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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für einen Wasserkreislauf mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus der Praxis ist eine Filtereinrichtung für Wasserkreisläufe von Heiz- oder Kühlanlagen bekannt, die einen Filterbehälter mit einer inneren Reaktionskammer aufweist, in dem ein Filtermaterial in einem Wasserbad angeordnet ist. Das Filtermaterial besteht aus Sänden mit unterschiedlicher Körnung. Die Reaktionskammer ist vollständig mit Wasser gefüllt, welches mit Druck und hoher Fließgeschwindigkeit durch die geschichteten Filtersände gedrückt wird.
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Die
DE 603 06363 T2 betrifft die Herstellung von Trinkwasser unter Nutzung von Abbauprodukten aus dem Bergbau. Das Wasser wird mit einem losen Körnergemisch von zerteilten einzelnen Körnern auf Eisenbasis, insbesondere Eisenhydroxid, und einzelnen Körnern aus Mangandioxid gefiltert. Das Filtermaterial befindet sich in einem offenen Behälter, an dem die Anschlüsse für Einlass und Auslass des Wassers getrennt und mit Höhenunterschied an der Oberseite und der Unterseite des Behälters angeordnet sind.
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Die
DE 100 09 669 A1 lehrt ein Filtermaterial zur Aufbereitung von Trinkwasser, das aus mehreren Schichten von Körnermaterial aufgebaut ist. Die zweite Schicht enthält ein mineralisches Filtermaterial, das aus gekörntem Erz mit einem hohen Gehalt von mehr als 70% an Mangandioxid besteht. Der Filterbehälter weist für das Wasser einen Einlass an der Oberseite und einen Auslass an der Unterseite auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Filtertechnik, insbesondere für Wasserkreisläufe von Heiz- oder Kühlanlagen, aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den selbstständigen Ansprüchen.
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Die beanspruchte Filtertechnik, d.h. die Filtereinrichtung und das Filterverfahren sowie ein Wasserkreislauf mit einer solchen Filtereinrichtung und eine Heiz- oder Kühlanlage mit einem Wasserkreislauf und einer Filtereinrichtung, haben verschiedene Vorteile.
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Die Filtertechnik lässt sich bei der Ersterstellung von Heiz- oder Kühlanlagen implementieren. Sie lässt sich auch an solchen bestehenden Anlagen und auch an bestehenden Wasserkreisläufen bzw. Leitungsnetzen nachrüsten oder umrüsten. Bei einer Nachrüstung oder Umrüstung kann die Filtereinrichtung für sich allein eingebaut werden. Es ist auch möglich, einen Wasserkreislauf bzw. ein Leitungsnetz mit einer Filtereinrichtung in eine bestehende Heiz- oder Kühlanlagen einbauen. Bei einem Wasserkreislauf können bestehende und festverbaute Teile beibehalten und frei liegende Teile ausgetauscht werden. Eine Nachrüstung ist z.B. auch i.V.m. einem Austausch eines Heiz- oder Kühlaggregats möglich.
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Die beanspruchte Filtertechnik ermöglicht es, die Normvorschriften für Wasser in einem Heiz- oder Kühlkreislauf auf einfache und kostengünstige Weise einzuhalten. Das in Heizanlagen häufig eingesetzte vollentsalzte Wasser, sogenanntes VE-Wasser, und die damit verbundenen Korrosionsprobleme können entfallen. Ferner kann auf Zusatzmittel verzichtet werden, die bisher dem VE-Wasser zur Korrosionsbekämpfung beigefügt wurden, dabei aber andere Probleme mit Verschlammung durch Rost oder dgl. auslösten. Auch die in Heizungsanlagen bisweilen eingesetzten komplexen Enthärtungsgeräte mit häufig zu wechselnden Kartuschen sind entbehrlich.
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Die beanspruchte Filtereinrichtung hat für den Installateur, insbesondere Heizungsbauer, den Vorteil einer einfachen und kaum fehleranfälligen Installation. Im Wasserkreislauf des Heiz- oder Kühlwassers kann normales Leitungswasser nachgefüllt werden.
