DE102013012948B4

DE102013012948B4 - Mobile Vorrichtung zur Gewinnung von dampfdestilliertem Reinstwasser, welches eine elektrische Leitfähigkeit unter 1,0 μS aufweist

Info

Publication number: DE102013012948B4
Application number: DE102013012948.6A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Krause; Bettina Rosenow; Lisa-Marie Florian; Christine Krause
Original assignee: Rudolf Krause
Current assignee: KRAUSE, RUDOLF, DR., DE
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: DE102013012948A1

Abstract

Mobile Vorrichtung zur Gewinnung von dampfdestilliertem Reinstwasser, welches eine elektrische Leitfähigkeit unter 1,0 μS aufweist, umfassend Bauelemente für das Sieden des Rohwassers (17) mit einem Druckkochtopf mit dicht schließendem Druckkochtopfdeckel (3), von dessen äußerem Ansatzstutzen (4) das Überdruckventil entfernt wurde, als Verdampfungsgefäß (2), welches auf Wärmequellen (1) gestellt und in welchem Rohwasser (17) zum Sieden gebracht wird; Bauelemente für die Dampfableitung (7, 7a) mit einem druckfesten, biegsamen und hitzebeständigen Lebensmittelschlauch (7), der über ein Reduzierstück (5) auf den Ansatzstutzen (4) des Druckkochtopfdeckels (3) aufgesetzt ist; Bauelemente für die Abkühlung und Kondensation des Dampfes (7, 7b und 7c) und zur Übertragung der Kondensationsenergie mit mindestens zwei thermoisolierten, mit stationärem Kühlwasser (13) befüllten Abkühlungsbehältnissen (12), in welchen sich spiralförmig windende Kondensatableitungen (7, 7b und 7c) und auf horizontalen Abtrenngittern (9) stehende, mit kaltem Rohwasser (14) befüllte, austauschbare Wasserkanister (15) befinden, wodurch die Kondensationsenergie aus der Kondensatableitung (7, 7b und 7c) über das stationäre Kühlwasser (13) an das Rohwasser (14) übertragen wird; Bauelemente zur Ableitung des Kondensates (18) aus der Vorrichtung mit einem weiterleitenden Abschnitt (7, 7d) der Kondensatableitung, welcher in Auffanggefäße (8) für das kondensierte Wasser mündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur Gewinnung von dampfdestilliertem Reinstwasser unter 1,0 μS elektrischer Leitfähigkeit, welche aus Bauelementen für das Sieden des Rohwassers, für die Dampfableitung, für die Abkühlung und Kondensation des Dampfes sowie aus Bauelementen für die Ableitung des Kondensates besteht.
Stand der Technik
Destillationen sind Verfahren zur Trennung flüssiger Substanzgemische durch Verdampfen. Bei der isobaren Destillation wird die Verdampfung durch Wärmezufuhr, bei der (seltener angewandten) isothermen Destillation durch Druckverminderung erzielt. Auch Leitungswasser ist insofern ein Gemisch, als darin auch verschiedene Metallionen, Luft und andere Verunreinigungen gelöst oder aufgeschwemmt sind. Für die Dampfdestillation von Trinkwasser kommt im Wesentlichen die diskontinuierliche Destillation zur Anwendung. „Verdampfen” (vaporization) ist ein Oberbegriff sowohl für „Verdunstung” (evaporation) als auch für „Sieden” (boiling). (Brockhaus ABC der Naturwissenschaft und Technik, 7. Aufl., Brockhaus Verl. Leipzig 1960, S. 145 f.)
Die klassische Methode bei Dampfdestillationsapparaturen besteht darin, zum Zwecke der Verdampfung (boiling) von Wasser bei normalem atmosphärischem Druck bei oder in der Nähe des Siedepunktes Wärme zuzuführen.
Die technisch nächstliegende Entgegenhaltung CH 84 231 A von 1919 beschreibt einen Erhitzer in Gestalt eines elektrischen Kochtopfes, der luftdicht abschließbar ist, einen großen Teil des Dampfvolumens durch ein Sicherheitsventil entweichen lässt und diesem Sicherheitsventil vorgeschaltet eine Ableitung zu einem Kasten aufweist. In diesem Kasten befindet sich eine auf einen bestimmten Dampfdruck einstellbare Membran, durch welche elektrische Kontakte geschlossen oder geöffnet werden können. Es ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass sich der unterhalb dieser Membran befindliche Innenraum dieses Kastens pneumatisch innerhalb des Druckbereiches befindet, der nach außen durch das Überdruckventil begrenzt wird. Dieses vorhandene Sicherheitsventil ist eine technische Voraussetzung für das Ziel in der Entgegenhaltung CH 84 231 A , Energieverluste durch Verdampfung während der elektrischen Erhitzung von dampferzeugenden Substanzen niedrig zu halten.
Die Entgegenhaltung DE 101 55 080 A1 von 2001 betrifft die Gewinnung von Kondensat durch Verdunstung unterhalb der Siedetemperatur durch Strahlungsenergie der Sonne auf offenen Gewässern mittels eines nach unten offenen Kegelmodells.
Die Entgegenhaltung DE 10 2009 035 858 A1 von 2009 beschreibt eine ähnliche mobile Vorrichtung, die als ebenfalls nach unten offenes Glockenmodell aber eine externe Wärmequelle besitzt und zusätzlich eine Vorheizung des Rohwassers durch Kondensationswärme ermöglicht. Dieser lose übergestülpte, nicht dampffest verbundene Deckel bewirkt, dass im Falle eines Überdrucks der Dampf unproblematisch entweichen kann.
Bei Produkten, die als „destilliertes Wasser” bezeichnet werden, ist die Deklarierung oft missverständlich, da sie zum Beispiel durch Umkehrosmose gewonnen wurden. Ohne Angabe, ob das Produkt von biologischen und auch weitgehend von chemischen Verunreinigungen frei ist, kann so genanntes voll entsalztes und destilliertes Wasser, nicht sterilisiert mit einem elektrischen Leitwert bis über 15 μS in Apotheken erworben werden.
Aufgabenstellung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine technisch einfache und investitionskostengünstige Herstellung von keimfreiem, dampfdestilliertem Wasser vorzugsweise aus lokal verfügbarem Trinkwasser zu ermöglichen, z. B. zur Nutzung in DE 10 2012 023 761 B4 und DE 10 2013 007 823 A1 .
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mobile Vorrichtung zur Gewinnung von dampfdestilliertem Reinstwasser, dessen elektrische Leitfähigkeit weniger als 1,0 μS beträgt, mit den Merkmalen des Patentanspruches.
Grundsätzlich ist die Verfahrensabfolge durch die physikalischen Grundlagen von Verdampfung durch Sieden, Auffangen des Wasserdampfes, dessen Abkühlung zur Kondensation und Auffangen des Kondensates vorgegeben.
Bei Auswahl und Gestaltung der technischen Details ist sicherzustellen, dass jedes Einzelteil aus lebensmittelhygienisch unbedenklichen Materialien besteht, weitgehend im Handel angebotene und leicht wieder beschaffbare Grundgeräte einbezieht, leicht zu handhaben, zu reinigen und zu desinfizieren ist, bis auf die modernen austauschbaren Grundgeräte frei von Elektronik und arbeitsschutztechnisch weitgehend ungefährlich ist.
Defekte Verschleißteile sollen leicht und durch die Bevorratung von kostengünstigen Ersatzteilen auch sofort in Eigenregie zu beseitigen sein, und es sollen bei unkontinuierlichem Gebrauch nur geringe Verluste durch nicht nutzbare Wärme entstehen.
Wesentliche Mittel und Wege
Zur Lösung der hier benannten Aufgaben dienen folgende Bauelemente:

