EP4196446A1 - Entkalken von wasser in einem wasserführenden elektrohaushaltsgerät - Google Patents

Entkalken von wasser in einem wasserführenden elektrohaushaltsgerät

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Publication number
EP4196446A1
EP4196446A1 EP21755367.6A EP21755367A EP4196446A1 EP 4196446 A1 EP4196446 A1 EP 4196446A1 EP 21755367 A EP21755367 A EP 21755367A EP 4196446 A1 EP4196446 A1 EP 4196446A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
intercalation
household appliance
electrical household
process water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21755367.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Has
Benjamin Wagner
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4196446A1 publication Critical patent/EP4196446A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • 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
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4602—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods for prevention or elimination of deposits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/12—Location of water treatment or water treatment device as part of household appliances such as dishwashers, laundry washing machines or vacuum cleaners

Definitions

  • the invention relates to a water-carrying electrical household appliance, having a water filter with a filter volume, the filter volume being set up to filter out interfering ions from water to be decalcified, and water that has passed through the filter can be removed as process water for operating at least one water-carrying functional unit of the electrical household appliance.
  • the invention also relates to a method for operating a water-bearing electrical household appliance in which decalcified service water is produced.
  • the invention can be applied particularly advantageously to cooking appliances, in particular with a steam treatment function, laundry care appliances and rinsing appliances.
  • Household appliances require water to operate or to provide certain functions.
  • This water can be made available to a household appliance (a) manually (e.g. by manually filling a water tank), refilling being requested by a signal if the water tank is empty. This is often the case with cheaper steamers (e.g. ovens with a steamer function), coffee machines, etc.
  • the water can be made available to the household appliance automatically, for example through a fresh water connection, from which the household appliance draws off the required amount of water when required. This is usually the case, for example, with washing machines, dishwashers, expensive steamers, etc.
  • the quality of the water used by the household appliance should be so "good” that the household appliance is not damaged by the water drawn off.
  • the definition of "good water quality” usually corresponds to a sufficiently low lime content in the water, which is also referred to as "water hardness", so that limescale deposits in the device (e.g. on radiators, in or on pipes) or on treated goods (e.g. on food, cutlery, glasses, accessories, etc.) should be avoided as far as possible.
  • the lime deposits are typically formed by means of hardness components such as calcium, magnesium, carbonates and possibly traces of various other substances such as strontium, barium, etc. or their ions. To simplify the description such water-soluble hardness components are summarized below under the term "contaminants”.
  • salt regeneration requires expensive equipment components.
  • the salt is drained from the device with sewage, which is harmful to sewage treatment plants.
  • a water-carrying electrical household appliance having at least one water filter in the form of an intercalation filter with at least one intercalation volume, the intercalation volume being set up to store ions of impurities dissolved in water (also referred to below as “interference ions”) from the water to be decalcified , and the water that has flowed through or has passed through the intercalation filter can be removed for operating the household electrical appliance.
  • the intercalation volume does not require any additional chemicals to bind interfering ions, since the interfering ions are bound by intercalation in chemical compounds (“intercalation compounds”), with the chemical compounds not significantly changing their structure during the intercalation process. Filtering by intercalation is therefore particularly environmentally friendly and user-friendly.
  • an intercalation filter can be implemented particularly easily.
  • the necessary cleaning effort is also significantly reduced, since the service life of the intercalation volume is around a factor of two to five longer than that of filters in conventional decalcifying systems. This in turn massively reduces the consumption of descaling agent. Ideally, no more descaling agents are needed over the lifetime of the appliance (steamer).
  • an “intercalation volume” is understood to mean, in particular, a substance volume that consists entirely or partially of intercalation material, possibly of intercalation material with a support structure.
  • the intercalation material can have one or more intercalation compounds.
  • the water that has passed through the intercalation filter can have at least partially interacted with at least one intercalation volume, i.e. the water has flowed through the intercalation volume and/or flowed past it, so that at least some of the interfering ions dissolved in the water could be stored in the intercalation material.
  • This removal of interfering ions from the water reduces its hardness. Water that has been softened or decalcified in this way can be used as process water by the electrical household appliance.
