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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR FILTERING FLUIDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/124703
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pump arrangement (1) for filtering a fluid (F) according to the principle of reverse osmosis. The pump arrangement (1) comprises at least one high-pressure housing at least partially symmetrical about a center axis (20) and at lest one membrane (3) disposed in the high-pressure housing (2). The pump arrangement (1) further comprises a piston pump (4) having a piston housing (40) and a delivery piston (41) for pumping the fluid (F) into the high-pressure housing (2) and a circulating pump (5) having at least one pump body (51) and a pump shaft (52) driving the pump body (51) for generating a circulation flow of the fluid (F) through the membrane and for rinsing the membrane (3). The pump arrangement (1) for osmosis has the advantage of being simple to maintain while having low leakage and thereby lower pressure loss at the pump housing. To this end, the pump body (51) is directly or indirectly driven by a rotating magnetic field, and the pump shaft (52) of the pump body (51) is further disposed within the high-pressure housing (2) of the membrane (3).

Inventors:
BRAEUER HANS (FR)
Application Number:
PCT/EP2009/003152
Publication Date:
November 04, 2010
Filing Date:
April 30, 2009
Export Citation:
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Assignee:
BRAEUER HANS (FR)
International Classes:
B01D61/08; B01D61/06; F04B17/03; F04B17/04; F04B35/04; F04D13/06
Domestic Patent References:
WO2003008076A12003-01-30
Foreign References:
AU476992B21973-11-01
US20080260515A12008-10-23
EP1120570A22001-08-01
US20030017061A12003-01-23
US3103180A1963-09-10
Attorney, Agent or Firm:
THEWS, KARL (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Pumpenanordnung (1) zum Filtern eines Fluids (F) nach dem Prinzip der Umkehrosmose mit zumindest einem zu einer Mittelachse (20) zumindest teilweise symmetrischen Hochdruckgehäuse (2), mit zumindest einer im Hochdruckgehäuse (2) angeordneten Membrane (3), und mit einer Kolbenpumpe (4) mit einem Kolbengehäuse (40) und einem Förderkolben (41) zum Pumpen des Fluids (F) in das Hochdruckgehäuse (2) sowie mit einer Umwälzpumpe (5) mit zumindest einem Pumpenkörper (51) und einer den Pumpenkörper (51) antreibenden Pumpenwelle (52) zum Erzeugen eines Strömungskreislaufs des Fluid (F) durch die Membrane (3) und zum Spülen der Membrane (3) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pumpenkörper (51) mittel- oder unmittelbar über ein drehendes magnetisches Feld angetrieben wird und der Pumpenkörper (51) mit seiner Pumpenwelle (52) innerhalb des Hochdruckgehäuses (2) der Membrane (3) angeordnet ist.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Hochdruckgehäuse (2) eine koaxial zur Mittelachse (20) angeordnete, zylinderförmige Innenfläche (21) aufweist und als Druckrohr ausgebildet ist.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Erzeugung der Strömungsgeometrie ein im Hochdruckgehäuse (2) angeordnetes inneres Gehäuse (50) vorgesehen ist und das Hochdruckgehäuse (2) in Richtung der Mittelachse (20) durch einen Gehäusedeckel (22) verschlossen ist, wobei der Pumpenkörper (51) zwischen dem Gehäusedeckel (22) und dem innere Gehäuse (50) angeordnet ist.

4. Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das innere Gehäuse (501) einen Adapter zum Anschließen und zum Lagern der Membrane (3) bildet und im inneren Gehäuse (501) ein Kanal (502) vorgesehen ist, der in radialer Richtung zur Mittelachse (20) über eine Bohrung (23) im Hochdruckgehause (2) nach außen fuhrt.

5. Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Umwälzpumpe (5) ein als Spule (54) ausgebildetes Primärteil zum Erzeugen eines um die Pumpenwelle (52) rotierenden elektromagnetischen Feldes sowie einen oder mehrere auf dem oder im Pumpenkorper (51) angeordnete Magneten (53) als Sekundärteil aufweist, wobei die Spule (54) im Hochdruckgehäuse (2) oder im Gehausedeckel (22) angeordnet ist.

6. Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Umwälzpumpe (5) einen als Primärteil ausgebildeten Motorscheibenläufer (55) mit mehreren Magneten (56) zum Erzeugen eines um die Pumpenwelle (52) rotierenden elektromagnetischen Feldes sowie einen oder mehrere auf dem oder im Pumpenkörper (51) angeordnete Magneten (53) als Sekundärteil aufweist, wobei der Motorscheibenläufer (55) außerhalb des Hochdruckgehäuses (2) angeordnet ist.

7. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pumpenkörper (51) als Kreiselpumpenrad ausgebildet und über die Pumpenwelle (52) im Primärteil und/oder im Gehäusedeckel (22) und/oder mittel- oder unmittelbar im inneren Gehäuse (501) drehbar gelagert ist.

8. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pumpenkörper (51) als Pumpenscheibenläufer mit einer Nockenbahn (57) ausgebildet ist und einen Hydraulikkolben (58) mit einem Hydraulikzylinder (59) aufweist, wobei der Hydraulikkolben (58) mittel- oder unmittelbar durch die Nockenbahn (57) oszillierend im Hydraulikzylinder (59) antreibbar ist.

9. Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Hochdruckgehäuse (2) ein Elektromotor (8) mit einer als Pumpenwelle (52) ausgebildeten Motorwelle zum Antreiben des Pumpenkörpers (51) angeordnet ist.

10. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Einheit zur Energierückgewinnung (6) vorgesehen ist und die Einheit (6) mindestens ein direkt über das Fluid (F) mit dem Förderkolben (41) hydraulisch gekoppeltes Umschaltventil (62, 66) mit mindestens einem hydraulisch entlang einer Ventilachse (623, 663) in zwei Richtungen steuerbaren Ventilkörper (620, 660) .

11. Pumpenanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch den Ventilkörper (620, 660) eine oder mehrere Strömungskanäle (63, 64) nacheinander oder gleichzeitig geöffnet und/oder geschlossen werden können.

12. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einheit (6) zumindest einen Steuerschieber (42, 61) aufweist, wobei der Förderkolben (41) über die

Welle (45) mit zumindest einem Steuerschieber (42, 61) verbunden und antreibbar ist, wobei der Steuerschieber (42, 61) translatorisch verschiebbar oder rotatorisch verdrehbar ist.

13. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kolbenpumpe (4) und das Primärteil der Umwälzpumpe (5) über eine mit einem Antriebsmotor (7) verbindbare Welle (45) angetrieben sind.

14. Verfahren zum Filtern von Wasser mit einer Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Fluid (F) durch eine im Druckrohr (2) integrierte Umwälzung einen Strόmungskreislauf durch die Membrane (3) bildet und das Fluid (F) über die Kolbenpumpe (4) in das Hochdruckgehäuse (2) gefördert wird; das gefilterte Fluid (F) als Permeat (P) sowie das im Hochdruckgehäuse (2) umlaufende und die Membrane (3) spülende Retentat (R) aus dem Hochdruckgehause (2) herausgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 bei dem das Retentat (R) aus dem Hochdruckgehause (2) in die Einheit (6) für die Energierückgewinnung geführt und nach einem Energie- rückgewinnungsprozess aus der Einheit (6) aus der Pumpenanordnung (1) herausgeführt wird.

Description:
Vorrichtung zum Filtern von Fluiden

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanordnung zum Filtern eines Fluids nach dem Prinzip der Umkehrosmose mit zumindest einem zu einer Mittelachse zumindest teilweise symmetrischen Hochdruckgehause, mit zumindest einer im Hochdruckgehause angeordneten Membrane, und mit einet Kolbenpumpe mit einem Kolbengehause und einem Forderkolben zum Pumpen des Fluids in das Hochdruckgehause sowie mit einer Umwälzpumpe mit zumindest einem Pumpenkorper und einer den Pumpenkorper antreibenden Pumpenwelle zum Erzeugen eines Stromungskreislaufs des Fluids durch die Membrane und zum Spulen der Membrane.

Es ist bereits eine Pumpenanordnung für ein Umkehrosmosesystem aus der WO 03 008 076 Al bekannt. Dieses System umfasst als Druckmodul eine oszillierende Zweikolbenpumpe. Hierzu ist ein Differenzdruckventil den beiden Kolben zugeordnet, das die Energieruckgewinnung gewahrleistet. Die Frequenz und die Amplitude der Zweikolbenpumpe sind maßgebend für die Druckwelle, die wiederum die Qualität des Permeats und des Durchsatzes sicherstellt.

