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Die
Erfindung betrifft eine Entkalkungsvorrichtung zum Einbau in Wasserleitungssysteme.
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Im
einzelnen enthält diese Vorrichtung:
- – zwei
in einem Abstand gehaltene Elektroden, zwischen welchen das zu behandelnde
Wasser hindurchleitbar ist,
- – eine Steuerelektronik, die zwischen den Elektroden
eine Wechselspannung erzeugt und
- – einen an die Steuerelektronik angeschlossenen Strömungswächter,
der die Wechselspannung nur dann frei gibt, wenn Wasser durch die
Entkalkungsvorrichtung strömt.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur physikalischen
Wasserenthärtung bekannt. Solche Geräte lassen
sich nachträglich in bestehende Wasserleitungen integrieren
und erzielen einen Enthärtungseffekt, indem der durch sie durchgeleitete
Wasserstrom magnetischen oder elektrischen Feldern ausgesetzt wird.
Durch die in diesen magnetischen oder elektrischen Feldern wirkenden
Kräfte werden die im Wasser gelösten Härtebildner,
zu denen im wesentlichen Calciumsalze gehören, in ihrer
Kristallstruktur so verändert, dass sich diese nicht mehr
als unlösliche Verbindungen, insbesondere als gefürchteter
Kalkstein, an Wänden von Leitungsrohren, von Armaturen
oder von wasserführenden Elektrogeräten ablagern
können.
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Als
besonders effektiv zur Wasserentkalkung haben sich hierbei elektrisch
betriebene Vorrichtungen erwiesen, bei denen die Behandlung des
Wassers mittels von an Elektroden angelegten Wechselspannungsimpulsen
erfolgt. In der
EP-A1
04 93 313 ,
DE-GM
82 24 198 ,
DE-GM
85 31 521 ,
DE-GM
89 01 740 und
DE-GM
88 14 390 sind derartige Entkalkungsvorrichtungen, die
dort auch als Kalkschutzvorrichtungen bzw. -filter bezeichnet sind,
beschrieben, wobei ihnen allen gemeinsam ist, dass eine Innenelektrode
und eine diese im Abstand umschließende Außenelektrode
in einem annähernd zylindrischen Gehäuse angeordnet
sind und dass das zu behandelnde Wasser über entsprechende
Anschlussstutzen in dieses bzw. aus diesem Gehäuse ein-
und ausströmt und dabei zur Wechselstrombehandlung durch
den hohlzylinderförmigen Zwischenraum zwischen Innen- und
Außenelektrode geleitet wird.
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Auch
ist es bekannt, die Entkalkungsvorrichtungen zusätzlich
im Zu- bzw. Ablauf mit Durchflussmessern auszurüsten, die
den zu behandelnden Wasserstrom überwachen und die je nach
Wasserdurchflussmenge die an die Elektroden angelegte Wechselstromspannung
dementsprechend anpassen bzw. bei fehlendem Durchfluss aus Stromersparnisgründen
ganz abschalten. Während in der
DE-GM 88 14 390 zur Durchflussmessung
ein Turbinenrad mit Dauermagnet und kooperierender Messvorrichtung
vorgeschlagen ist, werden in der
DE-GM 82 24 198 und
DE-GM 85 31 521 zu diesem
Zweck Schwimmerschalter eingesetzt, deren Schwimmerposition über
entsprechende magnetische oder induktive Sensoren berührungslos
bestimmt wird.
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Sowohl
Turbinenrad-Durchflussmesser als auch Schwimmerschalter benötigen
eine gewisse Durchflussmenge, um genau arbeiten zu können
und sind insbesondere zur Messung kleiner Durchflussmengen und bei
stoßweisem Bezug mit immer wiederkehrendem Durchflussstillstand,
wie es in häuslichen Wasserleitungssystemen üblich
ist, viel zu ungenau. Infolge dieser ungenauen und trägen
Erfassung der Wasserdurchflussmengen im Nullpunktbereich kann nachteilhafterweise
entweder bei geringen Durchflussmengen noch gar keine Spannung an den
Elektroden angelegt sein, womit unenthärtetes Wasser durch
den Auslaufstutzen in die nachgeschalteten Komponenten gelangt,
oder genau so nachteilhaft bei Wasserstillstand noch Spannung an den
Elektroden anliegen, was eine unnötige Stromverschwendung
bedeutet.
