DE102013207216A1

DE102013207216A1 - Hausgerät

Info

Publication number: DE102013207216A1
Application number: DE201310207216
Authority: DE
Inventors: Rainer Feuerfeil; Stefan Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hausgerät (13) mit einer Fluidzulaufleitung (2) und einer Fluidablaufleitung (2), gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung (1) zur Behandlung eines in der Fluidzulaufleitung (2) oder der Fluidablaufleitung (2) geführten, Wasser enthaltenden Fluids mittels eines zumindest teilweise in dem Fluid ausgebildeten, gepulsten Plasmas.

Description

Stand der Technik
Hausgeräte mit einer Fluidzulaufleitung und einer Fluidablaufleitung werden zu verschiedenen Zwecken in Gebäuden eingesetzt. Beispielsweise kann ein solches Hausgerät als Waschmaschine oder Spülmaschine ausgebildet sein. Über die Fluidzulaufleitung ist ein derartiges Hausgerät mit einer Wasserversorgung eines Gebäudes verbindbar, so dass dem Hausgerät Wasser für seinen bestimmungsgemäßen Einsatz, beispielsweise Waschen oder Spülen, zuführbar ist. Über die Fluidablaufleitung kann Wasser aus dem Hausgerät abgeleitet und entweder in ein Abwassernetz eines Gebäudes eingespeist oder je nach bestimmungsgemäßer Einsatzart des Hausgerätes für weitere Zwecke verwendet werden. Letzteres ist beispielsweise bei einem als Warmwasserspeicher ausgestalteten Hausgerät gegeben, dessen Fluidablaufleitung nicht mit dem Abwassernetz eines Gebäudes verbunden wird.
Da in dem über eine Wasserversorgung dem Hausgerät zugeführten Wasser Calcium- und Magnesium-Kationen (Ca²⁺ und Mg²⁺) vorhanden sind, kommt es in den Fluidleitungen und in weiteren mit dem Wasser in Kontakt kommenden Einrichtungen eines Hausgerätes zur Bildung von Kalk (CaCO₃). Zudem können die genannten Kationen die Waschwirkung eines dem Wasser zugemengten Reinigungsmittels durch Bildung von Kalkseifen beeinträchtigen. Das Ausmaß der Kalkbildung hängt von der jeweiligen Temperatur des Wassers ab, wobei das Ausmaß der Kalkbildung mit steigender Temperatur des Wassers zunimmt. Der im Wasser gebildete Kalk kann sich in den Fluidleitungen und weiteren mit dem Wasser in Kontakt kommenden Einrichtungen des Hausgerätes ablagern und hierdurch die Funktionsfähigkeit des Hausgerätes beeinträchtigen oder das Hausgerät funktionsunfähig machen.
Um die beschriebenen Kalkablagerungen in Hausgeräten zu vermeiden, ist es beispielsweise bekannt, Ionentauscher in Hausgeräten einzusetzen, mit denen die oben genannten kalkbildenden Kationen gegen andere Kationen, insbesondere Natrium-Kationen (Na⁺), ausgetauscht werden, bevor das Wasser, beispielsweise in einer Spülmaschine zum Spülen, verwendet wird.
Statt die kalkbildenden Kationen entsprechend gegen andere Kationen auszutauschen, ist es auch bekannt, die kalkbildenden Kationen mit chemischen Stoffen zu binden, bevor es zu einer Kalkbildung kommen kann.
Neben solchen chemischen Verfahren zur Behandlung von Wasser ist es bekannt, Wasser mit physikalischen Verfahren zu behandeln. Hierbei kann das Wasser mit elektrischen oder magnetischen Wechselfeldern beaufschlagt werden, wobei in manchen Anwendungen gleichzeitig eine Erhitzung des Wassers vorgesehen ist. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der Veröffentlichung EP 0 494 838 A1 beschrieben. Des Weiteren kann das Wasser mit Ultraschall beaufschlagt werden. Durch diese physikalischen Verfahren kann erreicht werden, dass die kalkbildenden Kationen gebunden werden, dass eine andere Kristallstruktur ausgebildet wird und/oder dass es zu einer Verschiebung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes in dem Wasser und damit zu einer verminderten Kalkablagerung kommt.
Aus der Veröffentlichung „Application of pulsed spark discharge for calcium carbonate precipitation in hard water", Yang, Y. et al., 2010, Water Research, 44, 3659–3668 ist ein physikalisches Verfahren zur Behandlung von Wasser im Zusammenhang mit großindustriellen Anlagen bekannt, bei dem das Wasser mittels eines gepulsten Plasmas behandelt wird, um die Konzentration an freien Calcium-Kationen im Wasser zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Hausgerät mit einer Fluidzulaufleitung und einer Fluidablaufleitung, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung zur Behandlung eines in der Fluidzulaufleitung oder der Fluidablaufleitung geführten, Wasser enthaltenden Fluids mittels eines zumindest teilweise in dem Fluid ausgebildeten, gepulsten Plasmas.
