DE3146588C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 12 761 ist eine derartige Vorrichtung bekanntgeworden, bei der eine Pumpe mit zwei verschieden großen wirksamen Kolbenflächen verwendet wird. Dadurch ist es möglich, ohne wesentlichen Energieverlust wesentlich größere Mengen an unter Druck stehender Flüssigkeit zum Spülen durch die Druckseite der Membrankammer zu pumpen, als durch die Membran dringt. Dadurch werden Ablagerungen auf der Membran verhindert bzw. weggespült, was für die Aufrechterhaltung eines störungsfreien Betriebes über lan­ ge Zeit notwendig ist. Diese Funktion ist so, daß durch die größere Kolbenseite eine größere Menge unter Druck gesetzter Flüssigkeit in die Membrankammer gefördert wird, als durch die kleinere Kolbenseite, die dabei ebenfalls mit der Membrankammer verbunden ist, zur Kraftrückgewin­ nung abgezogen wird. Bei der Rückbewegung des Pumpenkol­ bens wird auf der größeren Kolbenseite frische Lösung an­ gesaugt und die auf der kleineren Kolbenseite befindliche etwas eingedickte Lösung nach Schließen des Schleppkolben­ ventils drucklos abgeführt. Das Ansaug- und das Auslaßven­ til der Pumpe sind als Rückschlagventile ausgeführt. Ein Druckspeicher sorgt dafür, daß während des Betriebes in der Membrankammer ein Druck aufrechterhalten wird, der über dem osmotischen Druck liegt, um die Funktion auch in Pump-Pausen aufrechtzuerhalten.

Aus der DE-OS 28 50 663 ist eine Vorrichtung bekanntgewor­ den, bei der der Druck in der Membrankammer während des Spül- und Ansaugvorganges der Pumpe abgesenkt wird. Dabei ist die Spülpumpe gesondert von der eigentlichen Druckpum­ pe, jedoch auf der gleichen Kolbenstange angeordnet. Es ist aber erkannt worden, daß zeitweise Druckabsenkungen zu einem Durchbruch des gelösten Stoffes durch die Membran führen. Die Osmose-Membranen sind bei einem Druck unter­ halb des osmotischen Druckes für den gelösten Stoff, bei­ spielsweise Salz im Meerwasser, durchlässig und halten diesen nur zurück, wenn der Druck vor der Membran über dem osmotischen Druck liegt. Bei diesen Ausführungen kommt es aber bei jedem Spülvorgang zu einem Absenken des Druckes in der Membrankammer unter den osmotischen Druck, so daß bei jedem Pumpenhub jeweils ein Durchbruch des gelösten Mediums durch die Membran zu befürchten ist. Daher arbei­ ten diese Vorrichtungen bezüglich einer einwandfreien Trennung des Permeats von dem darin gelösten Medium, ins­ besondere in nur einer Stufe, nicht sicher.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der ein­ gangs erwähnten Art zu schaffen, die bezüglich ihrer Be­ triebssicherheit für den universellen Einsatz auch unter schwierigsten Bedingungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den Anspruch 1 gelöst.

Zum Spülen der Membran wird also jeweils frische Lösung verwendet, deren Menge wesentlich größer ist als die durch die Membran fließende Menge der lösungsfreien Flüssigkeit (Permeat). Das Verhältnis sollte relativ groß sein, um die Membran im Dauerbetrieb sauber zu halten und sollte z.B. zehnmal so groß sein wie die Permeatmenge. Obwohl die zum Spülen verwendete Lösung unter dem hohen Betriebsdruck steht, ist kein zusätzlicher Energieaufwand nötig, um sie auf den Betriebsdruck zu bringen. Abgesehen von Strömungs­ und Leitungsverlusten für die Spülung braucht also nur die tatsächlich durch die Membran geförderte Permeatmenge auf den Betriebsdruck gefördert zu werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist besonders vorteil­ haft zur manuellen Betätigung in Seenotrettungsgeräten geeignet, für die eine Summe von Forderungen besteht, die an sich einander entgegengesetzt gerichtet sind: Die Vor­ richtungen müssen relativ klein und leicht sein, unter schwierigsten Betriebsbedingungen mit großer Zuverlässig­ keit arbeiten, weil Menschenleben davon abhängen können, im Betrieb absolut wartungsfrei sein, im unbenutzten Zu­ stand über längere Zeiträume betriebsbereit bleiben, ohne Verbrauchsmaterialien arbeiten, gegen Fehlbedienung un­ empfindlich sein und vor allem mit geringstem Kraftaufwand zu betätigen sein. Es ist nämlich rechnerisch nachzuwei­ sen, daß zur Entsalzung der täglichen Mindestmenge von Trinkwasser für einige Personen in einer Rettungsinsel eine von einer Person betätigte Vorrichtung schon fast durchgehend in Betrieb sein muß, wobei berücksichtigt wer­ den muß, daß die Personen in einer Rettungsinsel durch verschiedene physische und psychische Faktoren, beispiels­ weise Seekrankheit, häufig geschwächt sind. Ferner muß berücksichtigt werden, daß die Betätigung durch die Enge in einer Rettungsinsel, den schlechten Halt auf dem Boden der meist aufblasbaren Rettungsinseln und die Seegangsbe­ dingungen oft sehr erschwert ist. Man kann daher nicht damit rechnen, daß die Bedienungsperson die Pumpe stets gleichmäßig und genau bis zum Hubende betätigt. Wegen der kleinen Fördermengen bei großem Druck fallen auch automatisch hydraulisch umschaltende Ventile, abgesehen von reinen Rückschlagventilen, aus.

