DE102016216400A1

DE102016216400A1 - Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, Verwendung einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, sowie Verfahren zum Aufbereiten einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102016216400A1
Application number: DE102016216400.7A
Authority: DE
Inventors: Karin Schneider; Anton Dukart; Olaf Ohlhafer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-01
Also published as: WO2018041738A1; EP3507248A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, insbesondere eine mobile Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, eine Verwendung einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 10, sowie ein Verfahren nach Anspruch 11 zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen, einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser. Mindestens ein Elektrodenpaar ist dazu vorgesehen, mindestens ein elektrisches Feld zu erzeugen, von dem die Flüssigkeit in einer Aufbereitungsstrecke durchsetzt ist und mittels irreversibler Elektroporation aufbereitet, insbesondere entkeimt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, eine Verwendung einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 10, sowie ein Verfahren zum Aufbereiten einer Flüssigkeit nach Anspruch 11.
Stand der Technik
Mobile Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser zu Trinkwasser, wird immer dann angewendet, wenn eine stationäre Aufbereitung nicht zur Verfügung steht oder aus anderen Gründen nicht zum Einsatz kommen kann. Entsprechende Aufbereitungsanlagen oder Geräte bereiten beispielsweise Wasser aus Flüssen, Seen oder oberflächennahem Grundwasser zu Trinkwasser auf, indem sie es von Keimen oder Krankheitserregern befreien und zusätzlich eventuell giftige oder unerwünschte Inhaltsstoffe entfernen. In der Regel werden folgende Verfahren angewandt: Filtrierung, Umkehrosmose, Chlorierung, Ozonierung, Bestrahlung mit UV-Licht.
Aus der DE 102007028580 A1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen und Entkeimen von Flüssigkeiten bekannt, bei der eine Flüssigkeit zwischen einander gegenüberstehenden Elektroden mit gepulsten Korona-Entladungen beaufschlagt wird. In Wasser als Flüssigkeit werden durch diese Koronaentladungen eine Vielzahl von oxidierenden Radikalen – wie beispielsweise OH‘, O‘, HO₂‘ – generiert, die den Abbau schädlicher chemischer oder biologischer Stoffe und insbesondere eine Entkeimung bewirken.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, insbesondere eine mobile Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, dient zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen, einer in einem ersten Behälter bevorrateten Flüssigkeit und/oder einer aus einem ersten Behälter in einen zweiten Behälter und/oder in eine Nutzumgebung fließenden Flüssigkeit, insbesondere von Trinkwasser. Sie umfasst einen Einlass zum Zuführen von aufzubereitender Flüssigkeit, einen Auslass zum Abführen von aufbereiteter Flüssigkeit, sowie eine den Einlass mit dem Auslass flüssigkeitsleitend verbindende Aufbereitungsstrecke. Dabei ist in und/oder an der Aufbereitungsstrecke mindestens ein Elektrodenpaar angeordnet, das dazu vorgesehen ist, mindestens ein elektrisches Feld zu erzeugen, von dem die Flüssigkeit in der Aufbereitungsstrecke durchsetzt ist und mittels irreversibler Elektroporation aufbereitet, insbesondere entkeimt wird.
Eine Flüssigkeit bedeutet hier eine flüssige Substanz, insbesondere Wasser, Trinkwasser sowie weitere flüssige Lebensmittel. Aufbereiten einer Flüssigkeit bedeutet hier das zielgerichtete Verändern einer Flüssigkeitsqualität durch Entfernen und/oder Inaktivieren bestimmter unerwünschter Inhaltsstoffe, insbesondere Krankheitserreger. Entkeimen einer Flüssigkeit bedeutet hier das Entfernen und/oder Inaktivieren und/oder Abtöten von Mikroorganismen wie zum Beispiel Bakterien. Eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung bedeutet eine Vorrichtung, die geeignet ist, eine Flüssigkeit aufzubereiten und/oder zu entkeimen. Eine mobile Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist eine Anlage oder ein Gerät, mit dem dezentral, an Orten ohne übergeordnete und/oder überwachte Infrastruktur, eine Versorgung von Nutzern mit aufbereiteter Flüssigkeit, insbesondere mit aufbereitetem oder entkeimtem Trinkwasser erfolgen kann. Mobil kann aber auch bedeuten, dass die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung leicht nachträglich eingebracht und wieder entfernt werden kann: So könnte die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung auch z.B. in Aquarien, Teiche, Regentonnen, Zisternen usw. eingesetzt werden. Orte ohne übergeordnete und/oder überwachte Infrastruktur, wie zum Beispiel ohne eine kommunale Trinkwasserversorgung, können abgelegene Ortschaften, einsame Berg-, Wald-, Wüstengebiete sein, aber auch Orte, an denen eine zentrale Versorgung zeitweise ausgefallen ist oder an denen eine Versorgung mit keimbelastetem Trinkwasser erfolgt. Unter einem ersten Behälter wird hier ein Vorratsbehälter zur Bevorratung von aufzubereitender Flüssigkeit, beispielsweise von verkeimtem Rohwasser verstanden. Gegebenenfalls kann der erste Behälter auch bereits aufbereitete Flüssigkeit enthalten oder eine Flüssigkeit, die sich im Prozess der Aufbereitung befindet. Es kann sich bei dem ersten Behälter beispielsweise um einen Container, ein Fass, eine Zisterne, einen Speichertank, eine Flasche, ein Aquarium handeln. Unter einem zweiten Behälter wird hier ein Vorratsbehälter oder Nutzbehälter verstanden, der der Bevorratung von aufbereiteter Flüssigkeit, beispielsweise von aufbereitetem oder entkeimtem Trinkwasser, dient. Auch bei dem zweiten Behälter kann es sich beispielsweise um einen Container, ein Fass, eine Zisterne, einen Speichertank, eine Flasche, ein Aquarium handeln. Unter Nutzumgebung wird hier der Ort verstanden, an dem die Flüssigkeit genutzt wird, beispielsweise eine Küche, ein Badezimmer, eine Waschküche, ein Getränkeausschank, ein Spülbecken, ein Waschbecken, eine Dusche, eine Waschmaschine, eine Spülmaschine, aber auch ein Teich. Ein Einlass ist ein Eintritt und/oder ein Anschluss, an dem die Flüssigkeit einer Behandlung, im vorliegenden Fall der Aufbereitung, zugeführt wird. Ebenso ist ein Auslass ein Austritt und/oder ein Anschluss, an dem die Flüssigkeit nach einer Behandlung, im vorliegenden Fall nach der Aufbereitung, abgeführt wird. Eine Aufbereitungsstrecke ist eine flüssigkeitsleitende Strömungsstrecke, in der die Aufbereitung der Flüssigkeit erfolgt, beispielsweise ist dies ein als Reaktionsraum ausgebildetes Leitungsstück. Eine Elektrode bedeutet hier ein Bauteil, das ausgebildet ist, elektrische Ladungen aufzunehmen und zu leiten. Ein Elektrodenpaar umfasst eine Elektrode und eine Gegenelektrode, die in fester räumlicher Zuordnung zueinander stehen und bei Beladung mit elektrischen Ladungen, beispielsweise gleichen Betrags aber verschiedenen Vorzeichens, ein elektrisches Feld zwischen sich ausbilden, zum Beispiel ähnlich einem Kondensator. Alternativ kann auch nur eine Elektrode elektrisch geladen sein, während die andere Elektrode mit einem Nullleiter verbunden ist. Ein elektrisches Feld ist ein räumliches physikalisches Feld, das von elektrischen Ladungen hervorgerufen wird und auf elektrische Ladungen wirkt. Von einem elektrischen Feld durchsetzt sein bedeutet in Bezug auf die durch die Aufbereitungsstrecke strömende Flüssigkeit durchdrungen zu sein, dem Feld ausgesetzt zu sein, das Feld wirkt auf die Flüssigkeit und/oder auf Inhaltsstoffe der Flüssigkeit und verändert infolgedessen die Flüssigkeitsqualität. Elektroporation bedeutet hier eine Methode, Membranen von Zellen von Mikroorganismen permeabel zu machen und basiert darauf, die Zellen einem elektrischen Feld auszusetzen. Diese Permeabilisierung kann reversibel oder irreversibel sein. Irreversible Elektroporation führt zu irreversibler Permeabilisierung der Zellmembran und damit zum Absterben der Zellen und somit zum Inaktivieren und/oder Abtöten der Mikroorganismen.
