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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkalken von Wasser in Behältern, in denen Wasser erhitzt wird, um den Wasserdampf zu nutzen sowie eine Vorrichtung nach den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Geräten bekannt, bei denen eine regelmässige Reinigung notwendig ist, um die Geräte von Kalk freizuhalten oder angesetzten Kalk mit chemischen oder manuellen Mitteln zu entfernen. Zu diesen Geräten gehören bspw. Gargeräte, Dampferzeuger od. dgl.
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Nachteilig ist dabei, dass vergleichsweise aggressive Chemikalien in die Geräte eingebracht werden müssen, um bei einem gewissen Verkalkungsgrad eine Entkalkung vorzunehmen. Die Verwendung derartiger Chemikalien birgt ein hohes Gefahrenpotential für einen Benutzer und darüber hinaus unterliegen diese Chemikalien besonderen Reglementierungen bzgl. ihres Transports und ihrer Lagerung, so dass ein Benutzer besondere Vorkehrungen ergreifen muss, wodurch es zu einem erhöhten Kostenaufwand kommt.
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Weiterhin macht es die hohe Konzentration eines in einem Dampferzeuger zur Entkalkung desselben eingesetzten Entkalkungsmittels notwendig, dass dieses zur Vermeidung einer unnötigen Umweltbelastung zunächst verdünnt werden muss, bevor es abgelassen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem auf Dampf erzeugende Geräte und hier insbesondere auf Geräte, die Dampf für die Behandlung von Lebensmitteln, beispielsweise von Milch, erzeugen. Beispielsweise wird in einer Pasteurisierungsanlage, wie sie in der
WO 2008/141841 beschrieben ist, Dampf zur Behandlung von Milch benötigt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entkalken von Wasser zu schaffen, das die o. g. Nachteile behebt oder zumindest minimiert. Ebenfalls ist es Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Vorrichtung hierfür zu schaffen.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1, sowie des nebengeordneten Anspruchs.
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Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Säure in das Wasser gegeben wird, bevor der Kalk ausfällt bzw. ablagert. D. h., die Säure fällt den Kalk aus dem Wasser aus, der sich absetzende Schlamm wird ausgetragen.
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Ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel weist einen Behälter auf, der bspw. aus Edelstahl oder einem anderen Werkstoff besteht. Wichtig ist in diesem Zusammenhang weniger das Material an sich, sondern vielmehr die Erfüllung der an das Material des Behälters gestellten Anforderungen, wie Säure- oder Hitzebeständigkeit, da Temperaturen zwischen 100°C und 200°C auf den Behälter einwirken können.
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Die Behälter und deren Materialien sollen in der Weise ausgelegt werden, dass auch ein Druck innerhalb des Behälters aufgebaut werden kann, ohne dass der Behälter Schaden nehmen kann.
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Das erfindungsgemässe Verfahren soll in allen in Haushalt und Gewerbe und insbesondere in der Landwirtschaft gebräuchlichen Geräten und Maschinen zum Einsatz gebracht werden können, in denen Wasser erhitzt wird, um den erzeugten Wasserdampf zum Garen, Erhitzen, Erwärmen, Desinfizieren oder Reinigen zu nutzen. Beispielsweise ist dies der Fall bei Dampfgarern, Dampfgeneratoren, Dampfreinigern od. dgl.. Bei diesen Anwendungen kommt es bei Einsatz des erfindungsgemässen Verfahrens nicht mehr zu Verkalkungen, die eine aufwändige Entkalkung erfordern oder den Einsatz von chemischen Mitteln oder destilliertem Wasser.
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In einem erfindungsgemässen Verfahren kommen Säuren in Betracht, welche über gewisse Eigenschaften verfügen müssen. Zunächst einmal sollte die Säure einen höheren Verdampfungspunkt haben als Wasser. Weiter sollte die Säure für den Nutzer einfach zu handhaben sein. Dadurch fallen quasi alle Säuren weg, welche giftig sind. Zweckmässigerweise wird als Säure Zitronensäure eingesetzt, die für den Nutzer und sehr viele Materialien keinerlei nachteilige Auswirkungen befürchten lässt. Daneben ist Zitronensäure einfach zu transportieren und zu lagern und sehr günstig in der Anschaffung.
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Die Säure kann vor oder nach dem Wasser in den Behälter eingegeben werden. Bei einer Erhitzung des kalkhaltigen Wassers, dem Zitronensäure zugegeben ist, fällt in einer Reaktion Calciumcitrat aus. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich Kalk nicht an dem Behälter bzw. den Behälterinnenwänden niederschlägt oder festsetzt.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass bei der Reaktion auch die Zitronensäure verbraucht wird. Bei dem ausfallenden Calciumcitrat handelt es sich um einen neutralen Schlamm, der relativ problemlos entsorgt werden kann. Damit bleiben keine aggressiven Abfälle übrig, die aufwändig entsorgt werden müssen.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung oder der Zugabe von Zitronensäure ist, dass die Zitronensäure auch im Wasser vorhandenes Eisen und Chrom bindet, wobei dieser Umstand dazu führt, dass es bei Edelstahllegierungen nicht zu Lochfrass kommen kann, wie es üblicherweise bei eisenhaltigem Wasser der Fall ist. Insbesondere bei der Bindung von Eisen ergibt sich der Vorteil, dass dadurch insbesondere Lochfrass evtl. an Edelstahlbehältern vermieden wird. Dieser Umstand wirkt sich in besonderer Weise bei Druckbehältern aus.
