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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid (CO2) in Trinkwasser, insbesondere für den häuslichen Gebrauch, mit einer CO2-Quelle und einer mit der CO2-Quelle verbundenen und eine Dosierventileinheit aufweisenden Dosierleitung zum dosierten Einbringen des CO2 von der CO2-Quelle in das Trinkwasser. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einbringen von CO2 in Trinkwasser sowie die Verwendung einer CO2-Abscheidevorrichtung in einem Trinkwassersprudler.
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Zur Aufbereitung von Trinkwasser mit Kohlensäure werden häufig Wassersprudler eingesetzt. Ein Trinkwassersprudler besteht gewöhnlich aus einer Halterung mit einer austauschbaren Gaskartusche, die je nach Modell mit etwa 300-500 g Kohlenstoffdioxid befüllt ist. Das Wasser wird in spezielle, druckbeständige Flaschen gefüllt und druckdicht an die Halterung geschraubt. Anschließend wird auf Knopfdruck über ein Leitungs- und Ventilsystem das Gas in das Wasser eingeleitet. Über die Dauer des Einleitens wird der spätere Kohlensäuregehalt bestimmt. Der dabei entstehende Überdruck im Wasserbehälter wird bei zu großem Anstieg abgelassen. Bei häufiger Verwendung der Wassersprudler müssen die CO2-Gaskartuschen regelmäßig gewechselt werden.
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Es ist weiterhin bekannt, dass aus der Umgebungsluft Kohlenstoffdioxid entnommen werden kann. Dafür existieren unterschiedliche Verfahren.
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Aus der
DE 28 05 640 C2 ist bekannt, dass mittels flüssiger Waschmittel auf Amin-Basis CO2 aus Gasgemischen wie der Luft gefiltert werden kann.
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Aus der
WO 2015/185434 A1 ist bekannt, dass mittels fester Adsorber und Vakuumkammern CO2 aus der Luft gewonnen werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid, im Folgenden auch als CO2 bezeichnet, in Trinkwasser nach Gattung des unabhängigen Anspruchs 1, wobei die CO2-Quelle eine CO2-Abscheidevorrichtung aufweist, welche ausgebildet ist, das in das Trinkwasser einzubringende CO2 aus der Umgebungsluft der Vorrichtung zu filtern, um dieses mittels der Dosierleitung in das Trinkwasser einzubringen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines CO2-Filterprozesses aus einer Umgebungsluft zum Einbringen in Trinkwasser, insbesondere für den häuslichen Gebrauch, mit folgenden Schritten:
- - Ermitteln eines Gasdrucks in einem Gasdruckspeicher, welcher ausgebildet ist, das aus der Umgebungsluft mittels der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte CO2 zwischenzuspeichern und mittelbar oder unmittelbar an eine Dosierleitung zum Einbringen in das Trinkwasser abzugeben; und
- - Steuern und/oder Regeln der CO2-Abscheidevorrichtung und/oder einer Ventilatoreinheit, welche ausgebildet ist, die Umgebungsluft zur Filterung des CO2 der CO2-Abscheidevorrichtung 24 zuzuführen, und/oder einer Pumpeinheit, welche ausgebildet ist, das mittels der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte CO2 unter Druck mittelbar oder unmittelbar an die Dosierleitung zum Einbringen in das Trinkwasser weiterzuleiten, in Abhängigkeit von dem erfassten Gasdruck mittels einer Steuereinheit, um den CO2-Filterprozess, insbesondere eine hierbei gefilterte CO2-Volumengröße zu steuern und/oder zu regeln.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Verwendung einer CO2-Abscheidevorrichtung in einem Trinkwassersprudler, insbesondere in einem Auftisch-Trinkwassersprudler und/oder einem Untertisch-Trinkwassersprudler, zur Filterung des in das Trinkwasser einzubringenden CO2 aus der Umgebungsluft des Trinkwassersprudlers.
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Die Vorrichtung zum Einbringen von CO2 (Kohlenstoffdioxid) in Trinkwasser ist bevorzugt für den häuslichen Gebrauch ausgebildet bzw. eingerichtet. Die Vorrichtung ist bevorzugt mobil ausgebildet. Unter Trinkwasser soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliches Getränk verstanden werden, welches trinkbares Wasser aufweist.
