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Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Reinigung von Wasser mittels durch zwischen elektrischen Leitern auf unterschiedlichem elektrischen Potential erzeugten Entladungen, wobei einer der Leiter durch das Wasser gegeben ist und sich bevorzugt auf einem durch Erdung erreichten elektrischen Null-Potential befindet und der andere Leiter durch eine flächenförmige, auf einem Dielektrikum aufsitzende Elektrode gegeben ist, die mit einem zweiten, höheren Potential beaufschlagt wird.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Wasser mittels elektrischer Entladungen zwischen einer auf einem Dielektrikum aufsitzenden Elektrode und dem Wasser, wobei die Elektrode sich zumindest teilweise oberhalb eines freien Wasserspiegels erstreckt.
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Ein derartiges Verfahren oder derartige Vorrichtung sind bereits grundsätzlich bekannt geworden. Das durch die elektrischen Entladungen erzeugte Plasma erzielt beim Auftreffen auf das Wasser verschiedene Effekte. Zunächst kann sich eine Zersetzung bzw. Verbrennung von in dem Wasser befindlichen Fremdbestandteilen, insbesondere organischen Bestandteilen ergeben. Weiter tritt aber auch eine Zersetzung des Wassers im Wasserstoff und Sauerstoff, insbesondere auch unter Bildung von Ozon, auf.
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Die Erfindung beschäftigt sich hiervon ausgehend mit der Aufgabenstellung, ein effizientes Verfahren zur Wasserreinigung und eine vorteilhafte Vorrichtung zur Wasserreinigung anzugeben.
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Nach einer ersten Lehre der Erfindung ist verfahrensmäßig vorgesehen, dass zufolge von sich unter Durchsetzung einer Luftschicht zwischen der Elektrode und dem Wasser bei Entladungsvorgängen erzeugten gasförmigen Stoffen diese teilweise über eine Leitung in das Wasser zur Reinigung zurückgeführt werden und teilweise unmittelbar in das Wasser eingebracht werden. Es ist erkannt worden, dass unter Durchsetzung der Luft auch eine Zerlegung der Luft in diesbezügliche Bestandteile, bspw. OH-Radikale und/oder O2 bzw. O3, diese so erzielten gasförmigen Stoffe unmittelbar günstig für die Wasserreinigung Verwendung finden können. Hierbei werden sie durch die Entladungsvorgänge selbst teilweise in das Wasser eingetrieben und können dort mit eventuell enthaltenen verschmutzenden Bestandteilen in Wechselwirkung treten. Teilweise werden sie auch in dem Gasraum aufgefangen und über eine Leitung in das Wasser zur gezielten Beeinflussung bzw. Reinigung des Wassers zurückgeleitet. Insbesondere das Redox-Potential von so erzeugtem OH ist sehr groß und kann zu einer effektiven Wasserreinigung vorteilhaft beitragen.
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Weiter bevorzugt wird die Vorrichtung so betrieben, hinsichtlich des Wasserstandes, dass ein Teil der Elektrode sich eingetaucht in dem zu reinigenden Wasser befindet. Hierdurch kann eine vorteilhafte Kühlung der Elektrode zugleich erreicht werden.
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Hinsichtlich der Vorrichtung ist nach einer weiteren Lehre der Erfindung von Bedeutung, dass die auf dem Dielektrikum aufsitzende Elektrode langgestreckt und gesehen von der Wasserfläche aus konvex gebildet ist. Es wurde erkannt, dass eine intensive Wirkung gerade durch eine konvex gestaltete Elektrode erzielt wird, die auch eine größere Länge als Breite aufweist. Wobei die Länge bevorzugt einhergeht mit einem auch langgestreckten Kammerbereich, dem Beaufschlagungsabschnitt, in dem das Wasser den elektrischen Entladungen ausgesetzt ist. Die konvexe Gestaltung kann bevorzugt durch eine kontinuierliche Krümmung gegeben sein. Aber auch eine bspw. im Querschnitt V-förmige oder mehreckige Gestaltung kann Bedeutung haben. Die Konvexität bezieht sich bevorzugt auf eine Erstreckung der Elektrode im Querschnitt und ist in Längsrichtung der Elektrode gesehen weiter bevorzugt gleichförmig gebildet.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung und der Zeichnung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zu den bereits behandelten Merkmalen beschrieben bzw. dargestellt, sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einem oder mehreren einzelnen Merkmalen, die hier beschrieben oder zeichnerisch dargestellt sind, oder unabhängig oder in einem anderen Gesamtkonzept, von Bedeutung sein. Insbesondere können Merkmale, welche für die Vorrichtung bedeutend sind, aber im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, auch in Ansprüche betreffend die Vorrichtung aufgenommen werden und Merkmale, die für das Verfahren von Bedeutung sind, aber im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, in Ansprüche betreffend das Verfahren aufgenommen werden.
