DE3719292C1 - Pumpvorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Pumpvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das Grundwasser, das für die Bereitung von über das öffentliche Versorgungsnetz vertriebene Brauchwasser genutzt wird, wird durch die steigende Erdbodenbe­ lastung, zum Beispiel durch Überdüngung und starke Ver­ wendung von Pflanzenschutzmitteln, zunehmend mit ge­ sundheitsgefährdenden und anderen unerwünschten Stoffen verunreinigt, so daß die Gewinnung von trinkbarem Brauch­ wasser erheblich erschwert ist und den Einsatz von zu­ sätzlichen Reinigungsanlagen erfordert. Anlagen hierfür sind bekannt und arbeiten auf der Basis der Umkehrosmose. Gemäß diesem Prinzip wird das aus dem Grundwasser ge­ wonnene Rohwasser oder sonstwie aufbereitete Wasser durch die Umkehrosmosevorrichtung der Anklage geleitet, wobei eine Teilmenge dieses Wassers die Membran der Vorrichtung durchwandert und dabei von den unerwünschten Stoffen gereinigt und anschließend aus der Vorrichtung abgeleitet wird und als trinkbares Brauchwasser zur Ver­ fügung steht. Die übrige Teilmenge, die nicht durch die Membran gewandert ist, verläßt die Vorrichtung eben­ falls und wird als Brauchwasser für entsprechende Zwecke verwendet. Derartige Anlagen sind für industrielle Großverbraucher konzipiert und weisen einen erheblichen Bauaufwand mit entsprechenden Kosten auf. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die beiden Pumpen örtlich getrennt voneinander angeordnet und je mit einem eigenen Motorantrieb versehen sind. Für Privathaushalte sind diese Anlagen daher nicht geeignet.

In der EP 00 59 275 B1 ist eine nach dem Umkehrosmose­ prinzip arbeitende Pumpvorrichtung beschrieben, bei der eine Speisepumpe und eine Umwälzpumpe hintereinander angeordnet sind und von einer gemeinsamen Antriebsein­ richtung hin- und hergehend angetrieben werden. Die beiden Pumpen sind Hubkolbenpumpen, derart aufgebaut, daß die beiden Hubkolben durch eine Verbindungsstange entlang ihrer Hubachse fluchtend und starr zu einer Tandemeinheit miteinander verbunden sind. Die Ver­ bindungsstange durchdringt abgedichtet eine Scheiben­ wand, um zwei voneinander getrennte Kammern für die Hubkolben auszubilden. Mit dem einen Hubkolben ist eine axiale, aus dessen Kammer herausragende Kolbenstange starr verbunden, die wiederum von einem Hubantrieb ange­ trieben wird.

Auch diese Pumpvorrichtung weist eine erhebliche Bau­ größe auf, was im wesentlichen auf die verhältnismäßig große Baulänge der eigentlichen Pumpen und auf den Hub­ antrieb dafür, sei es zum Beispiel ein Taumelscheiben­ antrieb, ein Kurbelantrieb oder ein den Meereswellenhub ausnutzender Hubantrieb, zurückzuführen ist, wodurch die Vorrichtung für Privathaushalte nicht geeignet ist. Des weiteren sind die Hubkolben einschließlich der sie verbindenden Kolbenstange kompliziert aufgebaut, da sie innere Strömungswege aufweisen, durch die das nicht benötigte Konzentrat aus dem Zylinder der Umwälzpumpe in eine Nebenkammer der Speisepumpe gelangt, aus der es dann über weitere innere Strömungswege in der axialen Verlängerung des Hubkolbens der Speisepumpe ins Freie abfließt. Die Hubkolben weisen ferner je in einer Um­ fangsnut einen federbelasteten, axial beweglichen, gegenüber der Zylinderwand abgedichteten und Ventil­ funktion ausübenden Ringkörper auf, wobei die Ring­ körper über die genannten inneren Strömungswege mit den veränderlichen Pumpenkammern beidseits jedes Kolbens zusammenwirken, um einerseits Konzentratmedium zur Osmoseeinrichtung zurückzuleiten und andererseits un­ erwünschtes Konzentratmedium aus dem Kreislauf zu ent­ fernen. Diese komplizierte Konstruktion der Pumpvorrich­ tung bedingt erhebliche Herstellungskosten und ferner einen schlechten Pumpwirkungsgrad. Außerdem besteht die Umwälzpumpe aus einer Pumpe der Verdrängerbauart, was insbesondere eine erhöhte mechanische Belastung für die Membran der Osmoseeinrichtung zur Folge hat und entsprechende Vorsorgemaßnahmen bedingt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Pumpvorrichtung der einleitend angeführten Art, die insbesondere für Privathaushalte geeignet und kompakt aufgebaut ist sowie mit relativ geringen Kosten herge­ stellt werden kann und im Hinblick auf die Osmoseein­ richtung schonend arbeitet.

Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pump­ vorrichtung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine sehr kompakt gestaltete Pumpvorrichtung, da die als Dreh­ körper ausgebildeten Förderglieder der Pumpen wesent­ lich näher beieinanderliegen, als es bisher bekannt war. Auch ist für die beiden Pumpen ein an sich schon kom­ pakter, die beiden Pumpen in Umdrehung versetzender Antriebsmotor einsetzbar, der ohne zwischengeschaltete Kraftübertragungseinrichtungen auskommt, so daß sich eine insgesamt sehr kompakte, platzsparende Pumpvorrichtung ergibt, die sich insbesondere sehr gut für Privathaus­ halte eignet. Ferner ist der die beiden Pumpen umfassende Teil der Pumpvorrichtung einfach und mit beträchtlich verringerten Kosten herzustellen, da diese Pumpen nicht über mehrfache und kompliziert gestaltete innere Strömungs­ wege miteinander in Verbindung stehen, sondern es ist nur ein einziger innerer und ventilloser sowie keiner­ lei Abdichtung benötigender Durchgang in der die beiden Arbeitsräume der Pumpe voneinander trennenden Scheide­ wand erforderlich. Die Verwendung einer Kreiselpumpe als Umwälzpumpe schont die Osmoseeinrichtung einschließ­ lich deren Zu- und Ableitungen. Der Einsatz der er­ findungsgemäßen Pumpvorrichtung bietet sich auch insofern in Privathaushalten an, da nur etwa zehn Prozent des in jedem Haushalt benutzten, aus dem öffentlichen Ver­ sorgungsnetz entnommenen Brauchwassers für Nahrungs­ mittelzwecke verwendet werden, während die übrige Wasser­ menge zu hygienischen Zwecken verwendet wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine sehr kompakt gestaltete Anlage, da die beiden Pumpen nahe beieinander angeordnet sind und für beide Pumpen nur ein einziger Antriebsmotor erforderlich ist. Dadurch ist der für die Installierung der Anlage erforderliche Platzbedarf erheblich verringert und die gesamte Anlage kann kostengünstig insbesondere in Privathaushalte ein­ gebaut werden. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Anlage bietet sich auch insofern in Privathaushalten an, da nur etwa 10% des in jedem Haushalt benutzten, aus dem öffentlichen Versorgungsnetz entnommenen Brauchwassers für Nahrungsmittelzwecke verwendet werden, während die übrige Wassermenge zu hygienischen Zwecken verwendet wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, teilweise im Axialschnitt gezeigte Darstellung des Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Einzelheit X in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 besteht die Anlage aus einer Mo­ tor-Pumpen-Einheit, einer Umkehrosmosevorrichtung 2, einer die Einheit und die Vorrichtung verbindenden Wasser­ leitung 3, einer ersten Abführleitung 4 für gereinigtes Wasser aus der Vorrichtung 2, einer zweiten Abführleitung 5 für ungereinigtes Wasser aus der Vorrichtung 2 und aus einer Zweigleitung 6, die die zweite Abführleitung 5 mit der Motor-Pumpen-Einheit verbindet. Über eine Zuleitung 7 wird die Motor-Pumpen-Einheit mit Rohwasser aus dem öffentlichen Versorgungs­ netz gespeist. Die Motor-Pumpen-Einheit besteht aus einem Motor 8, vorzugsweise ein drehzahlregelbarer, elektrischer Naß­ laufmotor in Spaltrohrbauweise, aus einer Speisepumpe 9 in Form einer Flügelzellenpumpe und aus einer Umwälz­ pumpe 10, in Form einer Kreiselpumpe. Die Umkehr­ osmosevorrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 11 mit einer die Umkehrosmose bewirkenden Membran 12, durch welche in dem Gehäuse zwei Kammern 13 und 14 ausgebildet sind.