Die genannten Forderungen sind jedoch mit der Vorrichtung nach der Erfindung in idealer Weise erfüllt. So wird bei­ spielsweise die Umschaltung jeweils im Hub-Umkehrpunkt der Pumpe vorgenommen - unabhängig davon, ob dies tatsächlich das theoretische Hubende ist - , und es ist vorzugsweise eine Sicherung vorgesehen, die die Pumpe gegen eine Hubum­ kehr vor dem Umschalten des Mehrwegeventils sichert. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß durch ein Rück­ schlagventil in der Leitung zur Membrankammer die noch auf "Membrankammer" geschaltete Spülpumpe hydraulisch gegen eine Bewegungsumkehr gesichert wird, solange das Mehrwege­ ventil noch nicht auf "Ein- und Auslaß" geschaltet hat.

Vorzugsweise können die beiden Spülpumpen unterschiedlich große wirksame Kolbenflächen haben, wobei vorzugsweise die beim Druckhub der Druckpumpe an die Membrankammer ange­ schlossene Spülpumpe die größeren Kolbenflächen hat. Damit wird berücksichtigt, daß der mehr Kraft benötigende Druck­ hub der einfachwirkenden Druckpumpe länger dauert als der Ansaughub. Durch die unterschiedlich großen Spülpumpen wird trotzdem eine gleichmäßige Strömung in der Membran­ kammer aufrechterhalten. Vorzugsweise ist die Vorrichtung so aufgebaut, daß der Kolben der Druckpumpe, der als das freie Ende der Pumpen-Kolbenstange ausgebildet ist, und die Spülpumpenkolben auf einer gemeinsamen Pum­ penkolbenstange angeordnet sind. So läßt sich auf einfache Weise eine sehr kompakte Vorrichtung aufbauen.

Vorzugsweise steht das zur Membrankammer führende Auslaß­ ventil der Druckpumpe mit einer Spülpumpenkammer in Ver­ bindung und ist vorzugsweise im Druckpumpenkolben angeord­ net. Die Druckpumpe fördert also während des Druckhubes eine Zusatzflüssigkeitsmenge in die unter Betriebsdruck stehende Spülpumpenkammer. Durch diese Anordnung wird be­ wirkt, daß bei unterschiedlichem Druck zwischen Spülkammer und Pumpenkammer dieser nicht so auf die Pumpenfläche wirkt, daß z.B. ein Rückschieben der Kolbenstange und ver­ zögertes Umschalten des Mehrwegeventils eintreten könnte. Der vorzugsweise ohne druckdichte Dichtung ausgeführte Kolben der Spülpumpen kann auf beiden Kolbenseiten gleiche wirksame Kolbenflächen haben. Da die Spülpumpen trotz des hohen in ihr enthaltenen Betriebsdruckes eine reine Umwälzfunktion und somit einen Druckunterschied auf beiden Kolbenseiten nur in der Größenordnung der Strömungs­ widerstände haben, kann auf eine druckdichte Dichtung verzichtet werden, die einerseits anfällig wäre und andererseits die Betätigungskräfte erhöhte. Es wird dadurch zusätzlich sichergestellt, daß sich durch unterschiedliche Erwärmung oder andere nicht vorher­ zusehende Betriebsumstände auf beiden Kolbenseiten bilden­ de unterschiedliche Drücke ausgleichen und somit vermieden wird, daß auf die manuelle Betätigung unvorhergesehene Kräfte wirken. Die einzigen Dichtungen, die man an der Pumpe benötigt, sind die Kolbenstangendichtungen am Ein­ gang der Spülpumpen und der Druckpumpe, die jedoch einen kleineren Durchmesser haben als die Kolben selbst und da­ her leichter zu beherrschen sind und geringere Reibungs­ kräfte erfordern. Das Mehrwegeventil kann ein mit Über­ deckung der Dichtkanten ausgebildetes Schieberventil sein, das an die gleiche Betätigungsmechanik angelenkt ist wie die Pumpen-Kolbenstange und insbesondere parallel zu die­ sen geführt ist. Dadurch ergibt sich nicht nur eine sehr vorteilhafte raumsparende Anordnung mit geringen Toträu­ men, sondern durch die Bauweise des Schieberventils mit Überdeckung der Dichtkanten, bei der also vor einer Um­ schaltung zunächst alle Durchflußwege gesperrt werden be­ vor die zu öffnenden Durchflüsse geöffnet werden, wird auch bewirkt, daß bei einer Umsteuerung kein Druckabbau in der Membrankammer vorkommen kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Zeichnungen und der Beschreibung hervor. Ausführungsbei­ spiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung in einem ersten Betriebs­ zustand,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand,