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So ist es bevorzugt, dass das Gas vor der Rückführung mit einem oder mehreren weiteren Stoffen angereichert wird. Es kann sich hier um übliche Stoffe handeln, die man allgemein auch zur Wasserreinigung nutzt.
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Insbesondere kann auch zur Rückführung die Tatsache genutzt sein, dass durch die elektrischen Entladungen entstehendes Gas oberhalb der Wasseroberfläche unter einem Überdruck steht. Beziehungsweise der Gasraum kann so nach außen abgedichtet werden, dass dieser Überdruck sich aufbaut. Ein solcher Überdruck kann dann unmittelbar zur Rückleitung des Gases in das Wasser als gleichsam Antriebsenergie genutzt werden.
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Die Reinigung des Wassers erfolgt bevorzugt im Durchlaufverfahren. Weiter bevorzugt in einem kontinuierlichen Durchlaufverfahren. Die Vorrichtung kann in eine übliche Wasserleitung eingebaut sein.
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In weiterer Hinsicht ist bevorzugt, dass die Elektrode auch, oder gegebenenfalls allein, durch Luft gekühlt wird. Hierdurch sind oberseitig der Elektrode, bevorzugt herausragend aus dem weiter bevorzugt rohrartig ausgebildeten Gehäuse, in dem das zu reinigende Wasser strömt, Kühlrippen in Verbindung mit der Elektrode vorgesehen. Weiter bevorzugt können sie einteilig mit der Elektrode ausgebildet sein. Es kann sich um ein einteiliges Teil handeln, das die Elektrode – unterseitig – mit der Kühleinrichtung, bevorzugt in Form von Rippen, – oberseitig – verbindet. Dies ist weiter bevorzugt ein metallisches Teil, bspw. bestehend aus Aluminium und/oder Kupfer.
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Hinsichtlich der Vorrichtung, in welcher das Wasser strömt, ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich um ein dielektrisches Material wie bspw. aus Quarz, speziell Glas, oder Keramik handelt. Dieses Material stellt auch bevorzugt das Dielektrikum dar, auf welchem eine der Elektroden aufsitzt. Die Vorrichtung ist prinzipiell bevorzugt rohrartig ausgebildet. Eine in der Draufsicht von oben bevorzugt rechteckiger Bereich der oberen Wandung des Gefäßes, der also langgestreckt und kuppelartig gekrümmt ist, kann herausgenommen sein und in umgekehrter Öffnungsrichtung, bevorzugt auch vertieft zu den Randkanten des herausgenommenen Bereiches, wieder in das Gefäß eingesetzt sein. So bildet sich oberseitig eine nach innen hin geschlossene Aufnahme für die Elektrode.
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Hinsichtlich der Rückführung ist weiter bevorzugt, dass sie in Strömungsrichtung des Wassers in einen Bereich des Wassers durchgeführt wird, der sich (noch) vor der Beaufschlagung durch die Entladungen befindet. Das in den Beaufschlagungsabschnitt strömende Wasser kann also schon eine Wechselwirkung mit dem rückgeführten Gas, insbesondere dem Sauerstoff oder dem Ozon, durchgeführt haben. Insofern ist gleichsam eine Vorreinigung schon gegeben. Durch die Oxidationseffekte kann auch unterstützt sein, dass zu neutralisierende oder zu entfernende Bestandteile des Wassers sich im Beaufschlagungsabschnitt an der Oberfläche oder oberflächennah befinden. Die Beaufschlagung dieser Bestandteile mit den Entladungen führt insofern jedenfalls zu einem zusätzlichen Reinigungseffekt.
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Insbesondere ist auch bevorzugt, dass die Elektrode mit einer gewissen, bevorzugt hohen, Frequenz, insbesondere zwischen 1 kHz und 50 kHz, mit dem genannten hohen elektrischen Potential beaufschlagt wird. Insbesondere kann diese Steuerung der Entladungen auch so vorgesehen sein, und/oder die Gestaltung der Elektrode so vorgenommen sein, dass sich im Zuge der Entladungen ein ”kaltes Plasma” ergibt. Dieses zeichnet sich bekanntlich durch einen wesentlich geringeren Grad als üblich hinsichtlich der Ionisierung aus.
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Die elektrische Spannung, mit der die Elektrode bevorzugt beaufschlagt wird, kann im Bereich von 10 kV bis 50 kV bspw. gegeben sein.