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Die Vorrichtung ist bevorzugt als Trinkwassersystem bzw. Trinkwasseraufbereitungssystem, insbesondere Trinkwassersprudler ausgebildet. Hierbei kann die Vorrichtung bevorzugt als Auftisch-Trinkwassersystem, insbesondere Auftisch-Trinkwassersprudler ausgebildet sein. Alternativ kann die Vorrichtung bevorzugt als Untertisch-Trinkwassersystem, insbesondere Untertisch-Trinkwassersprudler, welches bspw. in einem Küchenschrank verbaut ist, ausgebildet und mit einer Wasserleitung, insbesondere häuslichen Wasserleitung verbindbar oder verbunden sein.
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Die CO2-Quelle ist mit einer Dosierleitung verbunden. Die Dosierleitung weist eine Dosierventileinheit zum dosierten Einbringen des CO2 von der CO2-Quelle in das Trinkwasser.
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Erfindungsgemäß weist die CO2-Quelle eine CO2-Abscheidevorrichtung auf. Die CO2-Abscheidevorrichtung ist hierbei ausgebildet, das in das Trinkwasser einzubringende CO2 in situ aus der Umgebungsluft der Vorrichtung zu filtern, um dieses mittels der Dosierleitung in das Trinkwasser einzubringen. Die CO2-Abscheidevorrichtung ist bevorzugt als CO2-Adsorbervorrichtung ausgebildet, welche wiederum zur Filterung des einzubringenden CO2 ausgebildet ist, mittels Adsorption das CO2 aus der Umgebungsluft chemisch oder physikalisch zu binden. Hierbei kann die CO2-Adsorbervorrichtung zur Adsorption eine Erwärmungseinheit zum Erwärmen eines entsprechenden Adsorbermaterials aufweisen. Das Adsorbermaterial weist hierbei eine CO2-bindende Eigenschaft auf. Das Adsorbermaterial kann auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise hergestellt sein. Demnach kann das Adsorbermaterial an sich eine CO2-bindende Eigenschaft aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Adsorbermaterial zur Erzielung der CO2-bindenden Eigenschaft entsprechend beschichtet, imprägniert oder funktionalisiert sein. Hierbei kann das Adsorbermaterial bspw. einen porösen Feststoff als Träger mit einem Grundmaterial aufweisen oder daraus bestehen, welches ausgewählt ist aus zumindest einem Material der folgenden Gruppe: Harze, Polymere, Keramiken, Zeolithe, Silicate, metallorganische Verbindungen, organische Materialien wie Cellulose. Das Grundmaterial kann wiederum mit Aminen oder anderen Komponenten, die ausgebildet sind, CO2 chemisch oder physikalisch zu binden, spezifisch funktionalisiert sein.
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Die Funktionsweise der CO2-Abscheidevorrichtung bzw. der CO2-Adsorbervorrichtung kann analog zu der Vorrichtung gemäß der einleitend beschriebenen
WO 2015/185434 A1 erfolgen. Hierbei ist die CO2-Abscheidevorrichtung bzw. der CO2-Adsorbervorrichtung verständlicherweise ausreichend leistungsfähig für den Einsatz in einem Trinkwassersystem bzw. einem Trinkwassersprudler ausgebildet. Ferner ist auch die Größe der CO2-Abscheidevorrichtung bzw. der CO2-Adsorbervorrichtung verständlicherweise entsprechend klein für den Einsatz in einem Trinkwassersystem bzw. einem Trinkwassersprudler dimensioniert.
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Die CO2-Quelle weist bevorzugt ferner eine Ventilatoreinheit auf. Die Ventilatoreinheit ist ausgebildet, die Umgebungsluft zur Filterung des CO2 der CO2-Abscheidevorrichtung, insbesondere gesteuert bzw. gezielt zuzuführen. Hierfür weist die Ventilatoreinheit zumindest einen Ventilator auf. Die Ventilatoreinheit weist ferner zur Zuführung der Umgebungsluft einen eine Luftzufuhrventileinheit aufweisenden Luftzufuhrkanal auf. Hierdurch kann die Filterung des CO2 aus der Umgebungsluft kontrolliert und optimiert durchgeführt werden.
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Weiter bevorzugt wird die von der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte Umgebungsluft mittels eines eine Luftabführventileinheit aufweisenden Luftabführkanals aus der CO2-Abscheidevorrichtung abgeführt.
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Die CO2-Quelle weist ferner bevorzugt eine Pumpeinheit auf. Die Pumpeinheit kann zum einen ausgebildet sein, einen Unterdruck in der CO2-Abscheidevorrichtung bzw. der CO2-Adsorbervorrichtung zu erzeugen bzw. das mittels der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte CO2 mittels Unterdruck aus der CO2-Abscheidevorrichtung bzw. der CO2-Adsorbervorrichtung zu saugen. Für eine effiziente Desorbierung muss ein ausreichend tiefer Unterdruck von bspw. ca. 5-200 mbar,abs in der Adsorberkammer der CO2-Adsorbervorrichtung erreicht werden. Hierfür kann die Pumpeinheit eine Vakuumpumpe aufweisen.
