EP0842124A1 - Verfahren zum entkalken von hauswasser und vorrichtung zum durchführen des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum entkalken von hauswasser und vorrichtung zum durchführen des verfahrens

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EP0842124A1
EP0842124A1 EP96925708A EP96925708A EP0842124A1 EP 0842124 A1 EP0842124 A1 EP 0842124A1 EP 96925708 A EP96925708 A EP 96925708A EP 96925708 A EP96925708 A EP 96925708A EP 0842124 A1 EP0842124 A1 EP 0842124A1
Authority
EP
European Patent Office
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water
thermal section
thermal
section
decalcified
Prior art date
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Ceased
Application number
EP96925708A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Eckert
Georg Eckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Original Assignee
Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19527252A external-priority patent/DE19527252A1/de
Application filed by Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH filed Critical Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Publication of EP0842124A1 publication Critical patent/EP0842124A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • C02F1/484—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields using electromagnets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/02—Softening water by precipitation of the hardness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/08—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/083—Mineral agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention

Definitions

  • the invention relates to a method for decalcifying domestic water and a device for performing the method.
  • Chemical water treatment devices are probably the most known for decalcifying domestic water. Disadvantages of these devices are the periodic replenishment of the chemicals, frequent checks, calcium and magnesium deprivation, and an additional sodium load in the water.
  • Devices with a device for physical water treatment on a magnetic, electromagnetic or electrophysical basis are intended to prevent limescale deposits in the water supply system (scale).
  • the water is passed through a magnetic or electromagnetic field, which causes the separation of the finest crystals, which are rinsed on, but are so fine that they cannot be separated with conventional water-dirt filters (passage width> 80 ⁇ m).
  • the excreted calcium or magnesium carbonate particles remain in the water, which is therefore not noticeably descaled (KJ Kronenberg "Advantages of magical water treatment", SBZ 21/89, p. 1534; D. Frahne "What is physically verifiable", SBZ 11/1991, p. 30).
  • the water hardness cannot be influenced, but the lime in the tap water is only converted into a form that does not accumulate on the pipeline walls with the formation of scale.
  • a method known from DE-A-25 26 674 is used for the treatment of industrial wastewater and mineral water to be processed thermally, and, since domestic water is not thermally processed, it is not intended for decalcifying domestic water.
  • the water is first passed through a magnetic field and then heated to 80 ° C to 180 ° C.
  • the failing Some of the substances are deposited in the heating device, and in some cases they are separated from the water in a settling tank.
  • the deposits on the inner surface of the heating device are conveyed mechanically into the settling tank by means of a stripping device.
  • US-A-5 149 438 describes a closed-circuit water to be softened process intended for the treatment of hard water in boilers and the like.
  • the cycle of water is essential in this process. In this way, large crystals with an amorphous character are obtained in a colloidal suspension in the water cycle.
  • the water to be softened flows through a filter arranged upstream of the magnetic device, through which particles which have arisen in a previous cycle are filtered out.
  • a service water heater of a domestic water supply is known from an assembly and operating instruction "Sanicube” from Rotex, DE, “Installation and Connection or Warm Water Connection", pp. 4 and 5, which includes a heat exchanger with a PE Contains X-tube.
  • the assembly and operating instructions contain a reference to the apparently occasional and undesirable phenomenon of limescale deposits in the system, which can lead to clogging of the tapping points and to malfunctions and are therefore appropriately retained in a filter to prevent damage .
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned and an apparatus for performing the method, in which the monitoring and refilling of any consumer materials is no longer necessary, and in which the water is actually decalcified by Lime can be extracted from the water cycle and the hardness of the water can thus also be influenced, the aforementioned health risks being avoided, ie in which house water can be effectively decalcified without the use of chemicals and with structurally simple means.
  • readily soluble bicarbonate is continuously converted to sparingly soluble carbonate and the carbonates are brought together in the thermal section to form crystal aggregates on the crystallization nuclei.
  • the crystal aggregates are then separated by filters or another separation system. In the case of certain types of water with a sufficient content of crystal nuclei, no additional measures are necessary to provide the sufficient number of crystal nuclei.
  • the residence time, the temperature and, if appropriate, the volume flow of the water in the thermal section are selected so that the crystal aggregates are produced with a certain size, and since the surface roughness and the material selection of the inner wall of the thermal section prevent the crystal aggregates from adhering the actually disadvantageous precipitation of the lime is used profitably for permanent decalcification of the house water.
  • Descaling is a desirable reduction in the hardness of the Domestic water and heated, decalcified service water can be removed.
  • the crystallization nuclei are provided in the form of lime particles, for example lime sand.
  • lime particles can be provided permanently during operation.
  • the lime particles can be supplied before or in an inlet section of the thermal section or also within the thermal section because they cause the crystal aggregates to form within the thermal section.
  • the desired result can be improved by first passing the water to be decalcified through a magnetic or electromagnetic field in order to allow the formation of very fine crystals as crystallization nuclei, by means of which then larger and filterable in the thermal section Crystals or crystal aggregates are generated.
  • the crystallization nuclei provide a further, expedient process variant by recirculating part of the water already loaded with lime particles in the thermal zone into the inlet zone or the thermal zone.
  • the crystallization nuclei or the crystals formed on the basis of the crystallization nuclei are used repeatedly and, so to speak, the water to be decalcified is permanently enriched with crystallization materials or lime particles without external supply.
  • Process-loaded water can be recirculated from upstream of the filter or the separating system, or water that has already passed the filter or the separating system and then gets rid of the large and filterable crystal aggregates, and small crystals or crystal germs contains that could pass through the filter or the separating system and be used again or even several times for decalcifying.
  • the parameters, residence time and temperature of the water in the thermal section are expediently coordinated with one another and selected so that the carbonate crystal aggregates achieve an average size of at least 80 ⁇ m, which can be found in a conventional filter or can be separated particularly effectively in a structurally simple separation system.
  • the process it is advantageous according to the process to heat the water in the thermal section to a temperature of at least 40 ° C.
  • the temperature can also be higher and reach 80 ° C or more.
  • the residence time can be at least 2.5 minutes, preferably even about 30 minutes or more. Depending on the construction and the temperature, further deviations from these values are quite possible.
  • Decalcified hot water is produced with the aforementioned process variants. If, alternatively, cold decalcified water is required for certain applications, in a further process variant the heat supplied in the thermal section is removed from the treated water by a heat exchanger and returned to the thermal section in a circuit by means of a heat exchanger.
  • This process variant is environmentally friendly and avoids any significant waste of thermal energy.
  • the device which can be used according to the invention to carry out the method offers structurally simple requirements for an effective, permanent decalcification of running house water and thus for reducing the water hardness, without the need to intervene periodically from the outside, Frequent maintenance and permanent monitoring of the function.
  • the sufficient number of crystallization chambers either already contained in the water to be decalcified or provided in the source, lead to the carbonate crystal aggregates loading the water due to the heating in the thermal section, which in principle already have a low tendency to adhere to the Have pipelines and are additionally brought to the filter or to the stripping system in that the inner wall of the thermal section is made of a material with low chemical affinity and such a low surface roughness that no carbonate crystal aggregates adhere.
  • the structural concept of the device also makes it possible to set the dwell time and the volume flow in the device in such a way that a decalcifying effect adapted to the respective requirements is enforced without a boiler.
  • the source of the crystallization nuclei is the water connection itself.
  • the thermal section is tubular with a length of at least 2 m.
  • the upper limit is determined by economic factors and can be greater.
  • the optimal length of the thermal path depends, among other things, on the selected dwell time, the tube diameter and the temperature of the water, and the need to form larger crystals or crystal aggregates on the crystallization nuclei, in technical terms Regarding the desired degree of descaling is an essential factor and economic factors play an upper limiting role.
  • the thermal section is preferably designed such that the water to be decalcified is heated to at least 40 ° C.
  • the upper temperature limit in the thermal section is given by the boiling point of the water.
