DE19756479A1

DE19756479A1 - Wasseraufbereitungsgerät

Info

Publication number: DE19756479A1
Application number: DE19756479A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ellsel
Original assignee: Individual
Current assignee: Ellssel Horst Dr 53757 Sankt Augustin De
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: DE19756479C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasseraufbereitungsgerät insbesondere ein Wasseraufbereitungsgerät umfassend eine Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung mit einer Heizeinheit sowie mindestens eine Filtereinheit, die ihr zugeführtes Wasser filtern und der Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung zuführen kann.

Ein Wasseraufbereitungsgerät der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 00 566 A1 bekannt. In dem darin beschriebenen Gerät wird als Filtereinheit eine Filtermasse verwendet, die beispielsweise aus den üblichen Ionenaustauschern und Aktivkohlefiltern besteht. Die Filtereinheit dient zum Reinigen und Entkalken des Wassers. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß sich im Gerät und in der Filtermasse bei längerem Betrieb Keime bilden können. Weiterhin sind übliche Filtermassen wie Ionentauscher nur für eine begrenzte Wassermenge ausgelegt, wobei für den Benutzer des Wasseraufbereitungsgeräts nicht erkennbar ist, ob die Filtermasse noch die von ihm erwarteten Funktionen ausübt. Sowohl Ionenaustauscher als auch Aktivkohlefilter können nicht alle Schadstoffe sowie störende Geruchs- und Geschmacksstoffe aus dem Wasser entfernen. Sie sind beispielsweise nicht in der Lage, Nitrat- und Schwermetallionen dauerhaft oder kontrolliert aus dem Wasser herauszufiltern, insbesondere wenn der Filter schon längere Zeit in Gebrauch ist.

Es erscheint daher wünschenswert, insbesondere für die Brühgetränkezubereitung, einen Filter zu verwenden, der Kalk, Schwermetalle wie Blei und andere zwei- und mehrwertige Ionen sowie Keime und größere Teilchen herausfiltert, einwertige Ionen wie Natrium- und Chlorionen jedoch ungehindert hindurchtreten läßt. Dies ist insbesondere aus geschmacklichen Gründen erstrebenswert, weil die genannten einwertigen Ionen in der Regel notwendig sind, um dem Brühgetränk wie beispielsweise Kaffee oder Tee den gewohnten Geschmack zu verleihen. Vollständig reines Wasser, wie beispielsweise destilliertes Wasser, stellt zum einen ein gesundheitliches Risiko dar. Zum anderen sind mit destilliertem Wasser hergestellte Brühgetränke wenig geschmacksintensiv.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines Wasseraufbereitungsgeräts der vorgenannten Art, bei dem zwei- und mehrwertige Ionen sowie Trübstoffe und insbesondere Keime möglichst wirkungsvoll herausgefiltert werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Filtereinheit ein Membranfiltermodul Verwendung findet. Das Membranfiltermodul umfaßt vorzugsweise mindestens eine Nanofiltrationsmembran, die vorteilhafterweise aus Poly- Ether-Sulfon (PES) besteht. Derartige Membranen, die beispielsweise von der Firma Hoechst AG unter der Artikelnummer NF-PES 10 vertrieben werden, filtern wirkungsvoll zwei- und mehrwertige Ionen aus dem Wasser heraus, nicht jedoch einwertige.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin einen abnehmbaren Aufnahmebehälter für ungefiltertes Wasser, aus dem heraus dieses dem Membranfiltermodul zuführbar ist.