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Alternativ, jedoch bevorzugt zusätzlich kann die Pumpeinheit ausgebildet sein, das mittels der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte CO2 unter Druck mittelbar oder unmittelbar an die Dosierleitung zum Einbringen in das Trinkwasser weiterzuleiten, sodass stromab der Pumpeinheit ein Druck von bspw. 5-50 bar CO2 Druck erreicht werden kann. Hierdurch kann das gefilterte CO2 unter Druck in das Trinkwasser eingebracht werden. Hierfür kann die Pumpeinheit alternativ oder zusätzlich eine Hochdruckpumpe aufweisen. Somit weist die Pumpeinheit bevorzugt eine Kombination von Vakuumpumpe mit Kompressor auf.
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Die Pumpeinheit kann unmittelbar mit der Dosierleitung verbunden sein. Bevorzugt weist die CO2-Quelle jedoch ferner einen Gasdruckspeicher auf, welcher ausgebildet ist, das mittels der CO2-Abscheidevorrichtung gefilterte CO2 zwischenzuspeichern und mittelbar oder unmittelbar an die Dosierleitung zum Einbringen in das Trinkwasser abzugeben. Das Fassungsvermögen des Gasdruckspeichers ist hierbei bevorzugt entsprechend dimensioniert, um ausreichend CO2 für mehrere Sprudelvorgänge zu speichern. Der Gasdruckspeicher kann ein Überdruckventil aufweisen.
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Hierbei ist die CO2-Abscheidevorrichtung bevorzugt mittels einer Gasleitung mit dem Gasdruckspeicher verbunden, wobei die Pumpeinheit in der Gasleitung zwischen der CO2-Abscheidevorrichtung und dem Gasdruckspeicher angeordnet ist, um das gefilterte CO2 unter Druck in den Gasdruckspeicher zu leiten bzw. zu fördern. Die Gasleitung kann ebenfalls eine Ventileinheit aufweisen.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Drucksensor und eine entsprechende Steuereinheit auf. Der Drucksensor ist ausgebildet, einen Gasdruck in dem Gasdruckspeicher zu erfassen und die entsprechenden Signale an die Steuereinheit zu übertragen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erfassten Gasdruck bzw. den empfangenen Signalen den CO2-Filterprozess, insbesondere die hierbei gefilterte CO2-Volumengröße zu steuern und/oder zu regeln. Der CO2-Filterprozess umfasst hierbei Adsorberbeladungsprozesse und Adsorberentladungsprozesse. Hierfür ist die Steuereinheit bevorzugt ausgebildet, eine, insbesondere alle der folgenden Einheiten zu steuern und/oder zu regeln: CO2-Abscheidevorrichtung, Ventilatoreinheit, Luftabführventileinheit, Pumpeinheit.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ferner zwischen der Pumpeinheit und der Dosierventileinheit, d.h. in der Dosierleitung oder der Gasleitung oder dem Gasdruckspeicher, ein Gasfilter zur Reinigung des gefilterten CO2 bzw. CO2-Gasstroms, bspw. von unterwünschten Fremdstoffen, vorgesehen ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ferner eine Wasserabscheideeinheit vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, Wasser aus dem gefilterten CO2 bzw. CO2-Gasstrom abzuscheiden. Die Wasserabscheideeinheit kann hierbei ferner ausgebildet sein, das abgeschiedene Wasser dem Trinkwasser zuzuführen. Der Hintergrund hierbei ist, dass bei der Abscheidung von CO2 aus Luft aufgrund der chemischen Ähnlichkeit von CO2 und Wasser, stets auch Wasser abgeschieden wird.
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Weiter bevorzugt sind mindestens eine, insbesondere alle der folgenden Einheiten in die Vorrichtung integriert: CO2-Abscheidevorrichtung, Ventilatoreinheit, Pumpeinheit, Gasdruckspeicher, Gasfilter, Wasserabscheideeinheit.
