DE102020113688A1

DE102020113688A1 - Steuersystem für ein Trinkwasseraufbereitungssystem und Trinkwasseraufbereitungssystem

Info

Publication number: DE102020113688A1
Application number: DE102020113688.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Hill
Original assignee: Individual
Current assignee: HILL, DANIEL, DE
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-11-25
Also published as: TW202144297A; TWI778630B

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Steuersystem, das mindestens ein Steuerventil umfasst, welches in einem Trinkwasseraufbereitungssystem angebracht ist, das über eine Einlassleitung verfügt, sowie einen ersten Teiler in Strömungsrichtung mit der Einlassleitung, die die Einlassleitung in eine Funktionsleitung und eine Umgehungsleitung aufteilt, eine in der Funktionsleitung angeordnete Funktionseinheit, ein zweiter Teiler, der die Umgehungsleitung und die Funktionsleitung zusammenführt und eine Auslassleitung in Strömungsrichtung mit dem zusammengeführten Anschluss des zweiter Splitters. Das Steuerungssystem steuert den Durchfluss durch die Funktionsleitung, die Umgehungsleitung, dem ersten Teiler oder dem zweite Teiler, um die Abnutzung der Funktionseinheit zu steuern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem zum Steuern eines Trinkwassers Aufbereitungssystems, insbesondere für ein Trinkwasseraufbereitungssystem unter Verwendung einer Wasserstoff freisetzender Kartusche auf Basis von Mg in elementarer Form. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Trinkwasseraufbereitungssystem welches beiläufig unter Verwendung eines Steuersystems, Programmcode und eines Systemspeichers verfügt, der den entsprechenden Programmcode speichert.
Technischer Hintergrund
Es ist bekannt, dass verschiedene Aufbereitungsverfahren und Systeme die Eigenschaften von Trinkwasser verändern. Eigenschaften im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf den pH-Wert des Trinkwassers, das Redoxpotential (Oxidationsreduktionspotential), sowie vorrangig freien Wasserstoff (oder freies H2) und Kombinationen daraus. Die Beeinflussung solcher Eigenschaften wird im Folgenden ebenfalls als (Trink-) Wasseraufbereitung bezeichnet. Am häufigsten werden elektrolysebasierte Geräte verwendet, um solche Änderungen der Wassereigenschaften zu erreichen. Elektrolysebasierte Geräte haben bestimmte Nachteile wie die Notwendigkeit einer permanenten Stromversorgung für den Betrieb und Geräteausfall aufgrund von Kalzinierung der Elektroden und dergleichen.
Dementsprechend wurden Alternativen für solche elektrischen Geräte entwickelt. Ein möglicher Weg zum Ändern der Trinkwassereigenschaften ist das Verwenden einer Patrone, die elementares Mg enthält, z.B. als Granulat oder auch eingebettet in eine Mineralmatrix, wodurch das Magnesium in direktem Kontakt mit dem dort durchfließenden Trinkwasser steht. Dies wird kombiniert mit verschiedenen Filtrationsstufen und optional weiteren Mineralisierungen. Es ist bekannt, dass solche Vorrichtungen gute Ergebnisse bei relativ geringen Kosten liefern. Das Mg in solchen Kartuschen nimmt jedoch langsam ab und / oder es bilden sich Ablagerungen auf den Mineralpartikel Oberflächen. Dies senkt allmählich die Leistung der Vorrichtung, was eine Änderung der Wassereigenschaften während der Filternutzungsdauer zur Folge hat. Es ist daher erstrebenswert, ein wirksames System bereitzustellen, das dies vermeidet und sich an den allmählichen Rückgang der Wasseraufbereitungsleistung anpasst.
Die vorliegende Erfindung erreicht dieses Ziel und ist sogar in der Lage die Anwendungsdauer von Filtermineralisierungskartuschen auf Mg-Basis zu erhöhen (abhängig vom Volumen des behandelten Wassers).
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Steuersystem zum Ansteuern eines Trinkwasseraufbereitungssystems.
Das Steuerungssystem ist vorzugsweise für Vorrichtungen im privaten Hausgebrauch mit kleinen Wasserdurchflussmengen (etwa 5 bis 15 1 / min) angedacht, z.B. Geräte die Leitungswasser in Trinkwasser mit spezifischen, verbesserten Eigenschaften veredeln oder aufbereiten. Dementsprechend sind industrielle Anwendungen und dergleichen für die vorliegende Erfindung nicht berücksichtigt.
Das Trinkwasser-Aufbereitungssystem umfasst eine Einlassleitung, die mit einer Trinkwasserquelle verbunden wird, eine erste Splitterverbindung in Flussrichtung der Einlassleitung welche die Einlassleitung in eine Funktionsleitung zur Aufbereitung und eine Umgehungsleitung teilt,
eine Funktionseinheit mit einer Mg-Ionenfreisetzungsfunktion, die in der Funktionsleitung platziert ist, sowie eine zweite Splitterverbindung, welche die Umgehungsleitung und Funktionsleitung in Strömungsrichtung wieder zusammenführt, sowie eine Auslassleitung mit den zusammengeführten Wasserströmen von Funktionsleitung und Umgehungsleitung. Die Bereitstellung des unbehandelten Trinkwassers kann breit interpretiert werden, z.B. der reguläre Leitungswasseranschluss in einem Privathaushalt oder einem Büro, einem Brunnen in unzugänglichen Regionen ohne Leitungswasserversorgung, oder auch ein Wassertank kombiniert mit einer Pumpe, z.B. eine Membranpumpe und andere Formen der Wassereinleitung. Die oben genannten Splitter sind vorzugsweise zwei Wegesplitter in Form von Y-Verbindungen oder T-Verbindungsanschlüssen.
