch einen oder mehrere Verbraucher unterworfen.

Für die Erhöhung des Systemdruckes auf den für die Umkehrosmose-Einrichtung notwendigen Druck, wird eine Hydro­ pumpe verwendet. Die Hydropumpe ist so dimensioniert, daß sie den für die Umkehrosmose-Einrichtung notwendigen Druck auf­ bringt. Für den Antrieb der Hydropumpe wird ein die für seinen Betrieb erforderliche Energie dem Nutzwasserstrom entnehmender Pumpenantrieb verwendet. Der Pumpenantrieb wird mit besonderem Vorteil lediglich von der Energie des Nutzwasserstromes ge­ trieben.

Eine möglichst wirtschaftliche Ausnutzung des Trinkwasser­ stromes wird dadurch erreicht, daß ein Anteil des in die Umkehrosmose-Einrichtung eingeleiteten Trinkwasserstromes als Permeat aus der Umkehrosmose-Einrichtung in einen Speicher geleitet wird und daß der Restanteil des in die Umkehrosmose- Einrichtung eingeleiteten Trinkwasserstromes als Konzentrat in den Nutzwasserstrom eingeleitet wird. Das in den Speicher ge­ leitete Permeat kann bei Bedarf zu Trinkzwecken entnommen werden. Die Versorgung zu Trinkzwecken ist durch den das Permeat sammelnden Speicher auch bei schwankendem Bedarf sichergestellt. Das in den Nutzwasserstrom eingeleitete Konzentrat wird aus der Umkehrosmose-Einrichtung abgeführt und dem vom Rohwasserstrom abgezweigten Nutzwasserstrom wieder zugesetzt. Um dabei die Menge des rückfließenden Konzentrats zu regeln, wird der in den Nutzwasserstrom eingeleitete Strom des Konzentrats vor der Einleitung gedrosselt.

Die Temperatur des in den Speicher geleiteten Permeats kann mit besonderem Vorteil dadurch niedrig gehalten werden, daß das in den Speicher eingeleitete Permeat vom Rohwasserstrom gekühlt wird. Durch die Kühlung des Permeats bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Gefahr einer Verkeimung des Permeats minimiert. Das für die Kühlung verwendete Rohwasser kann, nachdem es seine Kühlzwecke erfüllt hat, der erfindungsgemäßen Gewinnung von trinkbarem Wasser zugeleitet werden. Eine weitere Möglichkeit die Verkeimung des Trinkwassers zu verhindern sieht vor, daß die Umkehrosmose- Einrichtung von dem zugeleiteten Trinkwasserstrom gekühlt wird. Neben der Kühlung des Permeats kann somit ebenfalls eine Kühlung des in die Umkehrosmose-Einrichtung eingeleiteten Trinkwassers erfolgen, um damit eine Verkeimung eines Filters, hier der Umkehrosmose-Einrichtung zu vermindern.

Um den in der Umkehrosmose-Einrichtung notwendigen Druck aufrechtzuerhalten, wird ein Rückfluß des in die Hydropumpe eingeleiteten Trinkwasserstromes zum Rohwasserstrom vor dem Einlaß in die Hydropumpe gesperrt.

Eine zusätzliche Aufbereitung des trinkbaren Wassers wird dadurch erreicht, daß das in der Umkehrosmose-Einrichtung anfallende Permeat durch wenigstens ein Filter geleitet wird. Damit besteht die Möglichkeit, den Permeatstrom durch verschiedene Filter oder sonstige Einrichtungen zu leiten und somit eine jeweils gewünschte Qualität des trinkbaren Wassers zu erreichen. Es kann z. B. für die Aufmineralisierung bzw. Entsäuerung des Permeats ein Mineralisierungsfilter verwendet werden.