Durch die erfindungsgemäße Ausstattung eines Hausgerätes kann ein in der Fluidzulaufleitung oder der Fluidablaufleitung des Hausgerätes geführtes, Wasser enthaltendes Fluid mittels eines zumindest teilweise in dem Fluid ausgebildeten, gepulsten Plasmas behandelt werden. Hierdurch kann insbesondere der Anteil an freien Calcium-Kationen in dem Fluid deutlich reduziert werden, wodurch die Kalkbildung und Kalkablagerung in der jeweiligen Fluidleitung und in weiteren mit dem Fluid in Kontakt kommenden Einrichtungen des Hausgerätes vermindert werden kann. Dadurch wird die Dauerhaftigkeit des Betriebs eines entsprechend ausgestalteten Hausgerätes deutlich erhöht bzw. seine Funktionsfähigkeit deutlich länger erhalten. Die Reduzierung der Kalkbildung ist darauf zurückzuführen, dass mittels des Plasmas die Calcium-Kationen mit Bikarbonat-Anionen (HCO₃ ^–) zu festem Calciumkarbonat (CaCO₃) verbunden und hierdurch ausgefällt werden. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße Plasmabehandlung des Fluids die Struktur des Calciumcarbonats von einer metastabilen, rundem Vateritform zu stabilen, rhomboedrischen Calcitform verändert werden.
Durch die Reduzierung des Anteils an freien Calcium-Kationen in dem Fluid erfolgt insbesondere eine Wasserenthärtung. Zudem können andere in dem Fluid enthaltene schädliche chemische Substanzen mittels des Plasmas zersetzt und in dem Fluid eventuell enthaltene Bakterien und/oder Keime abgetötet werden. Dies ermöglicht beispielsweise auch die Nutzung von in akzeptablem Maße verunreinigtem Wasser zum Beispiel zum Waschen und/oder Spülen mittels des Hausgerätes.
Wird die Einrichtung zur Behandlung eines Wasser enthaltenden Fluids an der Fluidzulaufleitung des Hausgerätes angeordnet, kann eine Wasserenthärtung und/oder eine Reinigung des Fluids erfolgen, bevor das Fluid der bestimmungsgemäßen Verwendung des Hausgeräts zugeführt wird. Wird die Einrichtung zur Behandlung eines Wasser enthaltenden Fluids an der Fluidablaufleitung des Hausgerätes angeordnet, kann ebenso eine Wasserenthärtung und eine Reinigung des Fluids nach seinem Einsatz für die bestimmungsgemäße Verwendung des Hausgerätes erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Fluids in der Fluidablaufleitung kann eine Möglichkeit geschaffen werden, ein Reinigungsmittel einzusetzen, dessen Anwendung bestimmte Schadstoffe in das Fluid einbringt, welche anschließend mittels der Plasmabehandlung zersetzt und somit unschädlich gemacht werden.
Das Hausgerät kann auch zwei entsprechende Einrichtungen aufweisen, von denen eine an der Fluidzulaufleitung und eine an der Fluidablaufleitung angeordnet ist, so dass eine Wasserenthärtung und Reinigung sowohl des dem Haushaltsgerät zugeführten als auch des vom Haushaltsgerät abzuführenden Fluids erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße physikalische Behandlung des Fluids kann insbesondere den Einsatz von chemischen Stoffen überflüssig machen, welche das von dem Hausgerät abgeführte Fluid belasten könnten. Hierdurch können die Kosten des Betriebs des Hausgerätes reduziert werden. Zudem ist die Handhabung des erfindungsgemäßen Hausgeräts gegenüber chemische Verfahren anwendenden Hausgeräten vereinfacht, da keine chemischen Stoffe zugeführt werden müssen.
Das Hausgerät ist vorzugsweise an ein üblicherweise vorhandenes Stromnetz eines Gebäudes anschließbar, ohne dass zusätzliche Einrichtungen zur Stromerzeugung bzw. zur Stromversorgung des Hausgerätes vorhanden sein müssen. Die mit dem erfindungsgemäßen Hausgerät durchführbare Plasmabehandlung des Fluids ist bevorzugt zudem an einen haushaltsüblichen Wasserdurchfluss von maximal 10 l/min angepasst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hausgerät eine Spülmaschine, eine Waschmaschine oder ein Warmwasserspeicher.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Einrichtung auf