In der EP 0 059 275 Al ist eine Pumpe für eine Membran- trenn-Pumpenanordnung zum Trennen einer Speiseflussigkeit in durchlaufende Flussigkeits- und konzentrierte Flussig- keitsfraktionen beschrieben, die durch selektive Membranen durchgelassen bzw. zurückgehalten werden. Die Pumpe besteht aus einer Forderkolbenpumpe mit einem Forderzylinder, einem Forderschieber und einer Schieberstange. Der Forderschieber ist in Bezug zum Forderzylinder verschiebbar und teilt den Forderzylinder in eine Pumpenkämmer, in der die Speiseflus- sigkeit unter Druck gesetzt wird, und in eine Expansionskammer, in der die konzentrierte Flussigkeitsfraktion entspannt wird. Die Schieberstange weist eine Achse auf, die mit dem Forderschieber derart zusammenwirkend verschoben wird, dass die Pumpenkammer einen größeren Hubraum aufweist als die Expansionskammer.

In der DE 25 15 785 ist eine Anordnung zum Vermeiden der Kavitation bei einer Hauptpumpe wie z.B. einer selbstregelnden Axialkolbenpumpe beschrieben. Hierzu ist eine Aufladepumpe vorgesehen, deren Rotor von demjenigen der Hauptpumpe antreibbar ist. Zwischen der Saugseite der Hauptpumpe und der Forderseite der Aufladepumpe ist eine standige Verbindung und zwischen der Forderseite der Aufladepumpe und dem Vorratsbehalter ist eine Nebenschluss- verbindung vorgesehen, welche sich druckabhangig dann öffnet, wenn der Druck an der Saugseite der Hauptpumpe einen vorgegebenen Wert überschreitet.

In der DE-PS 37 19 292 ist eine Pumpenanordnung für die Aufbereitung von Rohwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose beschrieben, bei der die Speisepumpe und die Umwälzpumpe einem gemeinsamen Motor zugeordnet sind. Bei dieser Pumpe weist die Welle des Motors eine Verlängerung auf, wobei die Speisepumpe und die Umwälzpumpe voneinander abstandsfrei auf dieser Verlängerung angeordnet sind. Die Speisepumpe ist eine Flugeizellenpumpe und die Umwälzpumpe ist eine Kreiselpumpe.

In dem aus Sicht der Anmelderin nachstliegenden Stand der Technik, nämlich in der DE 103 54 785 Al ist eine Umkehrosmoseanlage mit einer Pumpenanordnung mit einer rotierenden hydrodynamischen oder hydrostatischen Pumpe und mit einer Hochdruckpumpe vorgesehen, wobei auf einem ersten Teil der Welle ein Pumpenrad für die rotierende hydrodynamische oder hydrostatische Pumpe und auf einem zweiten Teil der Welle ein Antrieb für die Hochdruckpumpe angeordnet ist. Die Hochdruckpumpe ist gattungsgemaß als Kolbenhoch- druckpumpe ausgebildet, wobei dem Antrieb auf dem zweiten Teil der Welle ein Kolben zugeordnet ist und dieser Kolben in einem Zylinderraum im Pumpengehause oder in einem zweiten Gehausekorper gelagert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenanordnung für Osmose derart auszubilden und anzuordnen, dass eine einfache Wartung und gleichzeitig eine geringere Leckage und somit geringer Druckverlust am Pumpengehause erreicht wird.

Gelost wird die Aufgabe erfmdungsgemaß dadurch, dass der Pumpenkorper mittel- oder unmittelbar über ein drehendes magnetisches Feld angetrieben wird und der Pumpenkorper mit seiner Pumpenwelle innerhalb des Hochdruckgehauses der Membrane angeordnet ist.

Hierdurch wird erreicht, dass keine Welle aus dem Hoch- druckgehause herausgeführt wird und somit eine Wartung des Wellendichtrings entfallt und gleichzeitig eine mögliche Leckage am Wellendichtring ausbleibt. Durch die Inkompres- sibilitat von Fluiden oder Flüssigkeiten wurden nämlich schon geringste Leckagen im Hochdrucksystem einen sehr großen Druckabfall im Hochdrucksystem an der Membrane zur Folge haben. Der innerhalb des druckfesten Hochdruckgehauses angeordnete Pumpenkorper wird von einem außerhalb des Hochdruckgehauses erzeugten Magnetfeld angetrieben.