  • a preferred embodiment has at least one container with lime particles in the flow path and, if appropriate, a metering device, optionally with a time control.
  • the lime particles can be in the form of lime sand in the container and are added to the water to be descaled as required. As a rule, the addition is carried out to accelerate the start-up phase of the process until the equilibrium state is reached with a stable process sequence. Whether lime particles continue to be added depends on the composition of the water to be decalcified and / or the desired reduction in hardness.
  • the container can expediently be heated in order to heat the lime particles, preferably to approximately the temperature prevailing in the thermal section. This measure ensures an undisturbed and rapid process sequence because the water to be decalcified does not need to heat the added lime particles and these are immediately ready for the carbonate crystal aggregates to adhere or form as soon as they reach the water to be decalcified.
  • the filter used has a passage width between 5 and 500 ⁇ m, in particular between 25 and 200 ⁇ m, and particularly preferably a passage width between 80 ⁇ m and 110 ⁇ m.
  • the filter used in each case depends on the desired degree of decalcification or the desired reduction in water hardness.
  • the filter should be designed to be backwashed in order to be able to ensure constant decalcification with little construction effort.
  • a preferred embodiment has a filter with a drain for the separated lime, which can either be operated manually or automatically, in order to remove the separated lime from the device manually or automatically, depending on the occurrence.
  • a separation system proposed as an alternative or even additive to the filter can be a sediment separator or a suspended matter separator which works with gravity and has a settling zone for the flowing water.
  • the separating system can also be provided with a manually or automatically operated drain in order to be able to remove the separated lime from the device.
  • the thermal section is a pipeline in the manner of a pipe coil with a heating device, and the course of the thermal section can be chosen to be spiral, meandering or loop-shaped.
  • the heating device should be designed electrically or as a heat exchanger, various primary energies being able to be used. Indirect heating of the pipe coil can also be advantageous.
  • the pipe coil In order to prevent the crystal aggregates from being deposited on the inner wall in the course of the thermal stretch, the pipe coil should be made of plastic with low chemical affinity and low surface roughness.
  • the specified types of plastic are particularly suitable for this purpose.
  • the roughness of the inner wall of the pipe coil should not exceed a value of 3 ⁇ m, in particular 1.5 ⁇ m.
  • An embodiment with a recirculation line for water loaded with lime particles or carbonate crystal aggregates, which has already passed the thermal section, is particularly expedient.
  • the recirculation line leads from a connection upstream or downstream of the filter or the separating system to a connection upstream or in the thermal section.
  • some of the lime particles or carbonate crystal aggregates are passed through the thermal section again in order to produce even larger and easily separable carbonate crystal aggregates.
  • the water is tapped downstream of the filter or the separating system, then smaller limescale particles or carbonate crystal aggregates that have not been separated are brought back into the thermal section in order to enrich the water to be decalcified.
  • a heat exchanger is provided as part of the heating device, which removes heat from the heated water downstream of the thermal section and returns the heat in the circuit to the thermal section. Cold decalcified water can be produced in this way. If the heat exchanger can be switched on, heated or cold decalcified water can be removed as required.
  • Decalcified water is to be understood as water from which part of the lime has been removed.
  • 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a device according to the invention
  • 2 is a schematic diagram of a second embodiment
  • FIG. 2A shows a schematic diagram of a further embodiment, and also a detailed variant
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a further embodiment
  • FIG. 4 shows a sketch similar to a block diagram, which in principle shows the device according to the invention with its components as part of a domestic water system, and
  • FIG. 5 shows a sketch similar to FIG. 4 of a further embodiment.
  • a device is intended to serve as a compact unit for various applications, e.g. to protect devices in which lime has extremely disadvantageous effects, such as washing machines, dishwashers and the like, which can be arranged downstream of the device or equipped with the device.
  • the method and the device intended to carry out the method are also suitable for industrial use, for example for softening boiler feed water or as a first stage for producing deionized water.
  • the water to be descaled contains a sufficiently large number of crystallization nuclei to decalcify, if necessary, without additional generation of crystallization nuclei.
  • a source 29 of crystallization nuclei of symbolic importance It can be directly the connection of the water to be decalcified, which enters the device 1 through an inlet 5. Downstream of the source 29 are a thermal section 3 and behind this a filter 4 or another separation system is provided. The decalcified water leaves the device through an outlet 6, a line 7 running from the inlet 5 to the outlet 6.
  • the water from the source 29 containing the sufficient number of crystallization nuclei is heated in the thermal section 3. Easily soluble bicarbonate is converted to poorly soluble carbonate, the carbonates being brought together to form carbonate crystal aggregates on the crystallization nuclei due to a predetermined residence time, the temperature in the thermal zone 3 and the flow rate of the water in the thermal zone 3.
  • the carbonate crystal aggregates are of sufficient size to be separated by the filter 4 or the separating system.
  • the water heated in the thermal section 3 flows in a warm water outlet line 25 into the filter 4.
  • the source 29 is a device 2 for physical water treatment on a magnetic, electromagnetic or electrophysical basis.
  • the device 2 is connected via line 7 to the thermal section 3.
  • the separation of the finest calcium carbonate or magnesium carbonate, ie crystallization nuclei is effected in a known manner, for example by at least one magnetic or electromagnetic field.
  • the thermal section this is the separated crystals water containing onskeime heated to a temperature of at least 40 ° C, the actual optimal temperature depending on the dwell time, the flow length of the thermal section, the water hardness and the pipe diameter.
  • calcium carbonate and / with a preselected residence time are used on the finest crystals which are used as crystallization nuclei and which originate from the device 2, owing to the increased temperature and the prevailing flow conditions ' and or magnesium carbonate, so that particles with an average particle size ⁇ 80 ⁇ m are permanently produced.
  • These larger crystals or crystal aggregates, which tend not to separate in the pipes, are permanently separated in the filter 4 or in the separating system, so that they are no longer contained in the outflowing water and the lime content is reduced.
  • the length of a pipeline 15 should be at least 2 m, the actual optimal length depending on the dwell time, the pipe diameter and the desired temperature of the water.
  • Passages between the minimum of 5 ⁇ m and the maximum of approximately 500 ⁇ m are possible for the filter 4.
  • the appropriate passage width depends on the desired degree of decalcification and other system limits. Within these limits, a passage width between approximately 80 ⁇ m and 110 ⁇ m has proven to be practical, as is the case with commercially available filters.
  • a container 29 ' is provided as the source 29 for crystallization nuclei which contains lime particles, for example in the form of lime sand, which are added to the water to be decalcified, specifically in the continuous line 7 in an inlet section to the thermal section 3 or within the thermal section 3.
  • the lime particles can be added, for example, during a running-in phase of the process in order to accelerate the running-in phase until a stable process equilibrium is reached.
  • a metering device D for adding the lime particles can be provided, possibly in conjunction with a time control Z for actuating the metering device.
  • the container 29 ' is expediently provided with a heating device H in order to heat the crystallization chamber, expediently to approximately the temperature prevailing in the thermal section 3.
  • the container 29 'could also be arranged within the thermal section 3 (indicated by dashed lines) and is heated in the thermal section 3.
  • the warm water outlet line 25 of the thermal section 3 is assigned a heat exchanger 26 which is connected to the thermal section 3 by a heat exchanger circuit 27.
  • the heat exchanger 26 forms e.g. a part of the heating device of the thermal section 3.
  • the heat supplied to the water in the thermal section 3 is recirculated to the thermal section 3.
  • the heat exchanger 26 is connected to the filter 4 via a cold water outlet line 28.
  • the heat exchanger 26 (or the heat exchanger circuit 27) could be switched off if necessary in order to produce decalcified hot water in some cases.
  • the thermal section 3 shows the individual components of the device 1 according to the invention as part of a domestic water system.
  • the water to be treated comes from a cold water house connection 8 and passes through a counter 9 and a first cold water filter 10 (passage width of approximately 100 ⁇ m) to the source 29.
