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Die
Erfindung betrifft einen Kollektor für nicht genutztes Wasser, der
aus dem Kopf und den übrigen Teilen
besteht, wie etwa unter GB 2 309 731 A oder in
US 5 274 861 A beschrieben.
Der Kopf besteht aus zwei kugelförmigen,
fest miteinander verbundenen Bereichen: 1) einem kleinen, der den
oberen Teil des Kollektorkopfes bildet und gleichzeitig die folgenden
Funktionen erfüllt
a) eines Reglers des einströmenden
Wassers dank der durchgehenden Öffnung
in der Mitte, deren Ränder
oben gebogen sind, b) eines Wassertanks mit einem Einlass und einem
Auslass mit Überlauf-Vorrichtung,
mit der das Einlassrohr mit Wasser gefüllt wird und c) einer Vorrichtung
zur Aufnahme von Wasserturbulenzen von unten. 2) einem großen Bereich,
der die Basis des Kollektorkopfes bildet und mit vier rutschsicher
beschichteten, höhenverstellbaren
Füßen zum
Ausgleichen von Unebenheiten ausgestattet ist, sowie mit einem Rohr
mit offener Windung, das über
ein dünnes
Rohr mit dem Wassertank im oberen Bereich des Kopfes verbunden ist.
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Der
andere Teil besteht aus einem sehr flexiblen Rohr, das den Kopf
mit dem Abfluss verbindet, der aus einem Rohr besteht, in dem sich
ein Rohr mit einer offenen Windung mit einer Verlängerung
in Richtung des Rohres und einem seitlichen Einlass befindet. Im
oberen Bereich des Rohres befindet sich ein Überlaufventil. Der Abfluss
ist mittels eines flexiblen Rohres mit dem Wasserspeichertank verbunden.
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Von
Zeit zu Zeit sind Versuche zu einer Reduzierung des Wasserverbrauchs,
insbesondere jenes von Haushalten, unternommen worden. Es wurden
Mechanismen und Methoden erfunden, die zum Teil den Wasserdruck
reduzieren und durch das Einleiten von Luft in die Rohre einen Sprüheffekt
und somit den Eindruck einer größeren Wassermenge
erzeugen, während
bei anderen der Querschnitt des Wasserzulaufrohrs reduziert wurde
(temperaturmischender Hahn), wo die typische Benutzungsposition
entweder offen oder geschlossen ist, so dass es dem Benutzer nicht
möglich
ist, eine Zwischenposition zu wählen.
Darüber
hinaus gibt es auch elektromechanische oder mechanische Schalter
am Ende des Wasserhahns.
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Diese
Mechanismen haben die folgenden wesentlichen Nachteile:
- 1) Sprühfilter
brauchen eine häufige
Wartung (Reinigung des Siebes).
- 2) Der reduzierte Querschnitt in den temperaturmischenden Hähnen bewirkt
nicht wirklich eine Wasserersparnis, sondern diese Mechanismen reduzieren
lediglich die Verschwendung, da sie normalerweise nur dann funktionieren,
wenn sie ganz geöffnet
sind.
- 3) Wasserhähne
mit einem elektromechanischen Mechanismus sind in der Anschaffung
sehr kostspielig, verlangen eine elektrische Installation bis hin
zum Wasserhahn und können
der Vielfältigkeit
der Haushaltsanwendungen nicht gerecht werden. Sie eignen sich jedoch
für öffentliche
Orte mit einfacher Verwendung (Hände
waschen) und werden in erster Linie aus Hygienegründen installiert.
- 4) Die mechanischen Mechanismen am Ende des Wasserhahns sind
nicht nur wenig komfortabel für
den Benutzer (der Schalter wird durch ein flexibles Blatt oder etwas Ähnliches
aktiviert, das vom Wasserhahn herunterhängt und bei vielen Benutzungen
hinderlich ist), sondern führen
durch ihr abruptes Öffnen
und Schließen
auch zu hydromechanischen Schäden
an der Installation.
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Die
heute für
die Wassereinsparung vorwiegend verwendeten Mechanismen sind jene,
die mit verschiedenen Methoden einen Tropfengemischstrahl erzeugen,
der den Eindruck einer größeren Wassermenge vermittelt.
Auf diese Art und Weise wird nur wenig Wasser eingespart, da 1)
nach dem Nachlassen des ersten Eindrucks der Benutzer das gewohnte
Wassergewicht verlangt, was zu einer längeren Benutzungszeit oder
zu einer Erhöhung
des Wasserflusses führt
und 2) das Hauptproblem, nämlich
das Weiterfließen
von sauberem Wasser in den Intervallen zwischen einer Benutzung,
nicht angesprochen wird.