Mit der Erfindung ist eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung geschaffen, mit deren Hilfe dezentral an Orten abseits einer übergeordneten Infrastruktur eine Flüssigkeit aufbereitet, insbesondere entkeimt, werden kann. Damit ist der Vorteil verbunden, dass an den genannten Orten eine sichere und hygienisch einwandfreie Flüssigkeitsversorgung, insbesondere Trinkwasserversorgung, gewährleistet ist. Beispielsweise können sich Legionellen in Trinkwasser im Temperaturbereich zwischen etwa 25 °C und 50 °C vermehren. Legionellen sind Verursacher der Legionärskrankheit, wenn sie über die Lunge in den Körper gelangen (beispielsweise durch Einatmen des versprühten Wassers als Bioaerosol). Escherichia Coli können Lebensmittel und Flüssigkeiten besiedeln und zählen zu den häufigsten Verursachern von menschlichen Infektionskrankeiten. Die hier beschriebene Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung tötet unter anderem die genannten Bakterien in der aufzubereitenden Flüssigkeit ab und vermeidet eine Erkrankung des Nutzers beziehungsweise des Konsumenten der Flüssigkeit. Die Abtötung der Bakterien erfolgt durch irreversible Elektroporation, wobei vorteilhafterweise keine anderen die Flüssigkeitsqualität (zum Beispiel das Geschmacksempfinden) störenden Bestandteile wie beispielsweise Ozon oder Chlor entstehen. Es müssen der aufzubereitenden Flüssigkeit auch keine weiteren Inhaltsstoffe zugesetzt werden beziehungsweise in ihr vorhanden sein wie beispielsweise Natriumchlorid. Es kommt beabsichtigterweise nicht zu einem Spannungsdurchschlag zwischen den Elektroden in der Flüssigkeit. Damit handelt es sich um eine sichere Aufbereitungsvorrichtung, deren Verwendung keine störenden anderweitigen Begleitumstände mit sich bringt. – Ein Spannungsdurchschlag bedeutet hier, dass sich eine elektrische Spannung in Form eines Funkens oder eines Lichtbogens ausgleicht und abbaut. Er entsteht, wenn eine zwischen zwei Elektroden anliegende Spannung größer als eine gegebene Durchschlagsfestigkeit ist, wobei die Durchschlagsfestigkeit von dem Medium zwischen den Elektroden und einer Dauer, insbesondere einer Pulsdauer, eines auf das Medium zwischen den Elektroden einwirkenden elektrischen Feldes abhängt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar zwei Elektroden umfasst, wobei eine erste Elektrode im Wesentlichen, insbesondere vollständig umfänglich an einer Wand der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung angeordnet ist, und wobei eine zweite Elektrode innerhalb der Aufbereitungsstrecke angeordnet ist.
Die Aufbereitungsstrecke umfasst beispielsweise ein durchströmbares rohrförmiges Element oder ein durchströmbares Behältnis und bildet so einen Strömungsraum mit einem einen freien Strömungsquerschnitt darstellenden Inneren und einer eine Strömungsbegrenzung darstellenden Wand, die den freien Strömungsquerschnitt ähnlich einer Rohrwandung umfänglich nach außen fluiddicht abschließt. Die erste Elektrode ist flach an der Wand der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung angeordnet, beispielsweise auf der dem Inneren zugewandten Seite der Wand. Optional ist die erste Elektrode auf der dem Inneren abgewandten Seite der Wand angeordnet. Weiter optional bildet die erste Elektrode selbst zumindest abschnittsweise die Wand. Dass die erste Elektrode im Wesentlichen, insbesondere vollständig umfänglich an der Wand der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung angeordnet ist bedeutet, dass die Elektrode vom Inneren des Strömungsraums aus radial zu einer Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeitsströmung betrachtet auf einem Betrachtungswinkel von mindestens 180 Grad, vorzugsweise von mindestens 270 Grad, besonders vorzugsweise von mindestens 330 Grad, oder vollständig auf 360 Grad Umfang an der Wand der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, insbesondere flach entlang der Wand angeordnet ist. Dabei weist die erste Elektrode auch eine Längserstreckung in Hauptströmungsrichtung auf. Die zweite Elektrode ist im Innern des freien Strömungsquerschnitts angeordnet, beispielsweise handelt es sich um eine prismaförmige oder stabförmige, sich parallel zu einer Längsachse der Hauptströmungsrichtung erstreckende Elektrode. Insbesondere kann die zweite Elektrode zylinderabschnittförmig sein und mittig im Inneren des Strömungsraums angeordnet sein. Erste Elektrode und zweite Elektrode des Elektrodenpaars sind vorteilhafterweise in einem selben Längsabschnitt der Aufbereitungsstrecke angeordnet. Eine solche Anordnung kann vorzugsweise koaxial sein. Zwischen den Elektroden bildet sich ein spaltförmiger freier Querschnitt, durch den die aufzubereitende Flüssigkeit hindurchströmen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar zwei Elektroden umfasst, wobei eine Elektrode mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte aufweist, und wobei die andere Elektrode mindestens einen Elektrodenabschnitt oder mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte aufweist. Dabei sind die Elektrodenabschnitte vollzylindrisch und/oder hohlzylindrisch mit einer Zylinderachse und mit voneinander abweichenden Durchmessern ausgebildet und erstrecken sich achsparallel zu einer Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit. Die Elektrodenabschnitte sind im Wesentlichen, insbesondere vollständig koaxial zueinander und radial beabstandet zueinander angeordnet, wobei die Elektrodenabschnitte einer Elektrode Zwischenräume bilden, in die die Elektrodenabschnitte der anderen Elektrode zumindest teilweise eingreifen. Dabei weisen benachbarte Elektrodenabschnitte voneinander abweichende Polaritäten auf.