  • the device 29 for the physical water treatment or the container 29 '
  • the device 29 for the physical water treatment is arranged as the source 29 and leaves the water through the line 12 with the crystallization nuclei excreted therein.
  • the water either reaches the cold water consumers symbolized by the arrow 14, or through conventional valves and pumps (not explained in more detail) into the thermal section 3.
  • the thermal section 3 is equipped with a heated pipe coil 15 of a water heating device 16 educated.
  • the water heating device 16 is constructed according to the continuous system and has flow and return connections 18 to a heat source, not shown, from which the medium 19 contained in a container 20 of the water heating device 16 is heated, which serves as a heating device for the thermal section 3 .
  • the heated water passes through a line 21 into the filter 4, which for example has a passage width between 80 ⁇ m and 110 ⁇ m.
  • the filter 4 is expediently designed to be backwashed and has a lime drain 22 which can be operated either manually or automatically.
  • the decalcified hot water passes from the filter 4 via a line 24 to hot water consumers 23.
  • the pipe coil 15 forming the thermal section 3 is heated, for example, via a heat transfer medium.
  • the pipe coil can have an electrical direct heating or after the direct heat exchange heated principle, or indirectly via a secondary heat transfer medium.
  • thermal section Due to the minimum length of 2 m for the thermal section, it is in any case advantageous to design the thermal section as a pipeline in the manner of a pipe coil in a space-saving manner and d longer than 2 m.
  • Plastic materials with low chemical affinity and low surface roughness are preferably used for the thermal section 3 or the pipe coil 15.
  • the roughness of the inner wall of the tube coil 15 or the thermal section 3 should not exceed a value of 3 ⁇ m, in particular 1.5 ⁇ m.
  • Plastic materials are polyethylene, cross-linked polyethylene, polypropylene, polybutene, polyamide or polymeric fluorinated hydrocarbons, but also other materials with the aforementioned specifications or properties.
  • the plastic material used in each case could also be provided in an inner coating of metal pipes.
  • FIG. 5 is a simplified illustration of another embodiment similar to FIG. 4.
  • additional source for providing a sufficient number of crystallization nuclei or crystals for depositing for example the carbonates, here serves a recirculation device with a recirculation line 32, which returns part of the water that has already passed through the thermal section 3, for example by means of a pump 30 and a shut-off or throttle element 31.
  • the recirculation line 32 can be connected to a connection 34 downstream of the thermal section 2 and upstream of the filter 4 in order to return water contaminated with crystals of all sizes.
  • the recirculation line 32 can also be connected to a connection 34 * downstream of the filter 4, in order alternatively to return decalcified water which is only loaded with small crystals or particles. The size of the crystals or particles then depends on the passage width of the filter 4.
  • the recirculation line 32 can be connected upstream to a connection 33 of the line 7 in front of the thermal section 3. However, it is also conceivable to connect them to a connection 33 'in the inlet section of the thermal section or in the thermal section 3 itself or to a connection 33 "on the current provided device 2 or the source 29 or the container 29'
  • the throughput of the returned water can be controlled or regulated. It is conceivable to completely shut off the recirculation line 32 as soon as a stable process equilibrium has been established.
  • All components of the device e.g. 4 and 5, can be integrated in a partially or fully automated compact system.
  • a sufficient number of crystallization nuclei is initially provided or generated physically. Subsequently, the water is heated within the thermal section and lime contained in the water is separated on the crystallization nuclei until a certain particle size is reached which separates the larger crystals or crystal aggregates are subsequently made possible, the adhesion of the lime to the tube walls (scale) being suppressed by the selection of the material and the surfaces of the inner wall and their maximum roughness.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Entkalken von Hauswasser wird in dem zu entkalkenden Wasser zunächst eine ausreichende Anzahl von Kristallisationskeimen bereitgestellt, ehe das Wasser im Durchlauf in einer Thermostrecke erwärmt und die in der Thermostrecke entstehenden Karbonate zur Zusammenballung zu Kristallaggregaten an den Kristallisationskeimen gebracht werden. Die Kristallaggregate werden anschließend durch einen Filter oder andere Abscheidesysteme abgetrennt. Die Kristallisationskeime werden z.B. durch eine physikalische Vorbehandlung erzeugt oder in Form von Kalkpartikeln zugeführt, falls das zu entkalkende Wasser nicht von vornherein eine ausreichende Anzahl von Kristallisationskeimen enthalten sollte. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahrenzum Entkalkenvon HauswasserundVorrichtungzum Durchführen desVerfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkalken von Haus- wasser und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Zum Entkalken von Hauswasser sind wohl am meisten chemische Wasseraufbereitungsgeräte bekannt. Nachteil dieser Geräte sind das periodisch erforderliche Nachfüllen der Chemikalien, häufige Kontrollen, ein Kalzium- und Magnesium-Entzug, und eine zusätzliche Natriumbelastung des Wassers.
Vorrichtungen mit einer Einrichtung zur physikalischen Was¬ serbehandlung auf magnetischer, elektromagnetischer oder elektrophysikalischer Grundlage sollen Kalkablagerungen im Wasserleitungssystem verhindern (Kesselstein) . Das Wasser wird durch ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld ge¬ leitet, das die Ausscheidung feinster Kristalle bewirkt, die weitergespült werden, jedoch so fein sind, daß sie mit ge¬ bräuchlichen Wasser-Schmutzfiltern (Durchlaßweite > 80 μm) nicht abzutrennen sind. Die ausgeschiedenen Kalzium oder Ma¬ gnesium-Karbonatteilchen verbleiben im Wasser, das deshalb nicht spürbar entkalkt wird (K.J. Kronenberg "Vorzüge der ma¬ gentischen Wasserbehandlung", SBZ 21/89, S. 1534; D. Frahne "Was ist physikalisch nachprüfbar", SBZ 11/1991, S. 30). De facto läßt sich die Wasserhärte dabei nicht beeinflussen, sondern der Kalk im Leitungswasser ist lediglich in eine Form überführt, die sich nicht unter Kesselsteinbildung an den Rohrleitungswandungen anlagert.
Ein aus DE-A-25 26 674 bekanntes Verfahren dient zur Behand¬ lung thermisch aufzuarbeitender Industrie-Abwässer und mine¬ ralischer Wässer, und ist, da Hauswasser nicht thermisch auf¬ gearbeitet wird, nicht zum Entkalken von Hauswasser bestimmt. Das Wasser wird zunächst durch ein Magnetfeld geleitet und anschließend auf 80°C bis 180°C erwärmt. Die ausfallenden Stoffe lagern sich teilweise in der Erhitzungseinrichtung ab, teilweise werden sie in einem Absetzbehälter vom Wasser ge¬ trennt. Die Ablagerungen an der Innenfläche der Erhitzungs¬ vorrichtung werden mittels einer Abstreifvorrichtung mecha¬ nisch in den Absetzbehälter gefördert.
Die US-A-5 149 438 beschreibt ein Verfahren mit geschlossenem Kreislauf zu enthärtenden Wassers, das für die Behandlung von hartem Wasser bei Boilern und dgl. gedacht ist. Der Kreislauf des Wassers ist bei diesem Verfahren unabdingbar. Man erhält auf diese Weise im Wasserkreislauf große Kristalle mit amor¬ phem Charakter in einer kolloidalen Suspension. Das zu ent¬ härtende Wasser durchströmt bei diesem Verfahren einen strom¬ auf des Magnetgerätes angeordneten Filter, durch den Partikel herausgefiltert werden, die bei einem vorangegangenen Kreis¬ lauf entstanden sind.
Aus einer Montage- und Betriebsanweisung "Sanicube" der Fa. Rotex, DE, "Aufstellung und Anschluß bzw. Warmwasseran¬ schluß", S. 4 und 5, ist ein Brauchwasser-Erhitzer einer häuslichen Wasserversorgung bekannt, der einen Wärmetauscher mit einerm PE-X-Rohr enthält. Die Montage- und Betriebsanwei¬ sung enthält einen Hinweis auf das in der Anlage offensicht¬ lich fallweise und unerwünschte Phänomen von Kalkausscheidun¬ gen, die zum Zusetzen von Zapfstellenund zu Funktionsstörun¬ gen führen können und deshalb zweckmäßig zur Schadensvorbeu¬ gung in einem Filter zurückgehalten werden.
