DE102005044252A1 - Apparatus to soften water, using an electrical field, has exchangeable electrodes to set the operation according to the nature of the water being treated - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiettechnical area
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes enthaltend eine von dem zu behandelnden Wasser durchflossene Behandlungskammer mit mehreren, langgestreckten Hohlräumen, in denen austauschbare Elektroden angeordnet sind, zwischen denen jeweils eine Spannung anlegbar ist.The The invention relates to a device for water treatment by means of an electric field containing a treatment chamber through which the water to be treated flows with multiple, elongated cavities in which interchangeable Electrodes are arranged, between each of which a voltage can be applied.
Trinkwasser enthält wichtige Mineralien, unter anderem Kalzium- und Magnesiumkarbonate, die in der Summe auch als Wasserhärte bezeichnet werden. Diese Mineralien sind einerseits für die Gesundheit sehr wichtig. Sie können aber andererseits in der Trinkwasserinstallation, insbesondere bei Erwärmung, zu technischen Störungen führen.Drinking water contains important minerals, including calcium and magnesium carbonates, in sum, also called water hardness. These Minerals are on the one hand for the health very important. On the other hand, in the drinking water installation, especially when heated, to technical faults to lead.
Bei der Erwärmung, z.B. im Trinkwassererwärmer, kommt es zur Bildung von unlöslichen Kalkablagerungen, auch Kesselstein genannt. Dieser Kesselstein bildet sich auf der Warmseite der Installation. Er beeinträchtigt Wärmeübergänge. In Rohren kann Kesselstein über die Jahre zu einem Rohrinfarkt, d.h. zu einem Verschluss in der dem Trinkwassererwärmer nachgeschalteten Rohrinstallation führen.at the warming, e.g. in the drinking water heater, it comes to the formation of insoluble Lime deposits, also called scale. This scale forms on the warm side of the installation. It impairs heat transfer. In Pipes can scale over the years to a tube infarction, i. to a closure in the the drinking water heater lead downstream pipe installation.
Um solche Kalkablagerungen zu vermeiden, ist es bekannt, eine Enthärtung des Trinkwassers vorzunehmen, bei welcher die Mineralien aus dem Trinkwasser entfernt werden. Eine solche Enthärtung ist über Ionenaustausch oder Umkehrosmose möglich.Around To avoid such lime deposits, it is known to soften the Make drinking water, in which the minerals from the drinking water be removed. Such softening is via ion exchange or reverse osmosis possible.
Das vermeidet Kesselsteinbildung. Dafür wird aber in anderer Hinsicht die Qualität des Trinkwassers durch die Entfernung der an sich im Trinkwasser erwünschten Mineralien beeinträchtigt.The avoids scale formation. But that will be in other ways the quality of drinking water by the removal of itself in the drinking water desired Minerals impaired.
Es sind Verfahren zur Behandlung des Trinkwassers mittels sog. elektrophysikalischer Geräte bekannt, bei denen eine Kristallkeimbildung im Trinkwasser bewirkt werden soll. Die als Impfkristalle bezeichneten Kristallkeime werden im Trinkwasser mitgeführt. Die Konglomeration der Impfkristalle führt dann dazu, dass so behandeltes Trinkwasser weniger zu Ablagerungen in Rohren oder Heizelementen in Form von Kesselstein führt, während andererseits die Mineralien im Trinkwasser erhalten bleiben.It are methods for the treatment of drinking water by means of so-called. Electrophysical Devices known, in which a crystal nucleation in the drinking water are effected should. The seed crystals called seed crystals are used in the Drinking water carried. The conglomeration of the seed crystals then leads to the so treated Drinking water less to deposits in pipes or heating elements in Form of scale leads, while On the other hand, the minerals in the drinking water are preserved.