Allgemein gilt für die Erfindung: Elektrodenabschnitte sind Teilbereiche einer Elektrode, die zusammen eine einteilige oder vorzugsweise eine mehrteilige geometrische Struktur der Elektrode ausbilden. Die Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Ebenso sind die Elektrodenabschnitte der zweiten Elektrode elektrisch leitend miteinander verbunden. Somit können die Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode eine andere Polarität als die Elektrodenabschnitte der zweiten Elektrode annehmen. Polarität bedeutet eine elektrische Verbindung zu einem elektrischen Gleichspannungspol wie zum Beispiel ein Pluspol, eine Anode, ein Minuspol, eine Kathode, oder eine elektrische Verbindung zu einer Wechselspannung, oder eine Verbindung zu Erdpotential. Mit der Polarität von Elektrode und Gegenelektrode ist eine Feldrichtung (auch Feldlinienrichtung genannt, Richtung eines Vektorfeldes der elektrischen Feldstärke) des sich ausbildenden elektrischen Feldes verbunden: diese ist definiert als vom Pluspol zum Minuspol weisend. Neben den elektrisch leitenden Verbindungen können die Elektrodenabschnitte der ersten und/oder der zweiten Elektrode auch mechanisch, beispielsweise elektrisch isolierend, untereinander verbunden sein – beispielsweise durch ein stegförmiges Verbindungselement – und so eine einfach handhabbare erste und/oder zweite Elektrode oder auch ein einfach handhabbares Elektrodenpaar ausbilden.
In der hier beschriebenen Ausführungsform sind die einzelnen Elektrodenabschnitte jeweils als Vollzylinder oder als Hohlzylinder ausgebildet, die jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Längen der Elektrodenabschnitte können im Wesentlichen oder vollständig gleich sein, das bedeutet, dass die Längen um maximal 30 %, vorzugsweise um maximal 15 %, besonders bevorzugt um maximal 5 % voneinander abweichen oder identisch sind. Die hohlzylindrischen Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode und die voll- bzw. hohlzylindrischen Elektrodenabschnitte der zweiten Elektrode des Elektrodenpaars sind vorteilhafterweise in einem selben Längsabschnitt der Aufbereitungsstrecke angeordnet, das bedeutet, dass die quer zur Hauptströmungsrichtung angeordneten Stirnseiten der Elektrodenabschnitte in einer gemeinsamen Ebene liegen oder nur geringfügig axial gegeneinander verschoben sind, beispielsweise maximal um 30 %, vorzugsweise um maximal 15 %, besonders bevorzugt um maximal 5 % in Bezug auf die Länge des längsten Elektrodenabschnitts in Hauptströmungsrichtung voneinander abweichen. Dass die Zylinder im Wesentlichen, insbesondere vollständig koaxial zueinander angeordnet sind bedeutet, dass sie eine gemeinsame Zylinderachse aufweisen oder dass ihre jeweiligen Zylinderachsen nur geringfügig radial und/oder winklig voneinander abweichen, zum Beispiel radial maximal um 10 %, bevorzugt maximal um 5 % des Durchmessers des Strömungsquerschnitts der Aufbereitunsstrecke gegeneinander verschoben sind, oder zum Beispiel winklig maximal um 10 Grad, vorzugsweise maximal um 5 Grad gegeneinander gekippt sind. Die Stirnseiten (Grundflächen) der Vollzylinder bzw. Hohlzylinder können kreisförmig, kreisringförmig, ellipsenringförmig, oder regelmäßig oder unregelmäßig vieleckringförmig sein. Dementsprechend sind die Hohlzylinder hohle Kreiszylinder, hohle Ellipsenzylinder mit elliptischer Grundfläche (Stirnfläche), oder allgemein hohle Prismen mit regelmäßig oder unregelmäßig vieleckiger Grundfläche (Stirnfläche). Die Zylinder sind radial zueinander beabstandet angeordnet, das bedeutet, dass zwischen den Zylindern Zwischenräume oder Spalte vorhanden sind, die wiederum hohlzylindrische Form haben. Durch diese Spalte kann die aufzubereitende Flüssigkeit hindurchströmen. Die ineinander und radial beabstandet zueinander angeordneten Zylinder und Hohlzylinder sind als Elektrodenabschnitte abwechselnd der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode zugeordnet. Beispielsweise sind (radial von innen nach außen zählend) der innerste Elektrodenabschnitt ein Vollzylinder, der dritte, der fünfte (ggf. weitere) Hohlzylinder Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode. In diesem Beispiel sind der zweite, vierte, sechste (ggf. weitere) Hohlzyinder Elektrodenabschnitte der zweiten Elektrode sind. In anderen Worten greifen die Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode in die Zwischenräume, die sich zwischen den Elektrodenabschnitten der zweiten Elektrode bilden, ein. Der Ausdruck „zumindest teilweise eingreifen“ beschreibt den oben erläuterten Aspekt, dass die Elektrodenabschnitte in einem selben Längsabschnitt der Aufbereitungsstrecke angeordnet sind oder nur geringfügig axial gegeneinander verschoben sind. Der innerste Elektrodenabschnitt kann hohlzylindrisch oder vollzylindrisch ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar zwei Elektroden umfasst, wobei eine Elektrode mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte aufweist, und wobei die andere Elektrode mindestens einen Elektrodenabschnitt oder mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte aufweist. Dabei sind die Elektrodenabschnitte schalenförmig, insbesondere plattenförmig ausgebildet und erstrecken sich parallel zu einer Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit, wobei die Elektrodenabschnitte stapelartig und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Elektrodenabschnitte einer Elektrode bilden Zwischenräume, in die die Elektrodenabschnitte der anderen Elektrode zumindest teilweise eingreifen. Benachbarte Elektrodenabschnitte weisen voneinander abweichende Polaritäten auf.
