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Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich wirkende Vorrichtung zur Entsalzung von Wasser, gemäß den Merkmalen in Ansprüchen 1 bis 12.
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Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dass an zahlreichen Orten auf der Erde Bedarf an genießbarem Wasser besteht, der nicht aus natürlichen Vorkommen (Quellen, Teichen u.Ä.) gedeckt werden kann. Seit alter Zeit finden sich deshalb menschliche Bemühungen, das ansonsten in großer Menge vorhandene salzhaltige Wasser von den salzigen Bestandteilen zu befreien. Die Verfahren dazu, die im Laufe der Zeit entwickelt wurden, sind vielgestaltig, konnten jedoch im Allgemeinen wegen erforderlichen hohen Energieaufwandes oder sonstiger Nachteile nicht in ausreichendem Umfang vollzogen werden, sodass unverändert brauchbare Entsalzungsverfahren gesucht werden, die nicht nur im Labor-Umfang wirken.
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Es ist weiter zu beobachten, dass, durch Gebrauch oder sonstige Verwendung von Wasser (Industrie, Chemie, menschliche Nutzung) eine Kontaminierung in kleineren Mengen vorhandenen reinen Wassers stattfindet, welches dann sowohl in offenen Lagerstätten (Gruben, Teiche, Fließgewässer, Meere) als auch in geschlossenen Behältnissen (Zisternen, Leitungen, Anlagenbehälter) vorzufinden ist und der Reinigung bedarf. Auch in derartigen Fällen ist das hier beschriebene Verfahren unter den notwendigen Voraussetzungen verwendbar.
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Aufgabe der Erfindung
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Beschreibung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient einem an sich bekannten Ionen-Entnahmeverfahren. Dies setzt voraus, dass sich die in der zu reinigenden Lösung befindlichen Stoffe (hier Salz in Wasser) darin dissoziiert, also in Kationen und Anionen gespalten, befinden. Für andere Wasser-Verunreinigungen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen, ist die Vorrichtung dagegen nicht vorgesehen.
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Eine Vorrichtung für ein in Teilen vergleichbares Verfahren stellt die deutsche OS
DE 10 2020 207594 A1 dar. Offenbart wird dort eine aus geschlossenen Zellen bestehende Vorrichtung, wobei in den Zellen jeweils beidseitig Elektroden zur Interkalation angeordnet sind, die je Kat- bzw. Anionen aufnehmen und auch wieder abgeben. Da dies jedoch in einem allseitig geschlossenen Behälter erfolgt, der nach Abschluss der Kalation vollständig entleert werden muss, wobei die Elektroden dann zu reinigen sind, ehe das Verfahren wiederholt werden kann, ist das dortige Verfahren für eine rasche Abfolge der Reinigungsschritte und damit die Gewinnung größerer Mengen von Süßwasser nicht geeignet. Diesen Vorteil weist die hier offenbarte Vorrichtung durch die entsprechende Gestaltung und Anordnung der Interkalationselektroden auf, die hier lonensammler genannt werden.
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Die Entnahme der Ionen erfolgt danach bekannterweise in mehreren gleichzeitigen und zusätzlich aufeinanderfolgenden Schritten, die in ihrer Abfolge jeweils wiederholt werden können, sodass das Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann. Dies geschieht
in einem ersten Schritt in der Weise, dass die ladungsgemäße Art der Ionen (bei Meerwasser vorzugsweise Kationen Na+, Anionen CI) von dem entsprechenden lonensammler angezogen und in diesem festgehalten werden;
in einem zweiten Schritt in der Weise, das die im lonensammler festgehaltenen Ionen aus diesem abgeführt werden, sodass die Flüssigkeit, in der sie sich befinden, die Sole, anschließend in einen Sammelbehälter für angereicherte Lösung abgelassen werden kann;
in fortlaufender Weise, dass die von Ionen weitgehend entleerte Ursprungsflüssigkeit abfließt und der lonensammler weiterhin mit der Ursprungsflüssigkeit in Kontakt bleibt, sodass das Reinigungsverfahren fortgeführt wird.
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Die lonensammler sind dabei einander unmittelbar gegenüber und paarig jeweils mindestens doppelt hintereinander angeordnet, sodass die zwischen ihnen fortlaufend durchfließende Ursprungsflüssigkeit auch dann weiter fließen und gereinigt werden kann, wenn ein Paar lonensammler zur Ableitung der Sole gegenüber der Ursprungsflüssigkeit geschlossen werden muss.
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Die im Sammelbehälter für angereicherte Flüssigkeit - Sole - vorhandene Flüssigkeitsmenge steht sodann für weitere Verarbeitung (Salzgewinnung, Verwendung in der chemischen Produktion) anderweitig zur Verfügung.