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Die beanspruchte Filtertechnik ermöglicht eine Entgasung des Wassers und des Wasserkreislaufs. Ferner können der pH-Wert und der elektrische Leitwert im Wasserkreislauf auf korrosionsschützenden Werte eingestellt und stabilisiert werden. Als Heizungs- oder Kühlungsfilter hat die beanspruchte Filtereinrichtung keine Zulassungsprobleme. Ihre Installation und ihr Betrieb erfordern kein hohes Fachwissen. Eine Installation und Wartung ist durch normale Handwerksbetriebe möglich.
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Die beanspruchte Filtereinrichtung bietet die vorteilhafte Kombination einer Filtration des Wassers und einer Reduktion bzw. Oxidation von im Wasser enthaltenen ungünstigen Stoffen. Sie reduziert härtebildende Stoffe, insbesondere die Kationen von Kalzium und Magnesium, und mindert die Gefahr von Kalkablagerungen im Wasserkreislauf und den dort eingebundenen Komponenten. Weitere Vorteile sind eine Magnetitabscheidung und eine Fällung von unerwünschten Metallionen, die das Wasser negativ beeinflussen. Ein entscheidender Vorteil liegt in der Vermeidung von Korrosionsproblemen durch die erzielte Wasserstabilisierung.
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Die beanspruchte Filtereinrichtung verbessert die Betriebsbedingungen einer Heiz- oder Kühlanlage und ihres geschlossenen Wasserkreislaufs. Eine Vollentsalzung des Heiz- oder Kühlwassers ist entbehrlich. Es kann normales Frischwasser bzw. Leitungswasser eingesetzt werden. Zudem kann sich die Filtertechnik auf unterschiedlichste Wasserqualitäten und Härtegrade des lokal vorhandenen Wassers einstellen und anpassen.
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Bei der beanspruchten Filtertechnik wird als Filtermaterial, insbesondere als Basis-Material, ein katalytisches Material benutzt, welches wasserdurchlässig ist. Es kann insbesondere porös bzw. porenhaltig sein. Das katalytische Material ist vorzugsweise ein Kationen-Tauschmaterial. Es oxidiert die im zugeführten Wasser gelösten Kationen mittels Sauerstoffzehrung. Zudem wird der Leitwert gesenkt.
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Bei der beanspruchten Filtertechnik kann eine Entgasung des Wassers stattfinden. Einerseits kann der Gehalt von im Wasser gelösten Sauerstoff durch die besagte Oxidation im Filtermaterial abgebaut werden. Zusätzlich kann eine Opferanode gelösten Sauerstoff im Wasser reduzieren. Andererseits kann im Wasser gebundener Sauerstoff und/oder anderes Gas ausperlen und im Filterbehälter, insbesondere im Deckelbereich, vom Wasser getrennt aufgenommen und eigenständig abgeführt werden.
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Das katalytische Material ist bevorzugt mit Mangandioxid versehen. Es kann insbesondere mit Mangandioxid beschichtet sein. Das Mangan ist für eine Oxydation von unerwünschten gelösten Metallionen, insbesondere eine Enteisung, im zugeführten Wasser von Vorteil.
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Das katalytische Filtermaterial ist bevorzugt ein Material aus der Gruppe der Zeolithe. Günstig sind Klinoptilolithe. Alternativ können andere Silikate, Kalziumkarbonate oder dgl. eingesetzt werden. Die Zeolithe, Silikate, Kalziumkarbonate oder dgl. haben den Vorteil, einer Brückenbildung und einer vernetzten Struktur mit großen und wasserdurchlässigen Poren. Dies erhöht die reaktive Oberfläche. Zeolithe sind besonders gute Kationen-Tauscher für Kalzium, Magnesium oder dgl.. Diese härtebildenden Stoffe können oxidiert und die Oxide aus dem Wasser ausgefiltert werden.