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In
Anbetracht der vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Entkalkungsvorrichtung
dahingehend zu verbessern, dass diese die eingebrachte elektrische
Energie möglichst effizient zur Wasserentkalkung ausnutzt.
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Gelöst
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass
zur Überwachung des Wasserstroms ein Durchflussmesser in
der Entkalkungsvorrichtung vorgesehen ist, in dessen vom Wasserstrom
beaufschlagten Gehäuse mindestens ein Heizelement, ein erster
Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des vom mindestens
einen Heizelement lokal aufgeheizten Wassers und ein zweiter Temperatursensor
zum Erfassen einer vom mindestens einen Heizelement unabhängigen
Referenztemperatur des Wassers angeordnet sind, wobei mittels einer
Auswerteschaltung aus der Differenz zwischen den beiden gemessenen
Temperaturwerten die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers ermittelbar
ist.
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Mit
Hilfe einer solchen Entkalkungsvorrichtung werden zum einen noch
kleinste Wasserdurchflussmengen sicher erfasst und einer Behandlung
im Wechselspannungsfeld zwischen den Elektroden unterzogen und zum
anderen auch Durchflussstillstände schnell und zuverlässig
registriert, um die sofortige Abschaltung der Spannungsversorgung
der Elektroden zu bewirken und somit eine unnötige Stromverschwendung
zu vermeiden.
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Als
sehr zweckmäßig und hilfreich hat es sich erwiesen,
den Strömungswächter in einer in zwei getrennte
Gehäusebereiche abgestuften Bauweise mit einem in den zu überwachenden
Wasserstrom hineinragenden endseitigen kreiszylindrischen Messstift
und einem daran anschließenden, im Durchmesser erweiterten
kreiszylindrischen Messgehäuse auszuführen. Indem
das mindestens eine Heizelement und der erste Temperatursensor stirnseitig und
direkt benachbart in dem Messstift und der zweite Temperatursensor
vom Heizelement beabstandet in dem Messgehäuse angeordnet
sind, ist die für eine zuverlässige Durchflussmessung
erforderliche räumliche und somit thermische Trennung von
erstem und zweitem Temperatursensor gegeben.
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Ein
weiterer Vorteil wird durch eine in dem Strömungswächter
direkt integrierte Auswerteschaltung erzielt, die es ermöglicht,
bei Vorhandensein einer Wasserströmung ein Freigabesignal
an die übergeordnete Steuerelektronik abzugeben, welche
wiederum nur bei Vorliegen dieses Freigabesignals eine Wechselspannung
zwischen den Elektroden erzeugt. Die direkte Integration der Auswerteschaltung
in den Strömungswächter erlaubt es, diesen ohne
großen steuerungstechnischen Anpassungsaufwand in andere
Entkalkungsvorrichtungen einzusetzen oder gegen einen neuen Strömungswächter
auszutauschen, da die übergeordnete Steuerelektronik der
Entkalkungsvorrichtung lediglich das Vorliegen oder Nichtvorliegen
eines vom Strömungswächter abgegebenen Freigabesignals
verarbeiten muss.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Elektroden der Entkalkungsvorrichtung
in ihrer relativen Lage zueinander und in ihrer Geometrie so gestaltet,
dass in einer rohrförmig ausgebildete Außenelektrode
zentrisch eine stabförmige Innenelektrode eingefügt
ist und beide Elektroden endseitig an einem gemeinsamen Gehäusekopf
befestigt sind, von dem sie sich nach unten in eine die Elektroden umgebende,
annähernd zylindrische Filtertasse erstrecken. Durch diesen
Aufbau ist gewährleistet, dass der zu behandelnde Wasserstrom
auf seinem Durchflussweg durch die Entkalkungsvorrichtung eine möglichst
lange Verweilzeit im elektrischen Wechselfeld zwischen den Elektroden
erhält, um somit eine ausreichende Umwandlung der im Wasser enthaltenen
härtebildenden Substanzen zu garantieren.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn der Strömungswächter
im Gehäusekopf der Entkalkungsvorrichtung befestigt ist.
Im Gehäusekopf befinden sich der Wasserzulauf- und Wasserablaufkanal
und die Strömung ist hier noch weitgehend frei von Turbulenzen,
welche die Durchflussmessung verfälschen können.