Der elektrische Motor 8 besitzt seine übliche Welle 15, die hier z. B. eine Verlängerung 16 aufweist, auf der sowohl die Speisepumpe 9 als auch die Umwälzpumpe 10 montiert sind, wobei der Motor vorzugsweise der Speise­ pumpe zugekehrt ist. Um eine optimale Kompaktheit der Motor-Pumpen- Einheit zu erhalten, ist der Motor 8 an dem Gehäuseteil 17 der Speisepumpe 9 angeflanscht und sind auch die beiden Pumpen 9 und 10 zusammengeflanscht, wie es Fig. 1 schematisch klar zeigt. Dabei kann ein Teilwandbereich des Gehäuses der einen Pumpe gleichzeitig auch einen Teil­ wandbereich des Gehäuses der anderen Pumpe bilden. Im gezeigten Beispiel bildet die Gehäuseteilwand 18 der Pumpe 9 auch die Gehäuseteilwand für die Pumpe 10, so daß für deren Gehäuse 19 eine Teilwand eingespart ist. Die drei Teile 8, 9 und 10 weisen somit keinen Abstand voneinander auf und es ist klar, daß der Motor 8 die beiden Pumpen 9 und 10 gemeinsam antreibt.

Der elektrische Motor 8 kann mit einem Teil des Wassers gekühlt werden, das in den Leitungen 3, 5 und 6 zirku­ liert, indem ein an sich üblicher Strömungsweg 20 vor­ gesehen ist, der zu dem Rotorraum 21 des Motors 8 führt. Von dort wird das Wasser nach der Kühlfunktion über den Entlüftungsstutzen 22 abgeleitet, an den sich eine gestri­ chelt angedeutete Auslaßleitung 23 anschließt.

Sowohl in der zweiten Abführleitung 5 als auch in der Auslaßleitung 23 können Regelventile 24 bzw. 25 vorgesehen sein, um den gewünschten Wasserdruck in den Leitungen 3, 5 und 6 sowie in der Vorrichtung 2 aufrechtzuerhalten. Alternativ ist es auch möglich, daß entweder das Ventil 24 und der über die Zweigleitung 6 hinausgehende Abschnitt der Abführleitung 5 entfallen, so daß die Entnahme des ungereinigten Wassers nur über die Leitung 23 erfolgt, oder daß die Entnahme über die Leitung 5 erfolgt und die Leitung 23 nur zur Ableitung des Kühlwassers aus dem Motor 8 dient.

Vorzugsweise ist die Flügelzellenpumpe 9 von im wesentlichen bekannter doppeltwirkender Bauart, wie es aus Fig. 2 klar entnehmbar ist. Ihr auf der ge­ meinsamen Wellenverlängerung 16 drehfest sitzender Rotor 26 weist eine Mehrzahl von Flügeln 27 auf, die lose ver­ schieblich in Schlitzen 28 gelagert sind. Die Länge L der einzelnen Flügel 27 beträgt im allgemeinen das Sechs- bis Zwanzigfache des maximalen Hubes H der Flügel und vorzugsweise das Zehn- bis Fünfzehnfache. Die Flügel 27 sind mit einer Verschleißreserve R versehen, um ihnen während ihrer Abnutzung eine genaue Führung in dem Füh­ rungsabschnitt F der in dem Rotor 26 vorgesehenen Schlitze 28 zu gewährleisten. Die Reserve ist dadurch gebildet, daß das innere Ende der Schlitze 28 durch eine erweiterte Aus­ nehmung 29 gebildet ist, in die das innere Ende der Flü­ gel 27 noch hineinragt, wenn der jeweilige Flügel seine äußerste Stellung erreicht hat, d. h. um den maximalen Hub H nach außen bewegt worden ist. Die Reserve erreicht einen maximalen Wert von etwa dem Drei- bis Achtfachen des maximalen Hubes H der Flügel 27.