Weiterer Stand der Technik als technologischer Hintergrund ist enthalten in DE-A-39 32 565, EP-A-O 493 313, US-A-4 731 186, EP-A-O 338 697 und folgenden Literaturstellen: LIMTERT, G.J. C. RABER, J.L. : Tests of nonchemical scale control devi¬ ces in a conse-through system. In: Materials Performance 24, 1985, H. 10, S. 40-45; MAIER Dietrich, ULMER Jürgen: Untersu¬ chungen zum Einfluß der Versuchsbedingungen auf die Wirkung physikalischer Wasserbehandlungsgeräte im Testfall. In: Was- ser, Abwasser, 132, 1991, Nr. 1, S. 16-19; CHEREMISINOFF, Nicholas P., CHEREMISINOFF, Paul N. : Tiltration Equipment for Wastewater Treatment, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1993, S. 35-38; HAHN, Hermann H. : Wassertechnololgie, Springer- Verlag, Berlin, 1987, S. 169-173.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, bei denen die Überwachung und das Nachfüllen irgendwelcher Verbrauchermaterialien nicht mehr erforderlich ist, und bei denen dennoch das Wasser tatsäch¬ lich entkalkt wird, indem aus dem Wasserkreislauf Kalk entzo¬ gen werden kann und somit zusätzlich die Härte des Wassers beeinflußbar wird, wobei die obenerwähnten gesundheitlichen Risiken vermieden werden, d.h., bei denen ohne Chemie-Einsatz und mit baulich einfachen Mitteln Hauswasser wirksam zu ent¬ kalken ist.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1 wird im Durchlauf perma¬ nent leicht lösliches Bikarbonat zu schwerlöslichem Karbonat umgewandelt und werden in der Thermostrecke die Karbonate zur Zusammenballung zu Kristallaggregaten an den Kristallisati¬ onskeimen gebracht. Die Kristallaggregate werden anschließend durch Filter oder ein anderes Abscheidesystem abgetrennt. Bei bestimmten Wassersorten mit ausreichendem Inhalt von Kri¬ stallkeimen sind keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich, um die ausreichende Anzahl von Kristallkeimen bereitzustel¬ len. Indem verfahrensgemäß die Verweilzeit, die Temperatur und ggfs. der Volumenstrom des Wassers in der Thermostrecke so gewählt werden, daß die Kristallaggregate mit einer be¬ stimmten Größe entstehen, und da die Oberflächenrauhigkeit und die Materialauswahl der Innenwand der Thermostrecke das Anhaften der Kristallaggregate vermeiden, wird das eigentlich nachteilige Ausfällen des Kalks gewinnbringend zur permanen¬ ten Entkalkung des Hauswassers genutzt. Mit der Entkalkung geht eine wünschenwerte Verringerung des Härtegrades des Hauswasser einher und kann erwärmtes, entkalktes Brauchwasser entnommen werden.
Aufgrund der Auswahl der Verfahrensparameter werden größere Kristalle oder Kristall-Aggregate erzeugt, die bereits mit handelsüblichen Schmutzfiltern ausgefiltert werden können. Es wird so der Vorteil erzielt, daß sich der ursprünglich im Wasser enthaltene Kalk tatsächlich aus dem System mittels üb¬ licher Filtration oder Abscheidung entfernen läßt und somit die Härte des Wasser gezielt beeinflußbar ist. Dazu kommt, daß Ablagerungen in den Rohrleitungen im wesentlichen vermie¬ den werden, und zwar ohne Regenerationsverfahren durchführen zu müssen. Das Verfahren ist gegenüber den chemischen Verfah¬ ren absolut wartungsfrei gestaltbar und ohne Einsatz von Sal¬ zen durchführbar. Die Gesundheitsbelastung, etwa durch erhöh¬ ten Natriumgehalt, wird vermieden, der Entfall zusätzlicher Spülvorgänge reduziert die Umweltbelastung und vermeidet Fol¬ gekosten. Das Verfahren entfaltet auch bei Temperaturen über 60°C seine volle Wirksamkeit.
Bei einer bevorzugten Verfahrensform werden die Kristallisa¬ tionskeime in Form von Kalkpartikeln, z.B. ais Kalksand, be¬ reitgestellt. Die Bereitstellung dieser Kalkpartikel kann während des Betriebs permanent erfolgen. Es ist aber auch denkbar, die Kalkpartikel zum Beschleunigen der Verfahrens- Anlaufphase zeinzusetzen, bis sich ein stabilder Entkalkungs- effekt einstellt, der gegebenenfalls ohne weitere Zugabe von Kalkpartikeln weiter läuft. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kalkpartikel mit einer mittleren Korngröße von vorzugsweise ca. 20 μm bis 200 μm einzusetzen. Kalkpartikel mit diesen Größen führen zu einem guten Verfahrensergebnis und sind einfach und kostengünstig bereitstellbar, z.B. in Form von Kalksand. Die Kalkpartikel können vor oder in einer Einlaufstrecke der Thermostrecke oder auch innerhalb der Thermostrecke zugeführt werden, weil sie innerhalb der Ther¬ mostrecke die Ausbildung der Kristall-Aggregate bewirken. Da- bei kann es gemäß einem weiteren Verfahrensbeispiel zweckmä¬ ßig sein, die die Kristallisationskeime definierenden Kalkpartikel vor ihrer Zugabe auf in etwa die in der Ther¬ mostrecke herrschende Temperatur zu erwärmen, um die Bildung der Karbonat-Kristallaggregate zu beschleunigen bzw. eine verzögernde Schockwirkung zu vermeiden.
Alternativ oder additiv läßt sich das gewünschte Ergebnis da¬ durch verbessern, daß das zu entkalkende Wasser zunächst durch ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld geleitet wird, um feinste Kristalle als Kristallisationskeime entste¬ hen zu lassen, mittels derer dann in der Thermostrecke größe¬ re und filtrierbare Kristalle oder Kristallaggregate erzeugt werden.
Eine weitere, zweckmäßige Verfahrensvariante stellt die Kri¬ stallisationskeime durch Rezirkulation eines Teils des in der Thermostrecke bereits mit Kalkpartikeln befrachteten Wassers in die Einlaufstrecke oder die Thermostrecke bereit. Es wer¬ den auf diese Weise ggfs. die Kristallisationskeime oder die auf der Basis der Kristallisationskeime gebildeten Kristalle mehrfach verwendet und wird sozusagen eine permanente Anrei¬ cherung des zu entkalkenden Wassers mit Kristallisationskei¬ men oder Kalkpartikeln ohne externe Zufuhr erreicht. Dabei kann verfahrensgemäß befrachtetes Wasser von stromauf des Filters oder des Abscheidesystems rezirkuliert werden, oder Wasser, das bereits den Filter bzw. das Abscheidesystem pas¬ siert hat, und dann der großen und ausfiltrierbaren Kri¬ stallaggregate entledigt ist, und kleine Kristalle oder Kri¬ stallkeime enthält, die den Filter oder das Abscheidesystem passieren konnten, und nochmals oder sogar mehrmals zum Ent¬ kalken genutzt werden. Es kann so mit geringem Aufwand eine sehr große Anzahl von Kristallisationskeimen bereitgestellt werden.. Verfahrensgemäß werden zweckmäßigerweise die Parameter, Ver¬ weilzeit und Temperatur des Wassers in der Thermostrecke auf¬ einander abgestimmt und so gewählt, daß die Karbonat-Kri¬ stallaggregate eine mittlere Größe von mindestens 80 μm er¬ reichen, die sich in einem gebräuchlichen Filter bzw. in ei¬ nem baulich einfachen Abscheidesystem besonders wirksam ab¬ trennen lassen.