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Gewöhnlich kommt
der Benutzer während
der Zeit, zu der er das Wasser nicht benutzt, entweder nicht an
den Wasserhahn, um ihn abzudrehen, wie etwa beim Händewaschen
oder beim Rasieren, oder er hat dazu keine Zeit, da die Zwischenzeit
zu kurz ist, wie etwa beim Waschen des Gesichts oder weil er bei
einfachen Wasserhähnen
die Temperaturmischung nicht ändern
möchte.
Dies führt
dazu, dass die Menge des in den Zwischenstadien einer Nutzung verschwendeten
Wassers in der Regel größer ist
als die für
die Benutzung tatsächlich
gebrauchte Wassermenge. Eine beträchtliche Wassermenge wird auch
in jenem Fall verschwendet, in dem man den Heißwasserhahn aufdreht und wartet,
bis das Wasser heiß herauskommt.
Im Falle einer Solaranlage ist die Verschwendung besonders groß.
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Daraus
entstand die Idee, dieses saubere, nicht genutzte Wasser zu sammeln
und anderswo zu verwenden. Dies wird mit dem Kollektor für nicht
genutztes Wasser erreicht, über
den das Wasser für
die spätere Verwendung
in einen Tank oder eine Speichervorrichtung abgeleitet wird.
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1 zeigt den Kollektor für ungenutztes
Wasser. Seine Funktionsweise soll im Folgenden dargestellt werden.
Das Wasser läuft durch
einen Regler (1) des einströmenden Wasserflusses. Die Ränder des Reglers
sind gebogen, so dass das Wasser auch dann ungehindert in das Rohr
(2) strömt,
wenn der Wasserstrahl nicht genau in seine Mitte trifft oder wenn
er im Falle eines geneigten Wasserhahns bei zunehmendem Wasserstrom
in seiner Richtung abweicht. Anschließend füllt das Wasser mit seiner eigenen
Kraft das Rohr mit offener Windung (2), das elastische
Rohr (3) und das Rohr mit offener Windung (5).
Sobald dies geschieht, entsteht ein Druck und es kommt in der Öffnung des
Rohres mit offener Windung (2) zu starken Wasserturbulenzen.
Die Ränder
der Öffnung
des Rohres mit offener Windung (2) sind leicht gebogen
(4), so dass die Turbulenzen in den unteren Teil (6)
des kleinen kugelförmigen
Bereichs des Kollektorkopfes umgeleitet werden. Anschließend kommt
es zu einem Ausfließen
des Wassers aus der Verlängerung
des Rohres mit offener Windung (5). Gleichzeitig wird der
Tank (7) über
das Rohr (8) gefüllt,
und im Anschluss daran kommt es zu einem Ausfließen des Wassers aus dem Überflussrohr
(9). Das Abwasserrohr (10) erfüllt eine dreifache Funktion:
1) Es leitet das gesammelte Wasser, mit oder ohne elastisches Rohr,
zum Speicherraum; 2) Es verhindert eine Aufnahme (während des
Aussetzens des Wasserstrahls vom Wasserhahn zum Kollektorkopf) des
Wassers innerhalb des elastischen Rohrs; 3) es verfügt an seinem
oberen Teil über
ein Überflussventil
(11), das sich schließt,
wenn der Wassertank voll ist und somit kein weiteres Wasser mehr
in das Abwasserrohr (10) fließen lässt.
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Das
Stadium ab der Entstehung des Wasserstrahls durch das Aufdrehen
des Wasserhahns bis zum Ausfließen
aus dem Rohr mit offener Windung (5) dauert rund 0.35 Sek.
Während
dem Aussetzen des Wasserstrahls, z. B. wenn man die Hände unter
den Wasserhahn hält,
um sie abzuspülen,
kann das Schmutzwasser aus zwei Gründen nicht in den Kollektorkopf
eindringen: 1) das Wasser hat nicht die Kraft, um das Wasser im
Rohr mit offener Windung (2) und im elastischen Rohr (3)
zu verdrängen,
da es diffus in alle Richtungen läuft und 2) kehrt das Wasser
mit dem Aussetzen des Wasserstrahls im elastischen Rohr (3)
zurück,
läuft über die
Ränder
(4) des Rohrs mit offener Windung (2) und spült das in
diesem Moment laufende schmutzige Wasser vom Kollektorkopf. Auch
wenn das Händewaschen
lange dauert, kann das Schmutzwasser nicht eindringen, da in einem
Teil des Rohrs (3) und im Rohr mit offener Windung (2)
immer noch Wasser vorhanden ist (es entsteht ein Siphon). Der Wasserstand
des verbleibenden Wassers erreicht die Ränder (4) des Rohres
mit offener Windung (2) nicht, sondern liegt tiefer, da
die große
Wassergeschwindigkeit beim Entleeren des Rohrs (3) das
Wasser, das üblicherweise – wenn es
langsam zurückkehrte – den Siphon
bedecken würde,
zum Überfließen bringt.