Fig. 3 eine Außenansicht der aus drei Einhei­ ten bestehenden Vorrichtung und

Fig. 4 eine teilgeschnittene schematische Dar­ stellung einer Filtereinheit.

Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrich­ tung ist eine handbetriebene Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser, die zur Verwendung auf Rettungsinseln für Schiffe oder Flugzeuge bestimmt ist. Ihre Hauptkomponenten sind eine Pumpeneinheit 12 mit den zugehörigen Steuer- und Überwachungsorganen, eine Membraneinheit 13, die vorteil­ haft auch einen hydraulischen oder hydropneumatischen Druckspeicher 15 enthält, und eine Filtereinheit 14 zum Ansaugen und Reinigen des Meerwassers sowie zur Abgabe des Konzentrats. Die Einheiten sind untereinander vorzugsweise durch flexible Schläuche verbunden, wie im folgenden noch anhand von Fig. 3 erläutert wird.

Die Pumpeneinheit 12 besitzt eine Kolbenstange 17, auf der die Kolben 18, 118 von zwei doppelt­ wirkenden Spülpumpen 19, 119 angeordnet sind, und deren freies Ende den Kolben 20 einer einfachwirkenden Druckpum­ pe 21 bildet. Das Fördervolumen der Spülpumpen ist um ein Vielfaches (vorzugsweise das ca. Zehnfache) größer als das der Druckpumpe 21. Es ist zu erkennen, daß eine druckdich­ te Abdichtung nur an der Kolbenstange 17 vorgesehen ist, und zwar an der Kolbenstangendurchführung der Spülpumpen 19, 119, so daß auch der Kolben der Druckpumpe gegenüber den Spülpumpen abgedichtet ist. Dagegen brauchen die Kol­ ben 18, 118 der Spülpumpen nicht gegen hohe Druckunter­ schiede zum Zylinder hin abgedichtet zu sein. Die Ein- und Auslaßventile 22, 23 der Druckpumpe sind selbsttätig ar­ beitende Rückschlagventile und in der Zeichnung schema­ tisch als Kugelventile dargestellt, während die Steuerung der Spülpumpe durch ein mechanisch zwangsgesteuertes Mehr­ wegeventil 24 erfolgt, das als ein Kolbenschieberventil mit Überdeckung der Dichtkanten ausgebildet ist. Die Durchbrüche oder Absätze im Kolben sind also im Vergleich zu den Ein- und Auslaßöffnungen am Ventilgehäuse so be­ messen, daß bei der Umschaltung zuerst jeweils ein Kanal ganz abgeschlossen wird, bevor der nächste geöffnet wird.

Im einzelnen enthält die Pumpeneinheit 12 einen am Ende der Kol­ benstange 17 angeordneten Kolben 20, in dem das Auslaßven­ til 23 der Druckpumpe 21 angeordnet ist, das über einen Kanal 51 in der Kolbenstange mit der angrenzenden Spülpumpenkammer 26 in Verbindung steht. Auch das Einlaßventil 22 der Druckpumpe 21 ist dicht am Pumpenzylinder angeordnet, um den Totraum klein zu halten und die automatische Entlüftung zu verbessern.

