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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wasseraufbereitung in Haushaltsmaschinen,
wie Geschirrspüler,
Waschmaschinen oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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In
herkömmlichen
Geschirrspülern
wird das einfließende
Rohrwasser über
einen Ionentauscher enthärtet
und somit für
den Gebrauch beim Spülprozess
aufbereitet. Nach einem seiner Kapazität entsprechenden Durchsatz
von Wasser durch den Ionentauscher ist dieser erschöpft, so
dass er regeneriert werden muss. Die Regeneration eines solchen Ionentauschers
erfolgt üblicherweise
durch Zuführung
von konzentrierter Sole, für
deren Erzeugung ein Salzbehälter
zur Aufnahme von Regenerationssalz vorgesehen ist. Durch Zuleitung
von Wasser in den Salzbehälter
wird für
einen Regenerationsvorgang eine entsprechende Menge Sole aus dem
Salzbehälter
in den Ionentauscher verdrängt.
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Bei
den bekannten Vorrichtungen kann es dabei vorkommen, dass insbesondere
bei schneller Anströmung,
bzw. bei hohem Durchsatz Durchbruchstellen der Wasserströmung auftreten,
so dass statt konzentrierter Sole, die aus dem Salzbehälter verdrängt werden
soll, teilweise das zugeführte
Verdrängungswasser
mit keinem oder zu niedrigem Salzgehalt in den Ionentauscher strömt.
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Insbesondere
bei weitgehend entleertem Salzbehälter besteht weiterhin das
Problem, dass aufgrund des geringen Salzvolumens nur eine begrenzte
Solemenge im Langzeitkontakt mit dem Salz gebildet wird und sich
aufgrund der Dichteunterschiede über
dem Salz ein Bereich mit weniger konzentrierter Sole bildet. Die über diese
begrenzte Solemenge hinaus benötigte
Solemenge muss beim Durchströmen
des Salzbehälters
eine noch ausreichende Kontaktzeit mit der Restsalzmenge haben, um
eine ausreichend konzentrierte Sole bereitzustellen. Dies ist jedoch
nicht immer der Fall. Durch beide geschilderten Effekte kann es
vorkommen, dass der Ionentauscher nicht vollständig regeneriert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die auch bei
niedrigem Salzfüllstand
und/oder bei schnellem Durchsatz beim Verdrängen der Sole in den Ionentauscher
zuverlässig eine
ausreichende Menge ausreichend konzentrierter Sole dem Ionentauscher
zuführt.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten
Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch aus, dass ein Soleraum zur Aufnahme flüssiger Sole vorgesehen ist, der
vom Salzraum durch eine für
nicht gelöstes
festes Salz undurchlässige,
für flüssige Sole
jedoch durchlässige
Abtrennung getrennt ist, so dass im Soleraum ein Solevorrat an hochkonzentrierter
bzw. gesättigter
Sole vorhanden ist.
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Diese
Solemenge ist somit in ausreichender Menge und Konzentration für die Regeneration
auch bei niedrigem Salzfüllstand
gewährleistet.
Bei hohem Durchsatz durch den Salzbehälter kann dieser Solevorrat
dazu verwendet werden, unabhängig
von den Strömungsverhältnissen
im Salzraum die Regeneration zuverlässig sicherzustellen.
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Je
nach Betriebsverhältnissen
der entsprechenden Haushaltsmaschine bzw. des Regeneriervorgangs
ist die Größe des Soleraums
zu bemessen. So kann es in bestimmten Anwendungen ausreichen, wenn
beispielsweise der Solevorrat nur einen Teil der für einen
Regenerationsvorgang vorgesehenen Solemenge beinhaltet, so dass
die benötigte
Restmenge auf übliche
Weise aus dem Salzraum ergänzt
wird.
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So
ist beispielsweise ein Ausführungsbeispiel
denkbar, bei dem der Solevorrat wenigstens die Hälfte der für einen Regenerationsvorgang
vorgesehenen Solemenge beträgt,
wodurch die oben angeführten
Probleme zumindest teilweise behoben werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird der Soleraum jedoch so groß gewählt, dass
er die für
einen Regenerationsvorgang vorgesehene Solemenge im Wesentlichen
vollständig
beinhaltet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die gesamte
benötigte Sole
in entsprechender Konzentration für den Regenerationsvorgang
zur Verfügung
steht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird der Soleraum unterhalb des Salzraums angeordnet.