– zumindest zwei Elektroden, von denen während der Behandlung des Fluids wenigstens eine Elektrode in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid steht,
– wenigstens einen Energiespeicher,
– eine erste Schalteinheit, über die der Energiespeicher mit den Elektroden verbindbar ist,
– zumindest eine Energiequelle,
– eine zweite Schalteinheit, über welche die Energiequelle mit dem Energiespeicher verbindbar ist, sowie
– eine den Schaltzustand der Schalteinheiten steuernde Steuereinheit,
– wobei die Steuereinheit kommunikationstechnisch derart mit den Schalteinheiten verbunden ist, dass mittels der Steuereinheit der Ladezustand des Energiespeichers erfassbar ist, und
– wobei die Schalteinheiten mittels der Steuereinheit im Wechsel geöffnet und geschlossen werden, wobei bei Erreichen eines vorgebbaren maximalen Ladezustands des Energiespeichers die zweite Schalteinheit geöffnet und die erste Schalteinheit geschlossen wird, und wobei bei Erreichen eines vorgebbaren minimalen Ladezustands des Energiespeichers oder nach Ablauf eines Zeitintervall vorgebbarer Länge die zweite Schalteinheit geschlossen und die erste Schalteinheit geöffnet wird.

Die Plasmabehandlung kann durch das Anlegen einer Wechselspannung oder einer Gleichspannung an die Elektroden erfolgen. Dass während der Behandlung des Fluids wenigstens eine Elektrode in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid steht, kann bedeuten, dass diese Elektrode zumindest teilweise in das Fluid eingeführt ist. Alternativ könnte ein Teil der jeweiligen das Fluid führenden Fluidleitung als Elektrode verwendet werden, der in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid steht. Der Energiespeicher kann als Kondensator oder als Spule ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann bei geschlossener zweiter Schalteinheit und geöffneter ersten Schalteinheit, überwacht durch die Steuereinheit, mittels der elektrischen Energiequelle mit einer vorgebbaren Energiemenge aufgeladen werden. Ist die vorgebbare Energiemenge im Energiespeicher erreicht, was von der Steuereinheit erfasst wird, wird die zweite Schalteinheit geöffnet, so dass der Energiespeicher von der Energiequelle entkoppelt ist. Gleichzeitig oder anschließend kann die erste Schalteinheit über die Steuereinheit geschlossen werden. Durch das dann zwischen den Elektroden ausgebildete elektrische Feld bildet sich zwischen den Elektroden ein Lichtbogenplasma aus. Der Lichtbogen brennt, bis die im Energiespeicher enthaltene Energiemenge zu gering geworden ist, den Lichtbogen aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt erlischt das Lichtbogenplasma. Der beschriebene Vorgang wird gepulst wiederholt und so eine kontinuierliche Behandlung des Fluids möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Hausgerät eine Reinigungsmittelzuführung aufweist, mittels der ein Reinigungsmittel stromaufwärts der Elektroden in die Fluidzulaufleitung einleitbar ist. Hierdurch kann das Reinigungsmittel ebenfalls mit dem Plasma behandelt, wodurch eine Aktivierung des Reinigungsmittels erfolgen kann, da chemische Reaktionen durch die Plasmabehandlung ermöglicht und/oder beschleunigt werden. Dadurch kann eine bessere Wirkung des Reinigungsmittels und/oder eine Reduzierung der für die Reinigung erforderlichen Menge an Reinigungsmittel erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hausgerät wenigstens eine Gaszuführung auf, mittels der ein Gas in den Bereich der Fluidzulaufleitung bzw. der Fluidablaufleitung einleitbar ist, in der das Plasma erzeugt wird. Hierdurch wird erreicht, dass sich nur ein Teil des Plasmas im Fluid und der übrige Teil des Plasmas in dem jeweiligen Gasvolumen ausgebildet wird, welches durch die Einleitung des Gases in die jeweilige Fluidleitung oder durch die Formgebung der Fluidleitung, beispielsweise in Form einer Querschnittsaufweitung, gebildet wird.