Eine Vorrichtung zur Gewinnung von trinkbarem Wasser aus unter Systemdruck stehendem in einer Rohrleitung geleitetem Rohwasser mittels einer Umkehrosmose-Einrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, ist dadurch gekennzeichnet, daß die das Rohwasser leitende Rohrleitung eine Verzweigung aufweist, an die stromabwärts eine zum Einlaß der Umkehrosmose- Einrichtung führende Trinkwasserstrom-Rohrleitung und eine zu einem Verbraucher führende Nutzwasserstrom-Rohrleitung angeschlossen ist und daß ein vom Nutzwasserstrom durchströmter und dabei mit der Energie des Nutzwasserstromes arbeitender Pumpenantrieb vorgesehen ist, der eine den notwendigen Druck für die Umkehrosmose-Einrichtung erzeugende Hydropumpe antreibt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der mit der Energie des Nutzwasserstromes vorzugsweise bei eingeschaltetem Verbraucher arbeitende Pumpenantrieb die Hydropumpe antreiben, welche den notwendigen Druck für die Umkehrosmose-Einrichtung erzeugt, ohne daß somit der Einsatz von Zusatzenergie für das Betreiben des Pumpenantriebs benötigt wird.

Der Pumpenantrieb der Hydropumpe kann als ein Hub­ verdrängermotor ausgebildet sein, wobei ein einhubiger aber auch mehrhubige als Reihenhubverdrängermotoren bezeichnete Pumpenantriebe verwendet werden können. Die von dem Hub­ verdrängermotor angetriebene Hydropumpe kann als Hubverdränger­ pumpe ausgebildet sein. Die Hubverdrängerpumpe ist in kon­ struktiver Hinsicht eine vorteilhaft einfache Ausgestaltung der Hydropumpe.

Eine weitere mögliche Ausbildung des Pumpenantriebes für die Hydropumpe könnte ein Umlaufverdrängermotor sein, wobei sämtliche dem Gattungsbegriff des Umlaufverdrängermotors zugeordneten Antriebe, wie z. B. Flügelzellenmotoren, Zahnradmaschinen oder dergleichen einsetzbar sind. Bei der Verwendung eines zur Gattung Umlaufverdrängermotor gehörenden Pumpenantriebs für die Hydropumpe kann die Hydropumpe als Umlaufverdrängerpumpe ausgebildet sein. Die Antriebswelle der Umlaufverdrängerpumpe und die Abtriebswelle des Umlaufver­ drängermotors sind miteinander gekoppelt, entweder direkt öder z. B. mittels eines Getriebes. Die Umlaufverdrängerpumpe kann z. B. als eine Flügelzellenpumpe, eine Zahnradpumpe oder dergleichen ausgebildet sein.

Eine mögliche konstruktive Ausgestaltung des Hub­ verdrängermotors sieht vor, daß der Hubverdrängermotor einen vom Nutzwasserstrom durchströmten Rohrzylinder umfaßt, in dem ein doppelt beaufschlagbarer Kolben mit unterschiedlich bemessenen Kolbenflächen geführt ist und daß ein den den Rohrzylinder durchströmenden Nutzwasserstrom in Abhängigkeit von der Kolbenstellung im Rohrzylinder unterbrechendes Verschlußorgan vorgesehen ist. Durch das den Nutzwasserstrom unterbrechende Verschlußorgan ist die Kolbenbewegungsrichtung in Abhängigkeit der Kolbenstellung steuerbar und somit ist eine sonst übliche externe Steuerung nicht erforderlich.

Der Hubverdrängermotor ist vorzugsweise mit einer auf das Verschlußorgan wirkenden Feder ausgerüstet. Damit kann das Verschlußorgan in abgehobener Position von der Kolbenfläche gegen den durch den Hubverdrängermotor strömenden Nutz­ wasserstrom gehalten werden und gleichzeitig sind der Kolben und das Verschlußorgan elastisch miteinander verbunden, so daß eine zyklische Arbeitsweise des Hubverdrängermotors möglich ist. Dies wird insbesondere dadurch möglich, daß der Kolben mit einem axial durch den Kolben laufenden Strömungskanal ausgerüstet ist, dessen in der oberen Kolbenfläche befindlicher Eintrittsöffnung das Verschlußorgan zugeordnet ist, welches als die Eintrittsöffnung abdeckender Körper ausgebildet ist, daß das Verschlußorgan mittels der Feder in von der Kolbenfläche abgehobener Position gehalten ist, in der der Strömungskanal offen ist und daß das Verschlußorgan unmittelbar vor Erreichen der oberen Kolben-Endstellung des Kolbens im Rohrzylinder mit dem oberen Deckel des Rohrzylinders in Anschlag bringbar ist und bei Weiterbewegung des Kolbens in seine Endstellung gegen die Kraft der Feder in die Schließstellung für den Strömungskanal bewegbar ist, und umgekehrt.