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In typischen Ausführungsbeispielen wird ein pH-Wert des Wassers durch eine Einrichtung ermittelt und überwacht. Das ständige Ersetzen des verdampften Wassers führt zu einer Erhöhung des pH-Werts vom säurehaltigen Klima zu einem neutralen oder basischen Klima.
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Dem Wasser kann natürlich auch in Abhängigkeit des ermittelten pH-Wertes Zitronensäure zugeführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der pH-Wert konstant gehalten wird. Insgesamt lässt sich dadurch die Nutzungsperiode des Verfahrens verlängern, allerdings wird dies oft weniger gewünscht.
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Die Wassermenge und/oder der Wasserstand wird/werden ermittelt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Verbrauch des Wasserstands überwacht wird. Dies kann entweder durch entsprechende Wasserstandssensoren oder durch Messung der Menge bzw. des Volumens des verdampften Wassers geschehen.
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Es ist daran gedacht, dem Wasser in Abhängigkeit der ermittelten Wassermenge und/oder des ermittelten Wasserstandes Wasser zuzuführen. Dadurch wird erreicht, dass immer genügend Wasser vorhanden ist, um entsprechenden Wasserdampf zu erzeugen, welcher dann wiederum für die oben beschriebenen Aufgaben eingesetzt werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Wasserstand und/oder die Menge des Wassers konstant gehalten wird, um einen reibungslosen Ablauf des Verdampfens während einer Nutzungsperiode am Laufen zu halten.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird allerdings ein wiederholbarer Zyklus eingehalten. In diesem Fall wird einer vorbestimmten Wassermenge die Zitronensäure zugegeben, die dann zu einem Absinken des pH-Wertes führt. Die Wassermenge, die verdampft, wird ersetzt, was beispielsweise durch eine gesonderte Pumpe oder auch über ein Magnetventil, je nachdem ob ein Druckbehälter oder ein druckloser Behälter verwendet wird, geschehen kann. Die Menge der zusätzlich zugeführten Wassermenge oder auch die Zeit, die dafür benötigt wird, bis ein vorbestimmter pH-Wert beispielsweise zwischen 7 und 8 erreicht ist, wird ermittelt. Danach erfolgt ein vollständiges Spülen der Vorrichtung. Die bei diesem ersten Zyklus ermittelten Werte dienen dann für die nächsten Zyklen als Parameter, wann der Spülvorgang eingeleitet wird.
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Zur Spülung wird in der Regel ein eigener Zulauf benötigt, welcher eine grössere Menge Wasser zugeführt werden kann.
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Gesondert wird Schutz beansprucht für eine Vorrichtung zum Entkalken von Wasser in Behältern, in denen Wasser erhitzt wird, um den Wasserdampf zu nutzen, wobei der Behälter einen Zufluss für Wasser und einen Zufluss für eine Säure aufweist.
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Opel KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung kurz beschrieben, die in ihrer einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Behälter zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die Figur zeigt eine Vorrichtung
1 in der Wasser
3 erhitzt und verdampft wird. Solche Vorrichtungen können bspw. Dampferzeuger oder Gargeräte od. dgl. sein. Insbesondere ist die Vorrichtung
1 ein Dampferzeuger, in dem Dampf aus Wasser
3 erzeugt und dieser zur Pasteurisierung von Milch verwendet wird, wie beispielsweise in der
WO 2008/141841 beschrieben.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Heizeinrichtung 4, die nur beispielhaft gezeigt ist, da Dampfgeneratoren in der Regel über eine Heizeinrichtung verfügen, welche die gesamten Behälterinnenwände erhitzt. Die Heizeinrichtung 4 ist in dem Behälter 2 angeordnet. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 einen Wasserzufluss 5, der mit einer nicht dargestellten Wasserleitung verbunden. Der Wasserzufluss 5 weist ein Absperrventil 6 auf.
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Des Weiteren ist ein Zitronensäurezufluss 7 vorgesehen und mit einem nicht dargestellten Zitronensäurereservoir verbunden. Auch in den Zitronensäurezufluss 7 ist ein Absperrventil 8 eingeschaltet.
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In dem Behälter 2 ist eine Einrichtung 9 zur Messung des pH-Werts des Wassers 3 vorgesehen, die mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Ferner ist eine Einrichtung 11 zur Wasserstandsmessung vorgesehen, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Auch die Sperrventile 6 und 8 des Wasserzuflusses 5 und des Zitronensäurezuflusses 7 schliessen an die Steuereinrichtung 10 an.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 in dem Behälter 2 eine Schlammentfernungseinrichtung 13 auf.