Hierdurch findet nach Abschluss des Regenerationsvorgangs aufgrund
der Dichteunterschiede zwischen hochkonzentrierter Sole und Wasser
bzw. leicht konzentrierter Sole eine selbsttätige Füllung des Soleraums durch Gravitationseinwirkung
statt. Da der Regeneriervorgang nur in größeren Zeitabständen stattfindet,
steht hierzu eine ausreichende Zeit zur Verfügung, so dass die schwere Sole
den Soleraum vollständig
füllt,
wenn der nächste
Regenerationsvorgang ansteht.
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Bevorzugt
wird der Soleraum zusammen mit dem Salzraum im Salzbehälter angeordnet.
Die oben beschriebenen Austauschvorgänge zur Ansammlung von Sole
im Soleraum nach Zuführung
von Wasser werden hierdurch vereinfacht. Insbesondere kann hier
ein großer Übergangsquerschnitt
zwischen Salzraum und Soleraum vorgesehen werden.
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Vorzugsweise
wird ein Wasserzulauf zur Zufuhr von Wasser zur Verdrängung der
Sole im Salzraum vorgesehen. Damit ist sichergestellt, dass die Sole
im Soleraum nicht durch Frischwasser, sondern nur durch aus dem
Salzraum und somit wenigstens für
kurze Zeit mit dem Salz in Kontakt stehendem Wasser bzw. Sole aus
dem Soleraum verdrängt
wird. Hierdurch wird die Gefahr, dass Sole oder Wasser mit nicht
gewünschter
Konzentration auch durch den Soleraum in den Ionentauscher gelangt,
vermindert.
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Vorteilhafterweise
wird der Wasserzulauf so bewerkstelligt, dass mehrere, gegebenenfalls
räumlich
verteilte Auslassöffnungen
vorgesehen sind. Zum einen wird hierdurch der Zulaufquerschnitt
vergrößert, so
dass die im Salzraum auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten verkleinert
werden. Durch verringerte Strömungsgeschwindigkeiten
wird die Gefahr von Durchbruchsströmungen verringert. Darüber hinaus
kann bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten
die Verdrängung
der schwereren Sole nach unten bei gleichzeitigem Aufströmen von
frischem, wenig salzhaltigem Wasser im Aufstrom ohne wesentliche
Vermischung stattfinden.
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Vorteilhafterweise
wird der Zulauf mit wenigstens teilweise nach oben gerichteter Strömung vorgesehen.
Hierdurch wird der gewünschte
Umwälzvorgang,
d.h. die Verdrängung
von Sole nach unten bei gleichzeitiger Strömung von Frischwasser nach
oben unterstützt.
Gegenüber
einem Einlass von oben in den Salzraum weist diese Ausführungsform darüber hinaus
den Vorteil auf, dass das Frischwasser in der Aufströmbewegung
bereits in Kontakt mit dem im Salzraum befindlichen Salz kommt und
sich somit bereits zu Sole auf konzentriert, so dass anschließend die
gewünschte
Solemenge wieder schneller bereitgestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
der soledurchlässige
Bereich der Abtrennung zwischen Salzraum und Soleraum in seiner
Größe verstellbar
ausgebildet. Auf diese Weise kann ein großer Querschnitt in der Ruhephase,
in der sich die Sole nach der Regeneration neu bildet und unter
Gravitationseinwirkung in den Soleraum absetzt, ohne große Hindernisse
im Soleraum ansammeln. Für
den Regenerationsvorgang selbst, bei dem die Sole in den Ionentauscher
verdrängt
wird, kann der soledurchlässige
Bereich dann teilweise verschlossen werden. So ergeben sich strömungsmäßig günstige Verhältnisse,
um eine Vermischung zwischen der bereitgestellten Sole und dem zur
Verdrängung
nachgeführten
Wasser nach Möglichkeit
zu unterbinden.
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In
einer Weiterbildung dieser Ausführungsform
werden im Soleraum eine oder mehrere weitere Abtrennungen vorgesehen,
die einen für
den Durchtritt von Sole offenen und einen für den Durchtritt von Sole geschlossenen
Zustand aufweisen. Durch diese Maßnahmen kann der oben angeführte Effekt
verstärkt
werden, d.h. bei der Verdrängung
der Sole kann die Strömung
im Soleraum durch Schließen
der Abtrennungen so beeinflusst werden, dass die Durchmischung nach
Möglichkeit
unterbunden ist, während
in den Zwischenzeiträumen
zur Bildung und Absetzung von Sole diese Abtrennungen geöffnet werden
können,
so dass ein ungehinderter Austausch von Sole und Wasser mit unterschiedlicher Konzentration
von oben nach unten stattfinden kann.