In der hier beschriebenen Ausführungsform sind die einzelnen Elektrodenabschnitte jeweils schalenförmig, insbesondere plattenförmig ausgebildet, das bedeutet eine flächige zweidimensionale Struktur mit einer geringen Dicke und um ein Vielfaches größeren Abmessungen von Breite und Länge. Die Längen der einzelnen schalenförmigen oder plattenförmigen Elektrodenabschnitte können im Wesentlichen oder vollständig gleich sein, das bedeutet, dass die Längen um maximal 30 %, vorzugsweise um maximal 15 %, besonders bevorzugt um maximal 5 % voneinander abweichen oder identisch sind. Die Breiten der Elektrodenabschnitte orientieren sich an den zur Verfügung stehenden Innenabmessungen des freien Strömungsquerschnitts des Strömungsraums der Aufbereitungsstrecke, die Breiten füllen den freien Strömungsquerschnitt im Wesentlichen, bevorzugt vollständig aus. Die Dicken der Elektrodenabschnitte orientieren sich an den an die Elektrodenabschnitte gestellten Stabilitätsanforderungen und sind um ein Vielfaches geringer als die Breiten und Längen. Die schalenförmigen oder plattenförmigen Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode und die schalenförmigen oder plattenförmigen Elektrodenabschnitte der zweiten Elektrode des Elektrodenpaars sind vorteilhafterweise in einem selben Längsabschnitt der Aufbereitungsstrecke angeordnet, das bedeutet, dass die quer zur Hauptströmungsrichtung angeordneten Stirnseiten der Elektrodenabschnitte in einer gemeinsamen Ebene liegen oder nur geringfügig axial gegeneinander verschoben sind, beispielsweise maximal um 30 %, vorzugsweise um maximal 15 %, besonders bevorzugt um maximal 5 % in Bezug auf die Länge des längsten Elektrodenabschnitts in Hauptströmungsrichtung voneinander abweichen. Dass die schalenförmigen oder plattenförmigen Elektrodenabschnitte im Wesentlichen, insbesondere vollständig parallel zu einer Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit (und damit auch parallel zueinander) angeordnet sind bedeutet, dass die Elektrodenabschnitte Längsrichtungen aufweisen, die nur geringfügig winklig von der Hauptströmungsrichtung abweichen, zum Beispiel winklig maximal um 10 Grad, vorzugsweise maximal um 5 Grad, besonders bevorzugt gar nicht gegeneinander gekippt sind. Die Stirnseiten (beziehungsweise die Querschnitte) der Elektrodenabschnitte können rechteckig oder bogenförmig oder wellenförmig mit einer geringen Dicke sein. Dementsprechend sind die Elektrodenabschnitte ebene Platten oder einfach gekrümmte oder wellig gekrümmte Schalen. Die Krümmungsachse oder die Krümmungsachsen der Schalen liegen parallel zur Längsrichtung der Schalen und damit im Wesentlichen, insbesondere vollständig parallel zu einer Hauptströmungsrichtung. Der allgemeine Begriff der gekrümmten Schale schließt den Sonderfall der ebenen, nicht gekrümmten Platte mit ein. Die Elektrodenabschnitte sind stapelartig und beabstandet zueinander angeordnet, das bedeutet, dass die Elektrodenabschnitte mit ihren von Breite und Länge definierten Oberflächen einander zugewandt übereinander gestapelt sind. Zwischen den Elektrodenabschnitten sind Zwischenräume oder Spalte vorhanden, deren Formen durch die Form der benachbarten Elektrodenabschnitte definiert sind. Durch diese Spalte kann die aufzubereitende Flüssigkeit hindurchströmen. Die beabstandet zueinander angeordneten Elektrodenabschnitte sind abwechselnd der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode zugeordnet. Beispielsweise sind ein erster, dritter, fünfter (ggf. weitere) Elektrodenabschnitt der ersten Elektrode, und ein zweiter, vierter, sechster (ggf. weitere) Elektrodenabschnitt der zweiten Elektrode zugeordnet. In anderen Worten greifen die Elektrodenabschnitte der ersten Elektrode in die Zwischenräume, die sich zwischen den Elektrodenabschnitten der zweiten Elektrode bilden, ein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und/oder Elektrodenabschnitte zumindest teilweise isolierend beschichtet sind. Dadurch können beispielsweise Ablagerungen aus der Flüssigkeit auf den Elektroden bzw. Elektrodenabschnitten und/oder Beschädigungen vermieden werden. Damit sich dennoch das elektrische Feld zwischen den Elektroden weitgehend ungehindert ausbilden kann, empfiehlt sich eine hohe Permittivität (dielektrische Leitfähigkeit) der Beschichtung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der der Flüssigkeit zur Verfügung stehende freie Abstand zwischen den Elektroden und/oder zwischen den Elektrodenabschnitten im Bereich 0,1 bis 20 Millimeter, bevorzugt im Bereich 1 bis 10 Millimeter liegt. Damit ist für einen ausreichend geringen Strömungswiderstand der Flüssigkeit bei guter Ausbildungsmöglichkeit für das elektrische Feld gesorgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Flüssigkeit durch die Aufbereitungsstrecke zu fördern, wobei die Fördereinrichtung stromaufwärts des Einlasses oder stromabwärts des Auslasses angeordnet ist. Eine die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung durchfließende Flüssigkeitsmenge wird so definiert sichergestellt. Alternativ kann die Flüssigkeit die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung beispielsweise auch aufgrund der Schwerkraft der Flüssigkeit durchfließen. Die Fördereinrichtung kann eine Pumpe und einen die Pumpe antreibenden Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfassen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Energiebereitstellungseinheit, die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Energie zum Erzeugen einer an die Elektroden anlegbaren Spannung und/oder zum Betreiben der Fördereinrichtung bereitzustellen. Die Energiebereitstellungseinheit kann in der Aufbereitungsstrecke integriert sein oder außerhalb angeordnet sein. Die Energiebereitstellungseinheit kann die Energie beispielsweise selbst erzeugen (umwandeln) und/oder von einem Energieversorger durchleiten.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinheit einen Netzanschluss an ein Energieversorgungsnetz, insbesondere ein dezentrales Energieversorgungsnetz, und/oder ein elektrische Energie aus Solarenergie erzeugendes Photovoltaikmodul und/oder eine energiespeichernde, ggf. wiederaufladbare Batterie umfasst. Damit ist eine sichere Energiebereitstellung gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Spannungspulsgenerator, der dazu vorgesehen ist, Spannungspulse zum Anlegen an die Elektroden zu erzeugen. Damit ist die Möglichkeit zum Erzeugen eines gepulsten elektrischen Feldes geschaffen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Filtereinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Flüssigkeit zu filtern, wobei die Filtereinrichtung stromaufwärts des Einlasses oder stromabwärts des Auslasses angeordnet ist. Mithilfe der Filtereinrichtung können unerwünschte Partikel aus der Flüssigkeit herausgefiltert werden. Die Filtereinrichtung kann ein Filterelement umfassen. Eine Reinigung und Befreiung der Filtereinrichtung von den angesammelten Partikeln kann durch Tausch der Filtereinrichtung oder des Filterelements oder durch Rückspülung erfolgen.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen, einer Flüssigkeit ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in einem ersten Behälter bevorratet ist und durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung umgewälzt und aufbereitet wird, und/oder wobei die Flüssigkeit aus einem ersten Behälter durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung in einen zweiten Behälter fließt und dabei aufbereitet wird, und/oder wobei die Flüssigkeit aus einem ersten Behälter durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung in eine Nutzumgebung fließt, wobei die Flüssigkeit aufbereitet, insbesondere entkeimt, wird. Im erstgenannten Fall befindet sich die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung in der Flüssigkeit in dem ersten Behälter. Eine Fördereinrichtung, umfassend beispielsweise eine Pumpe und einen die Pumpe antreibenden Motor, fördert Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, wobei die Flüssigkeit aufbereitet wird. Die Flüssigkeit tritt dann wieder in den ersten Behälter aus. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit beständig umgewälzt und zunehmend aufbereitet, bis schließlich die gesamte Flüssigkeit umgewälzt und aufbereitet ist. Im zweiten Fall ist die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung am Auslass eines mit aufzubereitender Flüssigkeit gefüllten ersten Behälters angeordnet. Die Flüssigkeit durchströmt die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung unter Einwirkung der Schwerkraft und wird dabei aufbereitet. Dann fließt sie als aufbereitete Flüssigkeit weiter in einen zweiten Behälter. Im dritten Fall strömt die Flüssigkeit ähnlich wie im zweiten Fall direkt in eine Nutzumgebung, beispielsweise fließt Trinkwasser in eine Dusche, ein Küchenarbeitsplatz, eine Trinkwasserflasche oder einen Trinkbecher.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen einer Flüssigkeit mittels einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung umfasst ein Zuführen von in einem ersten Behälter bevorrateter, aufzubereitender Flüssigkeit über einen Einlass, ein Abführen von aufbereiteter Flüssigkeit über einen Auslass in den ersten Behälter und/oder in einen zweiten Behälter und/oder in eine Nutzumgebung, sowie ein Durchströmen einer den Einlass mit dem Auslass flüssigkeitsleitend verbindenden Aufbereitungsstrecke mit Flüssigkeit. In und/oder an der Aufbereitungsstrecke wird mittels unter elektrische Spannung gesetzter Elektroden mindestens ein elektrisches Feld erzeugt und die Flüssigkeit dadurch aufbereitet, insbesondere entkeimt, dass sie in der Aufbereitungsstrecke von diesem mindestens einen elektrischen Feld im Wesentlichen, insbesondere vollständig, durchsetzt wird. Im Wesentlichen, insbesondere vollständig, von dem elektrischen Feld durchsetzt zu sein bedeutet, dass mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 95 %, besonders bevorzugt mindestens 99 % der aufzubereitenden Flüssigkeit oder die gesamte Flüssigkeit durch einen Strömungsraum fließt, der dadurch definiert ist, dass er geometrisch von den geraden Verbindungslinien und/oder ebenen Verbindungsflächen, die sich zwischen je zwei Punkten und/oder zwei Kanten der beiden Elektroden aufspannen, eingehüllt und/oder durchdrungen ist. Das elektrische Feld wirkt auf die Inhaltsstoffe der aufzubereitenden Flüssigkeit, insbesondere auf biologische Verunreinigungen wie zum Beispiel Krankheitserreger, Mikroorganismen, Bakterien.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit die Aufbereitungsstrecke durchströmt und dabei von mindestens zwei in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit seriell aufeinanderfolgenden, voneinander beabstandeten, stationären elektrischen Feldern durchsetzt wird. Ein stationäres elektrisches Feld ist ein Feld, dessen Polarität und Stärke im Wesentlichen oder vollständig unveränderlich ist. Unveränderlich bedeutet, dass eine Feldstärke des elektrischen Feldes während eines Verfahrensablaufs in räumlicher, zeitlicher und elektrischer Hinsicht weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 % von ihrem Nennwert abweicht. Es zu erzeugen ist besonders einfach. Die Flüssigkeit erfährt beim Hindurchbewegen durch das stationäre Feld zwei Feldpulse, da sie zeitlich aufeinanderfolgend in ein erstes elektrisches Feld eintritt, es durchströmt, dabei einen Feldpuls erfährt, und aus ihm heraustritt, sodann den Abstand zwischen dem ersten und einem zweiten elektrischen Feld durchströmt, und dann in das zweite elektrische Feld eintritt, es durchströmt, dabei einen Feldpuls erfährt, und aus ihm heraustritt. Ein Puls oder Impuls ist ein zeitlich befristet, insbesondere ein kurzzeitig einwirkender Parameter, dementsprechend ist ein Feldpuls ein zeitlich befristet, insbesondere ein kurzzeitig einwirkendes elektrisches Feld. Der Feldpuls ergibt sich aus dem Umstand, dass das stationäre elektrische Feld nur kurzzeitig auf ein jedes vorbeiströmende Teilvolumenelement der Flüssigkeit einwirkt. Unter Teilvolumenelement wird hier eine beliebige, in der Flüssigkeitsgesamtheit mitbewegte, isoliert betrachtete, beliebig kleine Flüssigkeitsmenge verstanden, aus der sich die Flüssigkeitsgesamtheit zusammensetzt und das wie jedes andere die Aufbereitungsstrecke durchströmende Teilvolumenelement von dem elektrischen Feld durchsetzt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit die Aufbereitungsstrecke durchströmt und dabei von mindestens einem gepulsten elektrischen Feld durchsetzt wird. Ein gepulstes elektrisches Feld ist ein in zeitlicher und/oder elektrischer Hinsicht instationäres Feld, wobei die Feldstärke zum Beispiel in zeitlich regelmäßig oder unregelmäßig wiederkehrender Abfolge mindestens zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert nach Art einer einstufigen Treppenfunktion oder nach Art einer Impulsfolge umschaltet. Oder wobei die Feldstärke zwischen einem ersten Wert, einem zweiten Wert und einem Nullwert nach Art einer zweistufigen Treppenfunktion umschaltet. Oder wobei die Feldstärke in zeitlich regelmäßig oder unregelmäßig wiederkehrender Abfolge moduliert, zum Beispiel wiederkehrend ansteigt und abfällt, zum Beispiel nach Art einer mehrstufigen Treppenfunktion, oder nach Art einer Rampenfunktion, oder nach Art einer trigonometrischen Funktion, zum Beispiel einer Sinusfunktion. Ein gepulstes elektrisches Feld kann auch ein getaktetes elektrisches Feld genannt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn bei dem gepulsten elektrischen Feld eine Pulsanzahl aus einem Bereich zwischen 1 und 100 Feldpulsen auf ein jedes durch das mindestens eine Feld hindurchströmende Teilvolumenelement der Flüssigkeit einwirkt. Eine Taktung des elektrischen Feldes ist also so ausgelegt, dass bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und gewählter räumlicher Ausdehnung des elektrischen Feldes in Hauptströmungsrichtung zwischen Eintritt in das Feld und Austritt aus dem Feld 1 bis 100 Feldpulse auf dieses Teilvolumenelement einwirken. Mit der Pulszahl steigt eine Qualität der Aufbereitung der Flüssigkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Dauer eines Feldpulses des gepulsten elektrischen Felds im Bereich 0,01 bis 100 Millisekunden, insbesondere im Bereich 0,1 bis 10 Millisekunden liegt. Die Dauer eines Feldpulses bemisst sich zwischen einem beginnenden Anstieg der Feldstärke von einem Ausgangswert (beispielsweise Feldstärke null) auf einen Zielwert bis zum abgeschlossenen Abfallen der Feldstärke vom Zielwert wieder auf den Ausgangswert. Die Feldpulse können unmittelbar aufeinander folgen oder von Pausen getrennt sein, in den Pausen beträgt eine Feldstärke beispielsweise den Ausgangswert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Flüssigkeit einwirkende Feldstärke des elektrischen Felds im Bereich 0,1 bis 10 Kilovolt pro Millimeter, insbesondere im Bereich 2 bis 6 Kilovolt pro Millimeter liegt. In diesem Bereich kann ein Spannungsdurchschlag der elektrischen Spannung von Elektrode zu Gegenelektrode noch wirkungsvoll vermieden werden, während die für eine erfolgreiche Elektroporation und Flüssigkeitsaufbereitung nötige Feldstärke bereits gegeben ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld eine gleichbleibende Polarität, insbesondere eine intermittierend gleichbleibende Polarität, aufweist. Damit weist das elektrische Feld durchgängig die gleiche Feldrichtung auf und weisen die Elektrode und die Gegenelektrode die jeweils gleiche Polung auf, also beispielsweise Elektrode gleichbleibend am Pluspol, Gegenelektrode gleichbleibend am Minuspol, gegebenenfalls unterbrochen von einem Feldstärkeabfall oder einer Feldunterbrechung auf einen Ausgangswert (beispielsweise Feldstärke null).