Durch diese Maßnahme ist die Umwälzpumpe im stromungstech- nisch statischen Sinne drucklos, d. h. der Antrieb des Pum- penkorpers muss nicht gegenüber dem zu pumpenden Medium abgedichtet werden. Dies birgt auch den Vorteil einer wesentlich einfacheren Konstruktion der Umwälzpumpe und eines höheren Wirkungsgrades und somit einer besseren Umstromung der Membrane. - A -

Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn das Hochdruckge- hause eine koaxial zur Mittelachse angeordnete, zylinderförmige Innenflache aufweist und als Druckrohr ausgebildet ist. Hochdruckgehause mit einer solchen Geometrie sind einfach abzudichten und druckstabil. Gleichzeitig lassen sich solche rohrformigen Hochdruckgehause relativ einfach an den für den integrierten Pumpenkorper notwendigen Durchmesser anpassen.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass zur Erzeugung der Stro ¬ mungsgeometrie ein im Hochdruckgehause angeordnetes inneres Gehäuse vorgesehen ist und das Hochdruckgehause in Richtung der Mittelachse durch einen Gehausedeckel verschlossen ist, wobei der Pumpenkorper zwischen dem Gehausedeckel und dem innere Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch wird eine druckdichte und kompakte Bauweise erreicht, wobei das Hochdruckgehause das äußere Gehäuse für die Umwälzpumpe 5 bildet.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das innere Gehäuse einen Adapter zum Anschließen und zum Lagern der Membrane bildet und im inneren Gehäuse ein Kanal vorgesehen ist, der in radialer Richtung zur Mittelachse über eine Bohrung im Hochdruckgehause nach außen fuhrt. Die erfmdungsgemaße Losung bietet den Vorteil, dass das Druckrohr mit allen für das Hochdrucksystem notwendigen Bauteilen nacheinander be ¬ stuckt und dann auch an der dem Gehausedeckel gegenüberliegenden Seite durch einen zweiten Gehausedeckel verschlossen werden kann. Dabei nimmt das Hochdruckgehause alle für das Hochdrucksystem notwendigen Bauteile geschlossen in sich auf.

Vorteilhaft ist es hierzu, dass die Pumpenwelle und die Membrane koaxial zur Mittelachse angeordnet sind. Dadurch können handelsübliche rohrformige Membrane in das Hochdruckgehause eingesetzt und mit einem symmetrischen inneren Gehause als Adapter an die Umwälzpumpe angeschlossen werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Umwälzpumpe ein als Spule ausgebildetes Primarteil zum Erzeugen eines um die Pumpenwelle rotierenden elektromagnetischen Feldes sowie einen nder mehrere auf dem oder im Purnpenkorper angeordnete Magneten als Sekundarteil aufweist, wobei die Spule im Hochdruckgehause oder im Gehausedeckel angeordnet ist. Die Spule lasst sich bei entsprechender Gestaltung des Gehäuses der Spule dadurch gleichzeitig als Gehausedeckel einsetzen, was neben einer einfachen und kompakten Bauweise auch geringe Abstande zwischen den elektrischen Feldern, also zwischen der Spule und den Magneten ermöglicht und somit geringe Spaltverluste zum Vorteil hat.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Umwälzpumpe einen als Primarteil ausgebildeten Motorscheibenlaufer mit mehreren Magneten zum Erzeugen eines um die Pumpenwelle rotierenden elektromagnetischen Feldes sowie einen oder mehrere auf dem oder im Pumpenkorper angeordnete Magneten als Sekundarteil aufweist, wobei der Motorscheibenlaufer außerhalb des Hochdruckgehauses angeordnet ist. Bei dieser Losung ist der Gehausedeckel sehr dünn auszubilden, um die Spaltverluste zu minimieren.

Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der Pumpenkorper als Kreiselpumpenrad ausgebildet und über die Pumpenwelle im Primarteil und/oder im inneren Gehäuse drehbar gelagert ist. Vorteilhaft ist eine in axialer Richtung zur Pumpenwelle zweiseitige Lagerung des Pumpenkorpers .

