DE19823553A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur Entfernung von Mikropartikeln verschiedener Stoffe und zur Abtötung von Ein- und/oder Mehrzellern.

Es ist bekannt, Wasser mit magnetischen bzw. elektrischen Feldern zu beaufschlagen, um durch Kristallkernbildung Schmutzpartikel zu isolieren. Derartige Behandlungs­ vorrichtungen werden eingesetzt, um Ablagerungen und Krustierungen in Rohrleitungssystemen zu verhindern.

In EP-A-0 282 476 ist eine Vorrichtung zur Behandlung einer wäßrigen Flüssigkeit beschrieben, bei der die Flüssigkeit im Durchfluß zwischen einander gegenüber­ stehenden, mit Isolierstoff von der Flüssigkeit getrennten Elektroden der Einwirkung eines durch Anschluß dieser Elektroden an ein DC-Hochspannungspotential gebildeten elektrischen Feldes unterworfen ist. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird dabei einem elektrischen Feld ausgesetzt.

Mit dieser Vorrichtung sollen Kesselstein und Korrosion zum Schutz des an die Vorrichtung angeschlossenen Rohr­ leitungssystems beseitigt werden.

In Sanitär- und Heizungs-Report, Oktober 96, Seiten 116 bis 118, sind die bekannten Wasserbehandlungsgeräte und ihre grundsätzliche Funktion zusammenfassend beschrieben.

Die im Handel erhältlichen Geräte weisen für bestimmte Wasserqualitäten durchaus zufriedenstellende Eigenschaften auf. Da jedoch beispielsweise bundesweit Wasserqualitäten mit GdH 4° bis GdH 30° und sogar darüber anzutreffen sind, lassen sich die bekannten Geräte über diesen Härtebereich nicht mit gleich guten Wirkungen einsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser zu schaffen, die unabhängig von der Wasserqualität gleichbleibend gute Wasserbehandlungs­ eigenschaften aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vor­ richtung zur Behandlung von Wasser vorgeschlagen, die ver­ sehen ist mit

• - einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist und durch das das Wasser entlang eines Strömungsweges in einer Strömungsrichtung fließt,
• - einer im Strömungsweg hinter dem Einlaß angeordneten Lochwand mit von Lochrändern begrenzten Löchern, die zumindest teilweise überlappend mit dem Einlaß des Gehäuses angeordnet sind und durch die das Wasser strömt, wobei beim Auftreffen des Wassers auf die Lochränder überschüssige Kohlensäure des Wassers frei­ gesetzt wird,
• - einem in Strömungsrichtung auf die Lochwand folgenden Expansionsabschnitt, innerhalb dessen der Strömungsweg eine gegenüber dem Bereich der Lochwand vergrößerte Querschnittsfläche aufweist,
• - einem in Strömungsrichtung auf den Expansionsabschnitt folgenden und bis zum Auslaß reichenden Laminar­ strömungsabschnitt und
• - zwei im Laminarströmungsabschnitt angeordnete Elektroden zur Aufprägung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes auf die Wasserströmung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchströmt das zu behandelnde Wasser ein Gehäuse, in das es über einen Einlaß hinein gelangt und über einen Auslaß herausströmt. Innerhalb des Gehäuses strömt das Wasser entlang eines Strömungsweges, in dem mindestens eine Lochwand mit Löchern angeordnet ist, auf die und auf deren Ränder das Wasser auftrifft. Durch das Auftreffen auf die Lochwand und die Lochränder wird das Wasser "aufgesplittet", wodurch in effektiver Weise die überschüssige Kohlensäure des Wasser freigesetzt wird. Im Anschluß an die Lochwand gelangt das Wasser in einen Expansionsabschnitt, in dem der Strömungsweg einen gegenüber dem Bereich der Lochwand vergrößerten Querschnitt aufweist. Dadurch verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit; ferner kommt der Wasserstrom "zur Ruhe". Hinter diesem Expansionsabschnitt befindet sich ein Laminarströmungsabschnitt, den das Wasser laminar durchströmt. In diesem Laminarströmungsabschnitt befinden sich zwei einander gegenüberliegend angeordnete Elektroden, die mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes in dem Laminar­ strömungsabschnitt verbunden sind.