Im einzelnen ist es verfahrensgemäß vorteilhaft, das Wasser in der Thermostrecke auf eine Temperatur von mindestens 40°C zu erwärmen. Die Temperatur kann jedoch auch höher sein und durchaus 80°C oder mehr erreichen. Die Verweilzeit kann bei einer zweckmäßige Verfahrensform mindestens 2,5 Minuten be¬ tragen, vorzugsweise sogar um etwa 30 Minuten, oder mehr. Ab¬ hängig von der Konstruktion und der Temperatur sind weitere Abweichungen von diesen Werten durchaus möglich.
Zum Abtrennen der Kristallaggregate, d.h. zum Entkalken bzw. Reduzieren der Wasserhärte, eignen sich Filtrieren und/oder Abscheiden.
Mit den vorerwähnten Verfahrensvarianten entsteht entkalktes Warmwasser. Sollte alternativ für bestimmte Anwendungen kal¬ tes entkalktes Wasser benötigt werden, wird bei einer weite¬ ren Verfahrensvariante die in der Thermostrecke zugeführte Wärme durch einen Wärmetauscher aus dem behandelten Wasser entnommen und in Kreislauf mittels Wärmetauscher erneut der Thermostrecke zugeführt. Diese Verfahrensvariante ist umwelt¬ freundlich und vermeidet eine nennenswerte Vergeudung von Wärmeenergie.
Die zum Durchführen des Verfahrens erfindungsgemäß verwendba¬ re Vorrichtung bietet baulich einfache Voraussetzungen zu ei¬ ner wirksamen, permanenten Entkalkung von durchlaufendem Hauswasser und damit zum Reduzieren der Wasserhärte, und zwar ohne die Notwendigkeit, periodisch von außen einzugreifen, häufig zu warten, und die Funktion permanent zu überwachen. Die in ausreichender Anzahl vorhandenen Kristallisationskei¬ me, entweder bereits im zu entkalkenden Wasser enthalten oder in der Quelle bereitgestellt, führen durch die in der Ther¬ mostrecke erfolgende Erwärmung zu das Wasser befrachtenden Karbonat-Kristallaggregaten, die grundsätzlich schon eine ge¬ ringe Haftungsneigung in den Rohrleitungen haben und zusätz¬ lich dadurch zum Filter oder zum Abseheidesystem gebracht werden, daß die Innenwand der Thermostrecke aus einem Werk¬ stoff mit geringer chemischer Affinität und einer derart ge¬ ringen Oberflächenrauhigkeit gestaltet ist, daß keine Karbo¬ nat-Kristallaggregate anhaften. Das bauliche Konzept der Vor¬ richtung ermöglicht es ferner, die Verweilzeit und den Volu¬ menstrom in der Vorrichtung so einzustellen, daß ohne Kessel¬ stein ein den jeweiligen Anforderungen angepaßter Entkai- kungseffekt erzwungen wird.
Bei entsprechenden Eigenschaften des zu entkalkenden Wassers, d.h. bei einer Wasserqualität, die bereits eine ausreichende Anzahl winzigster Teilchen enthält, die als Kristallisations¬ keime in der Thermostrecke dienen können, ist die Quelle der Kristallisationskeime unmittelbar der Wasseranschluß selbst. In vielen Fällen ist es jedoch von Vorteil, unter anderem um den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern, als Quelle der Kristallisationskeime eine Einrichtung zur physikalischen Wasserbehandlung auf magnetischer, elektromagnetischer oder elektrophysikalischer Grundlage zu benutzen.
Die Thermostrecke ist bei einer bevorzugten Ausführungsform rohrförmig ausgebildet mit einer Länge von mindestens 2 m. Die Längen-Obergrenze wird durch wirtschaftlich Faktoren be¬ stimmt und kann größer sein. Die jeweils optimale Länge der Thermostrecke hängt u.a. von der gewählten Verweilzeit, dem Rohrdurchmesser und der Temperatur des Wassers ab, und der Notwendigkeit, größere Kristalle oder Kristallaggregage an den Kristallisationskeimen zu bilden, wobei in technischer Hinsicht der angestrebte Entkalkungsgrad ein wesentlichen Faktor ist und wirschaftliche Faktoren eine obere begrenzende Rolle spielen.
Bevorzugt ist die Thermostrecke derart ausgebildet, daß das zu entkalkende Wasser auf mindestens 40°c erwärmt wird. Die Temperaturobergrenze in der Thermostrecke ist durch den Sie¬ depunkt des Wassers gegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist wenigstens einen Behäl¬ ter mit Kalkpartikeln im Strömungsweg auf, und, gegebenen¬ falls, eine Dosiervorrichtung, gegebenenfalls mit einer Zeit¬ steuerung. Die Kalkpartikel können im Behälter in Form von Kalksand vorliegen und werden bedarfsabhängig dem zu entkal¬ kenden Wasser zugegeben. Im Regelfall erfolgt die Zugabe zur Beschleunigung der Anlaufphase des Verfahrens bis zum Errei¬ chen des Gleichgewichtszustandes bei stabilem Verfahrensab¬ lauf. Ob auch weiterhin Kalkpartikel zugegeben werden, hängt von der Zusammensetzung des zu entkalkenden Wassers und/oder der gewünschten Härtegradverminderung ab.
Zweckmäßigerweise ist der Behälter beheizbar, um die Kalkpar¬ tikel, vorzugsweise auf in etwa die in der Thermostrecke herrschende Temperatur, zu erwärmen. Diese Maßnahme gewähr¬ leistet einen ungestörten und zügigen Verfahrensablauf, weil das zu entkalkende Wasser die zugesetzten Kalkpartikel nicht zu erwärmen braucht und diese sofort zum Anhaften bzw. zum Bilden der Karbonat-Kristallaggregate bereit sind, sobald sie in das zu entkalkende Wasser gelangen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der verwendete Filter eine Durchlaßweite zwischen 5 und 500 μm, insbesondere zwischen 25 und 200 μm, und besonders bevorzugt eine Durchlaßweite zwischen 80 μm und 110 μm auf. Der jeweils verwendete Filter richtet sich nach dem gewünschten Entkal¬ kungsgrad bzw. der gewünschten Reduktion der Wasserhärte. Der Filter sollte rückspülbar ausgebildet sein, um mit gerin¬ gem baulichen Aufwand eine gleichbleibende Entkalkung gewähr¬ leisten zu können.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist einen Filter mit einem Ablaß für den ausgeschiedenen Kalk auf, der entweder manuell oder automatisch betätigbar sein kann, um den ausgeschiedenen Kalk je nach Anfall manuell oder automatisch aus der Vorrich¬ tung zu beseitigen.
Ein als Alternative oder sogar additiv zu dem Filter vorge¬ schlagenes Abscheidesystem kann ein Sinkstoffabscheider oder ein Schwebstoffabscheider sein, der mit der Schwerkraft ar¬ beitet und eine Beruhigungszone für das strömende Wasser be¬ sitzt. Das Abscheidesystem kann ebenfalls mit einem manuell oder automatisch betätigbaren Ablaß versehen sein, um den ab¬ getrennten Kalk aus der Vorrichtung entnehmen zu können.
Bei einer praxisbezogenen Ausführungsform ist die Thermost¬ recke eine Rohrleitung nach Art einer Rohrschlange mit einer Heizeinrichtung, wobei der Verlauf der Thermostrecke spiral¬ förmig, mäanderförmig oder schleifenförmig gewählt werden kann. Die Heizeinrichtung sollte elektrisch oder als Wärme¬ tauscher ausgebildet sein, wobei verschiedene Primärenergien eingesetzt werden können. Auch eine indirekte Beheizung der Rohrschlange kann vorteilhaft sein.