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Die Vorrichtung weist des Weiteren bevorzugt eine Gefäßaufnahmeeinheit zur lösbaren Aufnahme eines das Trinkwasser aufweisenden Trinkwasserbehälters auf.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt ein Trinkwasseraufbereitungssystem bzw. einen Trinkwassersprudler für den häuslichen gebraucht bereit, welcher anstatt einer herkömmlichen, regelmäßig auszutauschenden CO2-Kartusche mit einer CO2-Abscheideinrichtung ausgestattet ist, welche das CO2 in situ aus der Umgebungsluft filtert und damit als „permanente“ CO2-Quelle fungiert. Somit entfällt beim erfindungsgemäßen Trinkwassersprudler der Austausch der CO2-Kartuschen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Auftisch-Trinkwassersprudler; und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einbringen von CO2 in Trinkwasser.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Einbringen von CO2 in Trinkwasser, welche in Ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen ist. Die Vorrichtung 10 ist als Auftisch-Trinkwassersprudler 10 für den häuslichen Gebrauch ausgebildet.
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Der Auftisch-Trinkwassersprudler 10 weist als CO2-Quelle 12 und eine mit der CO2-Quelle 12 verbundene und eine Dosierventileinheit 14 aufweisende Dosierleitung 16 zum dosierten Einbringen des CO2 von der CO2-Quelle 12 in das Trinkwasser 18 auf. Das Trinkwasser 18 ist hierbei in einem Trinkwasserbehälter 20, welcher als Wasserflasche 20 ausgebildet ist, angeordnet. Die Wasserflasche 20 ist lösbar an einer Gefäßaufnahmeeinheit 22, welche als Flaschenanschluss 22 ausgebildet ist, aufgenommen bzw. angeschlossen.
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Erfindungsgemäß weist die CO2-Quelle 12 eine CO2-Abscheidevorrichtung 24 auf, welche ausgebildet ist, das in das Trinkwasser 18 einzubringende CO2 aus der Umgebungsluft 26 des Auftisch-Trinkwassersprudlers 10 zu filtern, um dieses mittels der Dosierleitung 16 in das Trinkwasser 18 einzubringen.
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Hierbei ist die CO2-Abscheidevorrichtung 24 als CO2-Adsorbervorrichtung 24 ausgebildet, welche zur Filterung des einzubringenden CO2 ausgebildet ist, mittels Adsorption das CO2 aus der Umgebungsluft 26 chemisch oder physikalisch zu binden. Hierfür weist CO2-Adsorbervorrichtung 24 ein entsprechend funktionalisiertes Adsorbermaterial 28 und ferner eine Erwärmungseinheit 30 zum Erwärmen eines funktionalisierten Adsorbermaterials 28 auf.
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Die CO2-Quelle 12 weist ferner eine Ventilatoreinheit 32 auf, welche ausgebildet ist, die Umgebungsluft 26 zur Filterung des CO2 der CO2-Adsorbervorrichtung 24 gezielt zuzuführen. Hierfür weist die Ventilatoreinheit 32 einen Ventilator 33 und einen eine Luftzufuhrventileinheit 34 aufweisenden Luftzufuhrkanal 36 auf.
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Die von der CO2-Adsorbervorrichtung 24 gefilterte Umgebungsluft 26 wird mittels eines eine Luftabführventileinheit 38 aufweisenden Luftabführkanals 40 aus der CO2-Adsorbervorrichtung 24 abgeführt.
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Die CO2-Quelle 12 weist außerdem eine Pumpeinheit 42 und einen Gasdruckspeicher 44 auf. Hierbei ist die CO2-Adsorbervorrichtung 24 mittels einer Gasleitung 46 mit dem Gasdruckspeicher 44 verbunden, wobei die Pumpeinheit 42 in der Gasleitung 46 zwischen der CO2-Adsorbervorrichtung 24 und dem Gasdruckspeicher 44 angeordnet ist. Die Gasleitung 46 weist ein Gasleitungsventil 48 auf, welches zwischen der CO2-Adsorbervorrichtung 24 und der Pumpeinheit 44 angeordnet ist. Die Pumpeinheit 42 ist ausgebildet, das mittels der CO2-Adsorbervorrichtung 24 gefilterte CO2 mittels der Gasleitung 46 unter Druck in den Gasdruckspeicher 44 zu leiten bzw. zu fördern. Der Gasdruckspeicher 44 wiederum ist ausgebildet, das gefilterte CO2 zwischenzuspeichern und an die Dosierleitung 16 zum Einbringen in das Trinkwasser 18 abzugeben.
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Die CO2-Adsorbervorrichtung 24, die Ventilatoreinheit 32, Pumpeinheit 42 und der Gasdruckspeicher 44 sind hierbei in dem Auftisch-Trinkwassersprudler 10 integriert.