1 Bauelemente für das Sieden des Rohwassers
1.2 mit einem Druckkochtopf als Verdampfungsgefäß,
1.3 welches auf Wärmequellen gestellt
1.4 und in welchem Rohwasser zum Sieden gebracht wird;
1.5 wobei der Druckkochtopf einen dicht schließenden Druckkochtopfdeckel aufweist,
1.6 von dessen äußerem Ansatzstutzen das Überdruckventil entfernt wurde;
2 Bauelemente für die Dampfableitung
2.1 mit einem druckfesten, biegsamen und hitzebeständigen Lebensmittelschlauch,
2.2 der über ein Reduzierstück
2.3 auf den Ansatzstutzen des Druckkochtopfdeckels aufgesetzt ist;
3 Bauelemente für die Abkühlung und Kondensation des Dampfes und zur Übertragung der Kondensationsenergie
3.1 mit mindestens zwei thermoisolierten, mit stationärem Kühlwasser befüllten Abkühlungsbehältnissen,
3.2 in welchen spiralförmig sich windende Kondensatableitungen
3.3 und auf horizontalen Abtrenngittern stehende, mit kaltem Rohwasser befüllte, austauschbare Wasserkanister befinden,
3.4 wodurch die Kondensationsenergie aus der Kondensatableitung über das stationäre Kühlwasser an das Rohwasser übertragen wird;
4 Bauelemente zur Ableitung des Kondensates aus der Vorrichtung
4.1 mit einem weiterleitenden Abschnitt der Kondensatableitung,
4.2 welcher in Auffanggefäße für das kondensierte Wasser mündet.