Um zu verhindern, daß die Kristallaggregate im Verlauf der Thermostrecke an der Innenwand angelagert werden, sollte die Rohrschlange aus Kunststoff mit geringer chemischer Affinität und geringer Oberflächenrauhigkeit bestehen. Die angegebenen Kunststoffsorten sind für diesen Zweck besonders gut geeig¬ net. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sollte die Rauhigkeit der Innenwand der Rohrschlange einen Wert von 3 μm, insbeson¬ dere 1,5 μm, nicht überschreiten.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform mit einer Re- zirkulationsleitung für mit Kalkpartikeln bzw. Karbonat- Kristallaggregaten befrachtetes Wasser, das die Thermostrecke bereits passiert hat. Die Rezirkulationsleitung führt von ei¬ nem Anschluß stromauf oder stromab des Filters oder des Ab¬ scheidesystems zu einem Anschluß stromauf der oder in der Thermostrecke. Bei Abzapfen des Wassers stromauf des Filters oder des Abscheidesystems wird ein Teil der Kalkpartikel bzw. Karbonat-Kristallaggregate nochmals durch die Thermostrecke geleitet, um noch größere und gut abtrennbare Karbonat- Kristallaggregate zu erzeugen. Wird das Wasser hingegen stromab des Filters oder des Abscheidesystems abgezapft, dann werden nicht abgetrennte kleinere Kalkpartikel oder Karbonat- Kristallaggregate nochmals in die Thermostrecke gebracht, um das zu entkalkende Wasser stärker anzureichern.
Bei einer weiteren, zweckmäßigen Ausführungsform ist als Teil der Heizeinrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen, der dem er¬ wärmten Wasser stromab der Thermostrecke Wärme entzieht und die Wärme im Kreislauf in die Thermostrecke zurückführt. Es läßt sich auf diese Weise kaltes entkalktes Wasser erzeugen. Ist der Wärmetauscher zuschaltbar, dann kann nach Bedarf er¬ wärmtes oder kaltes entkalktes Wasser entnommen werden.
Unter "entkalktem "Wasser" ist Wasser zu verstehen, dem ein Teil des Kalks entzogen ist.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 2A eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform, und zusätzlich einer Detailvariante,
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 eine Skizze ähnlich einem Blockschaltbild, die prin¬ zipiell die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihren Bauteilen als Bestandteil einer Hauswasseranlage zeigt, und
Fig. 5 eine Skizze ähnlich Fig. 4 einer weiteren Ausfüh¬ rungsform.
Obwohl die Erfindung nachfolgend prinzipiell bzw. unter Bezug auf Einzelaggregate als Bestandteil einer Hauswasseranlage beschrieben wird, soll eine Vorrichtung als kompakte Einheit für verschiedene Anwendungszwecke dienen, z.B. zum Schutz von Geräten, bei denen Kalk ausgesprochen nachteilige Wirkungen hat, wie Waschmaschinen, Spülmaschinen und dgl., die der Vor¬ richtung nachgeordnet oder mit der Vorrichtung ausgestattet werden können. Ferner sind das Verfahren und die zum Durch¬ führen des Verfahrens bestimmte Vorrichtung auch für indu¬ striellen Einsatz geeignet, beispielsweise zur Enthärtung von Kesselspeisewasser oder als erste Stufe zur Erzeugung ent¬ salzten Wassers.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder gleich¬ wirkende Bestandteile mit gleichem Bezugszeichen versehen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 enthält das zu entkal¬ kende Wasser eine ausreichend große Anzahl von Kristallisati¬ onskeimen, um ggfs. ohne zusätzliche Erzeugung von Kristalli¬ sationskeimen entkalken zu können. Insofern ist eine Quelle 29 von Kristallisationskeimen von symbolischer Bedeutung. Sie kann unmittelbar der Anschluß des zu entkalkenden Wassers sein, das durch einen Einlaß 5 in die Vorrichtung 1 gelangt. Stromab der Quelle 29 sind eine Thermostrecke 3 und hinter dieser ein Filter 4 oder ein anderes Abscheidesystem vorgese¬ hen. Das entkalkte Wasser verläßt die Vorrichtung durch einen Auslaß 6, wobei vom Einlaß 5 zum Auslaß 6 eine Leitung 7 ver¬ läuft.
Das die ausreichende Zahl an Kristallisationskeimen enthal¬ tende Wasser aus der Quelle 29 wird in der Thermostrecke 3 erwärmt. Leicht lösliches Bikarbonat wird zu schwer löslichem Karbonat umgewandelt, wobei aufgrund einer vorbestimmten Ver¬ weilzeit, der Temperatur in der Thermostrecke 3 und der Fließgeschwindigkeit des Wassers in der Thermostrecke 3 die Karbonate zur Zusammenballung zu Karbonat-Kristallaggregaten an den Kristallisationskeimen gebracht werden. Die Karbonat- Kristallaggregate haben beim Austritt aus der Thermostrecke 3 eine ausreichende Größe, um durch den Filter 4 oder das Ab¬ scheidesystem abgetrennt zu werden. Das in der Thermostrecke 3 erwärmte Wasser strömt in einer Warmwasserauslaßleitung 25 in den Filter 4.
In Fig. 2 ist zur Verbesserung des Wirkungsgrades und/oder für Wassersorten, bei denen nicht von einer ausreichend gro¬ ßen Anzahl von Kristallisationskeimen ausgegangen werden kann, die Quelle 29 eine Einrichtung 2 zur physikalischen Wasserbehandlung auf magnetischer, elektromagnetischer oder elektrophysikalischer Grundlage. Die Einrichtung 2 ist über die Leitung 7 mit der Thermostrecke 3 verbunden.
In der Einrichtung 2 wird in bekannter Weise, beispielsweise durch wenigstens ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld, das Ausscheiden von feinstem Kalziumkarbonat oder Ma¬ gnesiumkarbonat, d.h. von Kristallisationskeimen, bewirkt. In der Thermostrecke wird das die ausgeschiedenen Kristallisati- onskeime enthaltende Wasser auf eine Temperatur von minde¬ stens 40°C erwärmt, wobei die tatsächlich optimale Temperatur von der Verweilezeit, der Durchflußlänge der Thermostrecke, der Wasserhärte und dem Rohrdurchmesser abhängt. In der 'Ther¬ mostrecke 3 werden an den feinsten Kristallen, die als Kri¬ stallisationskeime benutzt werden, und die aus der Einrich¬ tung 2 stammen, aufgrund der erhöhten Temperatur und der vor¬ liegenden Strömungsverhältnisse' und mit einer vorgewählten Verweilzeit Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat abge¬ schieden, so daß permanent Teilchen mit einer mittleren Teil¬ chengröße ^ 80 μm erzeugt werden. Diese größeren Kristalle oder Kristallaggregate, die dazu neigen, sich nicht in den Rohrleitungen abzuscheiden, werden permanent im Filter 4 oder im Abscheidesystem ausgeschieden, so daß sie im abströmenden Wasser nicht mehr enthalten sind und der Kalkgehalt reduziert ist.
In der Thermostrecke mit rohrformiger Ausbildung sollte die Länge einer Rohrleitung 15 mindestens 2 m betragen, wobei die tatsächlich optimale Länge wiederum von der Verweilzeit, dem Rohrdurchmesser und der gewünschten Temperatur des Wassers abhängt.