Das Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Steuerungsventil, angeordnet in der Funktionsleitung, der Umgehungsleitung, dem ersten Verteiler oder dem zweiten Verteiler, um das Steuern eines Verhältnisses zwischen den Wassermengen, die durch die Umgehungsleitung, und dem Wasser, das durch die Funktionsleitung fließen zu ermöglichen. Es umfasst des Weiteren mindestens eine Sensoreinheit, die zum Erfassen eines Wertes geeignet ist, welcher sich auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit bezieht und um die betreffenden Daten zu erzeugen, sowie ein Ventilansteuerungssystem welches die Daten von mindestens einem Sensor empfängt und entsprechend verarbeitet, um den aktuellen Abnutzungszustand zu bestimmen und auf Basis dieser Verarbeitung mindestens ein Ventil anzusteuern, um das Verhältnis entsprechend der Funktions- und Umgehungsleitung anzupassen um in Folge dessen, die charakteristischen Trinkwasserwerte am Ausfluss zu stabilisieren und anzupassen. Prinzipiell wird für die vorliegende Erfindung zum Senden oder Übermitteln, eine Datenkommunikaton entweder per Kabel oder drahtlos verwendet, z.B. über WLAN, Bluetooth®, GPRS, Kommunikation über Licht oder Infrarot. Des Weiteren direkte Drahtverbindung, direkte kabellose Verbindungen, Local Area Network und oder Wide Area Networks. Vorzugsweise im Bezug auf die vorliegende Erfindung werden Daten und Signale kabellos übermittelt.
Die Anzahl und Position von mindestens einem Steuerventils ist in der vorliegenden Erfindung nicht spezifisch begrenzt. In bevorzugten Ausführungsformen ist jedoch nur das mindestens eine Steuerventil ein einzelnes Ventil, welches zwischen dem ersten und zweiten Teiler angeordnet ist und schrittweise den Wasserdurchfluss durch die beiden Arme des Verteilers gemäß einem externes Signal beeinflusst. In anderen, weniger kostenintensiven Ausführungsformen sind zwei reguläre Steuerventile angeordnet, Eines in der Umgehungsleitung bzw. Eines in der Funktionsleitung. Jene Ventile können vorzugsweise Magnetventile mit einem oder zwei Zuleitungen sein, die den Wasserweg an angebrachter Position schließen, öffnen oder in eine bestimmte Richtung beeinflussen können.
Die Mg-Freisetzungsvorrichtung („Funktionseinheit“) des gesteuerten Systems erschöpft sich mit der Zeit. Hauptsächlich aufgrund der Auswaschung der darin enthaltenen Mg-Quelle. Diese Erschöpfung bedeutet eine begrenzte Gesamtdauer der Wirkungszeit der Mg-Freisetzungsvorrichtung in Abhängigkeit des durchfließenden Wasservolumens. In der Regel ist den Herstellern einer solchen Mg-Freisetzungseinheit diese Lebensdauer bekannt und kann ebenso von einem Fachmann bestimmt werden. Somit wird angenommen, dass die Gesamtlebensdauer der Funktionseinheit in etwa bekannt ist. Die Erschöpfung der Funktionseinheit und die entsprechend fortlaufende Leistungsminderung auf die Veränderung der Wassereigenschaften ist ebenfalls bekannt oder leicht vorhersehbar. Hieraus entwickelte der Erfinder Techniken, insbesondere Software, um die gegenwärtige Wasserbeschaffenheit genauer zu berechnen und die charakteristische Änderungsleistung in Abhängigkeit von der Gesamtlebensdauer der Funktionseinheit zu bestimmen. Somit ist man in der Lage, ein Mischungsverhältnis von Wasser, welches von der Funktionseinheit behandelt wird und dem unbehandeltem Wasser bereitzustellen, um fortlaufend stabile Wassereigenschaften über die gesamte Anwendungsdauer der Funktionseinheit zu gewährleisten. Da außerdem insbesondere zu Beginn der Anwendungsdauer der Funktionseinheit das durch die Funktionseinheit fließende Wasservolumen am stärksten reduziert wird, (Anwendungsdauer in Bezug auf produziertem Trinkwasservolumen) kann somit die Gesamtanwendungsdauer der Funktionseinheit verlängert werden.