Eine möglichst kompakte Bauweise des Hubverdrängermotors und der Hubverdrängerpumpe wird dadurch erreicht, daß ein als Hubverdrängermotor vorliegender Pumpenantrieb und eine als Hub­ verdrängerpumpe vorliegende Hydropumpe eine ihren jeweiligen Kolben gemeinsame Kolbenstange aufweisen und in einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Durch die Verbindung des Hub­ verdrängermotors und der Hubverdrängerpumpe mittels der Kolben­ stange ist keine zusätzliche, wartungsanfällige Mechanik erforderlich. Aufgrund der kompakten Bauweise des Hub­ verdrängermotors und der Hubverdrängerpumpe ist eine platz­ sparende Anordnung im Haushalt z. B. in einer Küche unter einer Spüle möglich. Es ergeben sich durch diese Anordnung kurze Zuleitungswege zu Verbrauchern, wie z. B. einer Geschirrspülmaschine und zu Entnahmestellen für zu Trinkzwecken geeignetem Wasser. Der Hubverdrängermotor und die Hub­ verdrängerpumpe können aber auch bei entsprechender Dimen­ sionierung separat und nicht als Baueinheit ausgebildet sein.

Eine optimal kompakte Bauweise der Vorrichtung ist dadurch erreichbar, daß die den Kolben von Pumpenantrieb und Hydropumpe aufweisende gemeinsame Kolbenstange als Hohlzylinder aus­ gebildet ist und daß die Umkehrosmose-Einrichtung im Hohl­ zylinder installiert ist. Diese Anordnung der Umkehrosmose- Einrichtung bringt die oftmals wünschenswert kompakte Bauweise mit sich und vermindert Druckverluste durch die kurzen Zu­ leitungswege. Es ist aber auch möglich, daß die Hydropumpe und die Umkehrosmose-Einrichtung separat zueinander angeordnet sind. Einer anzustrebenden kompakten Bauweise ist des weiteren förderlich, daß der Einlaß der Umkehrosmose-Ein­ richtung an die insbesondere als Kühlraum dienende Druckkammer der Hydropumpe angeschlossen ist. Damit kann sich der in der Hydropumpe erzeugte Druck ohne Zuleitungsverluste in der Umkehrosmose-Einrichtung entwickeln.

Für die Kühlung der Umkehrosmose-Einrichtung ist vor­ gesehen, daß der zwischen der als Hohlzylinder ausgebildeten Kolbenstange der Hydropumpe und der Zylinderwandung des Zylinders der Hydropumpe befindliche Ringraum ein den zugeleiteten Trinkwasserstrom von unten nach oben durch­ strömender Kühlraum ist. Dem Kühlraum kann auch ein zusätzlich abgezweigter Trinkwasserstrom als Kühlmedium zugeleitet werden, so daß über die gesamte Baulänge der Hydropumpe, die im wesentlichen bestimmt wird durch die Abmessungen der Osmose- Einrichtung, insbesondere der Fläche ihrer Osmose-Membran, das in die Umkehrosmose-Einrichtung eingeleitete Trinkwasser kühlbar ist. Bei einer separaten Anordnung der Hydropumpe und der Umkehrosmose-Einrichtung könnte auch eine zusätzliche Kühleinrichtung verwendet werden.