Die
Behandlung mittels elektrophysikalischer Geräte erfolgt im wesentlichen
nach folgendem Prinzip: Im Trinkwasser ist immer ein gewisser Teil
Kohlendioxid (CO2) gelöst. Dieses Kohlendioxid bildet
mit den übrigen
Bestandteilen ein Reaktionsgleichgewicht, wobei Kalziumhydrogenkarbonat
Ca(HCO3)2 aus Kalziumkarbonat
CaCO3 gebildet wird nach der Reaktionsgleichung:
Führt man dem Wasser Kohlensäure zu, so löst man eine Verschiebung des Gleichgewichts nach links in obiger Formel aus. Aus dem im Wasser vorliegenden Hydrogenkarbonat bilden sich Keime aus Kalziumkarbonat (Kalkübersättigung). Das weiter gebildete Kalziumkarbonat setzt sich dann vorzugsweise an den einmal entstandenen Keimen ab, d.h. die Keime „wachsen".Leading carbonic acid in the water too, so dissolves a shift of the equilibrium to the left in the above formula out. From the hydrogen carbonate present in the water form Germs of calcium carbonate (calcium supersaturation). The further formed calcium carbonate is then preferably on the germs once formed, i. the germs "grow".
Diese Reaktion erfolgt in einer Behandlungskammer mit einer Kathode und einer Anode auf elektrolytischem Wege durch lokale Veränderungen des pH-Wertes. Die Impfkristalle bilden sich an der Kathode durch pH-Erhöhung. Die Impfkristalle müssen dann nach entsprechendem Wachstum wieder dem Trinkwasser durch Absenkung des pH-Wertes bei der Umpolung beigemischt werden. Dann ist bereits Karbonat als Impfkristalle oder Keime im Trinkwasser vorhanden, wenn das Trinkwasser erhitzt wird. Die Impfkristalle oder Keime brauchen nicht mehr neu gebildet zu werden. Das Karbonat setzt sich dementsprechend vorwiegend an den im Wasser mitgeführten Impfkristallen oder Keimen und nicht mehr an den Installationselementen fest.These Reaction takes place in a treatment chamber with a cathode and an anode electrolytically by local changes of the pH. The seed crystals form at the cathode pH increase. The seed crystals must then after appropriate growth again the drinking water by lowering be added to the pH at the polarity reversal. Then it's already carbonate as seed crystals or germs in drinking water, if that Drinking water is heated. The seed crystals or germs need not to be reformed anymore. The carbonate sits down accordingly mainly on the entrained in the water seed or germs and no longer stuck to the installation elements.
Es besteht bei Trinkwasserinstallationen weiterhin das Problem der Korrosion. Dieser kann durch Zusatz von geringfügigen Mengen an Orthophosphat entgegengewirkt werden. Der Zusatz erfolgt mit Dosiereinrichtungen. Solche Dosiereinrichtungen werden auch zur Zugabe von Polyphosphat verwendet, um im Wasser enthaltenen Kalk zu binden.It is still the problem of drinking water installations Corrosion. This can be counteracted by the addition of minor amounts of orthophosphate become. The addition is done with dosing. Such dosing are also used to add polyphosphate to water to bind contained lime.
Weiterhin ist es bei einigen Anwendungen wünschenswert, Trinkwasser z.B. zur Vermeidung von Legionellen, zu desinfizieren. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Wasser mit UV-Strahlen zu bestrahlen oder das im Wasser enthaltende Chlorid oder ionisierten Sauerstoff mittels Elektrolyse zu desinfizierendem, atomaren Chlor oder Sauerstoff zu oxidieren.Farther is it desirable in some applications Drinking water e.g. to avoid legionella, to disinfect. For this purpose it is known to irradiate the water with UV rays or the water-containing chloride or ionized oxygen to be disinfected by electrolysis, atomic chlorine or oxygen to oxidize.
Bei wieder anderen Anwendungen im Wellnessbereich ist es wünschenswert, dem Wasser Magnesium zuzusetzen.at again other applications in the spa, it is desirable To add magnesium to the water.
Für jede dieser Wasserbehandlungsformen werden unabhängige Geräte verwendet, die je nach Bedarf in der gewünschten Kombination in die Installation eingesetzt werden. Dies ist aufwändig.For each of these Water treatment forms are used independent devices as needed in the desired Combination can be used in the installation. This is expensive.
In
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Aus
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In
der
Es ist ferner bekannt, eine Wasserbehandlung zum Zweck der Verringerung von Korrosion durchzuführen. Dabei wird dem Wasser dauerhaft Orthophosphat in geringen Mengen zugefügt. Die Dosierung erfolgt mit Dosiereinrichtungen, wie sie unter dem Handelsnamen HabeDos von der Firma Honeywell GmbH vertrieben werden.It is also known, a water treatment for the purpose of reducing to carry out corrosion. The water is permanently orthophosphate in small quantities added. The dosage is done with dosing devices, as under the Trade name HabeDos are sold by the company Honeywell GmbH.