Dieses Wasser bedeckt das Wasser im Tank (7) (mit einem
Volumen von ca. 20 cm3), welches durch ein
Rohr (8) entleert wird und ergänzt die fehlende Menge, um
das Überlaufen über die
Ränder
zu ermöglichen
(4) und dadurch das Schmutzwasser daran zu hindern, in
das Rohr mit offener Windung (2) zu gelangen.
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Der
Kollektor für
nicht genutztes Wasser funktioniert auch bei sehr geringem Wasserfluss
in der Größenordnung
von 2,8 l/Min. und bei niedrigster Wasserhahnöffnung extrem effizient. Er
ist so konzipiert, dass er seine Höchstleistung bei schwachem
und mittlerem Wasserfluss (bzw. geringer und mittlerer Hahnenöffnung)
erbringt, wie dies die Leistungskurve in 2 aufzeigt. Was die Spezialfälle eines
Abflusses mit größerem Durchmesser
in der Küchenspüle anbelangt
(z. B. wenn ein Auffangsieb vorhanden ist) und wenn der Wasserstrahl
nahe am Rand des Abflusses auftrifft, so dass die vier rutschsicher
beschichteten Füße (14)
des Kollektorkopfes nicht fest aufgestellt werden können, wenn
er unter die Öffnung
des Wasserhahns gestellt wird, dann wird ein einfacher Ring mit
einem größeren Durchmesser
als jener der Kollektorbasis auf die Kollektorbasis gelegt (13),
wodurch die vier rutschsicher beschichteten Füße auf eine neue Basis mit
einem größeren Durchmesser
zu stehen kommen.
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Außerdem kann
auch in dem Fall, in dem der Wasserstrahl zu nahe an der Waschbeckenwand
fließt, ein
kurzes gebogenes Rohr so angebracht werden, dass es das Einfließen des
Wassers in den Kollektorkopf ermöglicht
(1).
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Und
schließlich
kann man, wenn der Wasserhahn stark geneigt ist, eine kurze, gebogene
Verlängerung
an das Ende des Wasserhahns anschließen, um einen vertikaleren
Verlauf des Wasserstrahls zu erreichen. 3 erläutert
einige Eigenschaften in Bezug auf spezifische Alltagsanwendungen
im Haushalt. Die Messungen erfolgten mit der konventionellen Verwendung
eines einfachen Wasserhahns, dessen Öffnung sich 39 cm über dem
Boden der Spüle
befand. Der Druck des Wasserversorgungsnetzes lag in Ruhezeiten
bei 1.8 BAR und der Innendurchmesser der beiden Rohre mit offener
Windung (2) und (5) sowie auch jener des flexiblen
Rohres (3) war 10 mm. Diese Messungen ließen die
Tatsache außer
Acht, dass bei allen Verwendungen, sofern sie zeitlich nicht zu
dicht aufeinander folgten, im Winter wegen der Wartezeiten für Heißwasser noch
eine zusätzliche
Wassermenge zum gesammelten Wasser hinzu kommt.
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Der
gesamte Wasserverbrauch – unabhängig von
der Verwendung – ist
als Beispiel zu verstehen, da er ausschließlich vom Verbraucher abhängt. Von
Interesse sind die in den anderen Spalten aufgeführten Zahlen. Betrachtet man
zum Beispiel das Waschen des Gesichts, so erkennt man, dass von
den verbrauchten 3,3 l nur 0,8 l für den eigentlichen Verwendungszweck
verbraucht werden. Die übrigen
2,5 l werden in den Intervallen zwischen einer Nutzung verschwendet.
Der Kollektor für
nicht genutztes Wasser kann von diesen 2,5 Litern 1,6 l auffangen.
Somit spart man 64% des bei der genannten Verwendung nicht genutzten
Wassers, was eine Einsparung von 48.5% des gesamten Wasserverbrauchs
des Beispiels bedeutet, ohne die Verwendungszeit zu kürzen. Was
das Warten auf heißes
Wasser betrifft, ist die Menge des gesammelten Wassers noch viel größer.
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Der
Kollektor für
nicht genutztes Wasser eignet sich sowohl für den Haushaltsbedarf (Küche, Bad)
als auch für
sanitäre
Einrichtungen in kleinen und großen Unternehmen usw., ohne
bindend zu sein.
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Der
Kollektor für
nicht genutztes Wasser ist eine kleine Vorrichtung, ist leicht und
gut handhabbar und lässt
sich in jeder Art von Waschbecken, Küchenspülen oder an Orten für die persönliche Hygiene
installieren. Der Benutzer muss einzig den Kollektorkopf für nicht
genutztes Wasser unter dem Wasserhahn anbringen. Der Kollektorkopf
lässt sich – wenn man
z. B. den Platz reinigen will – problemlos
und leicht entfernen und neben den Hahn legen.