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Die paarige Anordnung der lonensammler einander gegenüber ermöglicht es, die zwei lonenformen (Kat- und Anionen) gleichzeitig aus der Ursprungsflüssigkeit zu entnehmen sodass nach Abschluss insgesamt gereinigtes Süßwasser als Ergebnis zur Verfügung steht. Soweit, wie zum Beispiel bei Meerwasser, neben Natriumchlorid auch weitere Salze (Kaliumchlorid, Magnesiumbromid, Natriumsulfat, Kalziumhydrogencarbonat, Ammoniumfluorid o.Ä.) vorliegen, ist dies unschädlich, da sie ebenso gemäß dem vorliegenden Verfahren in lonenform entzogen werden können.
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Die Hauptmerkmale der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. In den weiteren Ansprüchen sind zusätzliche verbessernde und/oder ergänzende Merkmale beschrieben.
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Ein Ablauf in der hier offenbarten Vorrichtung wird anhand der 1-3 im Folgenden dargestellt.
- 1 zeigt in Durchsicht eine Längsseite des nicht leitenden Durchflußkanals (2) für ungereinigtes Wasser, darin, nebeneinander angeordnet und einander gegenüberliegend, je 2 Sammelbehälter (1a, 1b). Sie sind in die Innenwandung des Durchflusskanals (2) eingesetzt, so daß sie einen Abstand voneinander je nach der Tiefe des Durchflusskanals (2) aufweisen, und auch günstigerweise von außen erreichbar sind. Der Abstand der in den Sammelbehältern (1a, 1b) befindlichen lonensammler (6a, 6b) darf dabei 2 mm nicht überschreiten, weil sonst, bei der anzuwendenden niedrigen elektrischen Spannung, eine ausreichende Entziehung der Ionen in kurzem Zeitraum nicht stattfinden kann. Die elektrische Spannung darf 1,6 V nicht überschreiten. Wäre sie höher, träte in der Ursprungsflüssigkeit die Elektrolyse ein, wodurch Gasblasen erzeugt und die lonenentziehung erheblich behindert würde.
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Die Sammelbehälter (1a, 1b) weisen eine oder mehrere Öffnungen in ihren Wandungen (5) auf, die Luft eintreten lassen, den Austritt von Wasser jedoch ausschließen.
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Oberhalb der Sammelbehälter (1a, 1b) befindet sich die für den Verschluss der Sammelbehälter vorgesehene Folie oder Scheibe (10). Sie kann, wenn die Sammelbehälter (1a, 1b) verschlossen werden sollen, zwischen diese hineingezogen oder -geschoben werden.
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Für den Fall, dass die Sammelbehälter auf diese Weise geschlossen werden, hat der Durchflusskanal (2) eine Umgehungsleitung (Bypass) (11), die mittel einer geeigneten Hilfsvorrichtung (12) geöffnet wird, sobald die Sammelbehälter (1a, 1b) geschlossen werden. Die Ursprungsflüssigkeit kann in diesem Fall unter Umgehung der geschlossenen Sammelbehälter (1a, 1b) entweder zwischen nebenstehende, ebenfalls paarig angeordnete, Sammelbehälter (1a, 1b) oder aus dem Durchflusskanal (2) hinaus weitergeführt werden.
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In der Darstellung befinden sich die Sammelbehälter (1a, 1b) nebeneinander, davon ausgehend, dass der Durchfluss der Ursprungsflüssigkeit waagerecht mit leichtem Gefälle in einer Richtung erfolgt. Es wäre denkbar, die Anordnung senkrecht zu gestalten und die Flüssigkeit in gleicher Weise durchfließen zu lassen. In diesem Fall müssten die Sammelbehälter (1a, 1b) untereinander und der Bypass (11) seitlich angeordnet werden, wodurch sich die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht verändern würde.
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Um sicherzustellen, dass die Ursprungsflüssigkeit nicht zu schnell abfließt und damit die Entnahme der Ionen nicht eintreten könnte, sind am Zufluss der Flüssigkeit und deren Abfluss übliche Regelventile (3 und 4) angeordnet.
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2 zeigt den Blick auf die Schmalseite des Durchflusskanals (2) mit darin befindlichen Sammelbehältern (1a, 1b). Hier ist die Anordnung der Sammelbehälter (1a, 1b) einander gegenüberstehend und in der Flussrichtung der Ursprungsflüssigkeit nebeneinander ersichtlich.