Der Gegenstand der Erfindung ist gewerblich anwendbar. Die betriebsinterne Erzeugung dampfdestillierten Wassers am Ort der Zubereitung von Speisen und Getränken ist in erster Linie vorgesehen als integrierter Verfahrensschritt bei der gewerbsmäßigen Herstellung von solchen Getränken, Diätnahrungsmitteln und anderen Produkten, die auf Freiheit von bestimmten bakteriellen Resistenzträgern geprüft und zertifiziert sind.
Die gewerbliche und medizinische Anwendbarkeit des dampfdestillierten Wassers besteht trotz seiner niedrigen elektrischen Leitfähigkeit unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze des Messgerätes von 1,0 μS nicht vordergründig in der Vermarktung des Kondensates selbst, sondern in seiner Verwendung bei der Herstellung von bakterien- und sporenfreiem Trinkwasser und Getränken.
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist deren einfacher Aufbau (Baukastenprinzip), woraus eine nur geringe Störanfälligkeit, ein geringes Defektrisiko und niedrige Preise bei der Ersatzteilbevorratung resultieren. Die Aufrechterhaltung und Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit ist auch mit geringen Kenntnissen und ohne Fremdhilfe in kurzer Zeit möglich. Fällt die bevorzugt verwendete Wärmequelle aus, kann der Destillationsvorgang mit jeder anderen Kochgelegenheit fortgesetzt werden.
Die Gewinnung von dampfdestilliertem Wasser aus dem in der eigenen Einrichtung bzw. im eigenen Haushalt verfügbaren Leitungswasser gibt die Sicherheit, dass keine gesundheitlichen Schäden auftreten können. Die technischen Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind einfach, übersichtlich und auf die unkomplizierte Beseitigung von Störungen durch den Anwender selbst ausgerichtet.
Die Gesamtlänge der Dampf- und Kondensatableitungen ist verfahrensseitig nicht begrenzt. Dadurch können so viele nach außen isolierte Abkühlungsbehältnisse in Reihe gestellt werden, dass nicht nur die periodische Vorwärmung des Rohwassers ermöglicht, sondern auch die restliche Kondensationswärme einer externen Nutzung zugeführt werden kann. Zur externen Wärmenutzung werden erfindungsgemäß leicht transportable und austauschbare Wasserkanister verwendet.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden die Bauelemente und ihr funktionales Zusammenwirken unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt einen Ausschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Entnahme heißen Kondenswassers.
Wie in 1 dargestellt, wird auf Wärmequellen (1), z. B. elektrischen Kochplatten, insbesondere auf 100°C regulierbare Induktionskochplatten, aber auch auf einfache Gasherde oder Kohleherde, ein Druckkochtopf als Verdampfungsgefäß (2) gestellt, in welchem das Rohwasser (17) zum Sieden gebracht wird.
Vom äußeren Ansatzstutzen (4) des dicht schließenden Druckkochtopfdeckels (3) wird das Überdruckventil, durch welches normalerweise der Überdruck entweicht, entfernt.
Über ein auf den Ansatzstutzen (4) aufgesetztes Reduzierstück (5) wird ein druckfester, biegsamer, über 100°C hitzebeständiger und langlebiger Lebensmittelschlauch als Dampfableitung (7, 7a) angebracht. Der Lebensmittelschlauch (7) kann auch aus mehreren aufeinander abgestimmten Schläuchen bestehen, die mittels Schlauchverbindungen (6) nach ihrer Erhitzung fast immer so fest zusammen haften, dass eine zusätzliche Befestigung mit Schlauchschellen nicht erforderlich ist. Der Lebensmittelschlauch (7) dient in seinem Verlauf mehreren Aufgaben wie Dampfableitung (7, 7a), Druckminderung und Dampfabkühlung unter 100°C zur Kondensation (7, 7b), Kühlung des Kondensates (7, 7c) und Ableitung des Kondensates (7, 7d) bis in die austauschbaren Auffanggefäße (8).
