DE19938510A1 - Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes - Google Patents

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur elektrophysikalischen Behandlung von Trinkwasser zu schaffen, daß einfach aufgebaut ist und eine hohe Wirksamkeit bezüglich der Keimbildung aufweist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Kathode (22) mit in Strömungsrichtung ragenden Stiften (34) dauerhaft frei von Kalkablagerungen zu halten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß kontaktlose, strömungsquerschnittsverringernde Mittel in Form einer über die Stifte (34) beweglichen Lochblende (40) zur vorübergehenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Kathodenoberfläche vorgesehen sind. Durch die vorübergehende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit längs der Kathodenoberfläche werden Kristallkeime, die sich an der Kathode (22) bilden, kontaktlos weggespült und dem Trinkwasser zugeführt. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise durch Wegspülen mit vorübergehend erhöhter Strömungsgeschwindigkeit statt Abstreifen die an der Kathode (22) gebildeten Impfkristalle weitestgehend von der Kathode (22) gelöst und dem fließenden Wasser zugesetzt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes mit jeweils einer in einer Behandlungskammer angeordneten Anode und Kathode.

Trinkwasser enthält wichtige Mineralien, unter anderem Kalzium- und Magnesiumkarbonate, die in der Summe auch als Wasserhärte bezeichnet werden. Diese Mineralien sind einerseits für die Gesundheit sehr wichtig. Sie können aber andererseits in der Trinkwasserinstallation, insbesondere bei Erwärmung, zu technischen Störungen führen.

Bei der Erwärmung, z. B. im Trinkwassererwärmer, kommt es zur Bildung von unlöslichen Kalkablagerungen, auch Kesselstein genannt. Dieser Kesselstein bildet sich auf der Warmseite der Installation. Er beeinträchtigt Wärmeübergänge. In Rohren kann Kesselstein über die Jahre zu einem Rohrinfarkt, d. h. zu einem Verschluß in der dem Trinkwassererwärmer nachgeschalteten Rohrinstallation führen.

Um solche Kalkablagerungen zu vermeiden, ist es bekannt, eine Enthärtung des Trinkwassers vorzunehmen, bei welcher die Mineralien aus dem Trinkwasser entfernt werden. Eine solche Enthärtung ist über Ionenaustausch oder Umkehrosmose möglich. Das vermeidet Kesselsteinbildung. Dafür wird aber in anderer Hinsicht die Qualität des Trinkwassers durch die Entfernung der an sich im Trinkwasser erwünschten Mineralien beeinträchtigt.

Es sind Verfahren zur Behandlung des Trinkwassers mittels sog. elektrophysikalischer Geräte bekannt, bei denen eine Kristallkeimbildung im Trinkwasser bewirkt werden soll. Die als Impfkristalle bezeichneten Kristallkeime werden im Trinkwasser mitgeführt. Die Konglomeration der Impfkristalle führt dann dazu, daß so behandeltes Trinkwasser weniger zu Ablagerungen in Rohren oder Heizelementen in Form von Kesselstein führt, während andererseits die Mineralien im Trinkwasser erhalten bleiben.

Die Behandlung mittels elektrophysikalischer Geräte erfolgt im wesentlichen nach folgendem Prinzip:
In Trinkwasser ist immer ein gewisser Teil Kohlendioxid (CO₂) gelöst. Dieses Kohlendioxid bildet mit den übrigen Bestandteilen ein Reaktionsgleichgewicht, wobei Kalziumhydrogenkarbonat Ca(HCO₃)2 aus Kalziumkarbonat CaCO₃ gebildet wird nach der Reaktionsgleichung:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ ↔ (Ca(HCO₃)₂

Wird das Wasser erhitzt, so entweicht CO₂ aus dem Wasser und es bildet sich Kesselstein. Man kann entsprechend der Gleichung aber auch gezielt das entsprechende Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht im Trinkwasser ändern.

Führt man dem Wasser Kohlensäure zu, so löst man eine Verschiebung des Gleichgewichts nach links in obiger Formel aus. Aus dem im Wasser vorliegenden Hydrogenkarbonat bilden sich Keime aus Kalziumkarbonat (Kalkübersättigung). Das weiter gebildete Kalziumkarbonat setzt sich dann vorzugsweise an den einmal entstandenen Keimen ab, d. h. die Keime "wachsen".

Diese Reaktion erfolgt in einer Behandlungskammer mit einer Katode und einer Anode auf elektrolytischem Wege. Die Impfkristalle bilden sich an der Kathode. Die Impfkristalle müssen dann nach entsprechendem Wachstum wieder dem Trinkwasser beigemischt werden. Dann ist bereits Karbonat als Impfkristalle oder Keime im Trinkwasser vorhanden, wenn das Trinkwasser erhitzt wird. Die Impfkristalle oder Keime brauchen nicht mehr neu gebildet zu werden. Das Karbonat setzt sich dementsprechend vorwiegend an den im Wasser mitgeführten Impfkristallen oder Keimen und nicht mehr an den Installationselementen fest.