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemaßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn der Pumpenkorper als Pumpenscheibenlaufer mit einer Nockenbahn ausgebildet ist und einen Hydraulikkolben mit einem Hydraulikzylinder aufweist, wobei der Hydraulikkolben mittel- oder unmittelbar durch die Nockenbahn oszillierend im Hydraulikzylinder antreibbar ist.

Als weitere Alternative für einen Antrieb des Pumpenkörpers kann es vorteilhaft sein, wenn im HochuLuckgehäuse ein Elektromotor mit einer als Pumpenwelle ausgebildeten Motorwelle zum Antreiben des Pumpenkörpers angeordnet ist. Der Nachteil der Spaltverluste entfällt durch diese Maßnahme, die lediglich ein im Vergleich zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen längeres Hochdruckgehäuse bzw. Druckrohr erfordert. Das Motorgehäuse dient entsprechend dem Gehäusedeckel gleichzeitig als Verschluss für das Hochdruckgehäuse und kann hierzu einen entsprechenden Flansch zum Anschließen aufweisen.

In Bezug auf den Wirkungsgrad ist es vorteilhaft, wenn eine Einheit zur Energierückgewinnung vorgesehen ist und die Einheit mindestens ein direkt über das Fluid mit dem Förderkolben hydraulisch gekoppeltes Umschaltventil mit mindestens einem hydraulisch entlang einer Ventilachse in zwei Richtungen steuerbaren Ventilkörper. Das Umschaltventil kann auch bevorzugt als Differenzdruckventil ausgebildet sein.

Hierzu ist es vorteilhaft, wenn durch den Ventilkörper eine oder mehrere Strömungskanäle nacheinander oder gleichzeitig geöffnet und/oder geschlossen werden können.

Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Einheit zumindest einen Steuerschieber aufweist, wobei der Förderkolben über die Welle mit zumindest einem Steuerschieber verbunden und antreibbar ist, wobei der Steuerschieber translatorisch verschiebbar oder rotatorisch verdrehbar ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kolbenpumpe und das Primärteil der Umwälzpumpe über eine mit einem Antriebsmotor verbindbare Welle angetrieben sind.

Ein anwendungsspezifisches Verfahren zum Filtern von Wasser mit einer der beschriebenen Pumpenanordnungen ist vorteilhaft, bei dem das Fluid durch eine im Druckrohr integrierte Umwälzung einen Strömungskreislauf durch die Membrane bildet und das Fluid über die Kolbenpumpe in das Hochdruckgehäuse gefördert wird; das gefilterte Fluid als Permeat sowie das im Hochdruckgehäuse umlaufende und die Membrane spülende Retentat aus dem Hochdruckgehäuse herausgeführt wird.

Auch ist ein Verfahren vorteilhaft, bei dem das Retentat aus dem Hochdruckgehäuse in die Einheit für die Energierückgewinnung geführt und nach einem Energierückgewinnungs- prozess aus der Einheit aus der Pumpenanordnung herausgeführt wird. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 Flussschema eines Hochdruckgehäuses mit innerer Umwälzung;

Figur 2 Flussschema des Hochdruckgehäuses mit äußerer Umwälzung;

Figur 3 Wirkungsschema des Antriebsmotors mit der Kolbenpumpe und einem an die Nockenwelle der Kolbenpumpe angeschlossenen oszillierenden Steuerschieber; Figur 4 Wirkungsschema des Antriebsmotors mit der Kolbenpumpe und einem an die Nockenwelle der Kolbenpumpe angeschlossenen rotierenden Steuerschieber;

Figur 5 Wirkungsschema des Antriebsmotors mit der Kolbenpumpe und einem hydraulisch gesteuerten Umschalt- vεn

Figur 6 Wirkungsschema eines Antriebsmotors mit einer nockenbetriebenen Kolbenpumpe und zwei getrennt hydraulisch gesteuerten Umschaltventilen für die Energieruckgewinnung;

Figur 7 Wirkungsschema des Antriebsmotors mit der Kolbenpumpe und einem hydraulisch gesteuerten Umschalt- ventil;

Figur 8 Skizze einer Gesamtübersicht der Pumpenanordnung;

Figur 9 Schnittdarstellung eines Teils des Hochdruckgehäuses und der Umwälzpumpe mit innerem Gehäuse mit Ventil, Pumpenkörper mit Pumpenwelle und einer Spule als Primärteil;

Figur 10 Schnittdarstellung eines Elektromotors mit der Pumpenwelle;