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Durch das bevorzugt beruhigte Wasserbad mit überwiegend laminarer und langsamer Wasserströmung können die Oxide am Boden der Reaktionskammer sedimentieren und bedarfsweise bei einer Wartung abgeführt werden. Das Filtermaterial hat eine lange Standzeit und braucht nur in größeren Abständen gewechselt zu werden. Es kann auch rückgespült werden. Das beanspruchte Filtermaterial ist besonders kostengünstig und hat auch umwelttechnische Vorteile.
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Das katalytische Material kann ferner Kalziumhydroxid in kleinen Mengen aufweisen. Dieses kann in eingelagerter Form oder als Beschichtung des katalytischen BasisMaterials vorliegen.
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Das Filtermaterial hat vorzugsweise eine granulierte Form. Es kann insbesondere in Gestalt einer losen Schüttung vorliegen. Hierbei kann im Wasserbad auf einfache Weise ein umspültes Filterbett am Boden der Reaktionskammer gebildet werden. Das Filtermaterial kann einfach und kostengünstig in einen Filterbehälter eingebracht und bedarfsweise gewechselt bzw. gereinigt werden. Teure Kartuschen sind entbehrlich.
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Das Filtermaterial kann das Wasserbadvolumen teilweise ausfüllen. Das am Boden der Reaktionskammer angeordnete Filtermaterial kann z.B. etwa ein Drittel der Wasserbadhöhe einnehmen. Der darüber liegende Wasserbadbereich ist für Entgasungs- und Wasserberuhigungszwecke von Vorteil.
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Die beanspruchte Filtertechnik kann in einem Bypass an Wasserkreislauf, bevorzugt im Rücklauf, angeschlossen werden. Sie behindert dadurch nicht den normalen Betrieb im Wasserkreislauf und in der Anlage für Heiz- oder Kühlzwecke.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
- 1: einen Filterbehälter einer Filtereinrichtung in Seitenansicht,
- 2: den Filterbehälter von 1 in einer Explosionsdarstellung seiner Komponenten und
- 3: einen schematischen hydraulischen Schaltplan für einen Wasserkreislauf einer Heiz- oder Kühlanlage mit einer Filtereinrichtung.
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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung (1) und ein zugehöriges Verfahren. Die Erfindung betrifft ferner einen Wasserkreislauf (2) mit einer darin angeordneten Filtereinrichtung (1). Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Heiz- oder Kühlanlage (2) mit einer solchen Filtereinrichtung (1) und einem Wasserkreislauf (2).
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3 zeigt beispielhaft eine Heiz- oder Kühlanlage (3) mit einem Wasserkreislauf (2) und einer Filtereinrichtung (1). Der Wasserkreislauf (2) ist vorzugsweise geschlossen und besteht aus einem Leitungs- oder Rohrnetzwerk, in dem ein Heiz- oder Kühlaggregat (4), ein oder mehrere Verbraucher (5), z.B. Heiz- oder Kühlkörper, und weitere Komponenten angeordnet sein können. Dies können Wasserspeicher, Pumpen, Druckausgleichsbehälter, Einspeisestellen für frisches Leitungswasser, Ablasshähne oder dgl. sein. Die Heiz- oder Kühlanlage (3) kann an beliebiger Stelle, insbesondere in einem stationären Gebäude oder an einer mobilen Einrichtung, z.B. einem Container oder dgl., eingebaut sein.
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Die Filtereinrichtung (1) weist mindestens einen Filterbehälter (7) auf, der über einen Bypass (6) an den Wasserkreislauf (2) angeschlossen sein kann. Die Filtereinrichtung (1) kann einen Anschlussblock (24) für den Anschluss an den Wasserkreislauf (2) beinhalten. Der Anschlussblock (24) kann Leitungsanschlüsse für den Hauptkreis und den Bypass (6) sowie weitere Komponenten aufweisen, z.B. einen Durchflusssteller zur Einstellung und gegebenenfalls Regelung der Durchflussgeschwindigkeit des Heiz- oder Kühlwassers durch die ein oder mehreren Filterbehälter (7). Die Filtereinrichtung (1) kann wahlweise im Vorlauf oder bevorzugt im Rücklauf des Wasserkreislaufs (2) installiert sein.