Für die Kühlung des im Speicher gesammelten Permeats kann vorgesehen sein, daß vorbestimmte Bereiche der Wand des Speichers Teile eines Wärmetauscher sind und daß der Wärme­ tauscher vom zugeführten Rohwasser als Kühlmedium durchströmbar ist. Das Rohwasser kann dem Wärmetauscher als Kühlmedium zuge­ führt werden und danach für die Gewinnung trinkbaren Wassers vorteilhaft genutzt werden, ohne daß ein zusätzliches Kühlmedium nötig ist.

Für die Ableitung des Konzentrats aus der Umkehrosmose- Einrichtung ist vorgesehen, daß an einem Auslaß der Umkehrosmose-Einrichtung ein Zuleitungskanal angeschlossen ist, der in einem der Durchleitung des Nutzwasserstromes dienenden Bereich des Pumpenantriebes ausmündet, welchen Bereich der Nutzwasserstrom passiert. Der Einleitungsort des Konzentrats ist mit dem Zuleitungskanal in der Nähe der Eintrittsöffnung des Strömungskanals des Kolbens des Pumpenantriebes angeordnet, so daß das in der Umkehrosmose-Einrichtung anfallende Konzentrat in den Nutzwasserstrom problemlos eingeleitet werden kann und dem Verbraucher zugeführt wird. Um die Menge des in den Nutzwasserstrom eingeleiteten Konzentrats zu regeln, ist vorgesehen, daß in dem Zuleitungskanal eine Drossel angeordnet ist. Die Drossel ist z. B. eine einstellbare Drossel, die als eine den Querschnitt verengende Düse mit Drosselschraube ausgebildet sein kann. Damit ist der Konzentratstrom durch die Drosselschraube in der Umkehrosmose-Einrichtung variierbar. Der Druck des Konzentrats in der Umkehrosmose-Einrichtung kann damit an unterschiedliche Filter, hier Membranen der Umkehrosmose-Einrichtung vorteilhaft angepaßt werden. Die Umkehrosmose-Einrichtung, insbesondere deren Membran wird optimal durchspült, wodurch kostenverursachende Reinigungs­ arbeiten der Umkehrosmose-Einrichtung auf ein Minimum herab­ gesetzt sind. Durch den in der Umkehrosmose-Einrichtung strömenden, verwirbelten Trinkwasserstrom wird eine Belebung des trinkbaren Wassers bewirkt.

Die Hydropumpe erzeugt relativ hohen Druck in dem einge­ leiteten Trinkwasserstrom. Um zu verhindern, daß ein Rückfluß zur Verzweigung erfolgt, ist in die Trinkwasserstrom- Rohrleitung vor der Einleitung des Trinkwasserstromes in die Hydropumpe ein Rückschlagventil eingesetzt. Das Rückschlag­ ventil ist ein automatisches Einlaßventil, so daß keine zusätzliche Steuerung für die Hydropumpe erforderlich ist.

Um die Qualität des in der Umkehrosmose-Einrichtung als Permeat erzeugten trinkbaren Wassers weiter zu verbessern, ist vorgesehen, daß in eine Ableitung des Permeats wenigstens ein Filter eingesetzt ist. Durch weitere Filter wäre z. B. eine Aufmineralisierung, eine Aufmagnetisierung und so weiter des Permeats möglich.

Das nach der Umkehrosmose angefallene Permeat ist in einem Speicher sammelbar, so daß auch bei schwankendem Bedarf an trinkbarem Wasser eine Versorgung damit sichergestellt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei den bekannten Verfahren eingesetzt werden, um z. B. eine Energie­ rückgewinnung aus einem ungedrosselten Konzentratstrom der bekannten Verfahren zu erreichen. Die gewonnene Energie könnte dann ergänzend für den Antrieb einer den osmotischen Druck erzeugenden Pumpe verwendet werden.