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Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist Folgende:
In dem Behälter 2 der Vorrichtung 1 ist Wasser 3 aufgenommen. Dem Wasser 3 wird nicht dargestellte Zitronensäure zugegeben, bis der pH-Wert des Wassers 3 in einem Bereich zwischen 1 und 8 liegt. Schon jetzt kommt es zu Ausfällreaktionen, da sich die Zitronensäure mit dem Kalk verbindet.
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Mit der Heizeinrichtung 4 wird das Wasser 3 erhitzt. Dabei findet eine beschleunigte Reaktion zwischen Kalk und Zitronensäure zu Calziumcitrat statt. Dieses legt sich auf einem Boden 15 des Behälters 2 als Schlamm nieder. Eine Kalkablagerung an den Behälterwänden findet nicht statt.
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Durch die Erhitzung des Wassers 3 verbraucht sich das Wasser 3 zumindest teilweise. Der Wasserstand sinkt, was über die Einrichtung 11 zur Wasserstandsmessung bemerkt und an die Steuereinrichtung 10 weitergegeben wird. Diese steuert das Sperrventil 6 des Wasserzulaufs 5 an und Wasser, das kalkhaltig ist, wird solange dem Behälter 2 zugeführt, bis wieder der gewünschte Wasserstand erreicht ist. Bevorzugt sind die Einrichtung 11 zur Wasserstandsmessung und die Steuereinrichtung 10 so eingestellt, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Wasserstand relativ konstant gehalten wird.
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Parallel wird auch der pH-Wert des Wassers 3 mit der Einrichtung 9 zur Messung des pH-Werts ermittelt. Die ermittelten pH-Werte werden ebenfalls an die Steuereinrichtung 10 weitergegeben. Bei Bedarf steuert diese das Absperrventil 8 des Zitronensäurezuflusses 7 so an, dass Zitronensäure zugegeben wird, bis ein pH-Wert, der im gewünschten Bereich liegt, ermittelt werden kann. Die Steuereinrichtung 10 ist so eingestellt, dass sie den pH-Wert in einem Bereich zwischen 1 und 8 hält, bevorzugter zwischen 3 und 7.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann aber auch eine kleine Menge Wasser aus dem Behälter entnommen werden, um ausserhalb des Behälters den pH-Wert zu ermitteln, bspw durch einen Lackmustest oder einen handelsüblichen pH-Meter. Dieser Prozess kann auch vollautomatisiert erfolgen.
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Wenn sich eine gewisse Menge Calciumcitratschlamm 14 am Boden 15 abgelagert hat oder in regelmassigen Wartungsabständen, wird er mit der Schlammentfernungseinrichtung 13 entfernt. In der Regel wird gespült. Das Spülen kann beispielsweise durch Zugabe einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere von Wasser, über den Zufluss 5 erfolgen. Sollten grössere Mengen an Reinigungsflüssigkeit notwendig werden, so dürfte es ratsam sein, die Reinigungsflüssigkeit über einen eigenen Zufluss dem Behälter zuzuführen. Ein derartiger Einlass für Reinigungsflüssigkeit kann auch mit der Klappe 16 im Wechsel betrieben werden.
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Ein weitergehender automatisierter Betrieb der Vorrichtung setzt bevorzugt eine Kalibrierung der Zufuhr von Wasser und/oder Säure voraus. Zum Beispiel kann das Wasser durch eine gesonderte Pumpe eingebracht werden, sofern es sich bei dem Behälter um einen Druckbehälter handelt. In einen drucklosen Behälter wird das Wasser über ein Magnetventil eingebracht. In beiden Fällen wird die Zeit oder direkt die Menge gemessen, die benötigt wird, um den pH-Wert der Mischung aus Wasser und Säure auf einen vorbestimmten Wert, beispielsweise auf einen Wert zwischen 7 und 8 anzuheben. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird der Spülvorgang eingeleitet. Bei den folgenden Arbeitszyklen wird der Spülvorgang immer anhand der einmal ermittelten Wassermengen eingeleitet. Denkbar ist allerdings auch ein Rückschluss auf die notwendige Wassermenge aus einer vor Einleitung des Spülvorgangs abgelassenen Wassermenge. Bezugszeichenliste
| 1 | Vorrichtung |
| 2 | Behälter |
| 3 | Wasser |
| 4 | Heizeinrichtung |
| 5 | Wasserzufluss |
| 6 | Absperrventil |
| 7 | Zitronensäurezufluss |
| 8 | Absperrventil |
| 9 | pH-Wert Messung |
| 10 | Steuereinrichtung |
| 11 | Wasserstandsmesser |
| 12 | Seitenwand |
| 13 | Schlammentfernungseinrichtung |
| 14 | Calciumcitrat |
| 15 | Boden |
| 16 | Klappe |
| 17 | Rechen |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/141841 [0005, 0024]