Von entscheidender Bedeutung für die erfindungsgemäße Vor­ richtung ist der Umstand, daß in dem Wasser durch den Auf­ prall auf die Lochwand die überschüssige Kohlensäure frei­ gesetzt wird. Dieser Vorgang ist besonders effektiv, wenn eine Lochwand mit Löchern eingesetzt wird, die quer zur Strömungsrichtung im Strömungsweg angeordnet ist und deren Löcher vom Wasser im wesentlichen ohne Strömungsrichtungs­ änderung durchströmt werben. Die Löcher sind also - in der Projektion betrachtet - mit dem Gehäuseeinlaß zumindest teilweise überschneidend angeordnet, so daß es keiner nennenswerten Umlenkung der Wasserströmung bedarf, insoweit also keine Verwirbelungen und Energieverluste in der Strömung entstehen. Die gesamte kinetische Energie der Wasserströmung kann damit zur "Aufsplittung" des Wassers und zur Freisetzung von zuvor im Wasser gebundener Kohlen­ säure verwendet werden.

Die Lochränder sind vorzugsweise scharfkantig ausgebildet (Kantenradius zwischen 0,1 und 0,5 mm, insbesondere 0,1 und 0,3 mm und vorzugsweise 0,2 mm). An den Rändern bzw. Kanten der Löcher kommt es zu einem für die Freisetzung der überschüssigen Kohlensäure optimalen Aufprall (Aufsplittung), so daß nahezu sämtliche überschüssige Kohlensäure freigesetzt wird. Hierdurch wird die Kristall­ kernbildung extrem stark angeregt.

Im Expansionsabschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt durch die freigesetzte Kohlensäure im Wasser eine intensive Auflösung bzw. Anlösung von beispielsweise Kalk und anderen Substanzen.

Ferner ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung ent­ scheidend, daß das Wasser in demjenigen Bereich (Laminar­ strömungsabschnitt), in dem es dem magnetischen oder elektrischen Feld ausgesetzt ist, laminar, d. h. ohne wesentliche Verwirbelungen strömt. Hierdurch wird erreicht, daß sich das magnetische bzw. elektrische Feld gleichmäßig auf den gesamten Wasserstrom auswirkt und somit für die Kristallkernbildung optimale Bedingungen geschaffen sind. Als Felder können Konstantfelder, Wechselfelder oder Impulsfelder aufgeprägt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Stromimpuls­ verfahren zur Ansteuerung der Elektroden eingesetzt wird, bei dem mit einer Impulsrate von 2,5 bis 10 kHz jeweils ein Strom von 200 bis 800 mA fließt. Die laminare Strömung hat ferner den Vorteil, daß das Wasser "glatt" und ohne Verwirbelungen an den Oberflächen der Elektroden entlang­ strömt, so daß die Energieeinbringung in das Wasser optimal ist und Gasbildungen an der Grenzfläche der Wasserströmung zu den Oberflächen der Elektroden verhindert werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die beiden den Laminarströmungsabschnitt begrenzenden Elektroden im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß ihre an die Wasserströmung angrenzenden Oberflächen im wesentlichen gleich groß sind, d. h. um weniger als 10% bis 20% voneinander abweichen, wobei die Innenfläche der Außenelektrode um diesen Anteil größer sein kann als die Außenfläche der Innenelektrode. Bei koaxialer Anordnung der Elektroden weist die Innenelektrode ohne besondere Maßnahmen eine geringere Oberfläche als die Außenelektrode auf. Durch Einbringen von Rillen in die innenliegende Elektrode kann deren wirksame und der Wasserströmung aus­ gesetzte Oberfläche vergrößert werden. Darüber hinaus haben die in Strömungsrichtung verlaufenden Rillen oder Rippen den Vorteil, daß sie zur Beruhigung der Wasser­ strömung im Laminarströmungsabschnitt beitragen. Eine Angleichung der einander gegenüberliegenden Flächen der Elektroden auf annähernd gleiche Größe kann zusätzlich oder alternativ zu den obigen Maßnahmen auch dadurch realisiert werden, daß der Querschnitt im Laminar­ strömungsabschnitt durch z. B. konische Verengung der Außenelektrode verringert ist. Der Übergang der Rillen oder Rippen zum übrigen Bereich der Oberfläche der Innen­ elektrode sowie die Rillen oder Rippen selbst und die Oberfläche der Außenelektrode sollten glatt und ohne Kanten o. dgl. sein, so daß Verwirbelungen und damit Gas­ bildungen in der Wasserströmung an den Grenzflächen zu den Elektroden weitestgehend unterdrückt werden.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn die beiden Elektroden bis in den dem Laminarströmungsabschnitt vorgelagerten Expansionsabschnitt hinein verlängert sind.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Wasserbehandlungs­ gerät,