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Polaritäten von in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit seriell aufeinanderfolgender (räumlich hintereinander liegender) elektrischer Felder zueinander invertiert bzw. vertauscht sind. Damit ist die Feldrichtung aufeinanderfolgender elektrischer Felder voneinander verschieden. Dies kann sich positiv auf die Durchschlagsfestigkeit des elektrischen Feldes auswirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld eine alternierende Polarität aufweist. Damit wechselt die Polarität von Elektrode und Gegenelektrode in zeitlich regelmäßiger oder unregelmäßiger Abfolge und ändert sich die Feldrichtung des elektrischen Feldes. Dies kann sich positiv auf die Durchlagsfestigkeit auswirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld im Wesentlichen, insbesondere vollständig, nur bei Durchströmung der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung erzeugt wird. Die Durchströmung kann beispielsweise mit einem manuellen oder einem auf die Durchströmung reagierenden Schalter oder anhand des Pumpenbetriebs detektiert werden. Die ruhende Flüssigkeit wird keinem elektrischen Feld ausgesetzt und wird somit nicht aufbereitet. Das dient beispielsweise einer Einsparung von Energie in Stillstandszeiten. Vollständig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Beginn und das Ende der Flüssigkeitsdurchströmung durch die Aufbereitungsstrecke zeitlich exakt mit dem Beginn und dem Ende des Erzeugens und Anlegens des elektrischen Feldes zusammenfällt. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Beginn und das Ende der Flüssigkeitsdurchströmung zeitlich weitgehend mit dem Beginn und dem Ende des Erzeugens und Anlegens des elektrischen Feldes zusammenfällt, mit Abweichungen von maximal 10 Sekunden, bevorzugt maximal 5 Sekunden, besonders bevorzugt maximal 1 Sekunde. Abweichung bedeutet in diesem Zusammenhang eine Durchströmung ohne dass ein Feld anliegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter des elektrischen Feldes in Abhängigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit verändert wird. Beispielsweise wird mindestens einer der Parameter Pulsanzahl, Dauer eines Feldpulses, Feldstärke, Elektrodenpolarität in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit verändert. Strömungsgeschwindigkeit bedeutet hier die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der durch die Aufbereitungsstrecke fließenden Flüssigkeit. Eine langsamer fließende Flüssigkeit kann beispielsweise mit einer geringeren Pulstaktung, mit kürzeren Feldpulsen, mit einer geringeren Feldstärke aufbereitet werden als eine schneller fließende Flüssigkeit. Damit ist eine Anpassung des Verfahrens an die Strömungsgeschwindigkeit und an den Flüssigkeitsdurchsatz gegeben und eine Möglichkeit geschaffen, die bei jeder Strömungsgeschwindigkeit eine gleichbleibend hohe Qualität der Aufbereitung erreicht.
Mit der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung, mit der Verwendung und mit dem Verfahren sind Lösungen geschaffen, mit denen es nun möglich ist, frisch aufbereitete, insbesondere entkeimte Flüssigkeit, insbesondere Trinkwasser, im Durchlaufverfahren auch dezentral an abgelegenen Orten im Zeitpunkt der Nutzung bereitzustellen, mit der Gewissheit, dass die Flüssigkeit auch nach einer Zapfpause sofort wieder frisch aufbereitet zur Verfügung steht.
Die Zeichnung offenbart verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und zeigt in
1 vier Verwendungen von Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtungen im Schnitt,
2 eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung im Längs- und Querschnitt,
3 eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung im Längs- und Querschnitt,
4 eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung im Längs- und Querschnitt,
5 eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung im Längsschnitt.
1 offenbart vier Verwendungen erfindungsgemäßer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtungen 20 im Schnitt. 1a zeigt eine in einem ersten Behälter 10 in einer Flüssigkeit 12 angeordnete Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. Die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 saugt aufzubereitende Flüssigkeit 121 aus dem ersten Behälter 10 an, leitet sie durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20, wobei die Flüssigkeit 12 aufbereitet wird, und stößt sie als aufbereitete Flüssigkeit 122 wieder in den ersten Behälter 10 aus. 1b zeigt eine in einem ersten Behälter 10 in einer Flüssigkeit 12 angeordnete Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. Die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 saugt aufzubereitende Flüssigkeit 121 aus dem ersten Behälter 10 an, leitet sie durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20, wobei die Flüssigkeit 12 aufbereitet wird, und stößt sie als aufbereitete Flüssigkeit 122 über eine Rohrleitung oder einen Schlauch 13 in einen zweiten Behälter 11 aus. Die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtungen 20 aus 1a und 1b umfassen zu ihrem Betrieb eine Fördereinrichtung 15. 1c zeigte eine an einem Austrittsquerschnitt eines ersten Behälters 10 und an einem Eintrittsquerschnitt eines zweiten Behälters 11 angeordnete Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. Die aufzubereitende Flüssigkeit 121 fließt unter Schwerkraft aus dem ersten Behälter 10 durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20, wo sie aufbereitet wird. Die aufbereitete Flüssigkeit 122 fließt in den zweiten Behälter 11. 1d zeigt eine an einem Austrittsquerschnitt eines ersten Behälters 10 angeordnete Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. Die aufzubereitende Flüssigkeit 121 fließt unter Schwerkraft aus dem ersten Behälter 10 durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20, wo sie aufbereitet wird. Die aufbereitete Flüssigkeit 122, beispielsweise Trinkwasser, fließt in einen Trinkbecher 14. Allgemein stellt der Trinkbecher 14 eine Anwendung in einer Nutzumgebung 40 dar. Die Nutzumgebung 40 kann auch eine Küche, ein Badezimmer, eine Waschküche, ein Getränkeausschank, ein Spülbecken, ein Waschbecken, eine Dusche, eine Waschmaschine, eine Spülmaschine sein. Die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtungen 20 aus 1c und 1d benötigen zu ihrem Betrieb keine Fördereinrichtung, da die Flüssigkeit unter Schwerkrafteinwirkung gefördert wird. Eine Energiebereitstellungseinheit 50 versorgt die Elektroden und die Fördereinrichtung 15 mit elektrischer Energie und kann einen Netzanschluss an ein Energieversorgungsnetz und/oder ein Photovoltaikmodul und/oder eine Batterie umfassen.
2 offenbart eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 im Längsschnitt (2a) und Querschnitt (2b). Diese Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 umfasst einen Einlass 21, einen Auslass 22, eine den Einlass 21 mit dem Auslass 22 flüssigkeitsleitend verbindende Aufbereitungsstrecke 23, eine Wand 26 sowie drei Elektrodenpaare mit jeweils einer ersten Elektrode 24 und einer zweiten Elektrode 25. Die ersten Elektroden 24 sind vollständig umfänglich an der Wand 26 angeordnet. Die zweiten Elektroden 25 sind koaxial innerhalb der Aufbereitungsstrecke 23 angeordnet. Koaxial bedeutet, dass eine Längsachse (Zylinderachse) 29 der zweiten Elektrode 25 mit einer Hauptströmungsrichtung 30 der Flüssigkeit 12 in der Aufbereitungstrecke 23 identisch ist. Die Elektroden 24, 25 können oberflächlich zumindest teilweise isolierend beschichtet sein (nicht dargestellt). Flüssigkeit 12 durchströmt die Aufbereitungsstrecke 23 und wird dabei von drei in Hauptströmungsrichtung 30 der Flüssigkeit 12 seriell aufeinanderfolgenden, voneinander beabstandeten, elektrischen Feldern 28 durchsetzt. Hierbei kann es sich um stationäre elektrische Felder 28 handeln, die ihre jeweilige Polarität ununterbrochen beibehalten (gleichbleibende Polarität), deren Polaritäten vom ersten Elektrodenpaar zum zweiten Elektrodenpaar sowie vom zweiten Elektrodenpaar zum dritten Elektrodenpaar jedoch wechseln (zueinander invertiert sind), wie durch die Plus- und Minuszeichen angedeutet. Alternativ kann es sich um intermittierend gleichbleibende Polaritäten handeln, die durch Pausen ohne Anlegen einer elektrischen Spannung (ohne elektrische Verbindung) unterbrochen sind. Die elektrische Verbindung zu den im Innern des Strömungsraums der Aufbereitungsstrecke 23 angeordneten Elektroden 24, 25 bzw. Elektrodenabschnitten kann – elektrisch isoliert – durch die stegförmigen Verbindungselemente 27 hindurch erfolgen.