In einer Ausführungsform des Steuersystems ist die zu stabilisierende Wassereigenschaft aus der Gruppe bestehend aus pH-Wert, Oxidationsreduktionspotential (Redoxpotential) und Konzentration von freiem H2 sowie Kombinationen daraus ausgewählt.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst die mindestens eine Sensoreinheit einen ersten Durchflussmesser, der in der Funktionsleitung angeordnet ist und worin das Ventilsteuersystem des Weiteren eine Systemspeichereinheit umfasst. Das Ventilsteuersystem empfängt Durchflussdaten vom ersten Durchflussmesser, speichert jene Daten als eine Summe des vom ersten Durchflussmesser erfassten Wasservolumens im Systemspeicher und schätzt den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit auf der Grundlage von der zuvor eingestellten Gesamtnutzungsdauer der Funktionseinheit in Verbindung mit der Summe des bereits verbrauchten Wasservolumens der Funktionseinheit. Durch den Speicher und unter Verwendung der (Wasser-)Durchflussdaten die vom ersten Durchflussmesser empfangen werden, kann das Ventilsteuerungssystem das produzierte Wasser „zählen“ das die Funktionseinheit passiert hat und entsprechend das mindestens eine Steuerventil einstellen, um die gewünschten stabilen Wassereigenschaften zu erzielen.
In einer Ausführungsform des Steuersystems, die mindestens eine Sensoreinheit umfasst, sowie einen zweiten Durchflussmesser, der in der Umgehungsleitung angeordnet ist, erhält das Ventilsteuersystem eine zweite Durchflussdatenmessung und kann damit das mindestens eine Steuerventil im Verhältnis und in Abhängigkeit vom geschätzten Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit einzustellen, um stabilisierte Wasserwerte in seinen charakteristischen Eigenschaften zu erzeugen. Der zweite Durchflussmesser verbessert insbesondere die Genauigkeit der Einstellung des Mischungsverhältnisses zwischen Umgehungsleitung und Funktionsleitung durch die Steuerventile, da mit dem ersten und zweiten Durchflussmesser in Kombination die genauen momentanen Wasserdurchflussmengen beobachtet werden, die durch das das Ventilsteuersystem passieren.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst die mindestens eine Sensoreinheit ferner einen dritten Durchflussmesser, der in der Einlassleitung angeordnet ist, wobei das Ventilsteuersystem somit drei Durchflussdatenparameter erhält und damit das mindestens eine Steuerventil ansteuert, um das Verhältnis in Abhängigkeit vom geschätzten Abnutzungsfortschrittes des Funktionselements einzustellen und um ein stabilisiertes Wasser in seinen charakteristischen Eigenschaften zu erzeugen.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst die mindestens eine Sensoreinheit einen innerhalb der Wasserleitung angebrachten Wassersensor (Inline Typ), der in der Funktionsleitung oder der Auslassleitung angeordnet ist und Daten bezüglich der Wassereigenschaften erzeugt, wobei das Ventilsteuersystem die Daten empfängt und in Bezug auf die Daten der Wassereigenschaften den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit auf Basis der vom Wasserinnleitungssensor empfangenen Daten bemisst. Der Wasserinnenleitungssensor zur Bestimmung charakteristischer Eigenschaften wird vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus pH-Sensor, ORP-Sensor und freier H₂-Sensor ausgewählt.
In weiteren Ausführungsformen kann ein entsprechender zusätzlicher Wasserinnenleitungssensor in der Einlassleitung und / oder der Umgehungsleitung angeordnet sein. Durch die zusätzlichen Sensoren können die Charakteristik(en) des Zufuhrwassers beobachtet werden und die Steuerventile können so angesteuert werden, um nicht nur stabile, sondern auch zu erzeugende Zielwassereigenschaften im Bezug auf das Zufuhrwasser erreichen, z.B. ein Ziel-pH Wert des behandelten Wassers oder Zielwerte für freies H₂. Seit einigen Jahren wird alkalisches Trinkwasser und Trinkwasser mit bestimmten erhöhten Mengen an freiem H₂ als vorteilhaft für den menschlichen Körper befunden, insbesondere wenn der menschliche Körper bestimmte Einschränkungen oder Krankheit(en) aufweist. Ein solcher Zielwert für eine Wassercharakteristik kann direkt am Ventilsteuersystem eingestellt werden, z.B. über ein darin implementiertes Display oder Benutzerterminal oder über eine Anwendung auf ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer oder dergleichen, wobei diese Anwendung Benutzereingaben ermöglicht, Eingabe durch medizinisches Personal (z. B. einem Arzt) oder auch medizinischen Daten des Benutzers um die Wassercharakteristik-Einstellungen zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst das Ventilsteuersystem einen Daten-Empfangsknoten für die drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation mit dem mindestens einem Steuerventil und dem mindestens einer Sensoreinheit.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst das Ventilsteuersystem eine Verarbeitungseinheit, die Daten von der mindestens einen Sensoreinheit direkt oder über den Daten-Empfangsknoten empfängt, wobei die Verarbeitungseinheit, welche die Software ausführt, die empfangenen Daten auswertet, um so den Nutzungsfortschritt und die Wirkstärke der Funktionseinheit abschätzt.
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst das Ventilsteuersystem ferner eine Steuereinheit, die drahtgebunden oder drahtlos mit dem mindestens einen Steuerventil verbunden ist und ein Steuersignal an das mindestens eine Steuerventil, gemäß den Berechnungen der Verarbeitungseinheit sendet.