Aus der Veröffentlichung von T.Ruruta, H.Tanaka, Y.Nishiki, L.Pupunat, W. Haenni, Ph.Rychen „Legionella inactivation with diamond electrodes" in Diamand and related materials 13 (2004) S. 2016-2019 (Elsevier) ist die Deaktivierung von Legionellen mittels diamantbeschichteter Elektroden bekannt.Out the publication T. Turuta, H. Tanaka, Y. Nishiki, L. Pupunat, W. Haenni, Ph.Rychen "Legionella inactivation with diamond electrodes "in Diamand and related materials 13 (2004) p. 2016-2019 (Elsevier) is the deactivation of Legionella known by diamond-coated electrodes.
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zu schaffen, mit dem eine Wasserbehandlung durchführbar ist, die an die individuellen Erfordernisse angepasst ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest zwei der Elektroden für unterschiedliche Wasserbehandlungen ausgebildet sind. Das bedeutet, dass auch ein Elektrodenpaar aus Elektroden mit unterschiedlichen Funktionen bestehen kann. Es können also immer die Elektroden in das Gerät eingebaut werden, die gerade den Erfordernissen entsprechen. Es kann für jeden Anwendungsfall das gleiche Gerät verwendet werden. Da die Elektroden austauschbar sind, können diese individuell an den Bedarfsfall angepasst werden. Durch die verschiedenen Anwendungsfälle verringert sich der Herstellungsaufwand. Lediglich die Elektroden müssen unterschiedlich ausgebildet sein, während das Gehäuse, die Spannungsquelle und die Anschlüsse gleich bleiben.It Object of the invention to provide a device with which a Water treatment feasible which is adapted to individual requirements. According to the invention Task solved by that at least two of the electrodes for different water treatments are formed. This means that even a pair of electrodes out Electrodes with different functions can exist. So it can always the electrodes in the device be installed, which just meet the requirements. It can for every application the same device is used. Because the Electrodes are interchangeable, can These can be individually adapted to the case of need. By the different use cases reduces the production cost. Only the electrodes have to be different be trained while that Casing, the voltage source and the connections remain the same.
Bei einem derartigen Gerät kann zumindest eine der Elektroden Orthophosphat umfassen, welches bei Anlegen einer Spannung in das Wasser abgebbar ist. Die Elektrode kann aus Graphit bestehen, welche in eine orthophosphathaltige Lösung eingetaucht wurde. Mit solchen Elektroden können neben der Vermeidung von Verkalkung auch Korrosion verringert werden.at such a device At least one of the electrodes may comprise orthophosphate, which when a voltage in the water is deliverable. The electrode may consist of graphite which is immersed in an orthophosphate-containing solution has been. With such electrodes can In addition to avoiding calcification, corrosion can also be reduced.
Bei einer weiteren Anwendungsart ist zumindest eine der Elektroden aus einem Material gefertigt, welches eine Elektrolyse von in dem zu behandelnden Wasser enthaltenen Chlorid- und/oder Sauerstoffionen und/Sauerstoffradikale erlaubt. Auf diese Weise kann neben der Verkalkungsschutz und/oder Korrosionsschutz auch eine Desinfektion des Wassers erfolgen. Für diesen Zweck ist eine diamantbeschichtet Elektrode oder eine Elektrode aus nichtrostendem Stahl geeignet.at Another type of application is at least one of the electrodes made of a material which is an electrolysis of in the treated water containing chloride and / or oxygen ions and / oxygen radicals allowed. In this way, in addition to the calcification protection and / or corrosion protection and disinfection of the water done. For this Purpose is a diamond coated electrode or an electrode made of stainless steel.