Figur 11 Schnittdarstellung gemäß Fig. 9 mit einem Deckel zum Verschließen des Hochdruckgehäuses;

Figur 12 Skizze eines Pumpenkörpers als Pumpenscheibenläu- fer mit einer Nockenbahn und einem Hydraulikkolben ausgebildet;

Figur 13 Schnittdarstellung gemäß Fig. 11 mit einem Motorscheibenlaufer als Primarteil; Figur 14 Schnittdarstellung einer Kolbenpumpe mit Einlassund Auslassventil sowie Förderkolben und Kurbelwelle mit Stößel bzw. Nocken;

Figur 15 Skizze eines über die Kurbelwelle angetriebenen oszillierenden Steuerschiebers für das Befüllen der Kolbenpumpe;

Figur 16 Skizze von zwei über die Kurbelwelle angetriebenen Drehschiebern für das Befüllen der Kolbenpumpe;

Figur 17 Skizze gemäß Schema nach Fig. 5;

Figur 18 Skizze gemäß Schema nach Fig. 6;

Figur 19 Skizze gemäß Schema nach Fig. 4;

Figur 20 Skizze gemäß Schema nach Fig. 3.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist in den Fig.

8 bis 13 dargestellt. In einem Hochdruckgehäuse 2, das als Druckrohr mit einem inneren zylindrischen Querschnitt ausgebildet ist, sind neben der Membrane 3 der Pumpenkörper 51 zum Umwälzen und Erzeugen eines Strömungskreislaufes an der Membrane 3 sowie der Antrieb für den Pumpenkörper 51 integriert. Das Besondere dabei ist, dass der Antrieb nicht in Form einer Welle aus dem Hochdruckgehäuse 2 herausgeführt wird, sondern entweder das Sekundärteil in Form von Magneten 53 eines elektromagnetischen Antriebs im Hochdruckgehäuse 2 integriert ist oder der gesamte Antrieb mit einem Primärteil in Form einer Spule 54 oder in Form eines Elektromotors 8 im Hochdruckgehäuse 2 integriert ist.

Entsprechend ist in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 8,

9 und 12 der gesamte Antrieb im Hochdruckgehäuse 2 inte- griert. Das Hochdruckgehause 2 bildet ein Druckrohr mit einer zu einer Mittelachse 20 rotationssymmetrischen Innenfläche 21, das durch einen als Gehäusedeckel 22 ausgebildeten Grundkörper der Spule 54 oder durch einen separaten Gehausedeckel 22 stirnseitig verschlossen ist. Der Gehäusedeckel 22 ist in Richtung der Mittelachse 20 auf der Seite, auf der der Primärantrieb für den Pumpenkόrper 51 positioniert ist, angeordnet. Die Spule 54 ist in den als Gehausedeckel 22 ausgebildeten Grundkorper eingegossen.

In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel für einen vollständig integrierten Antrieb ist gemäß Fig. 10 der Elektromotor 8 komplett mit dem als Primärteil ausgebildeten Stator 82 und Sekundärteil Rotor 83 des Elektromotors 8 im Hochdruckgehäuse 2 integriert. Die Welle des Elektromotors 8 bildet auch die Pumpenwelle 52 für den Pumpenkörper 51. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel dient das Motorgehäuse 80 als Gehäusedeckel 22 für das Hochdruckgehäuse 2.

Gemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 11 und 13 sind anstatt der Spule 54 als Primarteil Magnete 56 vorgesehen, die auf einem außerhalb des Hochdruckgehäuses 2 laufenden Motorscheibenlaufer 55 angeordnet sind. Hierbei wird das Hochdruckgehäuse 2 durch einen separaten Gehäusedeckel 22 verschlossen.

In den vorgenannten Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 8 bis 13 wird die im Hochdruckgehäuse 2 um die Membrane 3 umlaufende Strömung durch den als Kreiselpumpenrad ausgebildeten Pumpenkorper 51 erzeugt. Hierzu ist als Pumpengehause ein inneres Gehäuse 501 vorgesehen, das die entsprechende Pumpengeometrie aufweist. Im Zusammenwirken mit dem Hochdruckgehäuse 2 wird das Pumpengehäuse komplettiert, da das Hochdruckgehause 2 eine Art äußeres Gehäuse der Umwälzpumpe 5 bildet. Das Pumpenrad 51 ist im Gehausedeckel 22 oder im Grundkörper der Spule 54 gelagert. Gemäß Fig. 11 und 13 bildet die Pumpenwelle 52 einen Ventilsitz für ein Ventil 503.