Es hat sich gezeigt, daß Impikristalle sich in einem inhomogenen elektronischen Feld zwischen Kathode und Anode besser entwickeln können.

Aus der EP 0 751 096 A2 ist ein Gerät zur elektrophysikalischen Trinkwasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes bekannt, bei dem ein räumlich inhomogenes Feld mit einer einer Gleichspannung überlagerten Wechselspannung erzeugt wird.

Bei einem weiteren bekannten Gerät werden an einer Edelstahlbürste, die als Kathode dient, Impfkristalle erzeugt, welche mittels eines mechanischen Abstreifers wieder gelöst werden. Bei Verwendung eines mechanischen Abstreifers lassen sich die an der Kathode gebildeten Impfkristalle nicht vollständig entfernen. Der Abstreifer müßte praktisch spielfrei, und damit mit hoher Reibung über jede einzelne "Borste" der Edelstahlbürste geführt sein. Das ist nicht realisierbar. So bleiben trotz des Abstreifvorganges Impfkristalle an den Borsten sitzen. Die Kathode setzt sich dadurch mehr und mehr zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur elektrophysikalischen Behandlung von Trinkwasser zu schaffen, daß einfach aufgebaut ist und eine hohe Wirksamkeit bezüglich der Keimbildung aufweist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Kathode dauerhaft frei von Kalkablagerungen zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß kontaktlose, strömungsquerschnittsverringernde Mittel zur vorübergehenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Kathodenoberfläche vorgesehen sind.

Durch die vorübergehende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit längs der Kathodenoberfläche werden Kristallkeime, die sich an der Kathode bilden kontaktlos weggespült und dem Trinkwasser zugeführt. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise durch Wegspülen mit vorübergehend erhöhter Strömungsgeschwindigkeit statt Abstreifen die an der Kathode gebildeten Impikristalle oder Keime weitestgehend von der Kathode gelöst und dem fließenden Wasser zugesetzt werden können. Toleranzen und Reibung bieten keine Probleme.

Die Ausbildung der Kathode mit mehreren Stiften, die sich in Strömungsrichtung erstrecken und auf einer Halterung sitzen, bewirkt ein starkes inhomogenes Feld, durch welches die Keimbildung im Wasser gefördert wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die strömungsquerschnittsverringernden Mittel von einer Lochblende gebildet, durch deren Löcher die Stifte der Kathode hindurch ragen. Dabei weisen die Löcher einen größeren Durchmesser auf als der Außendurchmesser der Stifte der Kathode. Die Lochblende ist in Strömungsrichtung über die Länge der Stifte der Kathode hinaus verschiebbar. Solange die Stifte der Kathode durch die Lochblende ragen, liegt ein verringerter Strömungsquerschnitt vor, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Dadurch werden die Kristallkeime, die sich an der Kathode bilden losgelöst und dem Trinkwasser wieder zugefügt. Eine mechanische Abstreifung ist nicht mehr erforderlich. Bei düsenförmiger (konischer) Ausbildung der Löcher erreicht man eine kontinuierliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit während die Lochblende vom Wasser von der Kathode heruntergedrückt wird.

Vorzugsweise wird die Lochblende mittels einer Feder in einer Stellung gehalten, in der die Stifte der Kathode durch die Löcher in der Lochblende ragen. Durch den Wasserdruck wird die Lochblende dann bei Wasserentnahme entgegen der Federkraft über die Stifte der Kathode hinaus verschoben. In dieser Stellung der Lochblende ist der Strömungsquerschnitt wieder erhöht und die Strömungsgeschwindigkeit sinkt wieder auf ihren normalen Wert.

Um zu vermeiden, daß die Blende verkantet oder sich verdreht sitzt die Lochblende vorzugsweise in einer Führung, die sich in Strömungsrichtung erstreckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch Modul mit einer Behandlungskammer mit Kathode und Anode,

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit "X" von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht in Richtung "Y" von Fig. 4.

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit "Z" der Anode von Fig. 1.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Kathode allein.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht der Kathode von unten in Fig. 5 gesehen.

Fig. 7 zeigt die Reihenschaltung zweier Module von Fig. 1.

Fig. 8 zeigt die Parallelschaltung zweier Module von Fig. 1.

Fig. 9 zeigt das Modul von Fig. 1 bei Wasserdurchfluß, wobei die Mittel zur Verringerung des Strömungsquerschnitts in ihre Endstellung bewegt sind und den vollen, betriebsmäßigen Strömungsquerschnitt freigeben.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Modul zur Behandlung von Trinkwasser bezeichnet. Das Wasser fließt entlang der Pfeile 12 durch einen Einlaß 14 in eine Behandlungskammer 16. Aus einem Auslaß 18 fließt das Wasser entlang der Pfeile 20 wieder aus der Behandlungskammer 16 heraus.