In einer Ausführungsform des Steuersystems sind die Steuereinheit, die Datenverarbeitungseinheit und die Datenempfangseinheit des Ventilsteuersystems in einem einzigen Gehäuse integriert.
In einer Ausführungsform des Steuerungssystems sind nur die Steuereinheit und die Datenempfangseinheit des Ventilsteuerungssystems ist in einem einzigen Gehäuse integriert.
In einer Ausführungsform des Steuerungssystems ist die Verarbeitungseinheit ein Cloud-basierter Prozess oder ein serverbasierter Ablauf, der mit der Steuereinheit und dem Datenempfangshub über ein lokales Netzwerk oder ein Weitverkehrsnetz (WAN) kommuniziert.
In einer Ausführungsform des Steuersystems kommuniziert die Verarbeitungseinheit mit dem Steuereinheit und dem Datenempfangshub über ein Internetprotokoll, z. TCP / IP (Übertragungssteuerungsprotokoll / Internetprotokoll), UDP / IP (Benutzerdatagrammprotokoll / Internetprotokoll), HTTP (HyperText Transfer Protocol) und / oder FTP (File Transfer Protocol).
In einer Ausführungsform des Steuersystems umfasst das mindestens eine Steuerventil ein erstes und zweites Magnetventil, die in der Funktionsleitung bzw. der Umgehungsleitung angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung ist für ein Trinkwasseraufbereitungssystem ausgelegt, welches über Einlassleitung, von Trinkwasser verfügt, die im wesentlichen konstante Eigenschaften aufweist, einem ersten Splitter in Strömungsrichtung der Einlassleitung, der die Einlassleitung in eine Funktionsleitung und eine Umgehungsleitung aufteilt, eine Funktionseinheit mit einer Mg-Ionenfreisetzung Funktion und angebracht in der Funktionsleitung, wobei ein zweiter Teiler die Umgehungsleitung und die Funktionsleitung stromabwärts der Funktionseinheit zusammenführt, eine Auslassleitung der zusammengeführten Wasserströme folgend auf den zweiten Teiler und einem Steuersystem gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.
Die vorliegende Erfindung wird des Weiteren durch eine Software ermöglicht, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt wird, somit bewirkt, dass der Computer die Prozesse des Steuerungssystems ausführt und die Ansteuerung eines Steuerungssystems zur Trinkwasseraufbereitungssystem vornimmt, welches eine Einlassleitung umfasst, die mit einer Trinkwasserquelle verbunden werden kann und im wesentlichen konstante Eigenschaften aufweist; einem ersten Splitter im Flussrichtung der Einlassleitung, die die Einlassleitung in eine Funktionsleitung und eine Umgehungsleitung aufteilt; eine funktionelle Einheit mit einer Mg-Ionenfreisetzungsfunktion, die in der funktionellen Leitung angeordnet ist; ein zweiter Splitter, der die Umgehungsleitung und die Funktionsleitung stromabwärts der Funktionsleitung zusammenführt; und eine Auslassleitung in Strömungsrichtung mit dem zusammengeführten Anschluss des zweiten Splitters.
Das Steuersystem umfasst mindestens ein Steuerventil, das in der Umgehungsleitung, dem ersten Splitter oder dem zweiten Splitter angeordnet ist, und die Steuerung des Verhältnisses zwischen der Wassermenge, die durch die Umgehungsleitung fließt, und dem Wasser, das durch die Funktionsleitung fließt, ermöglicht; mindestens ein Sensoreinheit angepasst darauf, um einen Wert zu erfassen, der sich auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit bezieht und entsprechende Daten erfasst; und ein Ventilsteuersystem. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Daten von der mindestens einen Sensoreinheit; Auswertung der empfangenen Daten zu Schätzen des Abnutzungsfortschritts der Funktionseinheit; das Steuern des mindestens einen Steuerventils, um das Verhältnis in Abhängigkeit vom geschätzten Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit dies bezogen so einzustellen, um eine stabilisierte Wassereigenschaft trotz zunehmender Abnutzung der Funktionseinheit zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein computerlesbares Medium gerichtet, das einen Programmcode enthält, der, wenn er von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, das oben beschriebene Programm auszuführen.
Eine detaillierte Beschreibung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung kann durch die nachfolgenden detaillierten Ausführungen, sowie Zeichnungen besser verstanden werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuerungsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 stellt eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuersystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuerungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, verfügt das Trinkwasseraufbereitungssystem, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ist, eine Einlassleitung 10, die mit einer Quelle 20 für Trinkwasser verbunden ist. Die Trinkwasserquelle ist vorzugsweise ein Leitungswasseranschluss oder ein Wassertank mit Wasserpumpe. Ferner ist ein erster Teiler 30 in Strömungsverbindung mit der Einlassleitung 10 angeordnet, die die Einlassleitung 10 in eine Funktionsleitung 50 und eine Umgehungsleitung 60 aufteilt. Eine Funktionseinheit 70 ist vorgesehen, die eine Magnesiumabgabefunktion aufweist, sowie ein zweiten Teiler 40 der in Strömungsverbindung, der die Umgehungsleitungsleitung 60 und der Funktionsleitung 50 stromabwärts der Funktionseinheit 70 zusammenführt. Weiterhin ist ein Auslass 80 in Strömungsrichtung angeordnet, die im Anschluss des zweiten Teilers 40 angebracht ist.