Fig. 2 verschiedene Alternativen für die bei dem Gerät nach Fig. 1 eingesetzte Lochplatte und

Fig. 3 Querschnittsansichten diverser Alternativen für die Ausgestaltung der Innenelektrode.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Gerät 10 zur Behandlung von Wasser dargestellt. Das Gerät 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das einen zylindrischen Mittelabschnitt 16 mit nach Art von Überwurfmuttern ausgebildeten Endkappen 18, 20 aufweist. Die Endkappen 18, 20 weisen zentrale Aussparungen 22, 24 auf, durch die hindurch sich Anschluß­ stutzen 26, 28 erstrecken. Diese Anschlußstutzen 26, 28 weisen jeweils Ringflansche 30, 32 auf, die durch die End­ kappen 18, 20 gegen die axialen Enden des zylindrischen Abschnitts 16 des Gehäuses 12 gespannt gehalten sind. Der Anschlußstutzen 26 bildet den Einlaß 34, durch den die Wasserströmung in das Gerät 10 hineinströmt, während der Anschlußstutzen 28 den Auslaß 36 für das das Gehäuse 12 verlassende Wasser bildet.

Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich in Strömungs­ richtung 38 hinter dem Einlaß 34 eine Metall-Lochplatte 40 mit Durchgangslöchern 42, durch die das Wasser strömt. Die Löcher 42 stellen eine Verengung für die Wasserströmung dar, so daß deren Geschwindigkeit im Bereich der Löcher 42 vergrößert ist. Die dem Einlaß 34 zugewandten Ränder 43 der Löcher 42 sind recht scharfkantig (Kantenradius ≦ 0,2 mm) ausgebildet. Die Löcher 42 sind mit dem Einlaß 34 überlappend angeordnet, so daß das Wasser im wesent­ lichen unter Beibehaltung seiner (geradlinigen) Strömungs­ richtung die Löcher 42 durchströmt.

Zwischen der Lochplatte 40 und dem Ringflansch 30 des einlaßseitigen Anschlußstutzens 26 befindet sich ein Ring­ distanzstück 44 aus einem elektrisch isolierenden Material. Dieses Distanzstück 44 weist eine Innenschulter 46 auf, so daß die Lochplatte 40 sowohl in radialer Richtung gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 16 des Gehäuses 12 als auch in axialer Richtung gegenüber dem Einlaßstutzen 26 elektrisch isoliert angeordnet ist.

An der Lochplatte 40 ist eine Elektrode 48 angebracht, die koaxial zum zylindrischen Abschnitt 16 des Gehäuses 12 angeordnet ist und zum Auslaß 36 weist. Die Elektrode 48 ist über die Lochplatte 40 mit einem Anschlußstift 50 ver­ bunden, der sich durch das Distanzstück 44 hindurch erstreckt und, gegenüber dem Gehäuse 12 elektrisch isoliert, aus diesem herausgeführt ist. Dieser Anschluß­ stift 50 ist mit einer Elektronik 52 verbunden, die über einen zweiten Anschluß verfügt, der mit einem zweiten Anschlußstift 54 des Geräts 10 verbunden ist. Dieser zweite Anschlußstift 54 ist elektrisch mit dem Flansch 30 des einlaßseitigen Anschlußstutzen 26 verbunden, der über die Endkappe 18 elektrisch mit dem metallischen zylindrischen Abschnitt 16 des Gehäuses 12 verbunden ist. Damit fungiert der zylindrische Abschnitt 16 des Gehäuses 12 als Außenelektrode 56, die konzentrisch zur Innen­ elektrode 48 angeordnet ist. Bei Beaufschlagung beider Anschlußstifte 50, 54 mit einem Spannungspotential bildet sich zwischen den Elektroden 48 und 56 ein elektrisches Feld aus.