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So
kann in einer solchen Ausführungsform mit
den beschriebenen Abtrennungen beispielsweise beim Regeneriervorgang
ein Strömungspfad
von oben nach unten gebildet werden, wobei zwischen einzelnen vertikalen
Strömungsabschnitten
horizontale Strömungsabschnitte
vorgesehen sind. Der Soleraum kann gewissermaßen schichtweise entleert und
die abgeflossene Sole durch nachdrängendes Wasser oder Sole geringerer
Konzentration ersetzt werden. So kann beispielsweise eine Art Mäanderstruktur
oder Zickzackstruktur aufgebaut werden, die einer Durchmischung
während
des Austragsvorgangs entgegenwirkt. Nach Beendigung des Regeneriervorgangs
bzw. des Austragvorgangs der Sole können die Abtrennungen wieder
in den geöffneten Zustand
gebracht werden, so dass sich der gewünschte Stoffaustausch zur Füllung des
Soleraums ungehindert stattfinden kann.
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Weiterhin
sind vertikale Trennwände
denkbar, um die Strömungsquerschnitte
für die
Abwärtsströmung der
Sole zu begrenzen. Auch durch derartige Maßnahmen kann die Durchmischung
von konzentrierter Sole mit dem verdrängenden Wasser vermindert werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird der Durchlass zwischen Salzraum und Soleraum
dauerhaft nur mit vergleichsweise engem Querschnitt vorgesehen,
so dass auch während
der Füllung
des Soleraums durch die aus dem Salzraum nach unten drängende Sole
höherer
Dichte die Sole einen engen Durchgang passieren muss. Um diese Strömung zu
erleichtern, wird hierbei bevorzugt eine weitere Öffnung mit
einer Steigleitung in den Salzraum vorgesehen. Drückt demnach
hoch konzentrierte Sole mit hoher Dichte an einem Ende des Soleraums
durch den dafür
vorgesehenen Durchlass, so kann das im Soleraum befindliche Wasser
oder die dort befindliche niedrig konzentrierte Sole durch die kaminartige
Steigleitung in den Salzraum dort Bereiche erreichen, in denen eine
niedrigere Salzkonzentration vorliegt. Mit dieser Ausführung ist
eine Füllung des
Soleraums bzw. ein Austausch der dort befindlichen Flüssigkeit
durch hoch konzentrierte Sole größerer Dichte
auch bei kleinen Durchgangsöffnungen möglich.
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Somit
kann eine geometrische Form des Soleraums geschaffen werden, die
einen kleinen Querschnitt bei großer Länge aufweist. Eine solche Geometrie
hat Vorteile beim Verdrängen
der Sole aus dem Soleraum. Da der Querschnitt, der die Kontaktfläche zwischen
der hoch konzentrierten Sole und dem Verdrängungswasser bildet, vergleichsweise klein
ist, kann bei der Verdrängung
der Sole dementsprechend kaum eine Durchmischung stattfinden. Gegebenenfalls
können
im Soleraum bei dieser Ausführungsform
noch weitere, wegverlängernde
und querschnittsverkleinernde Strukturen, z.B. Mäanderstrukturen oder dergleichen
vorgesehen werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
anhand der Figuren näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Salzbehälters,
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2 eine
weitere Ausführungsvariante
mit verstellbaren Abtrennungen in geöffnetem Zustand,
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3 eine
Ausführungsvariante
gemäß 2 in
geschlossenem Zustand der Abtrennungen, und
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4 eine
weitere Ausführungsvariante
für einen
erfindungsgemäßen Salzbehälter.
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Der
Salzbehälter 1 gemäß 1 umfasst
einen Salzraum 2 sowie einen Soleraum 3, die durch eine
siebartige Abtrennung 4 voneinander getrennt sind. Die Öffnungen
in der Abtrennung 4 sind so zu bemessen, dass das im Salzraum 2 befindliche
Salz nicht in den Soleraum 3 gelangen kann.
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Das
Salz wird durch einen Einfüllstutzen 5, der
mit einem Deckel 6 verschließbar ist, nachgefüllt. Verschiedene
Zuflusselemente 7, 8 sind beispielhaft eingezeichnet.
Sie können
in Kombination oder jeweils einzeln vorgesehen werden.
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Das
Zuflusselement 7 zeigt einen schräg nach oben gerichteten Einlaufstutzen,
der dementsprechend eine schräg
nach oben gerichtete Zuflussströmung
vorgibt. Solche Zuflusselemente 7 können mehrfach, z.B. umfangsseitig
verteilt angeordnet werden, um zum einen eine Vergrößerung des
Einströmquerschnitts
bei definierten Einströmrichtungen vorzugeben.