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Die Kühlung der Elektrode kann auch, jedenfalls ergänzend, gegebenenfalls aber auch allein, durch Wasser erfolgen, bspw. auch durch das ständig über oder unter der Elektrode strömende Wasser.
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Insgesamt ist bevorzugt, dass das zu reinigende Wasser entlang einer Längserstreckung der Elektrode geführt wird. Die Längserstreckung der Elektrode kann bspw. damit auch gekennzeichnet werden, dass die Länge der Elektrode dem Zwei- bis Zehnfachen, auch bspw. hin bis zum Hundertfachen, der Breite der Elektrode entspricht.
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Vorrichtungsmäßig ist bevorzugt, dass der oberhalb der freien Wasserfläche gegebene Gasraum grundsätzlich nach außen abgeschlossen ist. Er ist jedoch weiter bevorzugt wie ausgeführt mit einem Leitungsabschnitt verbunden, der die Rückführung dieses so erzeugten Gases in das Wasser ermöglicht.
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Der Beaufschlagungsabschnitt wird hinsichtlich seiner Füllhöhe, da von Bedeutung ist, dass immer eine freie Wasserfläche ausgebildet ist, durch eine Steuerung der Wasserhöhe, etwa durch den Wasserdurchlauf, eingestellt.
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Alternativ zu der bereits beschriebenen Ausgestaltung kann der Beaufschlagungsabschnitt zusammen mit der Elektrode kann weiter bevorzugt durch zwei ineinander geschachtelte Teile ausgebildet sein. In einem der Teile, querschnittsmäßig bevorzugt in dem kleineren, ist die Elektrode untergebracht, und in dem größeren Teil strömt das Wasser. Die Einschachtelung kann alternativ zu der bereits beschriebenen Weise in einfacher Weise auch dadurch erreicht sein, dass zwei rohrartige Körper ineinander gesteckt sind. Hierbei ist der kleinere rohrartige Körper mit der Elektrode und deren Kühlung versehen, während der größere rohrartige Körper das zu reinigende Wasser aufnimmt, oberhalb dessen freier Wasserfläche sich dann der Gasraum, immer noch innerhalb dieses größeren rohrartigen Körpers, ausbildet.
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Auch bei dieser Gestaltung können beide Teile aus einem Glas- oder Keramikwerkstoff bestehen.
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Die vor- und nachstehend angegebenen Bereiche dienen auch zur Offenbarung aller dazwischen befindlichen Werte, etwa durch Erhöhung und/oder Erniedrigung der unteren bzw. oberen Bereichsgrenze um 0,1 der jeweiligen Dimension, also bspw. 0,1 kV oder 0,1 kHz, sowie auch zur Offenbarung singulärer Werte aus den genannten Bereichen, die auch durch ein- oder mehrfachen Vollzug der genannten Schritte dargestellt werden können.
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Nachstehend ist die Erfindung weiter anhand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine Explosionsdarstellung einer prinzipiellen Ausbildung des Wassergefäßes mit Elektrode;
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2 eine schematische Querschnittsansicht des Gegenstandes gemäß 1, im zusammengesetzten Zustand, mit möglichen Schaltungsanordnungen; und
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3 eine schematische Seitenansicht der Anordnung.
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Dargestellt und beschrieben ist, zunächst mit Bezug zu 1, eine Vorrichtung 1, die als Modul in eine Wasserreinigungseinheit einbaubar ist. Die Vorrichtung 1 besteht zunächst aus einem Wasser-Strömungsgefäß 2, das grundsätzlich rohrförmig ausgebildet ist. In dem Strömungsgefäß 2 ist oberseitig eine Einsenkung 3 ausgebildet. In die Einsenkung 3 ist ein Elektrodenteil 4 einsetzbar, das in 1 zur besseren Übersicht explosionsartig herausgehoben dargestellt ist. Das Wasser-Strömungsgefäß 2 ist speziell ein dielektrisches Wasser-Strömungsgefäß, aus einem dielektrischen Material, bevorzugt Glas oder Keramik. Bevorzugt sitzt hierauf unmittelbar die auf einem Dielektrikum aufsitzende Elektrode auf.
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Das Elektrodenteil 4 weist eine untere Elektrodenfläche 5 auf und obere Kühlausformungen 6. Die Kühlausformungen sind ersichtlich in Form von Rippen gestaltet, damit hierdurch eine Luftkühlung erfolgen kann.
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Gegebenenfalls kann bezüglich der Vorrichtung auch noch ein Ventilator vorgesehen sein, der eine Zwangsströmung hinsichtlich der Kühlrippen ermöglicht.