Wie bereits oben erwähnt, stellen die Löcher 42 der Loch­ platte 40 eine Verengung des Strömungsweges dar. In Strömungsrichtung 38 hinter den Löchern ist der für die Strömung wirksame Querschnitt verbreitert, wodurch sich in diesem Bereich ein Expansionsabschnitt 58 bildet. Diesem Expansionsabschnitt 58 folgt ein Laminarströmungsabschnitt 60, der durch die beiden Elektroden 48, 56 begrenzt ist und sich bis zum Auslaß 36 erstreckt. Zwischen dem Expansions­ abschnitt 58 und dem (eigentlichen) Laminarströmungs­ abschnitt 60 weist der Strömungsweg eine Verengung auf, die durch eine konische Übergangsfläche 61 auf der Innen­ seite der Außenelektrode 56 gebildet ist. Im Anschluß an diese Verengung verbleibt der Querschnitt des Strömungs­ weges innerhalb des eigentlichen Laminar­ strömungsabschnittes 60 konstant.

Die Oberfläche 62 der Innenelektrode 48 kann glatt und zylindrisch ausgebildet sein, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, daß die Innenelektrode 48 als Stab mit rundem Querschnitt ausgebildet ist. Einen optimalen Energieeintrag im Bereich der Ausbildung des Feldes zwischen den beiden Elektroden 48, 56 erzielt man, wenn man die Oberfläche 62 der Innenelektrode 48 in etwa gleich groß der Innenoberfläche 64 der Außenelektrode 56 macht. Möglichkeiten, dies zu realisieren, sind in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3a betrifft dabei die Ausgestaltung wie sie bei der Elektrode 48 der Vorrichtung nach Fig. 1 getroffen ist. Wie man anhand der Darstellungen der Fig. 3 erkennt, sind in die Außenseite der Innenelektrode 48 längsverlaufende Nuten 66 eingebracht, die unterschied­ liche Querschnittsformen aufweisen können. Die Oberfläche 62 der Innenelektrode 48 sollte trotz Ausbildung von längsverlaufenden Strukturen wie den Rillen bzw. Nuten 66 oder den dazwischen angeordneten Rippen 70 glatt, d. h. ohne Kanten, ausgebildet sein.

Mögliche Ausgestaltungen der Lochplatte 40 sind in Fig. 2 (mit dahinter angeordneter Innenelektrode 48 in Fig. 2a) wiedergegeben, wobei die Darstellung gemäß Fig. 2a der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 entspricht. Es sollte dafür gesorgt werden, daß eine möglichst große Länge an Lochrand der Wasserströmung ausgesetzt ist, da durch das Auftreffen des Wassers auf die Lochränder die Aufsplittung des Wassers und damit die Freisetzung der überschüssigen Kohlensäure erfolgt.

Nachfolgend soll noch kurz auf die Funktionsweise des Geräts 10 eingegangen werden. Das durch den Einlaß 34 einströmende Wasser trifft auf die Lochränder 43 auf, die insbesondere scharfkantig ausgebildet sind. Durch diesen Aufprall des Wassers auf die Lochränder 43 kommt es zum Freisetzen nahezu sämtlicher überschüssiger Kohlensäure im Wasser, wodurch die Kalkkristallbildung (Kristallgrößen von bis zu 40 µm) stark angeregt wird, da die Kohlensäure den in Partikeln des Wassers gebundenen Kalk lösen kann. In Strömungsrichtung 38 hinter der Lochplatte 40 befindet sich der Expansionsabschnitt 58, in dem es zu einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und zu einer Reruhigung der Strömung kommt. Hierdurch erfolgt eine intensive Auflösung bzw. Anlösung von Kalk und anderen Substanzen (insbesondere Partikeln) des Wassers. Das Wasser strömt ,in Richtung des Pfeils 38 in den Laminar­ strömungsabschnitt 60 zwischen den beiden Elektroden 48, 56, die es ohne nennenswerte Verwirbelungen passiert. Durch das Stromimpulsverfahren, demzufolge die Elektroden 48, 56 angesteuert werden, wird die Kalkkristallbildung zusätzlich beschleunigt und für mehrere Tage stabilisiert. Zusätzlich tritt ein sogenannter Sortiereffekt (Bindungen von jeweils gleichen Substanzen aneinander) in dieser Phase auf, indem die nicht mehr Kalk aufweisenden Reste der Partikel (nachfolgend Schmutzpartikel genannt) agglomerieren und sich die reinen Kalkkristalle aneinanderlegen und vereinigen. Die Schmutzpartikel sammeln sich zu wesentlich größeren Strukturen an als die Kalkkristalle, so daß die Schmutzpartikel durch eine dem Gerät 10 nachgeschaltete Filtervorrichtung aus der Wasser­ strömung herausgefiltert werden können. Durch die Trennung des Kalks vom Rest der Partikel im Wasser werden Inkrustierungen an den Rohrwandungen des Leitungssystems, an dem das Gerät 10 angeschlossen ist, verhindert, da die Schmutzpartikel ohne den Einschluß von Kalkkristallen nicht zur Bildung von verhärteten Ablagerungen neigen und dies auch nicht durch die reinen Kalkkristalle erfolgt.