Das Verfahren sowie die Vorrichtung sind nicht nur verwendbar für die Gewinnung von trinkbarem Wasser, sondern das erfindungsgemäße Prinzip der Aufteilung eines Stromes zugeführter unter Systemdruck stehender Flüssigkeit in einen unbehandelten Flüssigkeitsstrom und einen zu behandelnden z. B. zu filternden Flüssigkeitsstrom, wobei die dem unbehandelten Flüssigkeitsstrom entzogene Druckenergie genutzt wird, um den Druck im zu behandelnden Flüssigkeitsstrom auf einen für dessen Behandlung erforderlichen Arbeitsdruck zu erhöhen, läßt sich auch für andere Anwendungsfälle einsetzen. Denkbar ist z. B. eine Enthärtung von Wasser mittels Nanofiltration.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dar­ gestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung, in der ein Hubverdrängermotor dargestellt ist, dessen Kolben in der oberen Kolben-Endstellung steht.

Fig. 1 zeigt den als Hubverdrängermotor 40 ausgebildeten Pumpenantrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Hubver­ drängermotor 40 weist einen Rohrzylinder 26 auf, in dem ein Kolben 27 axial bewegbar angeordnet ist. Der Rohrzylinder 26 weist einen oberen Deckel 9 und einen unteren Deckel 32 auf. Der obere Deckel 9 weist einen den Nutzwasserstrom in den Rohrzylinder 26 leitenden Einlaßkanal 8 und einen den Trinkwasserstrom in eine Hubverdrängerpumpe 39 leitenden Einlaßkanal 7 auf. Der untere Deckel ist mit einem eine Drossel 34 aufweisenden Nutzwasserstromauslaß 33 ausgerüstet, der den Nutzwasserstrom 35 zu einem nicht weiter dargestellten Verbraucher leitet. Das axial durch den oberen Deckel 9 geführte untere Ende einer Kolbenstange 44 ist durch die Schrauben 29, 29' mit dem Kolben 27 verbunden. Die Schrauben 29, 29' verlaufen durch Distanzhülsen 36, 36'. Auf der unteren Stirnfläche der Kolbenstange 44 ist ein etwa napfförmig ausgeformtes Verschlußorgan 24 angeordnet. Der Kolben ist ein doppelt beaufschlagbarer Kolben 27 mit durch die einseitig vorhandene Kolbenstange 44 unterschiedlich bemessenen Kolben­ flächen 42, 43 und weist einen axial durch den Kolben 27 verlaufenden Strömungskanal 41 auf, deren an der oberen Kolbenfläche 42 ausgebildete Eintrittsöffnung 46 das Verschluß­ organ 24 zugeordnet ist. Das Verschlußorgan 24 wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, mittels einer Feder 30 in von der Kolbenfläche 42 abgehobener Position gehalten. Das Verschluß­ organ 24 ist als ein die Eintrittsöffnung 46, mit entsprechenden Dichtungsschultern, abdeckender Körper aus­ gebildet. Ein am unteren Deckel 32 befestigter Stehbolzen 31 steht in den Strömungskanal 41 vor.

Die Hydropumpe ist als Hubverdrängerpumpe 39 in Fig. 1 dargestellt. Die Hubverdrängerpumpe 39 weist einen Zylinder 11 auf, der lotrecht an dem oberen Deckel 9 des Hubverdränger­ motors 40 angeordnet ist. Der Zylinder 11 umschließt die als Hohlzylinder 12 ausgebildete Kolbenstange 44. Der am freien Ende des Hohlzylinders 12 angeordnete Kolben 15 gleitet, abgedichtet mittels des Kolbenringes 38, in dem Zylinder 11 der Hubverdrängerpumpe 39. In dem Hohlzylinder 12 ist eine Umkehrosmose-Einrichtung 13 installiert. Zwischen der als Hohlzylinder 12 ausgebildeten Kolbenstange 44 und der Zylinderwandung des Zylinders 11 befindet sich die als Ringraum ausgebildete Druckkammer 10. Die Druckkammer 10 ist mit der Umkehrosmose-Einrichtung 13 durch Einlaßkanäle 14, 14' verbunden.