Die vorstehend erläuterte Anlage arbeitet wie folgt.

Über die Zuleitung 7 wird der Anlage mittels der durch den Motor 8 angetriebenen Speisepumpe 9 diejenige Menge an Rohwasser wieder zugeführt, die der Anlage durch ent­ sprechenden Verbrauch entnommen wird. Diese Menge gelangt mit dem gewünschten überosmotischen Druck über den oder jeden Auslaß 9 a der Pumpe 9 in die Umwälzpumpe 10, die andererseits über die Leitungen 5 und 6 gespeist wird und wieder in die Zirkulationsleitung 3 entlädt. Das über die Leitung 3 in die erste Kammer 13 der Umkehros­ mosevorrichtung 2 einströmende Wasser durchtritt in einer Teilmenge die Membran 12, wobei es gereinigt wird, und gelangt in die zweite Kammer 14. Von dort wird das ge­ reinigte Wasser über die erste Abführleitung 4 zu der oder den gewünschten Verbrauchsstellen geleitet. Die übrige Teilmenge, die die Membran 12 nicht durchtritt und die um einen gewissen Betrag an Verunreinigungsstoffen, die von der Membran zurückgehalten worden sind, aufkon­ zentriert worden ist, wird über die zweite Abführleitung 5 zu der oder den gewünschten Verbrauchsstellen geleitet. Um die Membran 12 vor dem vorzeitigen Zusetzen zu schützen, wird über die Zweiglietung 6 eine bestimmte Wassermenge abgezweigt und mittels der Umwälzpumpe und der Leitung 3 mit zusätzlichem Rohwasser aus der Zuleitung 7 der Vorrichtung 2 mit hoher Geschwindigkeit wieder zuge­ führt, so daß die von der Membran herausgefilterten und an ihr haftenden Verunreinigungsstoffe in üblicher Weise durch die hohe Wassergeschwindigkeit abgespült werden.

Claims (11)

1. Pumpvorrichtung für die Aufbereitung von Rohwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose, wobei Speisepumpe und Umwälzpumpe einem gemeinsamen Motor zugeordnet sind, dadurch gekenzeichnet, daß die Welle (15) des Motors (8) eine Verlängerung (16) aufweist und daß die Speise­ pumpe (9) und die Umwälzpumpe (10) voneinander abstands­ frei auf dieser Verlängerung angeordnet sind, wobei die Speisepumpe (9) eine Flügelzellenpumpe und die Umwälz­ pumpe (10) eine Kreiselpumpe ist.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (8) an dem Gehäuse (17) der Speisepumpe (9) angeflanscht ist.

3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teilwandbereich (18) des Gehäuses (17) der einen Pumpe (9) gleichzeitig auch ein Teilwandbereich des Gehäuses (19) der anderen Pumpe (10) ist.

4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepumpe (9) eine doppeltwirkende Flügel­ zellenpumpe ist.

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (L) der Flügel (27) der Flügelzellenpumpe zur Größe des maximalen Hubes (H) dieser Flügel innerhalb der Grenzen 6-20 liegt.

6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (L) der Flügel (27) der Flügelzellenpumpe zur Größe des maximalen Hubes (H) dieser Flügel innerhalb der Grenzen 10 bis 15 liegt.

7. Pumpvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flügel (27) der Flügelzellenpumpe gegenüber der Führungslänge (F) der Schlitze (28) eine Verschleißreserve (R) aufweisen, die maximal das Drei- bis Achtfache des maximalen Hubes (H) der Flügel be­ trägt.

8. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (8) als Naßlaufmotor ausgebildet ist.

9. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu dem Rotorraum (21) des Motors (8) führender Strömungsweg (20) zum Kühlen des Motors mit aufkon­ zentriertem Wasser aus der Umkehrosmosevorrichtung (2) vorgesehen ist.

10. Pumpvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlwasserauslaßleitung (23) des Motors (8), über die das Kühlwasser den Motor verläßt, ein Regel­ ventil (25) eingegliedert ist, mit dem der Druck im Konzentratstrom eingstellbar ist.

11. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (8) drehzahlregelbar ist.