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Insbesondere
sollte der Strömungswächter unmittelbar hinter
dem Wasserzulaufkanal im Gehäusekopf der Entkalkungsvorrichtung
angeordnet sein. Neben der geschilderten turbulenzarmen Positionierung
bringt dies den Vorteil mit sich, dass eine Änderung oder
ein Stillstand der Wasserströmung frühzeitig vom
Strömungswächter erfasst und an die übergeordnete
Steuerung zur Abschaltung bzw. Anpassung der Elektrodenspannung
gemeldet wird, so dass zum Zeitpunkt, in dem der geänderte
Wasserstrom bzw. der Wasserstillstand den Elektrodenzwischenraum
erreicht, dort bereits das korrigierte bzw. kein Wechselspannungsfeld
anliegt.
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In
einer besonders bevorzugten Variante ist der Strömungswächter
mit einem Außengewinde versehen, so dass er in den Gehäusekopf
der Entkalkungsvorrichtung ein- und ausschraubbar ist. Damit lässt
sich der Strömungswächter im Störungsfall
oder turnusmäßig zu Reinigungszwecken schnell
und einfach aus der Entkalkungsvorrichtung ausbauen, um ihn dann
von Anlagerungen zu befreien oder gegebenenfalls gegen einen neuen
auszutauschen.
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Bevorzugterweise
ist die Steuerelektronik der Entkalkungsvorrichtung in einem eigenen,
von den wasserführenden Teilen der Entkalkungsvorrichtung
getrennten Steuergerät untergebracht, welches über
Kabelanschlüsse am Gehäusekopf mit den Elektroden
und dem Strömungswächter verbunden und dabei an
einem sicheren, trockenen Ort aufgestellt ist.
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Im
Folgenden wird die erfindungsgemäße Entkalkungsvorrichtung
anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Entkalkungsvorrichtung in vereinfachter Darstellung,
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2 eine
vergrößerte Darstellung des Details ”II” aus 1 in
vereinfachter Darstellung.
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Die
Entkalkungsvorrichtung 1 gemäß 1 lässt
sich zunächst unterteilen in eine Wasserbehandlungseinheit 14,
in welcher ein dort eingeleiteter Wasserstrom 6 durch Einwirkung
von Elektrizität behandelt wird, und in ein davon räumlich
getrenntes Steuergerät 4, in welchem die zur Steuerung
dieser Behandlung notwendige Elektronik untergebracht ist.
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Die
Wasserbehandlungseinheit 14 ist aufgebaut aus einem Gehäusekopf 15,
an dem unterseitig eine zylindrische Filtertasse 18 anschließt,
die wiederum nach unten mit einem glockenförmigen Boden 19 abschließt.
Gehäusekopf 15 und Filtertasse 18 begrenzen
eine geschlossene, annähernd zylindrische Kammer, in die
bzw. aus der das Wasser im Betriebszustand kontinuierlich ein- und
wieder ausströmt. Zur Einleitung des noch unbehandelten
Wasserstroms 6 in diese Kammer ist am Gehäusekopf 15 ein
Zulaufkanal 16 vorgesehen, der in einem radial von der
Längsachse der Filtertasse 18 wegweisenden, horizontalen
Rohrstutzenabschnitt gebildet ist. Radial gegenüberliegend
zu diesem Zulaufkanal 16 ist ebenfalls in einem horizontal
hervortretenden Rohrstutzenabschnitt des Gehäusekopfes 15 ein
Ablaufkanal 17 für die Ableitung des bereits behandelten
Wasserstroms vorgesehen. Zum Einbau in bestehende Wasserleitungssysteme,
beispielsweise in die zentrale Hauswasserleitung, wird ein Stück
der entsprechenden Rohrleitung weggeschnitten und die Wasserbehandlungseinheit 14 in
diesen Zwischenraum so eingesetzt, dass die den Zulauf- und Ablaufkanal 16, 17 begrenzenden
Rohrstutzen mit den freien Schnittenden der Rohrleitung fluchten,
so dass sie danach kraftschlüssig mit diesen verbunden,
beispielsweise verflanscht werden können.