Der diesen Aufgaben dienende Lebensmittelschlauch (7) benötigt eine der Kondensationsleistung angepasste Länge und Wandstärke. Er nimmt den ausströmenden Wasserdampf auf (7, 7a) und leitet ihn zur Abkühlung in die nach außen thermoisolierten Abkühlungsbehältnisse (12), wobei jeweils beide Schlauchenden des Lebensmittelschlauches (7, 7b, 7c) sich außerhalb dieser Behältnisse (12, 12a, 12b) befinden und durch ein Reduzierstück (5) oder durch Schlauchverbindungen (6) mit dem folgenden Abschnitt der Kondensatableitung (7, 7c) verbunden sind. Eine größere Oberfläche der Kondensatableitung zum Wärmeaustausch (7, 7b) und (7, 7c) durch dünnere Schläuche bringt keinen technischen Gewinn und geht zu Lasten der Stabilität; die Anzahl der auszuwechselnden Rohwasserkanister (15) bzw. die Menge des anfallenden erhitzten Rohwassers (14) verändert sich dadurch nicht.
In den Abkühlungsbehältnissen (12), von denen mindestens zwei (12a, 12b ...) hintereinander geschaltet sind, windet sich der biegsame Lebensmittelschlauch (7) spiralförmig zunächst in einem ersten Abkühlungsbehältnis (12a), in welchem ein Wärmeaustausch zum umgebenden Kühlwasser (13) stattfindet. Das in diesem ersten Abkühlungsbehältnis (12a) erwärmte stationäre Kühlwasser (13) erhitzt seinerseits kaltes Rohwasser (14) in einem austauschbaren Wasserkanister (15). Das periodisch erhitzte und durch neue Rohwasserkanister (15) wieder temperaturerniedrigte stationäre Kühlwasser (13) in den Abkühlungsbehältnissen (12, 12a, 12b ...) braucht nicht gewechselt zu werden, wodurch die Umgebung der Gesamtapparatur von Spritzwasser weitgehend verschont bleibt.
Der Destillationsvorgang wird periodisch unterbrochen, wenn sich nur noch etwa 10 Prozent des Rohwassers im Verdampfungsgefäß (2) befinden. Dieser Rest wird entsorgt, das Gefäß (2) entkalkt und gereinigt und mit kleinen Mengen destilliertem Wasser gründlich gespült. Danach wird mit heißem Rohwasser (14) das Verdampfungsgefäß (2) wieder befüllt.
Der Ausgang des das Kondensat weiterleitenden Abschnittes des Lebensmittelschlauches (7, 7d) mündet in austauschbare Auffanggefäße (8) für die Aufnahme des kondensierten Wassers (18).
2 zeigt nur den linken Teil der Vorrichtung gemäß 1 in einer anderen Ausführungsvariante. Der Unterschied zur Vorrichtung in 1 besteht darin, dass die austauschbaren Rohwasserkanister (15) durch Konservengläser (16) ersetzt wurden, welche durch die Kondensationswärme über das stationäre Kühlwasser (13) erhitzt werden.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der im Unterschied zu 1 und 2 der der Kondensation dienende Schlauchabschnitt (7, 7b) bereits im ersten Abkühlungsbehältnis (12a) in ein Auffanggefäß (8) zur Aufnahme des heißen Kondensates (18) mündet. Diese hier dargestellte Variante stellt einen möglichen Anfangszustand der Wasserdampfdestillation dar.
Bezugszeichenliste

1: Wärmequelle
2: Verdampfungsgefäß
3: dicht schließender Druckkochtopfdeckel
4: Dampfaustrittsstutzen, äußerer Ansatzstutzen
5: Reduzierstück
6: Schlauchverbindungen
7: Lebensmittelschlauch
7a: zur Dampfableitung
7b: zur Dampfabkühlung
7c: zur Kondensatabkühlung
7d: zur Ableitung des Kondensates
8: Auffanggefäß für das Kondensat
9: horizontales Abtrenngitter
12: Abkühlungsbehältnisse
12a: 1. Abkühlungsbehältnis zur Dampfabkühlung
12b: 2. Abkühlungsbehältnis zur Kondensatabkühlung
13: stationäres Kühlwasser
14: Rohwasser im Kanister
15: austauschbarer Rohwasserkanister
16: Konservengläser
17: Rohwasser
18: Kondensat

Zitierte Patentliteratur