  • the at least one intercalation compound can include, for example, quasi-metallic layers in graphite or in the transition metal sulfides NbS2 or TaS2, semiconductive systems such as TiS2 and SnS2 and nonconductive compounds such as clay minerals (e.g. kaolinite). It has turned out to be particularly advantageous for use for water decalcification if the intercalation compound has or consists of FeMn(CN)e or MnFe(CN)e.
  • the interfering ions can include, in particular, ions of limescale or hardeners such as Ca 2+ , Mg 2+ and their carbonates, etc., dissolved in water.
  • the intercalation volume can be designed in particular to store positively charged interfering ions (cations). This is advantageous because ions of hardness constituents, which are often present as cations, dissolved in water can then be removed particularly effectively from the water to be decalcified by storage in the intercalation volume.
  • the water-carrying electrical household appliance can be a household appliance in the sense of white goods. It can be a large household appliance (e.g. a cooking appliance such as a steamer and an oven with steamer functionality, a laundry treatment appliance such as a washing machine and washer-dryer, a dishwasher, etc.) or a small household appliance (e.g. a coffee machine, a kettle, an iron, etc.).
  • the at least one water-carrying functional unit can be, for example, an evaporator for generating steam for steaming food to be cooked, a water heater for rinsing water, washing water or liquor, for making coffee or tea, etc.
  • the intercalation filter can have one or more intercalation volumes.
  • the intercalation filter has at least one filter housing with a service water chamber and a process water chamber, the two chambers are separated from one another in a manner that is practically impermeable to water, the two chambers are separated from one another so that they are permeable to interference ions of at least a first polarity, and the service water chamber has at least one intercalation volume is assigned, which is set up to store interfering ions of a second polarity.
  • This configuration has the advantage that second polarity interfering ions are removed from the water to be decalcified that is filled into the service water chamber by intercalation into the intercalation volume, while first polarity interfering ions can get from the service water chamber into the process chamber, eg by diffusion.
  • the resulting "filtered" water can be removed as process water for operating the electrical household appliance from the process water chamber.
  • the fact that the two chambers are separated from one another "practically" impermeable to water can include that they are separated from one another in a watertight manner or that only so little water can flow from one chamber into the other chamber that the function of the intercalation filter is not noticeably impaired.
  • the two chambers can be separated from one another, for example by a dividing wall which has a high flow resistance to water.
  • the fact that the two chambers are separated so that they are permeable to interference ions of at least one first polarity means that they can also be separated so that they are permeable to interference ions of both polarities, ie both anions and cations can be exchanged between the chambers.
  • This can be implemented, for example, in such a way that at least one intercalation volume is accommodated in the service water chamber and/or at least one intercalation volume delimits the service water chamber or serves as a wall of the service water chamber. The latter case can occur, for example, when an intercalation volume is used as a partition between the process water chamber and the process wall chamber.
  • the first polarity is an electrically negative polarity and the second polarity is an electrically positive polarity.
  • Interference ions of the first polarity then correspond to anions, and interference ions of the second polarity to cations.
  • cations can be intercalated in the intercalation volume and anions can be exchanged between the chambers.
  • the first polarity is an electrically positive polarity and the second polarity is an electrically negative polarity.
  • Interference ions of the first polarity then correspond to cations, and interference ions of the second polarity to anions.
  • anions can be intercalated in the intercalation volume and cations can be exchanged between the chambers.
  • At least a first electrode of a pair of electrodes is accommodated in the process water chamber and at least a second electrode of the pair of electrodes is accommodated in the process water chamber.
  • the first electrode can be operated with the first polarity, while the second electrode can be operated with the second polarity.
  • the first electrode may be operable with the second polarity while the second electrode is operable with the first polarity.
  • an electrode is operated with an electrically positive polarity, it can also be referred to as a positive pole, otherwise as a negative pole.
  • anions are shifted from the process water chamber to the process water chamber.
  • cations can be stored in the intercalation volume.
  • This configuration is also advantageous because by reversing the polarity of the electrodes during a cleaning phase, the interfering ions embedded in the intercalation volume can be at least partially removed again, as a result of which particularly simple automatic cleaning of the intercalation filter can be achieved.
  • a voltage applied between the two electrodes of the pair of electrodes is approximately 1 V, in particular less than 1.23 V. In this way, the advantage is achieved that electrolysis of the water and thus hydrogen formation is reliably prevented in practice.
  • At least one electrode is produced as a component that is separate from an intercalation volume. This advantageously enables a particularly simple manufacture.