Vorteilhafterweise umfaßt das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin eine Pumpe, mittels der das Wasser aus dem Aufnahmebehälter für ungefiltertes Wasser dem Membranfiltermodul zuführbar ist und zwar vorzugsweise unter einem Druck von etwa 10 bar bis 15 bar. Vorteilhafterweise umfaßt das Membranfiltermodul weiterhin eine Ableitung, aus der das nicht durch die Nanofiltrationsmembranen hindurchgetretene Wasser wieder in den Aufnahmebehälter für ungefiltertes Wasser überführt werden kann. Das Wasser wird also unter einem gewissen Druck durch das Membranfiltermodul in einem ununterbrochenen Kreislauf hindurchgepumpt, bis die gewünschte Menge gefiltertes Wasser durch die Nanofiltrationsmembranen hindurchgetreten ist. Vorteilhaft hierbei ist, daß kaum Abwasser entsteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einrichtung für Brühgetränkezubereitung einen Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser, in dem das Membranfiltermodul angeordnet ist, wobei das durch die mindestens eine Nanofiltrationsmembran hindurchtretende Wasser in diesen Aufnahmebehälter gelangen kann. Vorteilhafterweise umfaßt das Membranfiltermodul mindestens zwei Nanofiltrationsmembranen, zwischen denen Spacer-Elemente angeordnet sind. Vorzugsweise umfaßt das Membranfiltermodul mindestens zwei durch eine Nanofiltrationsmembran voneinander getrennte Spacer-Elemente, wobei durch mindestens ein erstes der Spacer-Elemente das ungefilterte Wasser hindurchgepumpt werden kann und wobei durch mindestens ein zweites von dem ersten durch eine Nanofiltrationsmembran getrenntes Spacer- Element das gefilterte Wasser in den Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser hindurch gelangen kann. Auf diese Weise wird die Effektivität des Membranfiltermoduls erhöht, weil das Wasser durch hitzebeständiges Spacermaterial wie beispielsweise aus Stahlwolle bestehende Spacer-Elemente relativ ungehindert hindurchfließen kann, so daß die Zufuhr und die Abfuhr des gefilterten bzw. ungefilterten Wassers zu bzw. von den Nanofiltrationsmembranen gewährleistet wird.

Vorteilhafterweise ist in dem Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser weiterhin die Heizeinrichtung untergebracht, mit deren Hilfe in dem Aufnahmebehälter befindliches gefiltertes Wasser erhitzbar ist. Da sich in dem Aufnahmebehälter weiterhin auch das Membranfiltermodul befindet, wird dieses zusammen mit dem gefilterten Wasser zunächst auf 95°C und danach (bei verminderter Kochleistung) etwa 2 Minuten weiter erhitzt, so daß zum einen störendes Chlor aus dem Wasser getrieben wird und zum anderen sich eventuell in den Nanofiltrationsmembranen und im Aufnahmebehälter abgesetzte Keime abgetötet werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Entstehung eines mikrobiellen Belages (Biofouling) auf der Membranoberfläche verhindert, so daß der Permeatfluß langfristig gesichert werden kann. Da die Druckbeaufschlagung und Temperaturbeaufschlagung der Nanofiltrationsmembranen nacheinander und nicht gleichzeitig erfolgen, weisen die in das erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsgerät eingebauten Nanofiltrationsmembranen eine sehr hohe Lebensdauer auf. In technischen Großanlagen, in denen gemäß dem Stand der Technik Filtrationsmembranen eingesetzt werden, müssen diese zum Entfernen des mikrobiellen Belages entweder mit Biozid behandelt werden oder mit 60°C heißer Natronlauge gespült werden, was Ausfallzeiten und zusätzliche Kosten verursacht. Dies entfällt in dem erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsgerät durch die Unterbringung des Membranfiltermoduls in dem Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser, der Teil der Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung ist.

Vorteilhafterweise ist in dem Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser eine Sensoreinheit angeordnet, die anspricht, wenn sich eine vorgegebene Wassermenge gefilterten Wassers in dem Aufnahmebehälter angesammelt hat. Die Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung umfaßt vorzugsweise einen nach vorn schwenkbaren Kaffeefilterhalter, dem in dem Aufnahmebehälter erhitztes gefiltertes Wasser durch einen an dem Aufnahmebehälter angebrachten Ablauf zuführbar ist. Weiterhin ist vorteilhafterweise in dem Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser ein Temperatursensor angeordnet, der anspricht und bei der Kaffeebereitung in Intervallen, bei Tee einmalig den Ablauf öffnet, wenn das gefilterte Wasser in dem Aufnahmebehälter die vorgegebene Kochdauer aufweist. Dieser Vorgang kann von dem Benutzer des Wasseraufbereitungsgeräts beispielsweise manuell angewählt werden, so daß bei Bedarf auch gefiltertes, nicht erhitztes Wasser entnommen werden kann. Über einen Einstellknopf für die Tassenanzahl kann der Benutzer vorgeben, bis zu welcher Tassenanzahl Wasser in dem Aufnahmebehälter für gefiltertes Wasser gesammelt werden soll. Bei Erreichen dieser Tassenanzahl spricht die Sensoreinheit für die Wassermenge an. Anschließend wird automatisch die Pumpe abgeschaltet und der Erhitzungsvorgang gestartet, der mit einer ca. zweiminütigen Verzögerung abgebrochen wird, nachdem der Temperatursensor eine Temperatur von 95°C detektiert hat. Dann wird der Ablauf geöffnet und das erhitzte Wasser wird dem Kaffeefilterhalter oder direkt der Teekanne zugeführt.