Im Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode 24 und der zweiten Elektrode 25 sind stegförmige Verbindungselemente 27 angeordnet, die die Elektroden 24, 25 mechanisch, jedoch elektrisch isolierend, verbinden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 24, 25 bildet sich in der Aufbereitungsstrecke 23 zwischen den Elektroden 24, 25 ein elektrisches Feld 28 aus. Dieses elektrische Feld 28 durchsetzt die Flüssigkeit 12, 121 und bereitet diese mittels irreversibler Elektroporation auf.
3 offenbart eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. 3a zeigt den Längsschnitt einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit einem zwei Elektroden 24, 25 umfassenden Elektrodenpaar. Die erste Elektrode 24 weist zwei elektrisch verbundene, parallel geschaltete hohlkreiszylindrische Elektrodenabschnitte 241, 242 auf. Die zweite Elektrode 25 weist zwei elektrisch verbundene, parallel geschaltete Elektrodenabschnitte 251, 252 auf. Der Elektrodenabschnitt 251 ist vollkreiszylindrisch ausgebildet, der Elektrodenabschnitt 252 ist hohlkreiszylindrisch ausgebildet. Die Elektrodenabschnitte 241, 242, 251, 252 weisen voneinander abweichende Durchmesser auf und erstrecken sich achsparallel zu einer Hauptströmungsrichtung 30 der Flüssigkeit 12. Die Elektrodenabschnitte 241, 242, 251, 252 sind koaxial und radial beabstandet zueinander angeordnet. Die Elektrodenabschnitte 241, 242 der ersten Elektrode 24 bilden Zwischenräume, in die die Elektrodenabschnitte 251, 252 der zweiten Elektrode 25 eingreifen. Benachbarte Elektrodenabschnitte weisen voneinander abweichende Polaritäten auf. Die Polaritäten sind hier von alternierender Art. Die Elektrodenabschnitte 241, 242 der ersten Elektrode 24 können mit einem elektrischen Leiter L verbunden sein. An dem elektrischen Leiter L liegen beispielsweise zeitlich aufeinander folgende rechteckförmige Spannungspulse mit alternierenden Vorzeichen an. Alternativ können beispielsweise Spannungsfunktionen anderer Art mit alternierenden Vorzeichen anliegen. Die Elektrodenabschnitte 251, 252 der zweiten Elektrode 25 können mit einem elektrischen Nullleiter N verbunden sein. Zwischen den Elektrodenabschnitten bilden sich elektrische Felder 28 aus. Bei Anliegen von Spannungspulsen stellen sich gepulste elektrische Felder 28 ein.
3b zeigt den Querschnitt der unter 3a erläuterten Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit vollkreiszylindrischen bzw. hohlkreiszylindrischen Elektrodenabschnitten 241, 242, 251, 252.
3c zeigt einen alternativen Querschnitt der unter 3a erläuterten Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20, wobei die Elektrodenabschnitte 241, 242, 251, 252 hier prismatisch bzw. hohlprismatisch, im Querschnitt quadratisch bzw. hohlquadratisch ausgebildet sind.
4 offenbart eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20. 4a zeigt den Längsschnitt einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit drei jeweils zwei Elektroden 24, 25 umfassenden Elektrodenpaaren. Die erste Elektrode 24 weist vier elektrisch verbundene, parallel geschaltete, plattenförmig ausgebildete Elektrodenabschnitte 243, 244, 245, 246 auf. Die zweite Elektrode 25 weist drei elektrisch verbundene, parallel geschaltete, plattenförmig ausgebildete Elektrodenabschnitte 253, 254, 255 auf. Platten stellen eine geometrische Sonderform von Schalen dar, ihr Krümmungsradius geht gegen unendlich. Die Elektrodenabschnitte 243, 244, 245, 246, 253, 254, 255 erstrecken sich mit ihrer Längsachse achsparallel zu einer Hauptströmungsrichtung 30 der Flüssigkeit 12. Die Elektrodenabschnitte 243, 244, 245, 246, 253, 254, 255 sind beabstandet zueinander gestapelt angeordnet. Die Elektrodenabschnitte 243, 244, 245, 246 der ersten Elektrode 24 bilden Zwischenräume, in die die Elektrodenabschnitte 253, 254, 255 der zweiten Elektrode 25 eingreifen. Die an die Elektrodenabschnitte 243, 244, 245, 246, 253, 254, 255 angelegten Polaritäten sind mittels der Hinweise auf Leiter L und Nullleiter N angegeben.
Die 4b und 4d zeigen mögliche Querschnitte der unter 4a erläuterten Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit runder Kontur.
Die 4c und 4e zeigen alternative Querschnitte der unter 4a erläuterten Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit eckiger Kontur.