  • At least one of the two electrodes consists at least partially of electrically conductive intercalation material ("intercalation electrode").
  • intercalation electrode electrically conductive intercalation material
  • Intercalation material suitable for this purpose can contain, for example, 60% to 70% carbon, for example graphite intercalation compounds.
  • Intercalation electrodes, which consist almost entirely of electrically conductive intercalation material can have, for example, metallic connection lugs or the like, via which they are connected to a voltage source.
  • the electrodes can be designed, for example, as—in particular flat or flat—meshes or mats or as “tissue balls”.
  • Metallic electrodes or electrode areas can be in the form of metal foils, sheets or plates perforated in the manner of a sieve.
  • the electrodes can be surface treated, e.g. coated, for a particularly long service life.
  • a voltage difference is applied to the electrodes of a pair of electrodes, an electric field similar to an electric field generated between capacitor plates is generated between them.
  • the at least one intercalation volume is arranged in a non-crossing arrangement between a water inlet and a water outlet of the process water chamber and/or the process water chamber. Water running through one or both of these chambers does not need to flow through an intercalation volume - e.g. arranged transversely to the direction of flow.
  • This configuration has the advantage that a high volume flow of water can be maintained through the at least one chamber, since there is no flow obstacle in the form of an intercalation volume between the water inlet and the water outlet.
  • the incorporation of the interfering ions of the process water in the intercalation volume - e.g.
  • the interfering ions are moved by the electric field applied between the electrodes of the pair of electrodes in the direction of the intercalation volume, where they are stored can become.
  • the at least one intercalation volume is arranged in a crossing arrangement between a water inlet and a water outlet of the service water chamber and / or the process water chamber is arranged. Water flowing through one or both of these chambers then flows through the intercalation volume arranged transverse to the direction of flow.
  • This configuration has the advantage that electrodes can also be dispensed with.
  • the intercalation volume is then advantageously water-permeable, in particular designed to be highly water-permeable.
  • the service water chamber is separated from the process water chamber by a separating layer or separating wall, which has at least one intercalation volume or consists of intercalation volumes.
  • a separating layer or separating wall which has at least one intercalation volume or consists of intercalation volumes. This enables a particularly compact design of the intercalation filter.
  • Such a separating layer can only be slightly permeable to water, since it has a high flow resistance, for example when it is designed as a dense fabric made of intercalation material (having one or more intercalation compounds).
  • the process water chamber is separated from the process water chamber by a membrane that is impermeable to water and permeable at least to the interfering ions of the first polarity (which in particular itself has no intercalation material) and the intercalation volume is accommodated at least in the process water chamber.
  • the membrane layer can be impermeable to interfering ions of the second polarity, which advantageously prevents these interfering ions from diffusing from the process water chamber into the service water chamber.
  • the membrane can be referred to as an ion exchange membrane.
  • the intercalation volume is advantageously designed to be water-permeable in order to provide a large surface area for the incorporation of interfering ions and thereby increase the softening effectiveness.
  • At least one intercalation volume is accommodated in the process water chamber.
  • interfering ions can also be removed from the process water by being stored in an intercalation volume.
  • a diffusion pressure built up by the difference in concentration of these interfering ions between the two chambers is reduced, so that descaling effectiveness can be increased.
  • the advantage is also achieved in this way that Process water is better suited for possible mixing with service water at the beginning of a softening process, since it then has fewer positively charged interfering ions than fresh water.
  • the intercalation material located in the service water chamber corresponds to an intercalation material in the process water chamber. It is a further development that the intercalation material in the service water chamber differs from the intercalation material in the process water chamber, e.g. with regard to the type of interfering ions stored.
  • the type and number of the intercalation material or the intercalation compound that can have an intercalation volume is not limited.
  • An intercalation volume can also have several different intercalation materials which, for example, store interfering ions of different polarity, different interfering ions of the same polarity, etc.
  • the service water chamber or a water outlet thereof can be connected to a service water tank from which the service water for operating the electrical household appliance can be removed.
  • a service water tank from which the service water for operating the electrical household appliance can be removed.
  • the descaling process can also be carried out as an independent process.
  • the tank can also be referred to as a reservoir.
  • the process water chamber or a water outlet thereof can be connected to a process water tank that can be emptied—automatically or on the user side.
  • a process water tank that can be emptied—automatically or on the user side.