Praktische Versuche mit dem hier beschriebenen und in der Zeichnung gezeigten Gerät 10 haben gezeigt, daß durch den speziellen Aufbau dieses Geräts 10 eine optimale Leistung über einen sehr großen Härtebereich von zwischen GdH 4° bis über GdH 30° hinaus bei gleichmäßig guten Ergebnissen erzielt wird. Von praktischer Bedeutung ist der Umstand, daß diese guten Ergebnisse bei verhältnismäßig kleinen baulichen Abmessungen erzielt werden können.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Behandlung von Wasser mit,

• - einem Gehäuse (12), das einen Einlaß (34) und einen Auslaß (36) aufweist und durch das das Wasser entlang eines Strömungsweges in einer Strömungsrichtung (38) fließt,
• - einer im Strömungsweg hinter dem Einlaß (34) angeordneten Lochwand (40) mit von Lochrändern (43) begrenzten Löchern (42), die zumindest teil­ weise überlappend mit dem Einlaß (34) des Gehäuses (12) angeordnet sind und durch die das Wasser strömt, wobei beim Auftreffen des Wassers auf die Lochränder (43) überschüssige Kohlensäure des Wassers freigesetzt wird,
• - einem in Strömungsrichtung (38) auf die Lochwand (40) folgenden Expansionsabschnitt (58), innerhalb dessen der Strömungsweg eine gegenüber dem Bereich der Lochwand (40) vergrößerte Querschnittsfläche aufweist,
• - einem in Strömungsrichtung (38) auf den Expansionsabschnitt (58) folgenden und bis zum Auslaß (36) reichenden Laminarströmungsabschnitt (60) und
• - zwei im Laminarströmungsabschnitt (60) angeordnete Elektroden (48, 56) zur Aufprägung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes auf die Wasserströmung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochränder (43) der Löcher (42) relativ scharfkantig sind und einen Radius von 0,1-0,5 mm, insbesondere 0,1-0,3 mm und vorzugsweise 0,2 mm aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Elektroden (48, 56) im wesent­ lichen koaxial zueinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Wasserströmung angrenzenden Oberflächen der Elektroden (48, 56) im wesentlichen gleich groß sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innenliegende Elektrode (48) in Wasserströmungsrichtung (38) verlaufende Nuten (66) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (48, 56) mit einer Vorrichtung (52) zur Erzeugung eines Konstantfeldes, eines sich kontinuierlich, diskontinuierlich oder impulsförmig, insbesondere periodisch verändernden Feldes verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg im Laminar­ strömungsabschnitt (60) eine gegenüber dem Expansions­ abschnitt (58) verringerte Querschnittsfläche aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenelektrode (56) im Übergangsbereich vom Expansionsabschnitt (58) zum Laminarströmungsabschnitt (60) eine konische Übergangsinnenfläche (61) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (62, 64) der Elektroden (48, 56) glatt sind, so daß eine Gasbildung innerhalb der Wasserströmung an den Oberflächen (62, 64) der Elektroden (48, 56) weitestgehend verhindert wird.