Die obigen Komponenten werden von einem Steuersystem 100 erfasst und gesteuert. Das Steuersystem in der Ausführungsform von 1 umfasst zwei Steuerventile SV1 und SV2, die in der Funktionsleitung 50 bzw. Umgehungsleitung 60 angeordnet sind, um das Mischverhältnis der durchfließenden Wassermenge zwischen der Umgehungsleitung 60 und der Funktionsleitung 50 steuerbar machen. Dies erfolgt durch das allmähliches Öffnen / Schließen der Ventile SV1 und SV2.
In der aufgezeigten Ausführungsform sind zwei Sensoreinheiten 110 und 120 vorgesehen. Die Sensoren 110 und 120 sind angepasst, um einen Wert zu erfassen, der sich auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit 70 bezieht und darauf ausgelegt, entsprechende Daten generieren.
Ein Ventilsteuersystem 130 empfängt die Daten von den Sensoren 110, 120 und wertet die empfangenen Daten aus, um einen Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit 70 abzuschätzen und daraufhin die Steuerventile SV1, SV2 anzusteuern, um das Wassermischverhältnis in Abhängigkeit des geschätzten Abnutzungsfortschritts so einzustellen, dass die Wirkweise der Funktionseinheit 70 ein charakteristisch stabilisiertes Wasser durch das Trinkwasseraufbereitungssystem erzeugt.
Als Beispiel kann der Wasserfluss auf eine bestimmte Druckrate und einen bestimmtes Wasservolumen pro Minute durch eine Membranpumpe erfolgen, die vom vorherigen Wasserbehälter 20 gespeist wird und so eingestellt wird. Z.B. 60 PSI und 5,21 1 / min, jedoch nicht auf diese Durchflussrate beschränkt.
Als Sensoren 110 und 120 sind zwei intelligente Durchflussmesser 110 und 120 installiert. Einer an der Umgehungsleitung 60 und der andere in der Funktionsleitung 50 direkt nach dem Funktionsfilter 70 bevor die „Umgehungsleitung“ und der „Funktionsfilterströmungsweg“ wieder an Punkt 40 zusammengeführt werden. Bevor beide Wasserströmungswege wieder angeschlossen werden, kann ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) hinzugefügt werden um die Genauigkeit etwas zu verbessern. Die intelligenten Durchflussmesser 110 und 120 sind drahtlos mit einem Datenempfangshub 136 verbunden und Senden die Daten an eine Datencloud 134 oder über ein direktes Eingangssignal an eine hierfür entworfene Leiterplatte 132, die auf den Zweck der Erfindungen ausgelegt ist. Die Software befindet sich auf der Cloud 134 oder auf einer lokalen Verarbeitungseinheit 134 und wandelt die empfangenen Eingabedaten in den Wert der verbleibende Lebensdauer des Filters bzw. die aktuelle Abnutzungsstufe um, so dass das Steuerelement, z.B eine Leiterplatte (PCB) 132 die Magnetventile SV1 und SV2 im entsprechenden Verhältnis öffnet, um die konstante Filtrationsleistung im Hinblick auf die Gesamtnutzungszeit zu erzeugen („Wassereigenschaft, z. B. Mineralisierung“).
2 ist eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuerungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform von 2 ist im Wesentlichen identisch mit dem von 1, so dass entsprechende Abschnitte der Funktionen nicht noch einmal beschrieben werden und stattdessen im Allgemeinen auf 1 Bezug genommen wird, so wie oben beschrieben.
Der Unterschied zwischen 1 und 2 besteht darin, dass ein zusätzlicher intelligenter Durchflussmesser 140 vorhanden ist. In 1 kann der Gesamtverbrauch in Bezug auf das Wasservolumen durch die Summe von den Durchflussmessern 110 und 120 berechnet werden. In 2 wird der Gesamtdurchfluss im Durchflussmesser 140 erfasst, welches die Erfassungsgenauigkeit erhöhen kann, z.B. wenn weitere zusätzliche Geräte oder Filter angeschlossen sind. Des Weiteren können Wasserlecks im Wasserleitungssystem durch Abweichungen zwischen den Daten von Durchflussmesser 110 und 120 und Durchflussmesser 140 erkannt werden.
In den Ausführungsformen kann die Funktionseinheit 70 z.B. einen biokeramischen Post-In-Linie Mineralfilter anwenden, die als Beispielswert, ungefähr 10 mg/l Magnesium oder Kalzium freisetzen sollen und bei 3000 1 abgenutzt sind. Jedoch beginnen die Funktionsfilter bei Erstanwendung mit einer höheren Freisetzungsrate z.B. bei 40 mg/l und die Mineralfreisetzungsrate verringert sich stetig, je mehr sie verwendet werden. Die von der Software kalibrierte Leiterplatte 132 öffnet dann das Ventil SV1 für 25% und das Ventil SV2 für 75% Wasser Ausgabedauer während des gesamten Wasserabgabevorgangs. Durch die Vordefinition der Herstellerspezifikationen des Mineralisierungsfilters 70 und deren Verbindung mit der tatsächlichen Filterverbrauchsmenge, ermöglicht dies dem Endbenutzer eine konsistentere Ausgabe mit weniger Schwankungen und weiterhin führt dieser Erfindungsaufbau zu einer verlängerten und optimierten Filternutzungsdauer. Es ist zu beachten, dass weitere Filterarten und / oder Wasser charakteristische Änderungsvorrichtungen in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Aufbau angewendet werden können.