Vorteilhafterweise enthält das Gas Stickstoff, Argon und/oder Sauerstoff. Hierdurch kann eine Plasma-Säure hergestellt werden, welche einen zusätzlichen Schutz gegen Kalkbildung ausbildet und/oder die Reinigungswirkung eines Reinigungsmittels verbessert. Das Gas kann beispielsweise in Form von Umgebungsluft gegeben sein.
Es wird weiter als vorteilhaft erachtet, wenn die Einrichtung Mittel zum Regulieren der Stromanstiegsgeschwindigkeit nach dem Schließen der ersten Schalteinheit und/oder zum Regulieren des Strommaximums bei geschlossener erster Schalteinheit aufweist. Ein solches Mittel kann beispielsweise in Form einer in Reihe zu dem Energiespeicher geschalteten Spule oder eines parallel zu dem Energiespeicher geschalteten Kondensators gegeben sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Hausgerät zwei entsprechende Einrichtungen aufweist, wobei die Elektroden der einen Einrichtung an der Fluidzulaufleitung und die Elektroden der anderen Einrichtung an der Fluidablaufleitung angeordnet sind. Durch die Behandlung eines in der Fluidzulaufleitung strömenden Fluids wird insbesondere die oben beschriebene Calcium-Kationen-Reduzierung bzw. Reinigung bewirkt. Durch die Behandlung eines in der Fluidzulaufleitung strömenden Fluids sind die oben genannten Vorteile erreichbar.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt
1: eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus der Einrichtung zur Behandlung des Fluids.
1 zeigt schematisch eine beispielhaften Aufbau der Einrichtung 1 zur Behandlung eines in einer Fluidleitung 2, die eine Fluidzulaufleitung oder eine Fluidablaufleitung eines nicht dargestellten Hausgerätes 13 ist, geführten, Wasser enthaltenden Fluids, welches durch den Pfeil 3 angedeutet sein soll, mittels eines zumindest teilweise in dem Fluid ausgebildeten, gepulsten Plasmas.
Die Einrichtung 1 weist zwei Elektroden 4 und 5 auf, von denen während der Behandlung des Fluids wenigstens eine Elektroden 4 bzw. 5 in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid steht. Die Einrichtung 1 weist des Weiteren einen Energiespeicher 6 und eine erste Schalteinheit 7 auf, über die der Energiespeicher 6 mit den Elektroden 4 und 5 verbindbar ist. Weiter weist die Einrichtung 1 eine Energiequelle 8 und eine zweite Schalteinheit 9 auf, über welche die Energiequelle 8 mit dem Energiespeicher 6 verbindbar ist. Ferner weist die Einrichtung 1 eine den Schaltzustand der Schalteinheiten 7 und 9 steuernde Steuereinheit 10 auf, wobei die Steuereinheit 10 kommunikationstechnisch derart mit den Schalteinheiten 7 und 9 verbunden ist, dass mittels der Steuereinheit 10 der Ladezustand des Energiespeichers 6 erfassbar ist. Die Schalteinheiten 7 und 9 werden mittels der Steuereinheit 10 im Wechsel geöffnet und geschlossen, wobei bei Erreichen eines vorgebbaren maximalen Ladezustands des Energiespeichers 6 die zweite Schalteinheit 9 geöffnet und die erste Schalteinheit 7 geschlossen wird, so dass der Energiespeicher 6 über die Elektroden 4 und 5 bzw. ein zwischen den Elektroden 4 und 5 ausgebildetes Lichtbogenplasma entladen werden kann. Bei Erreichen eines vorgebbaren minimalen Ladezustands des Energiespeichers 6 oder nach Ablauf eines Zeitintervall vorgebbarer Länge wird die zweite Schalteinheit 9 geschlossen und die erste Schalteinheit 7 geöffnet, so dass der Energiespeicher 6 über die Energiequelle 8 aufgeladen werden kann.
Das Hausgerät 13 umfasst des Weiteren eine durch den Pfeil 11 angedeutete Reinigungsmittelzuführung, mittels der ein Reinigungsmittel stromaufwärts der Elektroden 4 und 5 in die Fluidleitung 2 einleitbar ist.
Ferner umfasst das Hausgerät 13 eine durch den Pfeil 12 angedeutete Gaszuführung, mittels der ein Argon oder Sauerstoff enthaltendes Gas in den Bereich der Fluidleitung 2 einleitbar ist, in dem die Elektroden 4 und 5 angeordnet sind bzw. in dem das Plasma erzeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 0494838 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Application of pulsed spark discharge for calcium carbonate precipitation in hard water“, Yang, Y. et al., 2010, Water Research, 44, 3659–3668 [0006]