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1 zeigt einen Filterbehälter (7) in einer Außenansicht und 2 zeigt die zugehörige Explosionsdarstellung der im und am Filterbehälter (7) angeordneten Komponenten.
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Der Filterbehälter (7) besteht aus einem inerten Material, z.B. Edelstahl. Er hat z.B. eine zylindrische Form mit vertikaler Ausrichtung und zentraler Achse (33). Am Boden können Füße angeordnet sein.
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Wie 2 verdeutlicht, beinhaltet der Filterbehälter (7) im hohlen Innenraum eine Reaktionskammer (11) und einen darüber angeordneten Behälterbereich (13). Die Reaktionskammer (11) kann im Betrieb vollständig mit dem zugeführten Heiz- oder Kühlwasser gefüllt sein.
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Der Filterbehälter (7) kann teilbar sein, wobei der untere, z.B. zylindrische, Korpus (23) die Reaktionskammer (11) aufnimmt. Am oberen Bereich (13) kann der Filterbehälter (7) einen Deckel (21) aufweisen, der mittels eines Verschlusses (28) und einer Dichtung lösbar und dicht mit dem unteren Korpus (23) verbunden werden kann. Der Deckel (21) hat bevorzugt eine haubenartige Form. Er kann einen Dachbereich oder Luftbereich zur Aufnahme abgeschiedener Luft oder eines anderen Gases aus dem zugeführten Wasser aufnehmen. Am Deckel (21) oder an anderer geeigneter Stelle kann eine Entlüftungseinrichtung (22) angeordnet sein.
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In der Reaktionskammer (11) ist ein beruhigtes Wasserbad (12) angeordnet, welches aus dem vom Wasserkreislauf (2) zugeführten Heiz- oder Kühlwasser gespeist wird.
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In der Reaktionskammer oder Filterkammer (11) befindet sich ein Filtermaterial (15), welches am Kammerboden angeordnet ist und bevorzugt in granulierter Form sowie in einer losen Schüttung vorliegt. Die Höhe des Filterbetts beträgt z.B. circa ein Drittel der Wasserbadhöhe.
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Das Filtermaterial (15) ist ein katalytisches Material, insbesondere ein Kationentauschmaterial. Es oxidiert im zugeführten Wasser gelöste Kationen, insbesondere Kationen von härtebildenden Stoffen, wie Kalzium und Magnesium. Das katalytische Material bildet ein Basismaterial des Filtermaterials (15) mit einem stark überwiegenden Anteil von bevorzugt mehr als 85 Prozent. Das katalytische Material weist Poren oder andere innere Hohlräume auf und ist wasserdurchlässig.
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Das katalytische Material kann z.B. ein Klinoptilolith-Material sein. Es kann alternativ ein anderes Material aus der Gruppe der Zeolithe sein. Als weitere Variation ist z.B. ein Silikat-Material oder ein Kalziumkarbonat-Material möglich.
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Das katalytische Material bzw. Basis-Material ist mit einer Beschichtung aus Mangandioxid versehen. Der Anteil an Mangandioxid am Filtermaterial (15) kann 10 Prozent oder mehr betragen. Das Filtermaterial (15) kann außerdem Kalziumdhydroxid beinhalten. Dessen Anteil ist klein und kann unter 5 Prozent liegen.
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Das Filtermaterial (15) ist mit den Bestimmungen der deutschen Trinkwasserverordnung kompatibel. Das Filtermaterial (15) hat eine kombinative Funktion. Es bewirkt sowohl eine mechanische Filtration des zugeführten Wassers, als auch eine Reduktion, insbesondere Oxidation, der im Wasser enthaltenen Stoffe, insbesondere Eisen, Kalzium, Mangan, Magnesium, Kupfer, Aluminium und dgl.. Das Filtermaterial (15) entzieht dem Wasser insbesondere Eisen und Mangan sowie gelösten Sauerstoff. Das Mangandioxid kann eine Katalysatoroberfläche bilden und bewirkt die Bildung von Eisenoxid, Kupferoxid und dgl.. Die Oxide werden aus dem zugeführten Wasser ausgefiltert und können durch die Wasserbadberuhigung sedimentieren.