Die Umkehrosmose-Einrichtung 13 weist eine Membran 23 auf.

Im unteren Bereich des Hohlzylinders 12 ist ein die Umkehrosmose-Einrichtung 13 mit dem Strömungskanal 41 verbindender Zuleitungskanal 45 angeordnet, der eine Drossel 47 aufweist.

Im oberen Bereich des Hohlzylinders 12 ist ein Permeatauslaß angeordnet. Eine an den Permeatauslaß 17 angeschlossene Permeatstrom-Rohrleitung 18 führt den Permeat­ strom zu einem Filter 20 und weiter zu einem als Wärmetauscher 21 ausgebildeten Speicher. Für das Entnehmen des Permeats als trinkbares Wasser ist eine Entnahme 22 am Wärmetauscher 21 angeordnet. Eine Rohwasser als Kühlmittelstrom 2 führende Rohwasserstrom-Rohrleitung 1 ist an den Kühlkreislauf des Wärmetauschers 21 angeschlossen.

Die an den Auslaß des Kühlkreislaufes des Wärmetauschers 21 angeschlossene Rohwasserstrom-Rohrleitung 1' weist eine Ver­ zweigung 3 auf, an der stromabwärts eine zum Einlaßkanal 7 der Hubverdrängerpumpe 39 führende Trinkwasserstrom-Rohrleitung 4 und eine zum Einlaßkanal 8 des Hubverdrängermotors 40 führenden Nutzwasserstrom-Rohrleitung 5 angeschlossen ist.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Durch den Verbrauch von Nutzwasser eines eingeschalteten Verbrauchers wird der Rohrzylinder 26 des Hubverdrängermotors 40 mit Nutzwasser durchströmt. Das Verschlußorgan 24 befindet sich in von der Kolbenfläche 42 abgehobener Position, so daß in der oberen Druckkammer 25 und in der unteren Druckkammer 28 der Systemdruck der Rohwasserstrom-Rohrleitung 1 herrscht. Aufgrund der unterschiedlich bemessenen Kolbenflächen 42, 43, denn die untere Kolbenfläche 43 ist größer als die von der Kolbenstange 44 mit dem Verschlußorgan 24 teilweise abgedeckten oberen Kolbenfläche 42, bewegt sich der Kolben 27 mit der Kolbenstange 44 nach oben bis der Kolben 27 die obere Kolben-Endstellung erreicht hat. Gleichzeitig wird dadurch ein Saughub der Hydropumpe bewirkt. Bei Erreichen der oberen Kolben-Endstellung des Kolbens 27 schlägt das Verschlußorgan 24 gegen den oberen Rohrzylinderdeckel 9. Dabei wird der Strömungskanal 45 gegen die Kraft der Feder 30 durch das die Eintrittsöffnung 46 abdichtende Verschlußorgan 24 geschlossen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Damit gelangt kein Nutzwasser mehr durch den Strömungskanal 41 in die untere Druckkammer 28 des Rohrzylinders 26. Das durch den Nutzwasserstromauslaß 33 ausströmende Nutzwasser verringert den Druck in der unteren Druckkammer 28 und der in der oberen Druckkammer 25 anstehende höhere Systemdruck bewirkt, daß der Kolben 27 nach unten bewegt wird. Der Kolben 15 der Hubverdrängerpumpe, der über die Kolbenstange 44 mit dem Kolben des Hubverdrängermotors gekoppelt ist, bewegt sich ebenfalls nach unten und erhöht somit den Druck des in die Umkehrosmose-Einrichtung 13 eingeleiteten Trinkwassers, da ein Rückfluß des eingeleiteten Trinkwassers in die Trinkwasserstrom-Rohrleitung 4 durch das Rückschlagventil 6 verhindert wird. Die Umkehrosmose- Einrichtung 13 beginnt, nach bekanntem Prinzip, aufgrund des anstehenden osmotischen Druckes mit der Erzeugung von Permeat, das als reines, trinkbares Wasser durch einen Filter 20 zu einem Speicher geleitet wird. Der Speicher ist als Wärmetauscher 21 ausgebildet und wird von dem zur Gewinnung von trinkbarem Wasser verwendeten Rohwasserstrom gekühlt. Durch die Entnahme 22 am als Wärmetauscher 21 ausgebildeten Speicher kann reines, trinkbares Wasser entnommen werden.