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Das
Zuflusselement 8 wird von unten her angeströmt, wobei
die Zuflussleitung 9 den Salzraum durchsetzt. Es beinhaltet
einen verbreiterten Kopf 10 mit vielen Zulauföffnungen 11,
so dass sich eine Anordnung nach Art eines Duschkopf ergibt, die
eine flächig
verteilte nach oben gerichtete Strömung ergibt.
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Für einen
Regenerationsvorgang wird die im Soleraum 3 angesammelte
Sole durch einen Ablauf 12 in den nicht näher dargestellten
Ionentauscher näher
verdrängt.
Hierzu wird über
die Zuflusselemente 7 und/oder 8 Wasser in den
Salzbehälter 1 eingeströmt. Gegenüber der
im Behälter
befindlichen Sole ist dieses Wasser leichter, so dass es nach oben steigt,
wobei durch die Dichteunterschiede die im Behälter befindliche Sole nach
unten fällt.
Dadurch wird die im Soleraum 3 befindliche Sole durch den
Ablauf 12 verdrängt.
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2 zeigt
eine Ausführungsvariante,
bei der verstellbare Abtrennungen 13, 14, 15, 16 vorgesehen
sind. Diese Abtrennungen 13, 14, 15, 16 umfassen
zumindest Bereiche, die von einem geöffneten in einen geschlossenen
Zustand zu bringen sind und umgekehrt. Sie können beispielsweise durch zwei übereinander
gelegte Lochscheiben gebildet werden, die gegeneinander verschiebbar
sind, so dass in einem Zustand die Öffnungen der jeweils einen
Scheibe durch die Zwischenräume
zwischen den Öffnungen
der anderen Scheibe verdeckt werden und im anderen Zustand die Öffnungen
beider Scheiben aufeinander liegen. Denkbar wären auch Lamellenstrukturen,
bei denen Lamellen aus einer horizontalen Lage in eine vertikale
Lage gedreht werden können.
Denkbar wären
auch elastische Netzstrukturen, die gedehnt geöffnet und zusammengezogen geschlossen
sind.
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Die
Betätigungsmittel
für die
Abtrennungen 13, 14, 15, 16 sind
hier nicht näher
dargestellt. Sie könnten
jedoch z.B. mit Strömungselementen
versehen werden, so dass der entsprechende Betriebszustand z.B.
durch den Strömungsdruck
des einströmenden
Wassers hervorgerufen wird und nach Beendigung des Einströmvorgangs
der offene Ausgangszustand wieder angenommen wird.
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Denkbar
wären auch
Schwimmersysteme, die dichteabhängig
die Abtrennungen öffnen
oder schließen.
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Im
geöffneten
Zustand gemäß 2 kann sich
die schwerere Sole während
der Solebildung, wie durch Pfeile angedeutet, nach unten in den
Soleraum 3 absetzen. Der Soleraum 3 wird hierbei
durch die obere Abtrennung 16 vom Salzraum 2 dergestalt abgetrennt,
dass sichergestellt ist, dass in den Raum unterhalb der Abtrennung 16 kein
Salz gelangen kann. Die übrigen
Abtrennungen können
somit auch größere Öffnungsgrößen aufweisen.
Die Abtrennung 16 entspricht demnach der Abtrennung 4 gemäß 1.
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In
dem Zustand gemäß 2 ist
durch die geöffneten
Abtrennungen 13, 14, 15, 16 ein
Stoffaustausch von oben nach unten mit großem offenem Querschnitt möglich.
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In 3 ist
der geschlossene Zustand der Abtrennungen 13, 14, 15, 16 dargestellt.
Die Abtrennung 16 wird hierbei nur teilweise geschlossen,
d.h. es verbleibt ein randseitiger Bereich 17, der nach
wie vor die Trennung zwischen Soleraum 3 und Salzraum 2 bewirkt.
Die übrigen
Abtrennungen sind randseitig offen, so dass große Durchgangsöffnungen 8 verbleiben.
Sie sind so angeordnet, dass sich für die Strömung, die mit Pfeilen dargestellt
wird, beim Verdrängen
von Sole durch den Abfluss 12 zwischen den abwärts gerichteten
Strömungsabschnitten
im Randbereich die einzelnen Schichten zwischen den Abtrennungen 13, 14, 15, 16 in
horizontaler Richtung entleeren. Da die hoch konzentrierte Sole
unten und die Sole mit abnehmender Konzentration darüber angeordnet
ist, ist auf diese Weise eine Entleerung sichergestellt, die eine
Durchmischung von hoch konzentrierter Sole mit weniger konzentrierter
Sole oder gar dem zugeführten
Wasser nahezu vollständig
unterbindet.