Auf der Kolbenstange 17 sind eine erste Spülpumpe 19 mit größerem und eine zweite Spülpumpe 119 mit kleinerem För­ dervolumen angeordnet. Die jeweils auf beiden Seiten glei­ chen Flächen ihrer Kolben 18, 118 sind also unterschied­ lich groß. Dementsprechend ist das Mehrwegeventil 24 als ein vierfaches Dreiwegeventil ausgeführt und besitzt einen Kolbenschieber 38 mit vier Durchlaßausnehmungen.

Das Mehrwegeventil hat zwei Pumpen-Anschlüsse für die Pum­ pe 19, die zu den beiden Spülpumpenkammern 25, 26 auf bei­ den Seiten des Kolbens 18 führen, der gleich große identi­ sche wirksame Kolbenflächen hat. Im Gehäuse 29 des Mehrwe­ geventils sind insgesamt acht Ausgangsanschlüsse vorgese­ hen, und zwar gehören zur druckpumpenseitigen Spülpumpen­ kammer 26 ein Anschluß 30, der im dargestellten Beispiel über das Einlaßventil 22 der Druckpumpe mit der Meer­ wasser-Ansaugleitung 27 in Verbindung steht und ein An­ schluß 31, der zur Hochdruckseite, also zur Membrankammer 32 der Membraneinheit 13 führt.

Das Mehrwegeventil 24 kann die gegenüberliegende Spülpum­ penkammer 25 mit einem Anschluß 33 verbinden, der mit der Meerwasser-Konzentrat-Rückführleitung 28 verbunden ist, und mit einem Anschluß 34, der über ein Rückschlagventil 35 von der Membrankammer 32 mit unter hohem Druck stehen­ der Flüssigkeit versorgt werden kann.

Die Spülpumpe 119 ist durch eine umgekehrte Anordnung der Zuleitungen am Mehrwegeventil gegenüber der Spülpumpe 19 in entgegengesetzter Wirkungsrichtung angeschlossen, d.h. daß in der rechten Position des Kolbenschiebers 38 beide Spülpumpenkammern 125, 126 über Rückschlagventile 35, 135 mit der Membrandruckkammer 32 verbunden sind, während in der linken Ventilstellung die Kammern 125, 126 mit dem Meerwasser-Ein- und Auslaß 27, 28 in Verbindung stehen. Zusätzlich zum Einlaßventil 22 der Druckpumpe ist ein An­ saugventil 122 angeordnet, um das Leerlaufen der Leitungen bei einem versehentlichen Austauchen der Filtereinheit zu vermeiden. Zur Verbesserung der automatischen Entlüftung trägt auch das Rückschlagventil 135 bei.

Der Antrieb der Pumpeneinheit 12 und des Mehrwegeventils 24 er­ folgt über einen gemeinsamen Betätigungshebel 36, an dem in Abstand voneinander die Pumpen-Kolbenstange 17 und, im Bereich eines Endes des Betätigungshebels, die Kolbenstan­ ge 37 des Kolbenschiebers 38 des Mehrwegeventils 24 ange­ lenkt sind, wobei auf nicht dargestellte, an sich bekannte Weise durch Zwischengelenke oder bewegliche Führungen die Parallelführung der Kolbenstangen trotz einer Schwenkung des Betätigungshebels sichergestellt ist. Das andere Ende des Betätigungshebels ist mit einem Handgriff 39 versehen.

Die Ansaugleitungen 27, 28 sind mit der Filtereinheit 14 verbunden, die im folgenden anhand von Fig. 4 noch näher erläutert wird. Die Membraneinheit 13 besitzt eine schema­ tisch dargestellte Membran 40, die die unter hohen Druck zu setzende Membrankammer 32 von einer Permeatkammer 41 trennt, aus der das Permeat, d.h. das von dem Meersalz getrennte Wasser, über eine Permeatleitung 42 abgeleitet wird. Die Membranen sind vorzugsweise spezielle aus Zellu­ loseacetat oder Polyamid hergestellte Membranen mit geeig­ neten Stützkonstruktionen, die einen hohen Druckunter­ schied aushalten und trotzdem die zur Osmose benötigten halbdurchlässigen Eigenschaften haben.