Wie in mehreren Figuren gezeigt, wird durch das Ventil 503 ein Verbindungskanal 504 im innere Gehäuse 501 geschlossen oder geöffnet, der den Strömungskreislauf zwischen der Membrane 3 und dem Pumpenkorper 51 verbindet.

Besonders vorteilhaft ist, dass das innere Gehäuse 501 als Adapter zum Anschließen und Lagern der Membrane 3 ausgebildet ist. Dadurch kann der Strömungskreislauf um die Membrane 3, der dxe Membrane 3 spült, unmittelbar nach Austritt aus der Membrane 3 innerhalb des inneren Gehäuses 501 geschlossen werden. Dieser Spulkreislauf wird wie in den Fig. 8, 9, 11 und 13 dargestellt durch einen Kanal 502 im inneren Gehäuse 501 angezapft, um über eine an den Kanal 502 anschließende Bohrung 23 im Hochdruckgehäuse 2 Retentat R abzuzapfen.

In dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel, ist der Pumpenkorper 51 als Pumpenscheibenlaufer mit einer Nockenbahn 57 ausgebildet. Der Nockenbahn 57 ist ein Hydraulikkolben 58 mit einem Hydraulikzylinder 59 zugeordnet, wobei der Hydraulikkolben 58 unmittelbar über seinen Kolben- stoßel 580 durch die Nockenbahn 57 oszillierend im Hydraulikzylinder 59 angetrieben wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hochdruckgehäuse 2 nicht durch ein Gehäuse der Spule 54 sondern durch einen separaten Gehäusedeckel 22 verschlossen.

In Fig. 14 bis 16 sind Grundprinzipien zum Befüllen und Entleeren der Kolbenpumpe 4 dargestellt, die einen in einem Kolbengehäuse 40 oszillierenden Förderkolben 41 umfassen. Der Förderkolben 41 wird über einen Pleuel 46 und eine gekröpfte Kurbelwelle 45 angetrieben. Die Kurbelwelle 45 ist an den in Fig. 8 dargestellten Antriebsmotor 7 angeflanscht. Das Befullen des Forderkolbens 41 und der Hochdruck werden aufgrund der Hubbewegungen des Forderkolbens 41 gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 14 durch das Einlassventil 43 und das Auslassventil 44 erzeugt.

In dem Äusfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 15 wird das Befullen des Forderkolbens 41 und der Hochdruck über die mehrfach gekröpfte Kurbelwelle 45 und einen Steuerschieber 42 bewirkt. Nach Fig. 16 sind zwei Drehschieber 47 vorgesehen, die an die Kurbelwelle 45 gekoppelt sind. Ein Drehschieber 47 ist für den Einlass und ein Drehschieber 47 ist für den Auslass vorgesehen.

In den Fig. 17 bis 20 ist die Kolbenpumpe 4 in Kombination mit einer Einheit zur Energieruckgewinnung 6 dargestellt. Grundsätzlich wird zur Energieruckgewinnung die Druckener ¬ gie des Teils des Stromungskreislaufs, der als Retentat R aus dem Hochdruckgehause 2 herausgeführt wird, zunächst dem Forderkolben 41 zugeführt, um die nächste Kompression zu unterstutzen. Hierzu wird der Forderkolben 41 in einer Art eines Differenzdruckkolbens betrieben. Von seiner Unterseite 411 wird der Forderkolben 41 mit der Druckenergie des Retentats R versorgt und druckt mit der Kolbenoberseite 410 neues zu filterndes Fluid F in den Stromungskreislauf.

Die Einheiten 6 zur Energieruckgewinnung unterscheiden sich in der Art der Kopplung des Forderkolbens 41 mit den jeweiligen Stellorganen 61, 62, 65, 66 der Einheit 6.

In Fig. 17 ist der Forderkolben 41 mechanisch über eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle 45 mit einem Steuerschieber 61 der Einheit 6 gekoppelt, welcher in der gleichen Frequenz wie der Forderkolben 41 oszilliert. Das aus dem Stromungskreislauf aus der Membrane 3 stromende Fluid F wird über den Steuerschieber 61 der Unterseite 411 des Forder- kolbens 41 zugeführt und beim nächsten Hub nach unten als Retentat R aus der Pumpenanordnung heraus gefuhrt.

In dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 18 ist ein Drehschieber 65 vorgesehen, der an die Drehbewegung der Kurbelwelle 45 gekoppelt, das unter Hochdruck stehende Fluid aus der Membrane 3 an die Unterseite 411 des Forderkolbens 41 fuhrt und in einer zweiten Stellung, beim Senken des Kolbens, das Retentat R nach außen leitet.

In Fig. 19 und 20 ist die Einheit 6 über hydraulisch an den Forderkolben 41 gekoppelt. Hierzu sind ein oder zwei Umschaltventile 62, 66 mit verschiedenen Ventilkorpern 620, 660 vorgesehen, die nach dem Prinzip eines Differenzdruckkolbens betrieben werden. Der jeweilige Ventilkorper 620, 660 ist entlang einer Ventilachse 623, 663 verschiebbar gelagert und weist für die Differenzdruckbewegung eine Oberseite 622, 662 und eine Unterseite 621, 661 auf.

Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 19 wird durch das Umschaltventil 62 die Steuerung des aus der Membrane 3 austretenden Fluids F zur Kolbenunterseite 411 gesteuert. Hierzu weist das Umschaltventil 62 einen Ventilkorper 620 auf, der einen Stromungskanal 63 für das Fluid F und einen Stromungskanal 64 für das Retentat R nacheinander verschließen und offnen kann.

In dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 20 ist das Umschaltventil 62 mit seinem Ventilkorper 620 dem Stromungskanal 63 für das Fluid F und das Umschaltventil 66 mit seinem Ventilkorper 660 dem Stromungskanal 64 für das Retentat R zugeordnet .

Die Wirkungsschemata gemäß den Fig. 1 bis 7 stellen die einzelnen Wirkungsweisen in einer Übersicht dar. In den Fig. 1 und 2 sind die Flussschemata ohne Energieruckgewin- nung durch das Hochdruckgehäuse 2 mit innerer und äußerer Umwälzung des Strόmungskreislaufs zum Spülen der Membrane 3 dargestellt. Das Fluid F wird über die nicht skizzierte Kolbenpumpe 4 mit in den Strömungskreislauf gepumpt und unter dem ebenfalls durch die Kolbenpumpe 4 aufrecht erhaltenen osmotischen Druck durch die Umwälzpumpe 5 in einen Strömungskreislauf gebracht und durch die Membrane 3 gefiltert. Nach dem Filtern wird auf der Reinseite der Membrane

3 das Permeat P aus dem Hochdruckgehäuse 2 herausgeführt. Auf der Seite der Membrane 3, auf der sich das Filtrat absetzt, findet die Umströmung durch den Strömungskreislauf statt, in dem sich das Retentat R bildet und durch den Kanal 502 vor der Umwälzpumpe 5 aus dem Hochdruckgehäuse 2 herausgeführt wird.

Die Wirkungsschemata gemäß den Fig. 3 bis 6 geben die Wirkungsweisen der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 17 bis 20 wieder.

Fig. 3 zeigt die Verbindung des Antriebsmotors 7 mit der Kolbenpumpe 4 und dem an die Nockenwelle 45 der Kolbenpumpe

4 angeschlossenen oszillierenden Steuerschieber 61 der Einheit 6 für die Energierückgewinnung. Fig. 4 zeigt das Wirkungsschema des Antriebsmotors 7 mit der Kolbenpumpe 4 und dem an die Nockenwelle 45 der Kolbenpumpe 4 angeschlossenen rotierenden Drehschieber 65. Fig. 5 zeigt das Wirkungsschema des hydraulisch gesteuerten Umschaltventils 62 und Fig. 6 das Wirkungsschema der beiden getrennt hydraulisch gesteuerten Umschaltventile 62, 66 für die Energierückgewinnung.

In Fig. 7 ist ein Wirkungsschema eines hydraulisch gesteuerten Umschaltventils 62 dargestellt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht in allen Figuren alle Bezugsziffern enthalten, weshalb in Fällen in de- nen für ein Element keine Bezugsziffer vorhanden ist, explizit auf die Figurenbeschreibung der Figuren Bezug genommen wird, in denen die Bezugsziffer erläutert ist.