Während die vorliegende Erfindung hauptsächlich zur Stabilisierung der Wassereigenschaften dient, können die Absolutwerte dieser Eigenschaften, aufgrund der Abhängigkeit vom Mineralgehalt des Einlasswassers, nicht vollständig garantiert werden und bleiben ebenfalls beeinflusst vom Reaktivitätsniveau des Einlasswassers mit dem Inline-Nachfilter und den darin enthaltenen Materialien. Allerdings wird durch die Erfindung eine weitaus höhere Präzision erreicht, als durch das gewöhnlich übliche Modell, welches starke Mineralisierungsschwankungen zwischen der ersten Verwendung des Filters und späteren Verwendungsstufen aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtwasserabgabe für jeden Wasserausgabevorgang vordefiniert und wird dann im Bezug auf die Gesamtdurchflussmenge der Wasserpumpe berechnet. Bevor der Wasserabgabevorgang gestartet wird jener Wert an die Leiterplattenbox 132 übertragen und die korrekten Signaldauerzeiten zwischen den einzelnen Ventilen SV1 und SV2 werden erzeugt. Diese Eingabe der gewünschten Gesamtwasserausgabemenge kann entweder über eine Endbenutzer-App-Oberfläche, einen angeschlossenen Touchpanel-Steuerungsmonitor, potenzielle Sprachbefehlsfunktionen bei seit Kurzen verfügbaren sogenannten „Smart Faucets“ geschehen oder über die im PCB angeschlossenen vordefinierten Ausgabemengen mit mechanischem Knopfmechanismus.
3 ist eine schematische Zeichnung eines Trinkwasseraufbereitungssystems mit einem Steuerungssystem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In jener beschriebenen anderer Ausführungsform der Erfindung, sind intelligente Sensoren 150 und 160 für Wasserparameter wie pH, TDS, ORP, H2 oder Andere, hinzugefügt. Der Smart Sensor 160 wird in den Wasserflussweg nach dem Einlass angebracht, z.B. nach einer Membranpumpe. Die jeweiligen Sensoren können dann direkte Messwerte über den aktuellen Wasserzustand auslesen, die dann die Mischrate und Öffnungszeit der Ventile SV1 und SV2 beeinflussen können, um so die angestrebte Wertoptimierung zu erreichen.
Sensoren dieser Art sind nach dem derzeitigen Stand der Technik für den privaten oder gewerblichen Gebrauch auf dem Markt nicht häufig erhältlich, jedoch hauptsächlich bereits in der Industrie zu finden. Zu diesem Zeitpunkt sind Sie immer noch zu kostenintensiv für eine regelmäßige Nutzung in privaten Wasserfiltration oder bei der Anbringung in Wasserspendern / Getränkemaschinen. Abhängig von der Art des Funktionsfilters (z. B. Mineralisierung) benötigt die Software 134 eine korrelierende Anwendungsdauereingabe des Funktionsfilters. Vorzugsweise können jedoch moderne IoT- Sensoren angewendet werden, die für die vorliegende Erfindung gewünschte Größe, Genauigkeit, Konnektivität und Marktkosten bieten können. Da das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) eine enorme Skalierbarkeit im Netzwerkbereich aufweist, führt dies zu einem enormen Anstieg solcher Geräte. Beispielsweise kann IETF 6LoWPAN verwendet werden, um die Geräte mit IP-Netzwerken zu verbinden. Das IETF Constrained Application Protocol, ZeroMQ und MQTT bieten möglicherweise leichteren Datentransport.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Funktionalität der vorliegenden Erfindung ermöglicht Die Ausführungsform von 3 die Erzeugung gezielter Wassereigenschaften, z.B. Ziel-pH-Werte. Ein alkalischer Nachmineralisierungsfilter 70 ist typischerweise nicht für unterschiedliche pH-Werte einstellbar, die von der Standardfreigaberate abweichen. In der Ausführungsform von 3 wird es ermöglicht, das pH-Spektrum oberhalb des Einlasswassers aus dem Tank zu justieren, wobei das Einlasswasser den minimal steuerbaren Ausgangswert darstellt. Elektrische Wasserionisierer zeigen Flexibilität in der Elektrolysestärke und können daher Annäherungswerte beim Erzeugen des gewünschten Ausgangswassers in beide pH-Spektren (alkalisch und sauer) ermöglichen, weisen jedoch erhöhtes Risiko einer Verkalkung der Elektrolysemembran, einen hohen Maschinenpreis oder elektrischen Ausfall im Vergleich zu einer funktionellen Funktionsfilterwassereinstellungsmethode auf.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit den gegenwärtigen Betrachtungen beschrieben wurde, die als praktischste und bevorzugteste Ausführungsformen angesehen werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern soll im Gegenteil für verschiedene Modifikationen die Grundlage bilden, die gleichwertige Anordnungen umfassen und den Geist und den Umfang der beigefügten Ansprüche betreffen. Ferner versteht es sich, dass alle beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar und kompatibel sind, sofern nicht anders angegeben.