Da die Vorrichtung aus Gründen des Raumbedarfs, des Ge­ wichts und der notwendigen Betätigungskraft so dimen­ sioniert werden sollte, daß sie zur Erzeugung der notwen­ digen Trinkwassermenge über längere Zeiträume betrieben werden sollte, ist es, teilweise auch aus klimatischen Gründen, notwendig, daß die Vorrichtung nachts eingesetzt wird. Daher müssen alle Funktionen der Vorrichtung auch in der Dunkelheit zu überwachen sein. Der einzige zu überwa­ chende Zustand ist die Aufrechterhaltung eines Druckes in einem Druckbereich, der in angemessener Weise über dem osmotischen Druck liegt. Dazu ist vorzugsweise eine Druck­ meßeinrichtung in Form eines bei ausreichenden Druckver­ hältnissen aus dem Gehäuse heraustretenden bzw. herausra­ genden Indikatorstiftes vorgesehen, der von einer bei für die Funktion unnötig hohem Druck bewegbaren Hülse abge­ deckt wird. Die Bedienungsperson kann also sicher sein, daß dann, wenn der Stift herausragt, was sowohl optisch als auch durch Fühlen festgestellt werden kann, die rich­ tigen Druckverhältnisse vorliegen.

Daher ist an die Membran-Druckkammer 32 zusätzlich zu dem hydraulischen Druckspeicher 15 und einem Überdruckventil 43 mit Möglichkeit zur Handauslösung ein Druckmeß- und Überwachungsgerät 44 angeschlossen. Dieses besteht aus einem entgegen der Kraft einer Feder 45 bewegbaren Kolben 46, der an einer Seite ein hülsenförmiges Ende 47 hat, in dessen Mittelbohrung ein Indikatorstift 48 durch eine Fe­ der nach außen gedrückt wird. Durch einen Stift 49 ist der Weg des Stiftes 48 begrenzt.

Das Druckmeßgerät arbeitet so, daß der auf den Kolben 46 wirkende Druck diesen in Fig. 1 nach links verschiebt und dabei den Stift 48 aus dem Gehäuse herausdrückt, wenn ein ausreichender Betriebsdruck erreicht ist. Bei weiterer Erhöhung dieses Druckes in einen unnötig hohen Bereich wandert auch die Hülse 47 aus der Gehäuseöffnung heraus und überdeckt den Stift 48, der von dem in einer schlitz­ förmigen Ausnehmung des Gehäuses laufenden Stift 49 blockiert und entgegen der Kraft einer Feder zurückgehal­ ten wird. Dadurch verschwindet der Stift 48 wieder in der Hülse, und die obere Grenze des Betriebsdruckbereiches wird sowohl sichtbar als auch fühlbar angezeigt.

Die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt: Wenn der Betätigungshebel 36 mittels des Handgriffes 39 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird (Fig. 1), so wird auf die Kolbenstange 17 der Pumpeneinheit 12 eine nach links und auf die Kolbenstange 37 des Mehrwegeventils eine nach rechts ge­ richtete Kraft ausgeübt. Dadurch wird der Kolbenschieber 38 des Mehrwegeventils 24 in die in Fig. 1 dargestellte rechte Position verschoben, bevor die Pumpe nach links in Bewegung gesetzt wird. In jeder anderen Stellung des Mehr­ wegeventils ist nämlich eine nach links gerichtete Bewe­ gung der Pumpe hydraulisch blockiert, da dann die Rück­ schlagventile 23 und 35 geschlossen sind.

Danach stellt sich ein Strömungsverlauf ein, wie er durch die Pfeile in Fig. 1 symbolisiert ist. Die Druckpumpe 21 macht ihren Ansaughub und saugt über das Ventil 22 fri­ sches Meerwasser aus der Filtereinheit 14 an, ebenso wie die rechte Spülpumpenkammer 26. Aus der linken Spülpumpen­ kammer 25 wird aus der Membrankammer 32 stammendes mit Salz angereichertes Meerwasser über die Rückflußleitung 28 wieder ins Meer zurückgefördert. Auf beiden Seiten des Spülpumpenkolbens 18 herrscht der gleiche Druck.

Während des Ansaughubes (Kolbenstange 37 des Mehrwegeven­ tils 24 in der rechten Position und die Pumpen-Kolbenstan­ ge 17 in Bewegungsrichtung nach links), wie in Fig. 1 dar­ gestellt, saugt die Druckpumpe 21 über die Ventile 122 und 22 an, ebenso wie die größere Spülpumpe 19 mit ihrer Kam­ mer 26, deren Spülkammer 25 ebenfalls im wesentlichen auf Atmosphärendruck ist und die Flüssigkeit über die Rück­ flußleitung 28 ausschiebt. In dieser Arbeitsphase befindet sich die Spülpumpe 119 auf dem hohen Betriebsdruck und saugt über die Spülpumpenkammer 126 Flüssigkeit aus der Membrandruckkammer 32 über das Ventil 135 an, während die unter Druck befindliche Flüssigkeit aus der Spülpumpenkam­ mer 125 über das Ventil 135 in die Membrandruckkammer 32 zur Spülung zurückgefördert wird.