Für den Filter 4 kommen Durchlaßweiten zwischen minmal 5 μm und maximal etwa 500 μm in Frage. Die jeweils zweckmäßige Durchlaßweite hängt von dem gewünschten Entkalkungsgrad und anderen Systemgrenzen ab. Als praxisgerecht hat sich inner¬ halb dieser Grenzen eine Durchlaßweite zwischen etwa 80 μm und 110 μm erwiesen, die bei handelsüblichen Filtern gegeben ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2A ist als Quelle 29 für Kristallisationskeime ein Behälter 29' vorgesehen, der Kalkpartikel, z.B. in Form von Kalksand, enthält, die dem zu entkalkenden Wasser zugegeben werden, und zwar in der durch¬ gehenden Leitung 7 in einer Einlaufstrecke zur Thermostrecke 3 oder innerhalb der Thermostrecke 3. Die Zugabe der Kalkpar¬ tikel kann beispielsweise während einer Einlaufphase des Ver¬ fahrens erfolgen, um die Einlaufphase bis zum Erreichen eines stabilen Verfahrensgleichgewichtes zu beschleunigen. Es ist aber auch denkbar, permanent Kalkpartikel zuzugeben, um die ausreichende Anzahl von Kistallisationskeimen im zu entkal¬ kenden Wasser einzuhalten. Eine Dosiervorrichtung D zum Zuge¬ ben der Kalkpartikel kann vorgesehen sein, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Zeitsteuerung Z zum Betätigen der Do¬ siervorrichtung. Zweckmaßigerweise ist der Behälter 29' mit einer Heizeinrichtung H versehen, um die Kristallisationskei¬ me zu erwärmen, zweckmäßigerweise auf in etwa die in der Thermostrecke 3 herrschende Temperatur. Der Behälter 29' könnte alternativ auch innerhalb der Thermostrecke 3 angeord¬ net sein (strichliert angedeutet) und wird in der Thermost- recke 3 erwärmt.
Mit der Vorrichtung der Fig. 3 kann entkalktes Kaltwasser (permanent oder bei Bedarf) geliefert werden. Der Warmwasser¬ auslaßleitung 25 der Thermostrecke 3 ist ein Wärmetauscher 26 zugeordnet, der durch einen Wärmetauscherkreis 27 mit der Thermostrecke 3 in Verbindung steht. Der Wärmetauscher 26 bildet z.B. einen Teil der Heizeinrichtung der Thermostrecke 3. Die dem Wasser in der Thermostrecke 3 zugeführte Wärme wird im Kreislauf in die Thermostrecke 3 zurückgeführt. Der Wärmetauscher 26 ist über eine Kaltwasserauslaßleitung 28 mit dem Filter 4 verbunden. Der Wärmetauscher 26 (bzw. der Wärme¬ tauscherkreis 27) könnte bei Bedarf abgeschaltet werden, um fallweise entkalktes Warmwasser zu erzeugen.
In Fig. 4 sind die Einzelkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 als Bestandteil eines Hauswassersystems darge¬ stellt. Das zu behandelnde Wasser kommt von einem Kaltwasser¬ hausanschluß 8 und gelangt durch einen Zähler 9 und einen er¬ sten Kaltwasserfilter 10 (Durchlaßweite von etwa 100 μm) zur Quelle 29. In einer aus Wartungsgründen vorgesehenen Nebenschleife 11 ist als Quelle 29 beispielsweise die Einrichtung 2 zur physi¬ kalischen Wasserbehandlung angeordnet (oder der Behälter 29') , die bzw. den das Wasser mit den darin ausgeschiedenen Kristallisationskeimen durch die Leitung 12 verläßt. Von ei¬ ner Abzweigung 13 gelangt das Wasser entweder zu den durch den Pfeil 14 symbolisierten Kaltwasserverbrauchern, oder durch übliche, nicht näher erläuterte Ventile und Pumpen in die Thermostrecke 3. Die Thermostrecke 3 ist mit einer be¬ heizten Rohrschlange 15 eines Wassererwärmungsgerätes 16 aus¬ gebildet.
Das Wassererwärmungsgerät 16 ist nach dem DurchlaufSystem aufgebaut und weist Vorlauf- und Rücklauf-Anschlüsse 18 an eine nicht dargestellte Wärmequelle auf, von der das in einem Behälter 20 des Wassererwärmungsgerätes 16 enthaltene Medium 19 erwärmt wird, das als Heizeinrichtung für die Thermostrek- ke 3 dient.
Nachdem in der Thermostrecke 3 die größeren Kristalle oder Kristallaggregate in Abhängigkeit von den obenerwähnten Va¬ riablen bzw. Parametern (Fließgeschwindigkeit, Verweilzeit, Temperatur) gebildet wurden, gelangt das erwärmte Wasser über eine Leitung 21 in den Filter 4, der beispielsweise eine Durchlaßweite zwischen 80 μm und 110 μm aufweist. Der Filter 4 ist zweckmäßigerweise rückspülbar ausgebildet und weist ei¬ nen Kalkablaß 22 auf, der entweder manuell oder automatisch betätigbar ist. Vom Filter 4 gelangt das entkalkte Warmwasser über eine Leitung 24 zu Warmwasserverbrauchern 23.
Die die Thermostrecke 3 bildende Rohrschlange 15 wird bei¬ spielsweise über ein Wärmeträgermedium beheizt. Bei alterna¬ tiven Ausführungsformen kann die Rohrschlange eine elektri¬ sche Direktheizung aufweisen oder nach dem direkten Wärmetau- scherprinzip beheizt werden, oder indirekt über ein sekundä¬ res Wärmeträgermedium.
Aufgrund der minimalen Länge von 2 m für die Thermostrecke ist es auf jeden Fall vorteilhaft, die Thermostrecke als Rohrleitung nach Art einer Rohrschlange raumsparend und d länger als 2 m auszubilden.
Für die Thermostrecke 3 bzw. die Rohrschlange 15 werden be¬ vorzugt Kunststoffmaterialien mit geringer chemischer Affini¬ tät und geringer Oberflächenrauhigkeit verwendet. Die Rauhig¬ keit der Innenwand der Rohrschlange 15 bzw. der Thermostrecke 3 sollte einen Wert von 3 μm, insbesondere 1,5 μm, nicht überschreiten. Als Kunststoffmaterialien kommen Polyäthylen, vernetztes Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten, Polyamid oder polymere fluorierte Kohlenwasserstoffe in Frage, aber auch weitere Materialien mit den vorerwähnten Spezifikationen bzw. Eigenschaften. Das jeweils verwendete Kunststoffmaterial könnte auch in einer Innenbeschichtung von Metallrohren vor¬ gesehen sein.
Für das Verfahren ist außer der Bereitstellung einer ausrei¬ chenden Anzahl von Kristallisationskeimen von Bedeutung, die Verweilzeit, die Temperatur und den Volumenstrom des Wassers derart einzustellen, daß die Kristallaggregate eine zum Fil¬ trieren oder zum Abscheiden in alternativen Abscheidesystemen ausreichende Größe erreichen. Die vorerwähnten Werte oder Be¬ reiche für die Verfahrensparameter sollen lediglich als An¬ haltspunkte für den Fachmann verstanden werden, dem es mög¬ lich ist, die jeweils optimale Kombination der Parameter zu bestimmen.
Fig. 5 ist eine Fig. 4 ähnliche, vereinfachte Darstellung ei¬ ner weiteren Ausführungsform. Als, ggfs. zusätzliche Quelle zur Bereitstellung einer ausreichenden Zahl von Kristallisa¬ tionskeimen oder Kristallen zum Ablagern, z.B. der Karbonate, dient hier eine Rezirkulationseinrichtung mit einer Rezirku- lationsleitung 32, die einen Teil des bereits durch die Ther¬ mostrecke 3 hindurchgegangenen Wassers, z.B. mittels einer Pumpe 30 und eines Absperr- oder Drosselorgans 31, zurück¬ führt. Die Rezirkulationsleitung 32 kann an einem Anschluß 34 stromab der Thermostrecke 2 und stromauf des Filters 4 ange¬ schlossen sein, um mit Kristallen aller vorkommenden Größen befrachtetes Wasser zurückzuführen. Strichliert ist angedeu¬ tet, daß die Rezirkulationsleitung 32 auch an einem Anschluß 34* stromab des Filters 4 angeschlossen sein kann, um alter¬ nativ nur mit kleinen Kristallen oder Partikeln befrachtetes, bereits entkalktes Wasser zurückzuführen. Die Größe der Kri¬ stalle bzw. Partikel richtet sich dann nach der Durchlaßweite des Filters 4. Die Rezirkulationsleitung 32 kann stromauf an einem Anschluß 33 der Leitung 7 vor der Thermostrecke 3 ange¬ schlossen sein. Es ist aber auch denkbar, sie an einen An¬ schluß 33' in der Einlaufstrecke der Thermostrecke oder in der Thermostrecke 3 selbst oder an einem Anschluß 33" strom¬ auf der gegebenenfalls vorgesehenen Einrichtung 2 oder der Quelle 29 bzw. des Behälters 29' anzuschließen. Der Durchsatz des rückgeführten Wassers kann gesteuert oder geregelt wer¬ den. Es ist denkbar, die Rezirkulationsleitung 32 vollständig abzusperren, sobald sich ein stabiles Verfahrensgleichgewicht eingestellt hat.