Der Konzentratstrom wird durch den Zuleitungskanal 45 und den Strömungskanal 41 in den zu einem oder mehreren Verbrauchern strömenden Nutzwasserstrom geleitet. Bei Erreichen der unteren Kolben-Endstellung des Kolbens 27 wird das Verschlußorgan 24 durch den Stehbolzen 31 in von der Kolbenfläche 42 abgehobene Position gebracht. Damit ist der Strömungskanal 41 wieder vom Nutzwasserstrom durchströmbar und der beschriebene Vorgang kann sich zyklisch wiederholen.

Claims (31)

1. Verfahren zur Filterung, insbesondere bei der Gewinnung von trinkbarem Wasser aus unter Systemdruck stehendem in einer Rohrleitung geleitetem Rohwasser mittels einer filternden Umkehrosmose-Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Rohrleitung geleiteter Rohwasserstrom in einen Nutzwasserstrom und einen Trinkwasserstrom verzweigt wird, daß der Nutzwasserstrom zu einem Verbraucher geleitet wird, daß der Trinkwasserstrom zur Umkehrosmose-Einrichtung geleitet wird, daß dem Nutzwasserstrom Energie bei eingeschaltetem Verbraucher entnommen wird und daß die entnommene Energie des Nutzwasser­ stromes genutzt wird, um den Systemdruck des Trinkwasserstromes auf den für die Umkehrosmose-Einrichtung (13) notwendigen Druck zu erhöhen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erhöhung des Systemdruckes auf den für die Umkehr­ osmose-Einrichtung notwendigen Druck eine Hydropumpe verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Entnahme der Energie des Nutzwasserstromes ein die Hydropumpe antreibender Pumpenantrieb verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des in die Umkehrosmose-Ein­ richtung (13) eingeleiteten Trinkwasserstromes als Permeat aus der Umkehrosmose-Einrichtung (13) austritt und in einen Speicher (21) geleitet wird und daß der Restanteil des in die Umkehrosmose-Einrichtung (13) eingeleiteten Trinkwasserstromes als Konzentrat in den Nutzwasserstrom eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Speicher eingeleitete Permeat vom Rohwasserstrom gekühlt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der in den Nutzwasserstrom eingeleitete Strom des Konzentrats vor der Einleitung gedrosselt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Rückfluß des in die Hydropumpe eingeleiteten Trinkwasserstromes zum Rohwasserstrom vor dem Einlaß in die Hydropumpe gesperrt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umkehrosmose-Einrichtung (13) von dem zugeleiteten Trinkwasserstrom gekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Umkehrosmose- Einrichtung (13) ausströmende Permeat durch wenigstens einen Filter (20) geleitet wird.