Bei dem entgegengesetzten Hub des Betätigungshebels 36 (entgegen dem Uhrzeigersinn) wird wiederum zuerst der Kol­ benschieber 38 des Mehrwegeventils 24 in seine linke Stel­ lung gebracht, weil bei nach rechts gestelltem Kolben­ schieber das Rückschlagventil 22 und der auf dem Ventil 23 lastende hohe Druck eine Bewegung der Pumpe nach rechts behindern würde. Es stellen sich danach die in Fig. 2 durch Pfeile symbolisierten Bewegungs- und Strömungsver­ hältnisse ein.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Druckhub (Kolbenschieber 38 in linker Position und Pumpen-Kolbenstange 17 nach rechts bewegt) wird die Flüssigkeitsmenge, die der durch die Membran gedrungenen Rein-Wassermenge entspricht, von der Druckpum­ pe 21 über das Ventil 23 und den Kanal 51 in die Spülpum­ penkammer 26 gedrückt und dort zusammen mit der unter Druck befindlichen Spülflüssigkeitsmenge über das Ventil 135 in die Membrandruckkammer 32 gefördert. In die gegen­ überliegende Spülpumpenkammer 25 strömt Druckflüssigkeit aus der Membrandruckkammer ein.

Gleichzeitig ist die kleinere Spülpumpe 119 auf einen Druck im Bereich des Atmosphärendruckes geschaltet, und der Inhalt der Spülpumpenkammer 126 wird über die Rück­ flußleitung 28 ausgeschoben, während in die Spülpumpenkam­ mer 125 frische Lösung nachströmt.

Es ist also zu erkennen, daß hier die Spülung der Membran 40 sowohl beim Druck- als auch beim Saughub erfolgt und daher während des gesamten Betriebes der Vorrichtung aufrechterhalten wird. Die geringere Größe der während des Ansaughubes zur Spülung unter hohem Druck stehender Lösung dienenden Spülpumpe 119 sorgt dafür, daß die absolute Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen gleich bleibt, weil der Ansaughub wegen des geringeren Kraftaufwandes normalerweise in einem Bruchteil (ca. 1/3) der Zeit durchgeführt wird, wie der Druckhub.

In der Membrankammer 32 herrscht dabei der hohe Betriebs­ druck, der über dem der Lösungskonzentration entsprechen­ den osmotischen Druck (bei Meerwasser etwa 30 bar) liegt und zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Volumen­ stroms bei vertretbarer Membranfläche bis 100 bar betragen kann. Infolge der Inkompressibilität der Flüssigkeit tre­ ten aber durch die Anlegung der Spülpumpen an den hohen Betriebsdruck praktisch keine Druckverluste auf. Mit die­ ser Frischwasserspülung unter Betriebsdruck wird durch entsprechende Führung der Lösung einerseits verhindert, daß die Lösung zu stark angereichert wird, wodurch der osmotische Druck ansteigen würde, und andererseits die Membranfläche frei von Verunreinigungen wie Kalkrückstän­ den gehalten. Bei erneutem Zurückschwenken des Hebels wie­ derholt sich der in Fig. 1 beschriebene Vorgang.