Für ein weiteres Anwendungsbeispiel umfasst zumindest eine der Elektroden Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen, welches bei Anlegen einer Spannung in das Wasser abgebbar ist. Diese Elektroden eignen sich für Anwendungen, bei denen ein erhöhter Magnesiumanteil erwünscht ist. Dabei kann durch die Elektrode ein Ersatz von Kalkstein-erzeugenden Verbindungen durch Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen bewirkt werden. Auf diese Weise wird zugleich eine Verringerung der Verkalkung bewirkt.For another Application example comprises at least one of the electrodes magnesium and / or Magnesium compounds, which upon application of a voltage in the Water is deliverable. These electrodes are suitable for applications where an elevated Magnesium content desired is. It can be replaced by the electrode replacement of limestone Compounds caused by magnesium and / or magnesium compounds become. In this way, at the same time a reduction of calcification causes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden stabförmig ausgebildet und jeweils paarweise zueinander parallel angeordnet, und erstrecken sich in einem Abstand voneinander durch den besagten, langgestreckten Hohlraum. Das eine Ende des Hohlraums ist mit einem Wassereinlass und das andere Ende des Hohlraumes mit einem Wasserauslass verbunden, wodurch eine Wasserströmung von einer Elektrode zur anderen im wesentlichen quer zur Längsachse der Elektroden erzeugbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine besonders kompakte Anordnung mit einer schnellen Strömung erreicht, die für die Ausbildung von Kristallkeimen an Graphitelektroden zur Verringerung von Kalkablagerungen förderlich ist.In In one embodiment of the invention, the electrodes are rod-shaped and arranged in pairs parallel to each other, and extend at a distance from each other through the said, elongated Cavity. One end of the cavity is with a water inlet and the other end of the cavity connected to a water outlet, causing a water flow from one electrode to another substantially transverse to the longitudinal axis the electrodes can be generated. In this embodiment, a achieves a particularly compact arrangement with a fast flow, the for the Formation of crystal nuclei on graphite electrodes for reduction of lime deposits conducive is.
Die stabförmigen Elektroden können leicht hergestellt werden und die Anordnung wird dadurch kostengünstiger als z.B. bürstenförmige Elektroden. Die Elektroden können einzeln ausgetauscht oder gewartet werden, wenn dies erforderlich ist. Die Erfindung ermöglicht es, dass neben dem Kristallwachstum auch die Bildung von Kristallkeimen durch eine große Strömungsgeschwindigkeit an der Kathode gefördert wird. Ein inhomogenes Feld und eine lange Verweildauer sind demgegenüber nicht zwingend erforderlich. Durch die Strömung quer zu den Elektroden werden die Kristallkeime in ausreichendem Maß von den Elektroden abgespült und die Elektroden können sich nicht zusetzen. Auch nach längerem Gebrauch ist keine Verschmutzung oder Ablagerung innerhalb des Systems festzustellen. Ein Abschiebern der Kristallkeime über einen Motor ist nicht notwendig, da die Strömung im direkten Umfeld der Kathode eine ausreichende Kristallkeimbeimischung bewirkt.The rod-shaped electrodes can be easily manufactured and the arrangement is thereby less expensive than eg brush-shaped electrodes. The electrodes can be individually replaced or serviced if necessary. The invention makes it possible that in addition to the crystal growth and the formation of crystal nuclei is promoted by a large flow velocity at the cathode. By contrast, an inhomogeneous field and a long residence time are not absolutely necessary. Due to the flow transverse to the electrodes, the crystal nuclei are sufficiently rinsed off the electrodes and the electrodes can not be clogged. Even after prolonged use, no contamination or deposit can be detected within the system. A deportation of the crystal nuclei via a motor is not necessary, since the flow causes a sufficient Kristallkeimbeimischung in the immediate vicinity of the cathode.
Vorzugsweise sind die Elektrodenpaare aus Kathode und Anode jeweils paarweise gegen anderen Elektrodenpaare isoliert. Dadurch können die elektrischen Felder, die sich zwischen einem Elektrodenpaar ausbilden, keinen Einfluss auf die elektrischen Felder zwischen den anderen Elektrodenpaaren ausüben.Preferably the electrode pairs of cathode and anode are in pairs isolated against other electrode pairs. This allows the electrical Fields that form between a pair of electrodes, none Influence on the electric fields between the other electrode pairs exercise.