  • water can be passed through the service water chamber and/or through the process water chamber in a continuous flow or in a circuit.
  • water is only passed through the associated chamber once, and then for the case of the process water, drained or, in the case of the service water, delivered to the water-using entity and/or stored in the service water tank.
  • the water is circulated several times in succession through the associated chamber. The transport of the water can be made possible by appropriate pumps.
  • the process water is circulated through the process water chamber, which enables the process water to be decalcified to a particularly high degree.
  • the circuit can include, for example, the service water chamber and, if present, the service water tank.
  • the process water can be routed through the process water chamber either in a continuous flow or in a circuit.
  • corresponding valves e.g. shut-off valves
  • the process water is conducted through the process water chamber.
  • This has the advantage that the concentration of interfering ions in the process water chamber remains low compared to circulation operation, which means that a larger quantity of interfering ions in the first charge can get from the service water chamber into the process water chamber, since diffusion resistance is comparatively low.
  • the process water is guided through the process water chamber in a circulating manner, which advantageously greatly reduces the amount of process water required to operate the intercalation filter compared to continuous operation.
  • the circuit can include, for example, the process water chamber and, if present, the process water tank.
  • it is monitored when the concentration of interfering ions in the process water reaches or exceeds at least a predetermined level, and at least one action to replace the process water is triggered in this case.
  • the at least one action can include, for example, automatically draining the process water and/or issuing a message to a user to drain the process water.
  • the monitoring can be carried out independently by a user. In this way he can automatically trigger or carry out the draining of the process water if he has the impression that draining is necessary.
  • the electrical household appliance is set up to automatically monitor when the concentration of interfering ions in the process water reaches or exceeds at least a predetermined level and then at least one action to replace the process water is triggered. This enables a particularly reliable monitoring of a suitable replacement of the process water.
  • the device has a permanent waste water connection to the house drainage system, draining can take place automatically. This draining takes place particularly advantageously at night, so that any use of the device is not impeded. If there is no permanent waste water connection, the user must dispose of the process water manually, e.g. by removing and emptying removable water tanks.
  • the point in time when the concentration of the interfering ions in the process water reaches or exceeds at least a predetermined level can be indirectly detected with automatic monitoring, for example, by the fact that the useful life of the intercalation filter reaches or exceeds a predetermined threshold value and/or that an amount of process water that has passed through the intercalation filter or the process water chamber reaches or exceeds a predetermined threshold value.
  • the hardness of externally supplied water, the process water currently running through or circulating and/or the process water currently running through or circulating can be used.
  • other parameters such as salinity, oxygen content, water temperature, etc. can be taken into account.
  • These influencing variables can, for example, be determined using known values at the installation site of the electrical household appliance (e.g. using a known regional water hardness) and/or measured on the appliance side.
  • the water hardness e.g. an average degree of hardness
  • the level can be adjusted to the water hardness in order to obtain a particularly advantageous point in time for draining the process water.
  • the point in time can be determined by means of a sensor or a sensor system which measures a concentration of interfering ions in the service water and/or in the process water. From this, a particularly advantageous point in time for draining/replacing the process water can be determined for the local usage situation.
  • a further advantage is that a possible malfunction or aging or fatigue of the intercalation filter can then be detected.
  • the household electrical appliance is set up to monitor the concentration of the interfering ions in the process water using cyclic voltammetry.
  • cyclic voltammetry the differences in the atomic masses of the interfering ions are used.
  • the atomic mass of calcium is around 40
  • the atomic mass of magnesium around 24.3
  • the relevant masses of carbonates are considerably higher.
  • a stepped current curve will therefore set in with a continuously increasing voltage. From the expression of these current levels, it can be automatically estimated which charge carriers are in the water (identification of impurities) and how many charge carriers are in the water (estimation of the concentration).
  • the necessary measurement voltages are typically in the range between about 1 volt and 2 volts.
  • one or more cleaning and/or service procedures can be carried out, e.g. flushing the chambers, reversing the electrode polarity in order to trigger intercalation volumes embedded interference ions, adding decalcification agent, replacing at least one intercalation volume, etc.
  • the object is also achieved by a method for operating a water-carrying electrical household appliance in which decalcified service water is produced by interfering ions being stored in an intercalation volume of an intercalation filter of the electrical household appliance.
  • the method can be designed analogously to the electrical household appliance and has the same advantages.