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Eine
solche Struktur könnte
durch vertikale Abtrennungen auch noch weiter untergliedert werden,
so dass auch innerhalb einer Schicht eine horizontale Mäanderstruktur
oder dergleichen vorliegt, die den Strömungsquerschnitt weiter verkleinert
und dabei die Weglänge
für die
Strömung
vergrößert. Solche
vertikale Abtrennungen können
dabei auch dauerhaft geschlossen ausgebildet werden, da sie einer Abwärtsbewegung
der Sole nicht im Wege stehen.
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Nach
Beendigung des Regeneriervorgangs wird der Zustrom durch das Zuflusselement 7 gestoppt
und die Abtrennungen 13, 14, 15, 16 wieder
in den geöffneten
Zustand versetzt. In diesem Zustand ist es wiederum möglich, die
gewünschte
Solemenge im Soleraum 3 mit großem offenen Querschnitt zwischen
Salzraum 2 und Soleraum 3 anzusammeln.
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Die
Ausführungsvariante
gemäß 4 entspricht
weitgehend den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen. Nunmehr ist
jedoch im Bodenbereich eine weitgehend geschlossene Abtrennung 19 zwischen
dem Soleraum 3 und dem Salzraum 2 vorgesehen.
Nur im Randbereich ist ein enger Durchlass 20 soledurchlässig ausgebildet,
der jedoch für
festes, nicht gelöstes
Salz undurchlässig
ist.
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Ein
Steigrohr 21 ist im Bereich des Ablaufs 12 zusätzlich angebracht.
Darüber
hinaus ist eine weitere Abtrennung 22 im Soleraum 3 vorhanden,
um den Strömungsquerschnitt
zu verkleinern und den Strömungsweg
zu verlängern.
Derartige Strukturen sind, wie bereits mehrfach aufgeführt, für eine Verdrängung von
konzentrierter Sole ohne Durchmischung von Vorteil. Auch hier können gegebenenfalls auch
noch vertikale Abtrennungen in einzelnen Schichten zwischen der
Abtrennung 19 und 22 bzw. der Abtrennung 22 und
dem Boden des Behälters 1 angebrachte
werden, die eine entsprechende Struktur in horizontaler Richtung
und somit eine weitere Querschnittsverjüngung verbunden mit einer Wegverlängerung
bewirken.
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Damit
in dieser Ausführungsform
mit geschlossener Abtrennung 19 in dem Zwischenzeitraum
zwischen zwei Regenerationsvorgängen,
d.h. bei geschlossenem Ablauf 12 der Soleraum 3 auch zuverlässig mit
hoch konzentrierter Sole gefüllt
wird, ist nunmehr das Steigrohr 21 vorgesehen. Drückt schwere
auf konzentrierte Sole durch den Durchlass 20, so kann
die im Soleraum 3 befindliche Flüssigkeit mit geringerer Dichte
durch das Steigrohr 21 entweichen und im oberen Bereich
des Salzbehälters
in einem Bereich niedriger Salzkonzentration in den Salzraum 2 austreten.
Das Steigrohr 21 hat eine Art Kaminfunktion, die es ermöglicht,
die unmittelbar nach dem Regeneriervorgang im Soleraum 3 befindliche Flüssigkeit
trotz enger Querschnitte in ausreichend kurzer Zeit durch die sich
allmählich
im Salzraum bildende hochkonzentrierte Sole allein durch Gravitation
unter Ausnutzung der Dichteunterschiede zu ersetzen.
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Beim Öffnen des
Ablaufs 12 wird die Sole im Soleraum 3 aufgrund
der hohen Dichte bevorzugt den Weg durch den Ablauf 12 suchen.
Die beiden Strömungswege
im Bereich des Ablaufs 12 zum Stoffaustausch im Soleraum 3 zwischen
zwei Regeneriervorgängen
einerseits und das Verdrängen
der Sole durch den Auslauf 12 während des Regeneriervorgangs
andererseits, ist durch die sich verzweigenden Pfeile im Bereich
des Auslaufs 12 bzw. des Steigrohrs 21 angedeutet.
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- 1
- Salzbehälter
- 2
- Salzraum
- 3
- Soleraum
- 4
- Abtrennung
- 5
- Einfüllstutzen
- 6
- Deckel
- 7
- Zuflusselement
- 8
- Zuflusselement
- 9
- Zuflussleitung
- 10
- Kopf
- 11
- Zulauföffnung
- 12
- Ablauf
- 13
- Abtrennung
- 14
- Abtrennung
- 15
- Abtrennung
- 16
- Abtrennung
- 17
- Bereich
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Abtrennung
- 20
- Durchlass
- 21
- Steigrohr
- 22
- Abtrennung