Vorzugsweise sind die Elektrodenpaare im wesentlichen kranzförmig angeordnet. In dem Elektrodenkranz können etwa 5 Elektrodenpaare vorgesehen sein. Davon können 3-4 Elektrodenpaare aus Graphit sein. Diese bewirken eine Entkalkung des Wassers. Die übrigen 1-2 Elektrodenpaare können weiteren Verwendungen, z.B. Desinfektion, Dosierung von Orthophosphat, Magnesium oder dergleichen zugeführt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodenpaare in einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse angeordnet. Es kann ein Strömungsleitelement vorgesehen sein, in welchem sich zylinderförmige Hohlräume zur Aufnahme der Elektroden befinden. Über das Strömungsleitelement werden somit die einzelnen Behandlungskammern und die dazwischenliegende Isolierung gleichzeitig verwirklicht.Preferably the electrode pairs are arranged substantially in a ring shape. In the electrode ring can be provided about 5 pairs of electrodes. Of these, 3-4 electrode pairs of graphite be. These cause a descaling of the water. The remaining 1-2 Electrode pairs can add more Uses, e.g. Disinfection, dosage of orthophosphate, magnesium or the like supplied become. In one embodiment of the invention, the electrode pairs in a substantially pot-shaped casing arranged. It can be a flow guide be provided, in which cylindrical cavities for receiving the electrodes are located. about the flow guide Thus, the individual treatment chambers and the intervening insulation realized at the same time.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Elektroden aus einem porösen Material mit großer Oberfläche, zum Beispiel aus Graphit. Durch die große Oberfläche können mehr Keime gebildet werden. Dadurch wird die Effizienz des Geräts weiter verbessert. Es sind aber auch andere Elektrodenmaterialien denkbar, wie zum Beispiel Aktivkohle oder dergleichen.In a particularly preferred embodiment of the invention exist the electrodes of a porous Material with great Surface, for example made of graphite. Due to the large surface more germs can be formed. This further improves the efficiency of the device. But they are Other electrode materials conceivable, such as activated carbon or similar.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.refinements The invention are the subject of the dependent claims. An embodiment is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
In
In
Der
Einlass
In
dem von dem Gehäuse
Ein
solches Strömungsleitelement
Jeweils
zwei der Hohlräume
sind über
Spalte miteinander verbunden. Die Hohlräume
Der
Mittenbereich
Der
Randbereich an der Seite
Der
Umfang der Grundform
In
In
jeder Unterkammer der Nachbehandlungskammer
Die
Befestigung der Elektroden ist in
Die
beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Das zu behandelnde
Wasser fließt
vom Stutzen
The water to be treated flows from the nozzle
Bei
einer Verwendung zur Vermeidung von Verkalkung bestehen die Elektrodenpaare
aus Graphit. Jeweils eine als Kathode und eine als Anode gepolte
Elektrode
Wenn
zusätzlich
zur Vermeidung von Kalksteinbildung weitere Funktionalitäten verwirklicht werden
sollen, können
einzelne Elektroden
Es können auch Graphitelektroden eingesetzt werden, die zuvor in einer Orthophosphatlösung getränkt wurden oder Orthophosphatpartikel enthalten. Die Menge an Orthophosphat und die angelegte Spannung werden so gewählt, dass die Korrosion der Rohre und Armaturen im flüssigkeitsführenden System verringert wird. Wenn die Elektrode kein Orthophosphat mehr abgibt, kann sie auf die oben beschriebene Weise ausgetauscht werden.It can Graphite electrodes are used, which were previously soaked in an orthophosphate solution or orthophosphate particles. The amount of orthophosphate and the applied voltage are chosen so that the corrosion of the Pipes and fittings in the liquid-carrying System is reduced. If the electrode no longer orthophosphate can be exchanged in the manner described above.
Wie die Orthophosphat-Elektrode können auch andere Zusatzstoffe, z.B. Magnesium an das Wasser abgegeben werden. Separate Dosiereinrichtungen sind nicht mehr erforderlich.As The orthophosphate electrode can also other additives, e.g. Magnesium are released to the water. Separate dosing devices are no longer required.
Die Anordnung ist nicht auf eine Funktionalität beschränkt und kann an die jeweiligen Erfordernisse durch Auswahl der Elektroden angepasst werden.The Arrangement is not limited to any functionality and can be addressed to the respective Requirements are adjusted by selecting the electrodes.
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