5 offenbart eine Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 mit einem Einlass 21, einem Auslass 22, einer Aufbereitungsstrecke 23, einer Wand 26 sowie einem Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode 24 und einer zweiten Elektrode 25. Die erste Elektrode 24 ist umfänglich an der Wand 26 angeordnet. Die zweite Elektrode 25 ist innerhalb der Aufbereitungsstrecke 23 angeordnet. Die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 umfasst eine Fördereinrichtung 15, die an dem Auslass 22 stromabwärts der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 angeordnet ist. Die Fördereinrichtung 15 umfasst eine Pumpe 16 (hier schematisch dargestellt durch ein Laufrad) und einen Elektromotor 17 zum Antreiben der Pumpe. Ferner umfasst die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 eine Filtereinrichtung 18 mit Filterelement 19 zum Entfernen von Partikeln aus der aufzubereitenden Flüssigkeit 121. Die Filtereinrichtung 18 ist an dem Einlass 22 stromaufwärts der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 angeordnet, so dass die in die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 eintretende, aufzubereitende Flüssigkeit 121 partikelfrei ist. Ferner umfasst die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 eine Energiebereitstellungseinheit 50 zum Bereitstellen und/oder Erzeugen von elektrischer Energie, mittels der eine Spannung zum Anlegen an die Elektroden 24, 25 bzw. Elektrodenabschnitte und/oder zum Betreiben der Fördereinrichtung 15 bereitgestellt werden kann. Die Energiebereitstellungseinheit 50 kann einen Netzanschluss an ein Energieversorgungsnetz und/oder ein Photovoltaikmodul und/oder eine Batterie umfassen. Mit einer solchen Energiebereitstellungseinheit 50 ist eine leicht umsetzbare Umsetzung geschaffen, dass das elektrische Feld 28 nur bei Durchströmung der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 20 erzeugt wird. Die elektrische Energie wird einem Spannungspulsgenerator 56 zugeführt, der die Elektroden 24, 25 mit Spannung, insbesondere mit Spannungspulsen versorgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007028580 A1 [0003]

Claims

Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20), insbesondere mobile Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20), zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen, einer in einem ersten Behälter (10) bevorrateten Flüssigkeit (12) und/oder einer aus einem ersten Behälter (10) in einen zweiten Behälter (11) und/oder in eine Nutzumgebung (40) fließenden Flüssigkeit (12), insbesondere von Trinkwasser, umfassend • einen Einlass (21) zum Zuführen von aufzubereitender Flüssigkeit (121), • einen Auslass (22) zum Abführen von aufbereiteter Flüssigkeit (122), sowie • eine den Einlass (21) mit dem Auslass (22) flüssigkeitsleitend verbindende Aufbereitungsstrecke (23), wobei • in und/oder an der Aufbereitungsstrecke (23) mindestens ein Elektrodenpaar angeordnet ist, • das dazu vorgesehen ist, mindestens ein elektrisches Feld (28) zu erzeugen, von dem die Flüssigkeit (12) in der Aufbereitungsstrecke (23) durchsetzt ist und mittels irreversibler Elektroporation aufbereitet, insbesondere entkeimt wird.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • das Elektrodenpaar zwei Elektroden (24, 25) umfasst, • wobei eine erste Elektrode (24) im Wesentlichen, insbesondere vollständig umfänglich an einer Wand (26) der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) angeordnet ist, und • wobei eine zweite Elektrode (25) innerhalb der Aufbereitungsstrecke (23) angeordnet ist.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass • das Elektrodenpaar zwei Elektroden (24, 25) umfasst, • wobei mindestens eine Elektrode (24, 25) mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte (241, 242, usw., 251, 252, usw.) aufweist, • wobei die Elektrodenabschnitte (241, 242, usw., 251, 252, usw.) vollzylindrisch und/oder hohlzylindrisch mit einer Zylinderachse (29) und mit voneinander abweichenden Durchmessern ausgebildet sind und sich achsparallel zu einer Hauptströmungsrichtung (30) der Flüssigkeit (12) erstrecken, • wobei die Elektrodenabschnitte (241, 242, usw., 251, 252, usw.) im Wesentlichen, insbesondere vollständig koaxial und radial beabstandet zueinander angeordnet sind, • wobei die Elektrodenabschnitte (241, 242, usw.) einer Elektrode (24) Zwischenräume bilden, in die die Elektrodenabschnitte (251, 252, usw.) der anderen Elektrode (25) zumindest teilweise eingreifen, • wobei benachbarte Elektrodenabschnitte (241, 242, usw., 251, 252, usw.) voneinander abweichende Polaritäten aufweisen.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • das Elektrodenpaar zwei Elektroden (24, 25) umfasst, • wobei mindestens eine Elektrode (24, 25) mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Elektrodenabschnitte (243, 244, 245, 246, 253, 254, 255) aufweist, • wobei die Elektrodenabschnitte (243, 244, 245, 246, 253, 254, 255) schalenförmig, insbesondere plattenförmig ausgebildet sind und sich parallel zu einer Hauptströmungsrichtung (30) der Flüssigkeit (12) erstrecken, • wobei die Elektrodenabschnitte (243, 244, 245, 246, 253, 254, 255) stapelartig und beabstandet zueinander angeordnet sind, • wobei die Elektrodenabschnitte (243, 244, 245, 246) einer Elektrode (24) Zwischenräume bilden, in die die Elektrodenabschnitte (253, 254, 255) der anderen Elektrode (25) zumindest teilweise eingreifen, • wobei benachbarte Elektrodenabschnitte (243, 244, 245, 246, 253, 254, 255) voneinander abweichende Polaritäten aufweisen.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Flüssigkeit (12) durch die Aufbereitungsstrecke (23) zu fördern, wobei die Fördereinrichtung stromaufwärts des Einlasses (21) oder stromabwärts des Auslasses (22) angeordnet ist.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Energiebereitstellungseinheit (50), die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Energie zum Erzeugen einer an die Elektroden (24, 25) anlegbaren Spannung und/oder zum Betreiben der Fördereinrichtung bereitzustellen.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinheit (50) • einen Netzanschluss (53) an ein Energieversorgungsnetz und/oder • ein Photovoltaikmodul (54) und/oder • eine Batterie (55) umfasst.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Spannungspulsgenerator (56), der dazu vorgesehen ist, Spannungspulse zum Anlegen an die Elektroden (24, 25) zu erzeugen.
Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Filtereinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Flüssigkeit (12) zu filtern, wobei die Filtereinrichtung stromaufwärts des Einlasses (21) oder stromabwärts des Auslasses (22) angeordnet ist.
Verwendung einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen, einer Flüssigkeit, • wobei die Flüssigkeit in einem ersten Behälter bevorratet ist und durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) umgewälzt wird, und/oder • wobei die Flüssigkeit aus einem ersten Behälter durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) in einen zweiten Behälter fließt, und/oder • wobei die Flüssigkeit aus einem ersten Behälter durch die Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) in eine Nutzumgebung fließt, • wobei die Flüssigkeit aufbereitet, insbesondere entkeimt, wird.
Verfahren zum Aufbereiten, insbesondere Entkeimen einer Flüssigkeit (12) mittels einer Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend • ein Zuführen von in einem ersten Behälter bevorrateter, aufzubereitender Flüssigkeit (121) über einen Einlass (21), • ein Abführen von aufbereiteter Flüssigkeit (122) über einen Auslass (22) in den ersten Behälter und/oder in einen zweiten Behälter und/oder in eine Nutzumgebung (40), sowie • ein Durchströmen einer den Einlass (21) mit dem Auslass (22) flüssigkeitsleitend verbindenden Aufbereitungsstrecke (23) mit Flüssigkeit (12), wobei in und/oder an der Aufbereitungsstrecke (23) mittels unter Spannung gesetzter Elektroden (24, 25) mindestens ein elektrisches Feld (28) erzeugt wird und die Flüssigkeit (12) dadurch aufbereitet, insbesondere entkeimt wird, dass sie in der Aufbereitungsstrecke (23) von diesem mindestens einen elektrischen Feld (28) im Wesentlichen, insbesondere vollständig, durchsetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (12) die Aufbereitungsstrecke (23) durchströmt und dabei von mindestens zwei in Hauptströmungsrichtung (30) der Flüssigkeit (12) seriell aufeinanderfolgenden, voneinander beabstandeten, stationären elektrischen Feldern (28) durchsetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (12) die Aufbereitungsstrecke (23) durchströmt und dabei von mindestens einem gepulsten elektrischen Feld (28) durchsetzt wird, wobei eine Pulsanzahl aus einem Bereich zwischen 1 und 100 Feldpulsen auf die Flüssigkeit einwirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Flüssigkeit (12) einwirkende Feldstärke des elektrischen Felds (28) im Bereich 0,1 bis 10 Kilovolt pro Millimeter, insbesondere im Bereich 2 bis 6 Kilovolt pro Millimeter liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld (28) eine gleichbleibende Polarität, insbesondere eine intermittierend gleichbleibende Polarität, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Polaritäten von in Hauptströmungsrichtung (30) der Flüssigkeit (12) seriell aufeinanderfolgender elektrischer Felder (28) zueinander invertiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld (28) eine alternierende Polarität aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld (28) im Wesentlichen, insbesondere vollständig, nur bei Durchströmung der Flüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung (20) erzeugt wird.