10. Vorrichtung zur Gewinnung von trinkbarem Wasser aus unter Systemdruck stehendem in einer Rohrleitung (1) geleitetem Rohwasser mittels einer Umkehrosmose-Einrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rohwasser leitende Rohrleitung eine Verzweigung (3) aufweist, an die stromabwärts eine zum Einlaß der Umkehrosmose-Einrichtung (13) führende Trinkwasserstrom-Rohrleitung (4) und eine zu einem Verbraucher führende Nutzwasserstrom-Rohrleitung (5) angeschlossen ist und daß ein vom Nutzwasserstrom durchströmter und dabei mit der Energie des Nutzwasserstromes arbeitender Pumpenantrieb vorgesehen ist, der eine den notwendigen Druck für die Umkehrosmose-Einrichtung (13) erzeugende Hydropumpe antreibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenantrieb als ein Hubverdrängermotor ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubverdrängermotor (40) einen vom Nutzwasserstrom durchströmten Rohrzylinder (26) umfaßt, in dem ein doppelt beaufschlagbarer Kolben (27) mit unterschiedlich bemessenen Kolbenflächen (42, 43) geführt ist und daß ein den den Rohrzylinder (26) durchströmenden Nutzwasserstrom in Abhängigkeit von der Kolbenstellung im Rohrzylinder (26) unterbrechendes Verschlußorgan (24) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubverdrängermotor (40) mit einer auf das Verschlußorgan (24) wirkenden Feder (30) ausgerüstet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (27) mit einem axial durch den Kolben (27) verlaufenden Strömungskanal (41) ausgerüstet ist, dessen in der oberen Kolbenfläche (42) befindlicher Eintrittsöffnung (46) das Verschlußorgan (24) zugeordnet ist, welches als die Eintrittsöffnung (46) abdeckender Körper ausgebildet ist, daß das Verschlußorgan (24) mittels der Feder (30) in von der Kolbenfläche (42) abgehobener Position gehalten ist, in der der Strömungskanal offen (41) ist und daß das Verschlußorgan (24) unmittelbar vor Erreichen der oberen Kolben-Endstellung des Kolbens (27) im Rohrzylinder (26) mit dem oberen Deckel (9) des Rohrzylinders (26) in Anschlag bringbar ist und bei Weiterbewegung des Kolbens in seine Endstellung gegen die Kraft der Feder (30) in die Schließstellung für den Strömungskanal (41) bewegbar ist, und umkehrt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenantrieb als Umlaufverdrängermotor ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufverdrängermotor ein Flügelzellenmotor ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Pumpenantrieb angetriebene Hydropumpe als Hubverdrängerpumpe (39) ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Hubverdrängermotor (40) vorliegender Pumpenantrieb und eine als Hubverdrängerpumpe (39) vorliegende Hydropumpe eine ihren jeweiligen Kolben (15, 27) gemeinsame Kolbenstange (44) aufweisen und in einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben (27, 15) von Pumpenantrieb und Hydropumpe gemeinsame Kolbenstange (44) als Hohlzylinder (12) ausgebildet ist und daß die Umkehrosmose-Einrichtung (13) im Hohlzylinder (12) installiert ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-19, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der als Hohlzylinder (12) ausgebildeten Kolbenstange (44) der Hydropumpe und der Zylinderwandung des Zylinders (11) der Hydropumpe befindliche Ringraum ein den zugeleiteten Trinkwasserstrom von unten nach oben durchströmender Kühlraum ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-20, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Umkehrosmose-Einrichtung (13) an die insbesondere als Kühlraum dienende Druckkammer (10) der Hydropumpe angeschlossen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-21, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Auslaß der Umkehrosmose- Einrichtung (13) ein Zuleitungskanal (45) angeschlossen ist, der in einem der Durchleitung des Nutzwasserstromes dienenden Bereich des Pumpenantriebes ausmündet, welchen Bereich der Nutzwasserstrom passiert.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zuleitungskanal (45) eine Drossel (47) angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (47) einstellbar ausgebildet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-24, dadurch gekennzeichnet, daß in die Trinkwasserstrom-Rohrleitung (4), vor der Einleitung des Trinkwasserstromes in die Hydropumpe, ein Rückschlagventil (6) eingesetzt ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-25, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Ableitung des Permeats wenigstens ein Filter (20) eingesetzt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-26, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Permeat auffangender und sammelnder Speicher vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß vorbestimmte Bereiche der Wand des Speichers Teile eines Wärmetauschers (21) sind und daß der Wärmetauscher vom zuge­ führten Rohwasser als Kühlmedium durchströmbar ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Umlaufverdrängermotor angetriebene Hydropumpe als Umlaufverdrängerpumpe ausgebildet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle der Umlaufverdrängerpumpe mit der Abtriebswelle des Umlaufverdrängermotors gekoppelt ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufverdrängerpumpe eine Flügelzellenpumpe ist.