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Der
Kollektor für
nicht genutztes Wasser ist eine einfache Vorrichtung mit niedrigen
Herstellungskosten und ohne Wartungsansprüche.
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In
Bezug auf das Problem der Wasserspeicherung und - verteilung gibt es verschiedene Lösungen. Die
Größe und Form
des bzw. der Tanks wie auch der Transport des Wassers sind variable
Größen, die
sich der jeweils gewünschten
Lösung
anpassen lassen. Wenn man größere Bereiche
verwenden, zum Beispiel den unteren Teil der Badewanne oder des
Waschbeckens, dann lässt
sich mehr Wasser speichern. Die Verwendung einer kleinen Druckpumpe
oder einer von einem drucklosen Mechanismus betriebenen Pumpe, um
das Wasser etwas weiter weg oder an eine höhere Stelle zu leiten – beispielsweise
zum Wassertank im Schrank über
der Toilette – gibt
uns größere Flexibilität.
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Damit
wird selbstverständlich
die einfache und kostengünstige
Lösung
nicht ausgeschlossen, für
den unmittelbaren Gebrauch einen Eimer neben Sammelstelle zu stellen.
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Nachstehend
sind zwei Anwendungsarten dieser Erfindung mit Hinweisen auf die
Skizzen beschrieben, die in keinster Weise einschränkend zu
verstehen sind.
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Beispiel 1
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Anwendung im Haushalt
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Im Badezimmer (4)
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Auf
der Darstellung sieht man: den Kollektor für nicht genutztes Wasser, zwei
10-Liter-Tanks (empfohlene Abmessungen: 0.20 × 0.35 × 0.15 m), ein Kunststoffrohr
und einen Wasserpegelschalter. Die Höhe des Tanks (2) ist
geringer als oder gleich der Differenz zwischen der Höhe des Waschbeckenrandes
ab Boden und der Höhe
des Wasserspiegels im WC-Spülkasten
ab Boden. Das Wasser wird vom Kollektor für nicht genutztes Wasser aufgefangen
und in den Tank geleitet (2). Das in diesem Tank aufbewahrte
Wasser ist ausschließlich
für den
WC-Spülkasten
bestimmt. Ist dieser voll, fließt
das Wasser über
und füllt
den Tank (3), aus dem es zum Beispiel für die Hausreinigung verwendet
werden kann.
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Entleert
sich das Wasser aus dem WC-Spülkasten, öffnet sich
der Schalter (4), und das Wasser aus dem Tank (2)
entleert sich dank der Schwerkraft in das WC.
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Die
Menge Wasser, die im Badezimmer einer vierköpfigen Familie gesammelt werden
kann, lässt
sich annähernd
anhand der in der letzten Spalte von 3 aufgeführten Daten
ableiten:
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In der Küche (5)
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Auf ähnliche
Weise erfolgt auch das Sammeln und Aufbewahren des Wassers in der
Küche.
Der Tank lässt
sich unter der Küchenspüle installieren.
Im unteren Teil des Tanks ist ein Hahn angebracht, wo man das gesammelte
Wasser auslassen kann. Es wurde die in der Küche einer vierköpfigen Familie,
die einen Geschirrspüler
verwendet, gesammelte Wassermenge gemessen, welche sich insgesamt
für einen
ganzen Tag auf rund 25 l beläuft.
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Somit
scheint die täglich
gesammelte Menge Wasser in der Größenordnung von 70 l zu liegen.
Dies bedeutet, dass sich mit dem gesammelten Wasser (bei vernünftiger
Verwendung) unser täglicher
Bedarf für die
WC-Spülung
und die Reinigung der Wohnung decken lässt.
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Für eine vierköpfige Familie
mit einem Durchschnittsverbrauch von 35 m3 im
Vierteljahr bedeutet dies eine Wassereinsparung von 70 l × 120 Tage
= 8.400 l bzw. 8.4 m3, was einer Reduktion
des gesamten Wasserverbrauchs um 24% entspricht.
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Beispiel 2
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In
sanitären
Einrichtungen großer
und kleiner Fabriken usw.
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Es
liegt in der Natur der Sache, dass die persönliche Hygiene in der Regel
zeitaufwändig
und der Wasserverbrauch in der Folge groß ist. Das Wasser kann mit
aufgereihten Kollektoren für
nicht genutztes Wasser gesammelt und in ein Sammelrohr geleitet
werden, das einen Wassertank füllen
wird, welcher die Toiletten und sonstige Räumlichkeiten des Unternehmens,
in denen es gebraucht wird, versorgen wird. Die Anlage ist in 6 dargestellt.