Claims

Hausgerät (13) mit einer Fluidzulaufleitung (2) und einer Fluidablaufleitung (2), gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung (1) zur Behandlung eines in der Fluidzulaufleitung (2) oder der Fluidablaufleitung (2) geführten, Wasser enthaltenden Fluids mittels eines zumindest teilweise in dem Fluid ausgebildeten, gepulsten Plasmas.
Hausgerät (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Spülmaschine, Waschmaschine oder Warmwasserspeicher ausgebildet ist.
Hausgerät (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) aufweist – zumindest zwei Elektroden (4, 5), von denen während der Behandlung des Fluids wenigstens eine Elektrode (4, 5) in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid steht, – wenigstens einen Energiespeicher (6), – eine erste Schalteinheit (7), über die der Energiespeicher (6) mit den Elektroden (4, 5) verbindbar ist, – zumindest eine Energiequelle (8), – eine zweite Schalteinheit (9), über welche die Energiequelle (8) mit dem Energiespeicher (6) verbindbar ist, sowie – eine den Schaltzustand der Schalteinheiten (7, 9) steuernde Steuereinheit (10), – wobei die Steuereinheit (10) kommunikationstechnisch derart mit den Schalteinheiten (7, 9) verbunden ist, dass mittels der Steuereinheit (10) der Ladezustand des Energiespeichers (6) erfassbar ist, und – wobei die Schalteinheiten (7, 9) mittels der Steuereinheit (10) im Wechsel geöffnet und geschlossen werden, wobei bei Erreichen eines vorgebbaren maximalen Ladezustands des Energiespeichers (6) die zweite Schalteinheit (9) geöffnet und die erste Schalteinheit (7) geschlossen wird, und wobei bei Erreichen eines vorgebbaren minimalen Ladezustands des Energiespeichers (6) oder nach Ablauf eines Zeitintervall vorgebbarer Länge die zweite Schalteinheit (9) geschlossen und die erste Schalteinheit (7) geöffnet wird.
Hausgerät (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reinigungsmittelzuführung (11), mittels der ein Reinigungsmittel stromaufwärts von Elektroden (4, 5) der Einrichtung (1) in die Fluidzulaufleitung (2) einleitbar ist.
Hausgerät (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gaszuführung (12), mittels der ein Gas in den Bereich der Fluidzulaufleitung (2) bzw. der Fluidablaufleitung (2) einleitbar ist, in der das Plasma erzeugt wird.
Hausgerät (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Stickstoff, Argon und/oder Sauerstoff enthält.
Hausgerät (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) Mittel zum Regulieren der Stromanstiegsgeschwindigkeit nach dem Schließen der ersten Schalteinheit (7) und/oder zum Regulieren des Strommaximums bei geschlossener erster Schalteinheit (7) aufweist.
Hausgerät (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung (1), wobei Elektroden (4, 5) der einen Einrichtung (1) an der Fluidzulaufleitung (2) und Elektroden (4, 5) der weiteren Einrichtung (1) an der Fluidablaufleitung (2) angeordnet sind.