Claims

Steuersystem (100) zur Steuerung eines Trinkwasseraufbereitungssystems, das umfasst: eine Einlassleitung (10), die mit einer Trinkwasserquelle (20) verbunden werden kann; einen ersten Verteiler (30) in Strömungsverbindung mit der Einlassleitung (10), der die Einlassleitung (10) in eine Funktionsleitung (50) und eine Umgehungsleitung (60) aufteilt; eine funktionelle Einheit (70) mit einer Mg-Ionenfreisetzungsfunktion, die in der Funktionslinie (50) angeordnet ist; einen zweiten Teiler (40) in Strömungsverbindung mit der Umgehungsleitung (60) und der Funktionsleitung (50) der stromabwärts der Funktionseinheit (70) beide Leitungen zusammenführt; und eine Auslassleitung (80) in Strömungsverbindung mit dem zusammengeführten Anschluss des zweiten Teilers (40); wobei das Steuersystem (100) umfasst: - mindestens ein Steuerventil (SV1, SV2) welches in der Funktionsleitung (50), der Umgehungsleitung (60), dem ersten Teiler (30) oder dem zweiten Teiler (40) zum Steuern eines Verhältnisses der Wassermenge die durch die Umgehungsleitung (60), und dem Wasser, das durch die Funktionsleitung (50), fließt; - mindestens eine Sensoreinheit (110, 120), die angepasst ist, um einen Wert zu erfassen, die sich auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) bezieht und entsprechende Daten erzeugt; und -ein Ventilsteuersystem (130), das die Daten von der mindestens einen Sensoreinheit (110, 120) empfängt und im Bezug auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) anwendet, um mindestens ein Steuerventil (SV1, SV2) so anzusteuern, dass ein Verhältnis in Abhängigkeit von der Einstellung des geschätzten Abnutzungsfortschritts der Funktionseinheit (70) zur Stabilisierung einer Wassereigenschaft durch das Trinkwasseraufbereitungssystem erzielt wird.
Steuersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Wassereigenschaften die stabilisiert werden sollen aus folgenden Gruppen besteht: pH-Wert, Oxidationsreduktionspotential (ORP), Konzentration an freiem H₂ sowie Kombinationen daraus.
Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sensoreinheit (110, 120) einen ersten Durchflussmesser (120) umfasst, der in der Funktionsleitung (50) angeordnet ist und wobei das Ventilsteuersystem (130) ferner eine Speichereinheit umfasst, wobei das Ventilsteuersystem (130) Durchflussdaten von dem ersten Durchflussmessessgerät (120) empfängt und als die Summe des vom ersten Durchflussmesser (120) erfassten Wasservolumens in der Speichereinheit abspeichert. Der Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) wird auf Basis einer zuvor eingestellten Gesamtnutzungsdauer der Funktionseinheit (70) und der Summe des Wasservolumens, das bereits die Funktionseinheit (70) passiert hat, abschätzend bestimmt.
Steuersystem (100) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Sensoreinheit (110, 120) ferner einen zweiten Durchflussmesser (110) umfasst, der in der Umgehungsleitung (60) angeordnet ist, worin das Ventilsteuersystem (130) Durchflussdaten von einem weiteren Durchflussmesser (120) erfasst und das mindestens eine Steuerventil (SV1, SV2) steuert, um das Verhältnis abhängig von der Schätzung des Abnutzungsfortschritts einzustellen und um so eine stabilisierte Wassereigenschaft zu erreichen.
Steuersystem (100) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Sensoreinheit (110, 120) ferner einen dritten Durchflussmesser (140) umfasst, der in der Einlassleitung (10) angeordnet ist, wobei das Ventilsteuersystem (130) dritte Durchflussdaten vom ersten Durchflussmesser (120) empfängt und das mindestens eine Steuerventil (SV1, SV2) steuert, um so das Wasserverhältnis abhängig von der Schätzung des geschätzten Verarmungsfortschritts einzustellen und um so eine stabilisiert Wassereigenschaft zu erreichen.
Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sensoreinheit (110, 120) einen zusätzlichen Wassereigenschaftensensor (150) umfasst, der in der Funktionsleitung (50) oder Auslassleitung (80) angeordnet ist und Daten in Bezug auf die Wassercharakteristik erzeugt, wobei das Ventilsteuersystem (130) die Messwerte bezüglich der Wassercharakteristik als Daten empfängt und den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) auf Grundlage der vom Wassereigenschaftensensor empfangenen Daten abschätzt.
Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilsteuersystem (130) einen Datenempfangsknoten (136) zur drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikation mit dem mindestens einen Steuerventil (SV1, SV2) und der mindestens einen Sensor Einheit (110, 120) umfasst.
Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilsteuersystem (130) eine Verarbeitungseinheit (134) umfasst, die Daten von der mindestens einen Sensoreinheit (110, 120) empfängt, entweder direkt oder über den Datenempfangsknoten (136) aus Anspruch 7, sowie einen Prozessor (134), der die Software ausführt, die die empfangenen Daten auswertet, um den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) abschätzt.
Steuersystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Ventilsteuersystem (130) ferner eine Steuereinheit (132) umfasst, die drahtgebunden oder drahtlos mit dem mindestens einen Steuerventil (SV1, SV2) verbunden ist und ein Steuersignal an das mindestens eine Steuerventil (SV1, SV1) sendet, basierend auf den Berechnungen der Verarbeitungseinheit (134).
Steuersystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (132), der Prozessor (134) und der Datenempfangshub (136) des Ventilsteuersystems (130) in einem einzigen Gehäuse integriert sind.
Steuersystem (100) nach Anspruch 9, wobei nur die Steuereinheit (132) und der Datenempfangshub (136) des Ventilsteuersystems (130) in einem einzigen Gehäuse integriert sind.
Steuersystem (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 11, wobei der Prozessor (134) auf einen Cloud-basierter oder einen serverbasierten Dienst ausgelagert ist, der mit der Steuereinheit (132) und der Datenempfangshub (136) über ein lokales Netzwerk oder ein Wide Area Network kommuniziert.
Steuersystem (100) nach Anspruch 12, wobei die Verarbeitungseinheit (134) mit der Steuereinheit (132) und dem Datenempfangshub (136) über ein Internet Protokoll, z.B. TCP / IP (Übertragungssteuerungsprotokoll / Internetprotokoll), UDP / IP (Benutzer) Datagrammprotokoll / Internetprotokoll), HTTP (HyperText Transfer Protocol) und / oder FTP (Dateiübertragungsprotokoll) kommuniziert.
Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Steuerventil (SV1, SV2) ein erstes und ein zweites Magnetventil (SV1, SV2) umfassen und in der Funktionsleitung (50) bzw. der Umgehungsleitung (60) angeordnet sind.
Trinkwasseraufbereitungssystem, umfassend: eine Einlassleitung (10), die mit einem Zufluss (20) für Trinkwasser, welches im Wesentlichen konstanten Eigenschaften aufweist, verbunden werden kann; einen ersten Verteiler (30) in Strömungsrichtung mit der Einlassleitung (10), der die Einlassleitung aufteilt (10), in eine Funktionsleitung (50) und eine Umgehungsleitung (60); eine funktionelle Einheit (70) mit einer Mg-Ionenfreisetzungsfunktion, die in der Funktionslinie (50) angeordnet ist; einen zweiten Teiler (40), der die Umgehungsleitung (60) und die Funktionsleitung (50) stromabwärts der Funktionseinheit (70) zusammenführt; eine Auslassleitung (80) in Strömungsrichtung mit dem zusammengeführten Anschluss des zweiten Teilers (40); und ein Steuersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Software, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, eine Betriebsverfahren eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Trinkwasseraufbereitungssystems auszuführen, welches eine Einlassleitung (10) umfasst, die mit einem Zufluss für Trinkwasser mit im wesentlichen konstanten Eigenschaften (20) verbunden werden kann; einen ersten Verteiler (30) in Strömungsrichtung mit der Einlassleitung (10) der die Einlassleitung (10) in eine Funktionsleitung (50) und eine Umgehungsleitung (60) aufteilt; eine funktionale Einheit (70) mit einer Mg-Ionenfreisetzungsfunktion, die in der Funktionslinie (50) angeordnet ist; ein zweiter Teiler (40), der die Umgehungsleitung (60) und die Funktionsleitung (50) stromabwärts nach der Funktionseinheit (70) zusammenführt; und eine Auslassleitung (80) in Strömungsrichtung mit dem zusammengeführten Anschluss des zweiten Teilers (40); das Steuersystem (100) umfasst: mindestens ein Steuerventil (SV1, SV2), das in der Umgehungsleitung (60), dem ersten Verteiler (30) oder dem zweiten Teiler (40) zum Steuern eines Verhältnisses der durchfließenden Wassermenge zwischen der Umgehungsleitung (60) und der Funktionsleitung (50); mindestens eine Sensoreinheit (110, 120), die angepasst ist, um einen Wert zu erfassen, der sich auf den Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) bezieht und entsprechende Daten erzeuget; und ein Ventilsteuersystem (130), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Empfangen von Daten von der mindestens einen Sensoreinheit (110, 120); Auswerten der empfangenen Daten, um einen Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit abzuschätzen (70); und Steuern des mindestens einen Steuerventils (SV1, SV2), um das Wasserflussverhältnis in Abhängigkeit vom geschätzten Abnutzungsfortschritt der Funktionseinheit (70) einzustellen und um stabilisierte Wasserswerte in charakteristischen Eigenschaften zu erzielen.
Computerlesbares Medium mit Programmcode, das, wenn es von einen Computer ausgeführt wird bewirkt, dass der Computer das Programm nach Anspruch 16 ausführt.