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Durch
die getrennte Anordnung von Zulauf- und Ablaufkanal 16, 17 im
Gehäusekopf 15 ist gewährleistet, dass
im Durchströmungszustand der Wasserstrom 6 die
gesamte, von Gehäusekopf 15 und Filtertasse 18 umschlossene
Kammer ausfüllt. Zur elektrischen Behandlung dieses durchgeleiteten Wasserstroms 6 sind
in der Wasserbehandlungseinheit 14 der Entkalkungsvorrichtung 1 zwei
Elektroden 2, 3 angeordnet. Eine Elektrode ist
stabförmig als Innenelektrode 3 ausgebildet, während
die andere Elektrode als koaxial zur Innenelektrode 3 verlaufende,
rohrförmige Außenelektrode 2 gestaltet
ist. Die Innenelektrode 3 ist dabei zentrisch innerhalb
der Außenelektrode 2 positioniert, so dass ein
gleichmäßiger Abstand zwischen den beiden Elektroden 2, 3 eingehalten
wird und diese einen hohlzylindrischen Zwischenraum 24 begrenzen.
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Beide
Elektroden 2, 3 sind jeweils mit ihrem einen Ende
an der Deckwand 25 des Gehäusekopfes 15 befestigt
und ragen mit ihrem gegenüberliegenden Ende jeweils nach
unten in die von der Filtertasse 18 umschlossene Kammer
hinein. Die Elektroden 2, 3 enden dabei jeweils
in gleichem Abstand vom Boden 19 der Filtertasse 18.
Die Außenelektrode 2 und die Innenelektrode 3 sind
an ihren Befestigungspunkten am Gehäusekopf 15 mit
elektrischen Kabelanschlussbolzen 22, 23 versehen,
die die Deckwand 25 des Gehäusekopfes 15 nach
oben durchsetzen und mit ihren austretenden Enden wiederum über elektrische
Kabelverbindungen an das Steuergerät 4 angeschlossen
sind.
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Die
Baugruppe aus Außen- und Innenelektrode 2, 3 ist
zentrisch innerhalb der Filtertasse 18 ausgerichtet, so
dass zwischen der zylindrischen Innenwand der Filtertasse 18 und
der zylindrischen Außenwand der Außenelektrode 2 ebenfalls
ein gleichmäßiger Abstand gegeben ist. Filtertasse 18 und
Außenelektrode 2 umschließen somit ebenfalls
einen hohlzylindrischen Zwischenraum 26.
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Der
Strömungsverlauf des über den Zulaufkanal 16 eingeführten
Wassers ist in der 1 mit Pfeilen angedeutet. Zunächst
wird der radial eintretende Wasserstrom 6 durch eine an
den Zulaufkanal 16 anschließende, um 90° gebogene
Bohrung in die Filtertasse 18 umgelenkt. Danach wird der
hohlzylindrische Zwischenraum 26 zwischen Filtertasse 18 und
Außenelektrode 2 vertikal nach unten durchströmt,
bevor der Wasserstrom am Boden 19 der Filtertasse 18 in
die entgegengesetzte Richtung, das heißt vertikal nach
oben zurück zum Gehäusekopf 15 umgeleitet
wird und dabei den Zwischenraum 24 zwischen Außen-
und Innenelektrode 2, 3 durchströmt. In
diesen Zwischenraum 24 mündet oberseitig eine weitere
um 90° gebogene Bohrung, über welche der behandelte
Wasserstrom in den Ablaufkanal 17 gelangt und von dort
in die stromabwärts anschließende Rohrleitung.
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In
diesem erläuterten Strömungsbetrieb ist an den
Elektroden 2, 3 eine vom Steuergerät 4 erzeugte
elektrische Wechselspannung angelegt. Die Behandlung des Wassers
erfolgt beim Durchströmen des hohlzylindrischen Zwischenraums 24 zwischen Außen-
und Innenelektrode 2, 3, in welchem ein elektrisches
Wechselfeld aufgebaut ist. Das elektrische Wechselfeld übt
auf die im Wasser enthaltenen, härtebildenden Substanzen,
wie Calcium und Magnesium, Kräfte aus, die deren Kristallstruktur
verändern und verhindern, dass diese in stromabwärts
angeschlossenen Rohrleitungen, Anlagen oder Geräten als
feste Wandablagerungen, beispielsweise in Form von Kalkstein, ausfallen.
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Um
die Wechselspannung durchflussabhängig zu regeln bzw. bei
Durchflussstillstand ganz abzuschalten, ist die Entkalkungsvorrichtung 1 zusätzlich mit
einem Strömungswächter 5 ausgestattet.