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Das Strömungsgefäß 2 kann bspw. ein Glasgefäß sein. Es kann auch ein Keramikgefäß sein.
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Die Einsenkung 3 ist zum Inneren des Strömungsgefäßes 2 hin vollständig geschlossen. Sie kann in einfacher Weise bspw. durch Heraustrennen eines entsprechenden, langgestreckten kuppelförmigen Bereiches aus einem diesbezüglichen Glas- oder Keramikrohling, oder aus einem sonstigen Werkstoff bestehenden Teil, bspw. auch Kunststoffteil, gebildet sein und dann umgekehrt wieder eingesetzt sein, unter Schließung auch der Stirnflächen der Einsenkung.
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Aus der Anordnung gemäß 2 ist die mögliche elektrische Schaltung ersichtlich. Über eine Schalteinheit 7 ist eine Hochspannung in Hochfrequenz auf die Elektrodeneinheit 4 aufbringbar. Weiter ist eine Erdung 8 vorgesehen. Es kann auch, alternativ oder ergänzend zu der Erdung 8 eine Schaltungszusammenführung 9 mit dem in der Vorrichtung strömenden Wasser 10 vorgesehen sein.
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Ergänzend oder alternativ kann auch eine Zusammenschaltung, hinsichtlich des Minuspols oder der Erdung, über eine außen an der Gefäßwandung 11 anliegende Leitung 12 erreicht sein.
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Das Wasser ist derart geführt, dass innerhalb des Moduls sich ein freier Wasserspiegel ausbildet. Oberhalb des Wasserspiegels ist die Elektrode angeordnet, durch die Wandung getrennt von dem Wasserspiegel bzw. dem sich darüber ausbildenden Gas- bzw. Luftraum. Der Wasserspiegel ist bevorzugt zu eingestellt, dass die Elektrode teilweise in das Wasser eingetaucht ist.
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Oberhalb des Wasserspiegels ist in dem Beaufschlagungsabschnitt entsprechend ein Luftraum ausgebildet. Hierin kann zunächst übliche atmosphärische Luft enthalten sein. Mit Beginn der Reinigung und den Funkenüberschlägen von der Elektrode auf das Wasser füllt sich dieser Raum mit aus der Luft, ggf. auch teilweise aus dem Wasser, gewonnenen Gasprodukten, also den bereits genannten OH-Radikalen, Ozon etc. Es kann auch, was im Einzelnen nicht dargestellt ist, eine entsprechende Nachströmöffnung zum Ergänzen des Gasraumes mit atmosphärischer Luft vorgesehen sein.
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Die 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung im Hinblick auf eine vollständige Einreichung.
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Das in der 1 und 2 wiedergegebene Modul ist in Funktionsaufnahmen 13, 14 jeweils endseitig aufgenommen. Es kann sich eine insgesamt U-förmige Anordnung ergeben. Hierbei bildet das genannte Modul einen U-Steg, von dem bevorzugt die U-Schenkel, die die Wasserzu- und Ableitung, ggf. mit Gas-Rückführung, bilden, sich nach unten erstrecken.
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Die Funktionsaufnahmen 13 bzw. 14 können Rückführungen 15 aufweisen, mit denen innerhalb eines Luft- bzw. Gasraumes 16 der Vorrichtung während des Betriebs erzeugte gasförmige Bestandteile, also bspw. OH-Radikale oder O3, rückgeführt wird in das, etwa zufolge einer angeschlossenen Hauswasserleitung 17, strömende Wasser. Es wird so, in 3 rechtsseitig, vor die Strömungsrichtung, siehe Pfeil P, vor der Beaufschlagung durch Elektrodenentladungen in das Wasser eingegeben bzw., linksseitig, nachgeordnet zu der Elektrodenbeaufschlagung herausgeführt und auch entsprechend rückgeführt.
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Weiter sind auch hier mögliche Schaltungsvarianten hinsichtlich der Erdung dargestellt.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- dielektrisches Wasser-Strömungsgefäß
- 3
- Einsenkung
- 4
- Elektrodenteil
- 5
- Elektrodenfläche
- 6
- Kühlausformung/Kühlrippe
- 7
- Schalteinheit
- 8
- Erdung
- 9
- Schaltungszusammenführung
- 10
- Wasser
- 11
- Gefäßwandung
- 12
- Leitung
- 13
- Funktionsaufnahme
- 14
- Funktionsaufnahme
- 15
- Rückführung
- 16
- Luft- bzw. Gasraum
- 17
- Hauswasserleitung
- P
- Pfeil