In der Behandlungskammer 16 sind eine Kathode 22 und eine Anode 24 angeordnet. Die Anode 24 sitzt in einem Anodenträger 26. Der Anodenträger 26 besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Die Kathode 22 sitzt in einem als Führungshülse ausgebildeten Kathodenträger 28. Die Kathode 22 besteht, wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, aus einer Grundplatte 30 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 32 und Stiften 34. Die Stifte 34 stehen senkrecht zur Grundplatte 30 und sind vorzugsweise alle gleich lang ausgebildet. Die Grundplatte 30 erstreckt sich nahezu über den gesamten Querschnitt der Behandlungskammer und wird an die Form der Behandlungskammer angepasst. Anschlüsse 36 und 38 sind mit einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden. Anschluß 36 liegt dabei an der negativen, Anschluß 38 an der positiven Klemme der Spannungsquelle. Die Anschlüsse 36 und 38 sind mit der Kathode 22 bzw. der Anode 24 verbunden.

In Fig. 1 ist mit 40 eine Lochblende bezeichnet. Die Lochblende 40 ist als Schiebehülse aus Kunststoff mit Führungsrändern 42 ausgebildet. Die Lochblende weist Löcher 44 auf, durch welche die Stifte 34 ragen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Löcher 44 sind konisch geformt, wobei das stromabwärtige Ende 46 den kleineren Durchmesser aufweist. Die Löcher 44 haben über ihre gesamte Länge einen größeren Durchmesser als die Stifte 34, so daß zwischen den Stiften 34 und den zugehörigen Aussparungen 44 in der Lochblende ein Zwischenraum besteht, durch den das Wasser fließen kann.

Die Lochblende wird von einer Rücksetzfeder 48 entgegen der Durchflußrichtung gegen die Grundplatte 30 der Kathode 22 gedrückt. An der Kathode 22 ist ein Führungsstift 50 angebracht der über die Länge der Stifte der Kathode 34 hinausgeht. Dadurch ist auch bei Verschieben der Lochblende 40 gewährleistet, daß sich die Blende 40 nicht verdreht und immer auf die Stifte der Kathode 34 paßt.

Die Anode 24 ist als ringförmiges Sieb ausgebildet, wie es in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt ist. Auf der Vorder- und Rückseite ist mittels eines Spannrings 52, der wiederum in dem Anodenträger 26 eingeschnappt wird, je eine Gewebeplatte 54 und 56 aus Aktivkohle angebracht.

Anode und Kathode, sowie Feder 48 sind aus leitendem Material, alle anderen Bauteile sind aus isolierendem Kunststoff. Mit 58 ist in Fig. 1 eine Prall- und Isolierplatte bezeichnet. Diese Prall- und Isolierplatte 58, die auch als Umlenkplatte dient, besitzt konzentrische, zu Rand hin angebrachte Durchbrüche zwecks Umlenkung des behandelten Wassers. Dadurch entsteht ein gewisser Isolationseffekt, da der umgelenkte Wasserweg einen endlichen elektrischen Widerstand bildet. Ein solcher Isolationseffekt ist insbesondere bei der Reihenschaltung der einzelnen Module notwendig.

Die beschriebene Anordnung arbeitet nach folgendem Prinzip:

An Anode 24 und Kathode 22 wird über die Kontakte 36 und 38 eine getaktete Gleichspannung, d. h. eine Gleichspannung mit einem rechteckigen Frequenzmuster, oder eine andere geeignete Spannung angelegt.

Die Ansteuerung der Spannung erfolgt über ein übliches (nicht dargestelltes) Durchflußmeßgerät, d. h. die Behandlung des Trinkwassers erfolgt nur bei Durchfluß. Durch diese Ansteuerung wird die elektrische Leistung an den Volumenstrom angepasst. So kann bei Parallel- und Reihenbetrieb entsprechend der Durchflußleistung mit einem Modul begonnen werden. Bei Steigerung der Durchflußleistung können weitere Module zugeschaltet werden, wie es in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt ist. Mit Hilfe der durchflußabhängigen Steuerung kann auch das getaktete Gleichspannungssignal in Bezug auf die Frequenz angepasst werden. Durch die Veränderung des elektrischen Gleichspannungssignals in Bezug auf die Frequenz kann die Kristallkeimbildung gefördert werden. Dies geschieht durch verstärkenden Einfluß des inhomogenen elektrischen Feldes.