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Im oberen Bereich des Wasserbads (12) ist eine Opferanode (19) eingetaucht angeordnet. Diese zehrt Sauerstoff. Sie besteht z.B. aus Magnesium, das evtl. noch im Wasser enthaltenen gelösten Sauerstoff oxidiert wird, wobei das Magnesiumoxid ebenfalls ausfällen und sedimentieren kann. Die Opferanode (19) und das Filtermaterial (15) erhöhen außerdem allmählich den pH-Wert im zugeführten Wasser bzw. im Kreislaufwasser.
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Eingetaucht im oberen Bereich des Wasserbad (12) ist ferner ein Magnet (18), insbesondere ein Ferritmagnet, angeordnet. Dieser bindet eisenhaltige Stoffe und Magnetit.
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Der Filterbehälter (7) weist einen Zulauf (8) und einen hiervon getrennt abgeordneten Ablauf (9) für das Wasser auf. Der Zulauf (8) und der Ablauf (9) sind z.B. im unteren Bereich des Filterbehälters (7) angeordnet.
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Der Filterbehälter (7) weist ferner eine Beruhigungseinrichtung (10) für das über den Zulauf (8) zugeführte Wasser auf. Die Beruhigungseinrichtung (10) ist z.B. als Prallplatte ausgebildet und innerhalb des Filterbehälters (7) bzw. der Reaktionskammer (11) angeordnet. Die Prallplatte kann sich direkt über der Einlassmündung des Zulaufs (8) am Behältermantel befinden. Sie bremst die zugeführte Strömung und sorgt für eine Badberuhigung und eine laminare Strömung.
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Der Ablauf (9) ist mit einer Sammelkammer (14) verbunden. Diese ist getrennt von der Reaktionskammer (11) angeordnet und befindet sich bevorzugt an der Behälterunterseite und direkt in Axialrichtung (33) unter der Reaktionskammer (11). Die Sammelkammer (14) ist mit der Reaktionskammer (11) und dem dortigen Wasserbad (12) durch eine Überlaufleitung (16) verbunden. Das Wasser wird an der Unterseite des Filterbehälters (7) eingespeist und an der Unterseite auch wieder abgezogen. Innerhalb des Filterbehälters (7) fließt es in einer beruhigten Strömung.
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Die Überlaufleitung (16) ist z.B. stehend in der Reaktionskammer (11) und im Wasserbad (12) angeordnet. Sie ist durch den Boden der Reaktionskammer (11) geführt und mündet mit ihrem unteren Ende an der Sammelkammer (14). Mit ihrem oberen Ende mündet die Überlaufleitung (16) unterhalb des Wasserbadspiegels.
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Die Überlaufleitung (16) wird z.B. von mehreren stehenden und parallel zur Achse (23) ausgerichteten Rohren (30) gebildet, die abgedichtet durch den Reaktionskammerboden geführt sind und an der Unterseite in der Sammelkammer (14) münden. Sie können gleichmäßig im Kreis um die Achse (33) angeordnet sein. Die Rohre (30) weisen an der Oberseite Einlaufdüsen (17) auf. Diese können einen Filterkorb aufweisen und eine vergrößerte Oberfläche haben. Sie sind im oberen Bereich des Wasserbads (12) angeordnet und lassen das Wasser in ausreichender Menge einströmen und durch das jeweilige Rohr (30) in die Sammelkammer (14) und weiter zum Ablauf (9) gelangen. Der Filterkorb hält etwaige Feststoffe im Wasser, insbesondere Partikel des Filtermaterials (15), zurück.