  • FIG. 1 shows a sketch of a water-carrying electrical household appliance in the area of its intercalation filter
  • FIG. 2 shows a more detailed sketch of an intercalation filter according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a more detailed sketch of an intercalation filter according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a more detailed sketch of an intercalation filter according to a third embodiment
  • FIG. 5 shows a more detailed sketch of an intercalation filter according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a more detailed sketch of an intercalation filter according to a fifth exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows an outline of a water-bearing electrical household appliance 1, e.g. an oven with a steam treatment function.
  • the household electrical appliance 1 has an intercalation filter 2, which serves to reduce a quantity of disruptive ions in the water W to be used by the household electrical appliance, e.g. to slow down calcification.
  • the intercalation filter 2 has at least one filter housing 3 with a service water chamber 4 and a process water chamber 5 .
  • Water W taken from the service water chamber 4 is ion-reduced, while water W taken from the process water chamber 5 has an increased proportion of ions and is intended in particular for disposal.
  • the two chambers 4 and 5 are separated from one another so that they are impermeable to water and permeable to ions of a first polarity (here, for example, to negatively charged anions).
  • a corresponding partition 6 is drawn in, which at the same time serves as an intercalation volume 7 and which is set up to store interfering ions of a second polarity (cations). Since the dividing wall 6 adjoins the service water chamber 4 and cations located in the service water chamber 4 can therefore be stored in the intercalation volume 7, the intercalation volume 7 is “assigned” to the service water chamber 4.
  • At least one first electrode 8 of a pair of electrodes 8, 9 is accommodated in the service water chamber 4, which can be operated, for example, as an electrical positive pole, and at least one second electrode 9 of the pair of electrodes 8, 9 is accommodated in the process water chamber 5, which can be operated, for example, as an electrical negative pole is.
  • a voltage difference is applied to the electrodes 8, 9, cations in the process water chamber 4 are increasingly moved into or through the intercalation volume 7 and are at least partially bound in the intercalation volume 7.
  • the water hardness in the service water chamber 4 is reduced by this forced movement of the cations through the intercalation volume 7 .
  • a fresh water supply line 10 which can be connected to a water line or a water tank (not shown).
  • the fresh water supply line 10 has a particle filter 11 and a shut-off valve 12 .
  • the particle filter 11 is used, for example, to filter dust, sand, lint, deposits, etc.
  • the household electrical appliance 1 also has a shut-off valve 13 which is fluidically connected to the shut-off valve 12 on the one hand and to a shut-off valve 15 via a particle filter 14 on the other hand.
  • the shut-off valve 15 is connected to a water inlet of the service water chamber 4 .
  • a shut-off valve 16 which is fluidically connected to the shut-off valve 12 on the one hand and to a shut-off valve 18 via a particle filter 17 on the other hand.
  • the shut-off valve 18 is connected to a water inlet of the process water chamber 5 .
  • Process water is drained from the process water chamber 4 into a process water tank 19 , while the process water is drained into a process water tank 20 .
  • Process water tank 19 and/or process water tank 20 can each be permanently installed or alternatively designed to be removable.
  • the electrical household appliance 1 also has a first pump 21 which is intended to pump water from the service water tank 19 back into the service water chamber 4 .
  • a pressure side of the pump 21 is connected here, for example, to an outlet side of the shut-off valve 13 and an inlet side of the particle filter 14, that is to say it opens out On the outlet side between shut-off valve 13 and particle filter 14 .
  • a second pump 22 is present, which is intended to pump water from the process water tank 20 back into the process water chamber 5 .
  • a pressure side of the pump 22 is connected here, for example, to an outlet side of the shut-off valve 16 and an inlet side of the particle filter 17, i.e. it opens out between the shut-off valve 16 and the particle filter 17.
  • the service water tank 19 is connected on the outlet side to a further shut-off valve 23, which on the other hand is connected to a shut-off valve 24, which in turn is connected to a general drain of the electrical household appliance 1, and a shut-off valve 25, which on the other hand serves as a service water connection for water-carrying consumers or functional units of the electrical household appliance 1. connected.
  • a shut-off valve 26 which can shut off the process water chamber 5 and the process water tank 20 from the shut-off valves 24 and 25 .
  • shut-off valves 12, 13, 15, 16, 18 and 23 to 26 and the pumps 21 and 22 can be controlled by the electrical household appliance 1, e.g. by means of a corresponding control device (not shown).