Die im Folgenden beschriebene neuartige Konzeption bei der Durchflussmessung
in einer Entkalkungsvorrichtung 1 bildet den eigentlichen
Kern der vorliegenden Erfindung, weshalb der in 1 mit ”II” bezeichnete Einbaubereich
des Strömungswächters 5 in die Wasserbehandlungseinheit 14 in 2 nochmals
vergrößert dargestellt ist.
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Als
Strömungswächter wird ein Durchflussmesser 5 verwendet,
der unmittelbar hinter dem Wasserzulaufkanal 16 durch die
Deckwand 25 des Gehäusekopfes 15 in den
zu messenden, einlaufenden Wasserstrom 6 einragt. Zu diesem
Zweck besitzt der Strömungswächter 5 einen
schraubenförmigen Aufbau mit einem im Durchmesser erweiterten
Kopfsegment 27, das an der Außenwand des Gehäusekopfes 15 anliegt,
und mit einem daran anschließenden schaftförmigen
Gehäuse 7, das sich durch die Deckwand 25 in
den Wasserzulaufkanal 16 hinein erstreckt. Dieses Gehäuse 7 ist
in einem an das Kopfsegment 27 anschließenden
Bereich 13 mit einem Außengewinde 20 versehen,
das mit einem korrespondierenden Innengewinde in einer Durchgangsbohrung
des Gehäusekopfes 15 im Eingriff steht. Das Gehäuse 7 des
Strömungswächters 5 ist dabei in Längserstreckungsrichtung
in zwei voneinander im Außendurchmesser abweichende Längsabschnitte 12, 13 unterteilt.
An dem mit Außengewinde 20 versehenen Längsabschnitt 13 des
Strömungswächtergehäuses 7 – im
Folgenden Messgehäuse genannt – schließt
sich ein Gehäuseabschnitt 12 an, der relativ zum
Messgehäuse 13 im Durchmesser verkleinert und
ohne Außengewinde versehen ist. Dieser Gehäuseabschnitt 12 bildet
das in den Wasserstrom 6 hineinragende Ende des Strömungswächters 5 und wird
im Folgenden als Messstift bezeichnet.
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Zur
Durchflussmessung sind in dem Messstift 12 stirnseitig
und direkt benachbart ein Heizelement 8 und ein erster
Temperatursensor 9 angeordnet, während ein zweiter
Temperatursensor 10 vom Heizelement 8 und ersten
Temperatursensor 9 beabstandet im Messgehäuse 13 angeordnet
ist. Die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstroms 6 erfolgt
dabei nach dem Prinzip der Differenztemperaturmessung, indem der
erste Temperatursensor 9 die Temperatur des vom Heizelement 8 lokal
aufgeheizten Wasserstroms 6 misst, während der
zweite Temperatursensor 10 vom Heizelement 8 nicht
beeinflusst wird und die als Referenztemperatur dienende Temperatur
des ungeheizten Wasserstroms 6 misst. Zwischen der Differenz
dieser beiden gemessenen Temperaturwerte und der Strömungsgeschwindigkeit
des Wasserstroms 6 besteht ein proportionaler Zusammenhang,
der mittels einer direkt in den Strömungswächter
integrierten und mit den Temperatursensoren 9, 10 gekoppelten
Auswerteschaltung 11 ausgewertet wird. Diese Auswerteschaltung 11 sendet
bei Vorliegen einer Wasserströmung 6 im Zulaufkanal 16 über
die entsprechende Kabelanschlussverbindung 21 ein Freigabesignal
an die übergeordnete Steuerung 4, welche wiederum nur
bei Empfang dieses Freigabesignals eine Wechselspannung zwischen
den Elektroden 2, 3 erzeugt und bei Nichtempfang
des Freigabesignals im Falle eines Durchflussstillstandes keine
Wechselspannung an die Elektroden 2, 3 anlegt.
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Ein
solcher Durchflussmesser 5 erlaubt eine exakte Nullpunktmessung,
das heißt eine exakte Erfassung von Durchflussstillständen
und von geringsten Durchflussströmungen, weshalb die Entkalkungsvorrichtung 1 nun
in effizienterer Weise, das heißt unter besserer Ausnutzung
der eingespeisten Stromenergie betrieben werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0493313
A1 [0004]
- - DE 8224198 U [0004, 0005]
- - DE 8531521 U [0004, 0005]
- - DE 8901740 U [0004]
- - DE 8814390 U [0004, 0005]