Vorzugsweise umfaßt das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin eine Kanne, in die das gefilterte Wasser oder das zubereitete Brühgetränk überführbar sind. In die Kanne kann das gefilterte Wasser durch den Ablauf zur Zubereitung von Tee auch direkt einmalig (ohne Unterbrechung) oder zur Zubereitung von Kaffee in Intervallen in den mit einem Kaffeefilter bestückten Kaffeefilterhalter überführt werden. Durch das Einschwenken des Kaffeefilterhalters wird ein Schalter betätigt, welcher die intervallartige Zufuhr des Wassers auf den Kaffeefilter auslöst.

Die Kanne ist vorzugsweise auf einer Plattform gehaltert, die höhenverstellbar ausgeführt ist. Auf diese Weise lassen sich zum einen unterschiedliche Kannen in das erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsgerät einführen, zum anderen können Teekannen direkt unter den Ablauf positioniert werden.

In dem Aufnahmebehälter für ungefiltertes Wasser ist ein beispielsweise als Sieb ausgeführter Vorfilter angeordnet, durch den hindurch das Wasser dem Membranfiltermodul zuführbar ist. Auf diese Weise werden größere Schmutzteilchen von der Pumpe und dem Membranfiltermodul ferngehalten.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsgeräts;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsgerät gemäß Fig. 1;

Fig. 4 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Membranfiltermoduls.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt ein erfindungsgemäßes Wasseraufbereitungsgerät ein Gehäuse 1, in dem abnehmbar ein Aufnahmebehälter 2 für ungefiltertes Wasser untergebracht ist. Im in Fig. 1 oberen linken Teil des Gehäuses 1 ist weiterhin ein Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser untergebracht, in dem ein Filtermodul 10 und eine Kocheinrichtung angeordnet sind. Unter dem Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser befindet sich eine Kaffeezubereitungseinheit 4, die im wesentlichen aus einem nach vorn schwenkbaren Kaffeefilterhalter 5 besteht. Unterhalb der Kaffeezubereitungseinheit 4 ist eine Kanne 6 für die zubereitete Flüssigkeit angeordnet. Die Kanne 6 ist auf einer höhenverstellbaren Plattform 18 gehaltert. Zur Teezubereitung ist die Kanne nach Vorschwenken des Kaffeefilterhalters direkt unter dem Aufnahmebehälter 3 positioniert.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß in dem Aufnahmebehälter 2 für ungefiltertes Wasser ein Vorfilter 7 untergebracht ist, der beispielsweise aus einem feinen Sieb bestehen kann. Eine Pumpe 8 saugt das ungefilterte Wasser aus dem Aufnahmebehälter 2 durch den Vorfilter 7 an und führt es über eine Zuleitung 9 dem Membranfiltermodul 10 zu.

Das durch das Membranfiltermodul hindurchtretende Wasser wird in dem Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser gesammelt. Das während eines Umlaufs durch das Membranfiltermodul 10 nicht durch die Membran hindurchgetretene ungefilterte Wasser wird über eine Ableitung 11 wieder dem Aufnahmebehälter 2 für ungefiltertes Wasser zugeführt.

Die Pumpe 8 pumpt solange Wasser aus dem Aufnahmebehälter 2 durch das Membranfiltermodul 10 zurück in den Aufnahmebehälter 2, bis in dem Aufnahmebehälter 3 die gewünschte Menge gefiltertes Wasser vorhanden ist.