Es ist also zu erkennen, daß die Membrankammer mit einer großen Menge frischer Lösung gespült werden kann, ohne daß Energie aufgewendet werden muß, um diese Menge auf den hohen Druck zu bringen. Die Spülpumpen 18, 118 brauchen nur die bei der Spülung entstehenden Strömungswiderstände zu überwinden, so daß auf ihren beiden Kolbenseiten ledig­ lich der daraus resultierende geringe Druckunterschied besteht. Es kann also eine leichte Undichtigkeit des Kol­ bens in Kauf genommen werden. Lediglich die durch Punkte angedeuteten Dichtungen 50 auf der Kolbenstange müssen druckdicht sein. Es ist auch zu erkennen, daß trotz eines gesonderten Ansaughubes der Betrieb ununterbrochen auf­ rechterhalten wird, wodurch vor allem Salzdurchbrüche durch die Membran verhindert werden und die Liefermenge erhöht wird. Der Druckspeicher sollte möglichst so be­ messen sein, daß auch eine Arbeitspause an der Pumpe von ca. einer Minute überbrückt werden kann, ohne daß die schädlichen Folgen eines Druckabbaus in der Membrankammer 32 auftreten. Man sieht ferner, daß der außerordentlich einfache mechanische Aufbau des Antriebes mit Sicherheit dafür sorgt, daß die beiden Kolbenstangen 17, 37 gegenläu­ fig geführt werden. Durch diese Mechanik, die die beiden Kolbenstangen kraftabhängig und unabhängig von bestimmten Totpunktlagen in die richtigen Positionen bringt (insbe­ sondere den Kolbenschieber 38), unterstützt von der hy­ draulischen Verriegelung, ist sichergestellt, daß die ge­ wünschte Funktion auch dann eintritt, wenn beispielsweise bei Ermüdung des Bedienenden er den Betätigungshebel 36 nicht mehr bis zum Endanschlag durchzieht. Die Funktion ist also gänzlich unabhängig von der Größe des jeweiligen Hubes.

Die Trennung zwischen den Spülpumpen und der eigentlichen Förderpumpe schafft eine klare Trennung zwischen Spül- und Fördermenge und sorgt für eine gute und auch über lange Zeit aufrechtzuerhaltende Betriebssicherheit im benutzten und unbenutzten Zustand, was für Rettungsgeräte von ent­ scheidender Bedeutung ist.

In Fig. 3 ist die gesamte aus den drei eingangs beschrie­ benen Einheiten bestehende Vorrichtung dargestellt. Die Membraneinheit 13 ist als langgestrecktes Bauteil ausgeführt, an das der hydraulische Druckspeicher 15 angebaut ist. Die Verbindung zur Pumpeneinheit 12 geschieht über einen Hochdruck-Doppelschlauch 52. Die Pumpeneinheit 12 besitzt ein Metallgehäuse, in dem, wie strichliert angedeutet ist, die Pumpe und das Mehrwege­ ventil in Längsbohrungen angeordnet sind. Es handelt sich um eine Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4. Die Kolben­ stangen 17, 37 sind mit dem Betätigungshebel 36 gelenkig verbunden, der jedoch in die entgegengesetzte Richtung weist wie in Fig. 1. Dies ist jedoch auf die Funktion ohne Einfluß, da in jedem Falle die gegenläufige Bewegung der beiden Kolbenstangen sichergestellt ist. Der Betätigungs­ hebel 36 ist durch Ausziehen verlängerbar und hat an seinem Ende den Handgriff 39. Er kann so an die Vorrich­ tung angelegt werden, daß er einen Griff im Bereich einer Griffausnehmung 53 bildet. Parallel zu der Pumpe ist das Druckmeßgerät 44 angeordnet. Ferner ist eine Körperstütze 54 in Form eines Bügels ausziehbar am Gehäuse befestigt, mit der die Pumpeneinheit am Körper so abgestützt werden kann, daß der Handgriff möglichst ermüdungsfrei betätigt werden kann.

Ebenfalls über einen Doppelschlauch 55, der Ansaug- und Rückflußleitung 27 und 28 enthält, ist die Filtereinheit 14 mit der Pumpeneinheit verbunden. Sie enthält zwei pa­ rallel zueinander angeordnete Filterpatronen 56, 57 in einem gelochten Gehäuse 58. Die Leitungen 27, 28 sind über ein Anschlußteil 59 angeschlossen, das gegenüber dem Ge­ häuse 58 drehbar angeordnet ist und zwei strichliert ange­ deutete Kanäle 60, 61 enthält, die zu der Innenkammer je einer der beiden Filterpatronen führen. In der dargestell­ ten Position strömt das Meerwasser, wie durch die Pfeile angedeutet, durch die Filterpatronen 56 und den Kanal 60 in die Ansaugleitung 27, während die zurückströmende, leicht eingedickte Lösung bzw. Spülflüssigkeit über die Leitung 28, den Kanal 61 durch die Filterpatrone 57 aus­ tritt und diese damit freispült und reinigt. Von Hand kann durch Drehung der Filtereinheit auf dem Anschlußteil 59 diese Anordnung umgekehrt werden, so daß die freigespülte Patrone wieder als Ansaugfilter dienen kann. Im Anschluß­ teil 59 könnte das Ventil 122 angeordnet sein.