Sämtliche Komponenten der Vorrichtung, z.B. der Fig. 4 und 5, können in eine teil- oder vollautomatisierte Kompaktanlage integriert sein.
Zusammenfassend wird bei dem mit der Vorrichtung durchgeführ¬ ten Verfahren zunächst eine ausreichende Anzahl von Kristal¬ lisationskeimen bereitgestellt bzw. auf physikalischem Wege erzeugt. Anschließend wird innerhalb der Thermostrecke das Wasser erwärmt und wird im Wasser enthaltener Kalk an der Kristallisationskeimen zum Abscheiden gebracht, bis eine be¬ stimmte Teilchengröße erreicht wird, die das Abtrennen der größeren Kristalle oder Kristallaggregate nachfolgend ermög¬ licht, wobei durch die Auswahl des Materials und der Oberflä¬ chen der Innenwand und deren maximale Rauhigkeit die Anhaf- tung des Kalks an den Rohrwandungen (Kesselstein) unterdrückt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entkalken von Hauswasser, bei dem
a) in dem zu entkalkenden Wasser eine ausreiche Anzahl von Kristallisationskeimen bereitgestellt wird,
b) das Wasser anschließend durch eine Thermostrecke geleitet wird,
c) die Fließgeschwindigkeit, die Verweilzeit und die Tempera¬ tur des Wassers in der Thermostrecke so gewählt werden, daß Karbonat-Kristallaggregate einer Größe zwischen 5 μm und 500 μm, insbesondere 25 μm und 200 μm entstehen,
d) die Innenwand der Thermostrecke aus einem Werkstoff mit geringer chemischer Affinität und einer derart geringen Oberflächenrauhigkeit gestaltet wird, daß die Karbonat- Kristallaggregate bei der gewählten Verweilzeit nicht an ihr haften, und
e) nach der Thermostrecke die Karbonat-Kristallaggregate vom Wasser abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationskeime, vorzugsweise in Form von Kalkparti¬ keln, z.B. als Kalksand, bereitgestellt werden, und daß, vor¬ zugsweise, diese Kristallisationskeime zumindest während ei¬ ner Verfahrens-Anlaufphase, dem zu entkalkenden Wasser zuge¬ führt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalkpartikel eine mittlere Korngröße von 20 μm bis 200 μm aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kalkpartikel vor oder in einer Einlaufstrecke der Thermost¬ recke oder innerhalb der Thermostrecke zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kalkpartikel, vorzugsweise auf in etwa die in der Thermost¬ recke herrschende Temperatur, erwärmt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kristallisationskeime durch Hindurchleiten des zu entkalken¬ den Wassers durch wenigstens ein magnetisches oder elektroma¬ gnetisches Feld bereitgestellt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kristallisationskeime durch Rezirkulation eines Teils des in der Thermostrecke m.it Kalkpartikeln befrachteten Wassers in die Einlaufstrecke oder die Thermostrecke im zu entkalkenden Wasser bereitgestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit, die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit des Wassers in der Thermostrecke so gewählt werden, daß Karbonat- Kristallaggregate einer mittleren Größe >_80 μm entstehen.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in der Thermostrecke auf eine Temperatur von mindestens 40°C erwärmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit mit mindestens etwa 2,5 Minuten, vorzugsweise bei etwa 30 Minuten, gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Kristallaggregate aus dem damit befrachteten Wasser durch Filtrieren und/oder Abschei¬ den abgetrennt werden.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von entkalktem Kaltwasser die in der Thermostrecke zugeführte Wärme durch einen Wärme¬ tauscher aus dem erwärmten Wasser entfernt und im Kreislauf mittels Wärmetauscher erneut der Thermostrecke zugeführt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (29) einer ausreichenden Anzahl von Kristallisations¬ keimen in dem zu entkalkenden Wasser vorgesehen ist, daß stromab der Quelle (29) eine Thermostrecke (3) zum Erwärmen des Wassers angeschlossen ist, daß die Innenwand der Ther¬ mostrecke (3) aus einem Werkstoff mit geringer chemischer Af¬ finität und einer derart geringen Oberflächenrauhigkeit ge¬ staltet ist, daß in der Thermostrecke entstehende, das zu entkalkende Wasser befrachtende Karbonat-Kristailaggregate nicht an der Innenwand haften, und daß stromab der Thermost¬ recke (3) ein Filter (4) oder ein anderes Abscheidesystem vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (29) als Einrichtung (2) zur physikalischen Was¬ serbehandlung auf magnetischer, elektromagnetischer oder elektrophysikalischer Grundlage ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostrecke (3) derart ausgebildet ist, daß das Wasser darin auf mindestens 40°C erwärmbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg in die Thermostrecke (3) oder in der Ther¬ mostrecke (3) ein Behälter (29') mit Kalkpartikeln, z.B. Kalksand, vorgesehen ist, und daß, vorzugsweise, eine Dosier- Vorrichtung (D) und gegebenenfalls eine Zeitsteuerung (Z) für die Dosiervorrichtung zum Zuführen von Kalkpartikeln in das zu entkalkende Wasser vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (29') zum Beheizen der Kalkpartikel mit einer Heizeinrichtung (H) auf in etwa die in der Thermostrecke herrschende Temperatur beheizbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (4) eine Durchla߬ weite zwischen 5 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 25 und 200 μm, und vorzugsweise zwischen 80 und 110 μm, aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (4) rückspülbar ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (4) einen Ablaß (22) für den Kalk aufweist, der vorzugsweise manuell oder au¬ tomatisch betätigbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheidesystem als Sinkstoff- oder Schwebstoff- Abscheider ausgebildet ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostrecke (3) als spiralförmig, mäanderförmig oder schleifenförmig ausgebildete Rohrschlange (15) mit einer Länge von mindestens 2 m und mit einer Heizeinrichtung ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung elektrisch oder als Wärmetauscher ausge¬ bildet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (15) indirekt beheizt ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (15) aus Kunststoffmate¬ rial mit geringer chemischer Affinität und geringer Oberflä¬ chenrauhigkeit besteht, z.B. aus Polyäthylen, vernetztem Po¬ lyäthylen, Polypropylen, Polybuten, Polyamid oder aus polyme¬ ren fluorierten Kohlenwasserstoffen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der Innenwand der Rohrschlange (15) einen Wert von 3 μm, insbesondere 1,5 μm, nicht überschreitet.
27. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, vorzugsweise eine Pumpe (30) und ein Absperrorgan (31) enthaltende, Rezirkula¬ tionsleitung (32) für mit Kalkpartikeln bzw. Karbonat- Kristallaggregaten befrachtetes, die Thermostrecke (3) be¬ reits passiertes Wasser vorgesehen ist, die von einem An¬ schluß (34, 34') stromauf oder stromab des Filters (4) oder des Abscheidesystems zu einem Anschluß (33, 33', 33") stromauf der oder in der Thermostrecke verläuft.
28. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Teil der Heizeinrichtung ein von in der Thermostrecke erwärmtem Wasser durchströmbarer, vorzugsweise zuschaltbarer, Wärmetauscher (26) vorgesehen ist, mit dem dem erwärmten Wasser Wärme entziehbar ist, und daß der Wärmetauscher (26) mit der Thermostrecke (3) in einen wärmerückübertragenden Kreislauf geschaltet oder schaltbar ist.
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