Durch das mehrfache Hindurchpumpen des ungefilterten Wassers durch das Membranfiltermodul 10 ist die Möglichkeit gegeben, daß ein ausreichender Volumenstrom vorhanden ist, so daß kein Scaling auf der Membranoberfläche auftritt.

Aus der Draufsicht in Fig. 3 läßt sich erkennen, daß in der beispielsweise abgebildeten Ausführungsform das Membranfiltermodul 10 U-förmig in dem Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser eingeordnet ist. Es besteht die Möglichkeit, auch anders geformte Membranfiltermodule zu verwenden. Die Membranen 12 sind dabei vertikal ausgerichtet und werden durch beispielsweise aus Stahlwolle bestehende Spacer 13, 21 voneinander getrennt (siehe Fig. 4). Als Spacermaterial kann ebenfalls Glaswolle oder Mineralwolle verwendet werden. Dabei wechseln sich jeweils Spacer 13, 21 und Membranen 12 miteinander ab, wobei jeder zweite Spacer als Zulaufspacer 13 für das Durchströmen des ungefilterten Wassers dient und jeder der anderen Spacer als Permeatspacer 21 für das Durchströmen des durch die Membranen 12 hindurchgetretenen gefilterten Wassers dient. Bei dem in Fig. 4 abgebildeten Membranfiltermodul 10 sind die Öffnungen des Permeatspacers 21 auf der Oberseite des Membranfiltermoduls 10 angeordnet, damit die Membranen permanent feucht bleiben bzw. nicht trocknen.

Als Filtermembran wird vorzugsweise eine Nanofiltrationsmembran 12 eingesetzt, wobei insbesondere die Membran NF-PES 1.0 der Firma Hoechst AG geeignet erscheint. Durch Nanofiltrationsmembranen werden zwei- und dreiwertige Ionen sowie größere Schmutzteilchen und Keime aus dem ungefilterten Wasser herausgefiltert. Einwertige Ionen treten in der Regel ungehindert durch eine derartige Nanofiltrationsmembran 12 hindurch.

In dem Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser befindet sich weiterhin ein Einstellknopf 14 für die gewünschte Tassenanzahl der gefilterten Flüssigkeit bzw. des erstellten Kaffees oder Tees. Mit dem Knopf 14 für die Tassenanzahl ist ein Leitfähigkeitssensor 15 verbunden, der dann ein Signal auslöst, wenn der Wasserstand in dem Aufnahmebehälter 3 für gefiltertes Wasser die der gewünschten Tassenanzahl entsprechende Höhe erreicht hat. Falls keimfreies kaltes Wasser hergestellt werden soll, wird das Wasser dann einfach über den Ablauf 16 der sich am unteren Ende des Aufnahmebehälters 3 befindet, nach Vorschwenken des Kaffeefilterhalters 5 hindurch in die Kanne 6 abgelassen. Falls Kaffee oder Tee hergestellt werden soll, wird die beispielsweise aus einem Heizstab 17 bestehende Heizeinrichtung in Betrieb genommen. Wenn das Wasser kocht, kann es ebenfalls über den Ablauf 16 in die Kaffeezubereitungseinheit 4 oder direkt in die Teekanne abgelassen werden. Durch das Erwärmen des Membranfiltermoduls 10 in dem Wasser wird verhindert, daß sich auf den Membranen 13 Keime ansammeln und sich zu einem filtrationshemmenden Biofilm vermehren.

Die Kanne 7 kann auf einer Plattform 18 gehaltert sein, die über eine Lifteinrichtung 19 höhenverstellbar ausgeführt ist. Vermittels eines Liftdrehknopfes 20, der die Lifteinrichtung 19 betätigt, können auf diese Weise unterschiedlich hohe Kannen 6 in das Wasseraufbereitungsgerät eingebracht werden bzw. Teekannen direkt unter den Aufnahmebehälter 3 positioniert werden.

Claims

1. Wasseraufbereitungsgerät umfassend eine Einrichtung (3, 4) zur Brühgetränkezubereitung mit einer Heizeinheit (17) sowie mindestens eine Filtereinheit (10), die ihr zugeführtes Wasser filtern und der Einrichtung (3, 4) zur Brühgetränkezubereitung zuführen kann, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtereinheit ein Membranfiltermodul (10) Verwendung findet.

2. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranfiltermodul (10) mindestens eine Nanofiltrationsmembran (12) umfaßt.

3. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Nanofiltrationsmembran (12) aus Poly-Ether-Sulfon (PES) besteht.

4. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranfiltermodul (10) mindestens zwei Nanofiltrationsmembranen (12) umfaßt, zwischen denen Spacer-Elemente (13, 21) angeordnet sind.

5. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin einen vorzugsweise abnehmbaren Aufnahmebehälter (2) für ungefiltertes Wasser enthält, aus dem heraus dieses dem Membranfiltermodul (10) zuführbar ist.

6. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin eine Pumpe (8) umfaßt, mittels der das Wasser aus dem Aufnahmebehälter (2) für ungefiltertes Wasser dem Membranfiltermodul (10) zuführbar ist.

7. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Membranfiltermodul (10) das Wasser unter einem Druck von etwa 10 bar bis 15 bar zuführbar ist.

8. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranfiltermodul (10) weiterhin eine Ableitung (11) umfaßt, aus der das nicht durch die Nanofiltrationsmembranen (12) hindurch getretene Wasser wieder in den Aufnahmebehälter (2) für ungefiltertes Wasser überführt werden kann.

9. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung einen Aufnahmebehälter (3) für gefiltertes Wasser umfaßt, in dem das Membranfiltermodul (10) angeordnet ist, wobei das durch die mindestens eine Nanofiltrationsmembran (12) hindurchtretende Wasser in diesen Aufnahmebehälter (3) gelangen kann.

10. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranfiltermodul (10) mindestens zwei durch eine Nanofiltrationsmembran (12) voneinander getrennte Spacer-Elemente (13, 21) aufweist, wobei durch mindestens ein erstes der Spacer-Elemente (13), das als Zulaufspacer dient, das ungefilterte Wasser hindurch gepumpt werden kann und wobei durch mindestens ein zweites, von dem ersten durch eine Nanofiltrationsmembran (12) getrenntes, Spacer-Element (21), das als Permeatspacer dient, das gefilterte Wasser in den Aufnahmebehälter (3) für gefiltertes Wasser hindurch gelangen kann.

11. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmebehälter (3) für ungefiltertes Wasser weiterhin die Heizeinrichtung (17) untergebracht ist, mit deren Hilfe in dem Aufnahmebehälter (3) befindliches gefiltertes Wasser erhitzbar ist.

12. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als elektrisch betriebener Heizstab (17) ausgeführt ist.

13. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmebehälter (3) für gefiltertes Wasser eine Sensoreinheit (15) angeordnet ist, die anspricht, wenn sich eine vorgegebene Wassermenge gefilterten Wassers in dem Aufnahmebehälter (3) angesammelt hat.

14. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Brühgetränkezubereitung einen schwenkbaren Kaffeefilterhalter (5) umfaßt, dem in dem Aufnahmebehälter (3) erhitztes gefiltertes Wasser durch einen an dem Aufnahmebehälter (3) angebrachten Ablauf (16) zuführbar ist.

15. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmebehälter (3) für gefiltertes Wasser ein Temperatursensor angeordnet ist, der anspricht und den Ablauf (16) nach einer definierten Zeitvorgabe öffnet, nachdem das gefilterte Wasser in dem Aufnahmebehälter (3) eine vorzugsweise 95°C betragende Temperatur aufweist.

16. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasseraufbereitungsgerät weiterhin eine Kanne (6) umfaßt, in die das gefilterte Wasser oder das zubereitete Brühgetränk überführbar sind.

17. Wasseraufbereitungsgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanne (6) auf einer Plattform (18) gehaltert ist, die höhenverstellbar ausgeführt ist.

18. Wasseraufbereitungsgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmebehälter (2) für ungefiltertes Wasser ein beispielsweise als Sieb ausgeführter Vorfilter (7) angeordnet ist, durch den hindurch das Wasser dem Membranfiltermodul (10) zuführbar ist.