Die Behandlungskammer 16 ist in Fig. 1 in der Grundstellung dargestellt, in der kein Wasser fließt. In Fig. 8 ist die gleiche Kammer bei Wasserdurchfluß dargestellt. Mit dem Wasserdurchfluß wird die Lochblende 40 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 48 in die untere Anschlagosition gebracht. In dieser Position hat die Lochblende 40 die Stifte der Kathode 34 verlassen, d. h. die Querschnittsverengung durch die Stiftführung ist aufgehoben und die Lochblende 40 erreicht ihren vollen Strömungsquerschnitt.

Um die Grundposition bei Nulldurchfluß wieder sicher erreichen zu können (einfädeln in den Stift-Bereich) ist im Kathodenträger 28 ein Führungsstift 50 angebracht. Dieser dient als Verdrehschutz, welcher zusätzlich die Lochblende 40 in der Durchflußposition führt.

Ein Staurand 62 dient dazu, die Lochblende 40 auch bei kleinsten Wassermengen in die untere Durchflußposition zu bringen.

Durch Anlegen der Spannung im Durchströmungszustand sammeln sich Kristallkeime an den einzelnen Stiften 34 der Kathode 22 an. Diese Position bleibt während der gesamten Wasserentnahme gleich. Nach Beendigung der Wasserentnahme wird die Lochblende 40 wieder durch die Feder 48 in ihre Anfangsposition gebracht. Bei der danach folgenden Wasserentnahme werden infolge der hohen Fließgeschwindigkeit Impfkristalle abgespült und dem Trinkwasser wieder beigemischt. Sie können sich also nicht an der Kathode dauerhaft festsetzen. Durch dieses "Andocken" der Impfkristalle, der damit verbundene Wachstumsmöglichkeit und dem anschließenden Abspülen bleiben die Stifte der Kathode 34 auch bei längerem Einsatz ablagerungsfrei.

Die aus Aktivkohle bestehenden Gewebeplatten 54 und 56 dienen der Vergrößerung der Anodenoberfläche, da Aktivkohle ein leitendes Material ist. Auch wird das Kalk- Kohlensäure-Gleichgewicht durch die Aktivkohle zwecks Impfkristallbildung verändert.

Da die vorübergehend erhöhte Strömungsgeschwindigkeit bewirkt, daß die Kristallkeime von den Stiften mitgerissen werden, sind keine weiteren, insbesondere mechanische, Abstreifer mehr nötig.

Claims (9)

1. Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes mit jeweils einer in einer Behandlungskammer (16) angeordneten Anode (24) und Kathode (22), dadurch gekennzeichnet, daß kontaktlose, strömungsquerschnittsverringernde Mittel (40) zur vorübergehenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Kathodenoberfläche vorgesehen sind.

2. Gerät zur Wasserbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Kathode (22) eine Mehrzahl von Stiften (34) aufweist, die sich in Strömungsrichtung erstrecken und auf einer Halterung (30) sitzen,
• b) die strömungsquerschnittsverringernden Mittel von einer Lochblende (40) gebildet sind, durch deren Löcher (44) die Stifte (34) der Kathode (22) hindurchragen, wobei die Löcher (44) einen größeren Durchmesser aufweisen als der Außendurchmesser der Stifte (34) und
• c) die Lochblende (40) in Strömungsrichtung über die Länge der Stifte (34) der Kathode hinaus verschiebbar ist.

3. Gerät zur Wasserbehandlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (44) in der Lochblende (40), durch welche die Stifte der Kathode hindurchragen, düsenförmig ausgebildet sind, wobei der kleinere Durchmesser stromabwärts angeordnet ist.

4. Gerät zur Wasserbehandlung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende bei Abwesenheit eines Wasserdurchflusses mittels einer Feder in einer Stellung gehalten ist, in der die Stifte (34) der Kathode (22) durch die Löcher (44) in der Lochblende (40) ragen und bei Wasserdurchfluß durch den Wasserdruck entgegen der Federkraft über die Stifte (34) der Kathode (22) hinaus verschiebbar ist.

5. Gerät zur Wasserbehandlung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende (40) in einer Führung (28, 42) sitzt, die sich in Strömungsrichtung erstreckt.

6. Gerät zur Wasserbehandlung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende (40) mit einem hülsenförmigen Mantelteil (42) versehen ist, das in einem als Führungshülse ausgebildeten Kathodenträger (28) verschiebbar geführt ist.

7. Gerät zur Wasserbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behandlungskammern (16) in Reihe schaltbar sind.

8. Gerät zur Wasserbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behandlungskammern (16) parallelschaltbar sind.

9. Gerät zur Wasserbehandlung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Staurand (62) stromaufwärts von der Kathode vorgesehen ist, durch den die Lochblende (30) schon bei geringer Wasserentnahme über die Stifte (34) der Kathode (22) hinaus verschiebbar ist.