Durch die Aufteilung der gesamten Vorrichtung in drei Einheiten ist es möglich, die von der Bedienungsperson zu haltende Pumpeneinheit so kompakt und relativ leicht zu gestalten, daß durch das Halten allein nicht Ermüdungen oder Beschwerden hervorgerufen werden. Es ist auch möglich, eine andere Antriebsart als die mittels eines Handhebels vorzusehen, beispielsweise eine Fußbetätigung, die man jedoch nur bei starren Rettungsgeräten, wie beispielsweise Rettungsbooten, vorsehen sollte, weil in schlauchbootartigen Rettungsgeräten kein festes Gegenlager vorhanden ist und ein Aufrechtstehen schon aus Sicher­ heitsgründen vermieden werden sollte. Hauptsächlich ist die Vorrichtung zur Trinkwassererzeugung im Seenotfalle gedacht, es ist jedoch auch möglich, damit andere Lösungen in ihre Lösungsbestandteile zu trennen, sofern sie einen osmotischen Druck haben. Die geschilderten Vorteile, insbesondere die des geringen Kraftbedarfes und der großen Betriebssicherheit, machen die Vorrichtung auch dann mit Vorteil einsetzbar, wenn eine andere mechanische Kraft­ quelle vorhanden ist als die menschliche Muskelkraft. Die geringe mechanische Reibung senkt nicht nur den Energiebedarf, sondern auch den Verschleiß. Die in der Vorrichtung nach der Erfindung vorliegende Trennung zwischen druckerzeugender Pumpe und als Druckschleuse wirkender Spülpumpe sowie die mögliche Einhaltung eines sehr kleinen schädlichen Raumes zwischen Ansaug- und Auslaßventilen machen es möglich, eventuell ins System eingedrungene Luft auf dem Wege über die Membran 40 herauszufördern, ohne das gesamte System mehr als vorübergehend zu beeinträchtigen. Die Selbstentlüftung wird besonders durch die in Fig. 1 und 2 gezeigte Anord­ nung der Druckpumpenventile, insbesondere die Ventilanord­ nung 23 im Kolben, gefördert.

Die Spülpumpen könnten auch als Membranpumpen ausgebildet sein, wobei die Membran durch eine Druckausgleichsbohrung oder einen Druckausgleichskanal in dem Gehäuse überbrückt sein könnte. Dies wirkt wie die beschriebene Ausführung mit "undichtem" Kolben und sorgt dafür, daß die Membran nicht für größere Druckunterschiede ausgelegt werden muß.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur teilweisen Trennung flüssiger Lösun­ gen nach dem Prinzip der Umkehrosmose, insbesondere zur manuellen Betätigung, mit einer Membrankammer (32), einer Pumpeneinheit, die die Membrankammer (32) mit unter Druck stehender Lösung versorgt und unter Aufrechterhaltung des Druckes mit frischer Lösung spült und einem mechanisch zwangsweise gesteuerten Mehrwegeventil (24, 24 a), das beide Kammern wenig­ stens einer doppelt wirkenden Kolbenpumpe (119) ab­ wechselnd an die Membrankammer (32) und an den Ein­ und Auslaß (27, 28) für die Lösung anschließt, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit aus zwei doppeltwirkenden Kolbenpumpen als Spülpumpen (19 a, 119), von denen bei jeder Hub-Richtung jeweils eine an die Membrankammer (32) und eine an den Ein- und Auslaß (27, 28) angeschlossen ist, mit einer zusätz­ lichen Druckpumpe (21, 21 a) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spülpumpen (19 a, 119) unterschiedlich große wirksame Kolbenflächen haben, wobei vorzugswei­ se die beim Druckhube der Druckpumpe (21 a) an die Membrankammer (32) angeschlossene Spülpumpe (19 a) die größeren Kolbenflächen hat.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20, 20 a) der Druckpumpe (21, 21 a) und beider Spülpumpen (19, 19 a, 119) auf einer gemeinsamen Pumpen-Kolbenstange (17, 17 a) angeordnet ist und vorzugsweise als das freie Ende der Pumpen-Kolbenstange (17, 17 a) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Membrankammer (32) führende Auslaßventil (23 a) der Druckpumpe (21 a) mit einer Spülpumpenkammer (26 a) in Verbindung steht und vorzugsweise im Kolben (20 a) der Druckpumpe (21 a) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckleitungen zwischen der Membran (32) und dem Mehrwegeventil (24, 24 a) eine Rückstromsperre in Form von Rückschlagven­ tilen (35, 35 a, 135), eingebaut ist.