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3 zeigt einen Blick in einen Sammelbehälter (1a, 1b). Hier lässt sich ersehen, dass der Sammelbehälter (1a, 1b) einen lonensammler (6a, 6b) enthält, der mit ihm in Verbindung steht. Der Sammelbehälter (1a, 1b) ebenso wie der lonensammler (6a, 6b) haben eine elektrische Zuleitung (7a, 7b) von einer Ladungsquelle (nicht dargestellt), der Sammelbehälter (1a, 1b) auch eine Wasser-Ablaufleitung (8a, 8b) zu einem Wasserspeicher für angereichertes Wasser - Sole - (ebenfalls nicht dargestellt), Die Wasser-Ablaufleitung aus dem Sammelbehälter (8a, 8b) hat ihrerseits ein Sperrventil (9a, 9b) unmittelbar bei ihrem Beginn am Sammelbehälter (1a, 1b). Der lonensammler (6a, 6b) ist elektrisch leitend und porös zur Aufnahme von Ionen.
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In der Wandung des Sammelbehälters (1a, 1b) befinden sich Öffnungen (5), die für den Fall, dass der Sammelbehälter entleert werden soll, Luft eintreten lassen, den Austritt von Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter jedoch ausschließen.
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Der Sammelbehälter weist schließlich eine Schaltvorrichtung (12) auf, die die außerhalb des Sammelbehälters (1a, 1b) im Durchflusskanals (2) verlaufende Bypassleitung (11) öffnet, sobald der Sammelbehälter (1a, 1b) mittels der Verschlussfolie oder -scheibe (10) geschlossen wird.
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Die jeweils doppelte Kennzeichnung verschiedener Merkmale beruht darauf, dass, wie dargestellt, jeweils mindestens zwei einander gegenüberstehende Sammelbehälter mit entsprechenden Einrichtungen erforderlich sind, damit die unterschiedlichen vorhandenen lonenarten gleichzeitig entnommen und gesammelt werden können.
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Unter Verwendung der anmeldungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich folgender Verlauf:
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Die Ursprungsflüssigkeit (Salzwasser) befindet sich ungehindert im fortlaufenden Durchfluss zwischen den Sammelbehältern. Die Sammelbehälter (1a, 1b) und die lonensammler (6a, 6b) sind zunächst ladungsfrei. Die Durchflussgeschwindigkeit der Ursprungsflüssigkeit wird mittels der Regelventile (3 und 4) so eingestellt, dass eine für den lonenentzug ausreichende Verweildauer der Ursprungsflüssigkeit zwischen den Sammelbehältern (1a, 1b) gegeben ist.
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Nachdem die Sammelbehälter (1a, 1b) und damit die lonensammler (6a,6b) mit der ungereinigten Flüssigkeit (Salzwasser) gefüllt sind, erhalten die Sammelbehälter (1a, 1b) und die lonensammler (6a, 6b) über die Zuleitung (7a, 7b) eine elektrische, positive (bei 1a) oder negative (bei 1b), Ladung.
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Nach einem für die Zuwanderung der Ionen in die lonensammler (6a, 6b) ausreichenden, angemessenen Frist werden die Sammelbehälter (1a, 1b) durch die elektrisch neutrale einzuziehende Folie oder einzuschiebende Scheibe (10) wasserdicht verschlossen und anschließend die Ladung des lonensammlers (6a, 6b) in das jeweilige Gegenteil (positiv zu negativ und umgekehrt) gewandelt.
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Es findet der Austritt der Ionen aus dem lonensammler (6a, 6b) statt. Die Ionen wandern in die umgebende Flüssigkeit. Nach Verstreichen der dafür notwendigen angemessenen Frist wird das Sperrventil (9a, 9b) an der Ablaufleitung (8a, 8b) der Sammelbehälter (1a, 1b) geöffnet, sodass das im Sammelbehälter befindliche, mit Ionen angereicherte Wasser in einen Wasserspeicher (9) (nicht dargestellt) ablaufen kann. In den freiwerdenden Raum im Sammelbehälter (1a, 1b) tritt Luft durch die Öffnungen in der Wand des Behälters (5) ein.
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In der Folge werden zur Wiederholung des Vorganges die Sammelbehälter (1a, 1b) wieder geöffnet und der Zustand des Ventils am Sammelbehälter (1a, 1b) sowie der Ladung des lonensammlers (6a, 6b) wieder wie zu Beginn hergestellt. Die Abläufe sind dann wie dargestellt wiederholt möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, 1b
- Sammelbehälter
- 2
- Durchflusskanal
- 3
- Regelventil im Durchflußkanalzugang
- 4
- Regelventil im Durchflußkanalabgang
- 5
- Öffnungen in der Wandung des Sammelbehälters oder Durchflusskanals
- 6a, 6b
- lonensammler
- 7a, 7b
- elektrische Zuleitung zum Sammelbehälter und lonensammler
- 8a, 8b
- Ablaufleitung des Sammelbehälters
- 9a, 9b
- Sperrventil der Ablaufleitung 8a, 8b
- 10
- Verschlußfolie oder -scheibe für Sammelbehälter
- 11
- Bypass der Sammelbehälter
- 12
- Hilfsvorrichtung zur Bypassöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020207594 A1 [0005]