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Der Auftisch-Trinkwassersprudler 10 weist außerdem einen Drucksensor 50 und eine Steuereinheit 52 auf. Der Drucksensor 50 ist an dem Gasdruckspeicher 44 angeordnet und ausgebildet, einen Gasdruck in dem Gasdruckspeicher 44 zu erfassen und die entsprechenden Signale an die Steuereinheit 52 zu übertragen. Die Steuereinheit 52 wiederum ist ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erfassten Gasdruck bzw. den empfangenen Signalen hierbei gefilterte CO2-Volumengröße zu steuern und/oder zu regeln. Hierfür ist die Steuereinheit 52 ausgebildet, die CO2-Adsorbervorrichtung 24, die Ventilatoreinheit 32, die Luftabführventileinheit 38 und die Pumpeinheit 42 entsprechend zu steuern und/oder zu regeln.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Auftisch-Trinkwassersprudlers 10 läuft hierbei wie folgt ab:
- Zunächst fördert die Ventilatoreinheit 32 aktiv Umgebungsluft 26 durch das spezifisch funktionalisierten Adsorbermaterial 28 der CO2-Adsorbervorrichtung 24. Dabei sind die Luftzufuhrventileinheit 34 und die Luftabführventileinheit 38 geöffnet.
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An dem Adsorbermaterial 28 wird das CO2 der zugeführten Umgebungsluft 26 adsorbiert. Ist das Adsorbermaterial 28 ausreichend beladen, werden die Luftzufuhrventileinheit 34 und die Luftabführventileinheit 38 geschlossen und die Pumpeinheit 42 aktiviert. Gleichzeitig wird das Adsorbermaterial 28 mittels der Erwärmungseinheit 30 auf eine Temperatur von beispielsweise 75-120°C erwärmt.
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Aufgrund der erhöhten Temperatur und der Druckabsenkung durch die Pumpeinheit 42 wird CO2 vom Adsorbermaterial 28 wieder freigesetzt und in den Gasdruckspeicher 44 gefördert. Der Druck des Gasdruckspeichers 44 kann dabei ein Vielfaches des Atmosphärendrucks betragen. Zur Druckmessung im Gasdruckspeicher ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher von einer zentralen Steuereinheit 52 ausgelesen werden kann.
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Hat das Adsorbermaterial 28 das adsorbierte CO2 freigegeben, ist das Adsorbermaterial 28 wieder regeneriert und kann erneut CO2 aus einem zugeführten Luftstrom der Umgebungsluft 26 filtern.
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Der zuvor beschriebene CO2-Filterprozess, d.h. der Adsorberbeladungsprozess und der Adsorberentladungsprozess werden mehrfach hintereinander wiederholt durchgeführt, bis der Gasdruckspeichers 44 vollständig gefüllt ist. Die Steuerung bzw. Regelung des CO2-Filterprozess erfolgt hierbei mittels der Steuereinheit 52. Die vollständigen Befüllung wird mittels des Drucksensors 50 ermittelt.
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Anschließend kann das aus der Umgebungsluft in situ gefilterte CO2 aus dem Gasdruckspeicher 44 zu Aufsprudelung des Trinkwassers 28 in der Wasserflasche 20 verwendet werden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Steuern und/oder Regeln eines CO2-Filterprozesses aus einer Umgebungsluft 26 zum Einbringen in Trinkwasser 18, insbesondere für den häuslichen Gebrauch. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Ermittelns 102 eines Gasdrucks in einem Gasdruckspeicher 44, welcher ausgebildet ist, das aus der Umgebungsluft 26 mittels der CO2-Abscheidevorrichtung 24 gefilterte CO2 zwischenzuspeichern und mittelbar oder unmittelbar an eine Dosierleitung 16 zum Einbringen in das Trinkwasser 18 abzugeben. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Steuerns 104 und/oder Regelns 104' der CO2-Abscheidevorrichtung 24 und/oder einer Ventilatoreinheit 32, welche ausgebildet ist, die Umgebungsluft 26 zur Filterung des CO2 der CO2-Abscheidevorrichtung 24 zuzuführen, und/oder einer Pumpeinheit 42, welche ausgebildet ist, das mittels der CO2-Abscheidevorrichtung 24 gefilterte CO2 unter Druck mittelbar oder unmittelbar an die Dosierleitung 16 zum Einbringen in das Trinkwasser 18 weiterzuleiten, in Abhängigkeit von dem erfassten Gasdruck mittels einer Steuereinheit 52, um den CO2-Filterprozess, insbesondere eine hierbei gefilterte CO2-Volumengröße zu steuern und/oder zu regeln.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2805640 C2 [0004]
- WO 2015/185434 A1 [0005, 0013]