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Im oberen Bereich des Korpus (23) bzw. Filterbehälters (7) ist bevorzugt ein Halter (20) angeordnet. Dieser kann als quer im Behälterinnenraum angeordnete Halteplatte mit verschiedenen Öffnungen ausgebildet sein. Er kann eine zentrale Öffnung für eine zentrale Stützstange (31) aufweisen, die am Behälterboden montiert ist und an ihrem oberen Ende eine Aufnahme für den Magnet (18) aufweist. Der Halter (20) kann sich über die Stützstange (31) im Filterbehälter (7) abstützen.
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Am Halter (20) ist außerdem eine Befestigungsmöglichkeit für die im Wasserbad (12) eingetauchte Opferanode (19) vorhanden. Ferner sind Durchgangsöffnungen vorhanden, die an die Einlaufdüsen (17) angepasst sind und diese formschlüssig aufnehmen und seitlich führen sowie stabilisieren. Der Halter (20) kann unterhalb des Verschlusses (28) angeordnet sein. Der Halter (20) ist ansonsten gas- bzw. luftdurchlässig und ermöglicht ein Ausgasen der bei den Oxidationsprozessen entstandenen Luft aus dem Wasserbad (12) in den Freiraum (13). Dieser befindet sich oberhalb des Halters (20).
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Am Filterbehälter (7) können weitere Komponenten angeordnet sein. Dies kann ein Manometer (25) und eine Entleerung (26) sein, die z.B. am unteren Behälterende gemäß 1 angeordnet sind. Am Zulauf (8) kann ein Vorfilter (27) angeordnet sein, der Grobstoffe aus dem vom Wasserkreislauf (2) zugeführten Heiz- oder Kühlwasser ausfiltert und andererseits ein Rückfließen des granulierten Filtermaterials (15) verhindert. Am Zulauf (8) kann ferner ein Kugelhahn (32) angeordnet sein, der sich unterhalb des Vorfilters (27) befindet.
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Am Ablauf (9) kann ein Durchflussmesser (29) mit einer geeigneten Anzeige angeordnet sein.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich.
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Die Behälterform des Filterbehälters (7) kann variieren. Der Zulauf (8) und der Ablauf (9) können anders angeordnet sein. Ferner ist eine Mehrfachanordnung von Filterbehältern (7) im Bypass (6) in Reihen- oder Parallelanordnung möglich. Am Filterbehälter (7) kann sich außerdem ein Temperatursensor und eine Temperaturanzeige befinden. Der Filterbehälter (7) kann in anderer Weise angeordnet und ausgerichtet sein, z.B. auch liegend und in Quaderform oder dgl.. Ansonsten sind Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele und der genannten Abwandlungen, insbesondere auch ein Vertauschen von Merkmalen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filtereinrichtung
- 2
- Wasserkreislauf
- 3
- Heiz- oder Kühlanlage
- 4
- Heiz- oder Kühlaggregat
- 5
- Verbraucher
- 6
- Bypass
- 7
- Filterbehälter
- 8
- Zulauf
- 9
- Ablauf
- 10
- Beruhigungseinrichtung, Prallplatte
- 11
- Reaktionskammer
- 12
- Wasserbad
- 13
- Behälterbereich, Dachbereich, Luftbereich
- 14
- Sammelkammer
- 15
- Filtermaterial, Schüttung
- 16
- Überlaufleitung
- 17
- Einlaufdüse
- 18
- Magnet, Ferritmagnet
- 19
- Opferanode
- 20
- Halter
- 21
- Deckel haubenartig
- 22
- Entlüftungseinrichtung
- 23
- Korpus
- 24
- Anschlussblock
- 25
- Manometer
- 26
- Entleerung
- 27
- Vorfilter
- 28
- Verschluss
- 29
- Durchflussmesser
- 30
- Rohr
- 31
- Stützstange
- 32
- Kugelhahn
- 33
- Achse, Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60306363 T2 [0003]
- DE 10009669 A1 [0004]