  • the initially empty intercalation filter 2 can be filled with fresh water, for which purpose the valves 12, 13, 15, 16 and 18 have been opened and the remaining valves 23 to 26 are closed, for example.
  • a filter process can then be started - eg by a user or automatically.
  • the flow of process water can be continuous or circulating.
  • the process water chamber 5 is always supplied with fresh water. Since the concentration of the substances to be removed in the process water is minimal, the process water is decalcified particularly quickly.
  • the valves 12, 16, 18, 24 and 26 can be opened continuously or in phases, for example, so that fresh water can flow through the filter 11, the valve 12, the valve 16, the filter 17, the valve 18, the process water chamber 5, the valve 16 and the valve 24 flows into the drain of the electrical household appliance 1.
  • the process water can be circulated.
  • the water consumption is advantageously kept low, but the filter effect decreases with increasing concentration of the substances to be removed in the process water. Accordingly, the time required to achieve a defined decalcification of the process water will increase.
  • the circulatory operation of the process water can be carried out, for example, by closing the valves 16 and 26, opening the valve 18 and activating the second pump 22.
  • process water If the process water is circulated, at some point the concentration of impurities in the process water will be so high that the filter effect of the intercalation filter 7 will drop to an unacceptable level, since it takes too long to generate a certain amount of process water. This point in time can be delayed by the presence of the—optional—process water tank 20 . When this point is reached, the highly concentrated process water must be drained and replaced. The highly concentrated process water can be replaced with fresh water, for example by opening valves 24 and 26 or valves 12, 16 and 18. To improve the filter effect right at the beginning after refilling the process water chamber 5, it is advantageous to use process water as new process water to be used, e.g. by removing it from the service water tank 19.
  • the filter system When replacing the process water, it may generally be beneficial to perform a thorough rinsing of the filter system. This can include flushing the intercalation filter 2 and possibly also the service water tank 19 and/or the process water tank 20 and the corresponding pipes. It is particularly advantageous if the polarity at the electrodes 8, 9 is reversed during flushing, because in this way the impurities stored in the intercalation volume can be at least partially relocated and subsequently removed from the system.
  • the process water side can also be operated continuously or in a cycle. In the present case, it is particularly advantageous if process water is generated in a circuit, since the water hardness can be reduced particularly far in this way.
  • service water is drained from the service water tank 19 for use with a water-carrying consumer, fresh water can be refilled.
  • the service water can also be circulated independently of any other operation of the electrical household appliance 1 (eg at night, in particular started automatically) to heavily decalcified or softened water To keep a sufficient quantity of industrial water in the industrial water tank 19 or to produce it in stock.
  • the decalcifying or filtering process can therefore be a process that is carried out independently.
  • the decalcifying system 2 to 26 shown can also work effectively with a quantity ratio of service water to process water of approximately 10:1.
  • the effectiveness of descaling increases as the ratio decreases.
  • the volume of the process water tank 20 can be less than the volume of the service water tank 19.
  • the available quantity of process water can be increased if heavily decalcified process water is mixed with fresh water again.
  • the lime content in the service water increases again somewhat, but is typically still noticeably softer than pure fresh water.
  • the service water chamber 4 has a water inlet 27 and a water outlet 28
  • the process water chamber 5 has a water inlet 29 and a water outlet 30
  • the intercalation volume 7 serves as a dividing wall between the service water chamber 4 and the process water chamber 5 and can be designed to be water-impermeable or poorly water-permeable. The intercalation volume 7 is therefore arranged non-crossing in relation to the service water chamber 4 and the process water chamber 5 .
  • the first electrode 8 located in the process water chamber 4 is designed here as a positive pole, while the electrode 9 located in the process water chamber 5 is designed as a negative pole.
  • a voltage difference applied to the electrodes 8, 9 is advantageously below 1.23 volts, for example between 1 volt and 1.2 volts. If the voltage difference is present, an electric field is built up between the two electrodes 8, 9, which moves cations such as Ca 2+ , Mg 2+ , etc. into or through the intercalation volume 7, which are stored or held in the intercalation volume 7 . As a result, the water hardness in the service water chamber 4 is reduced, especially if the intercalation volume 7 is impermeable to anions.
  • 3 shows a more detailed sketch of a further intercalation filter 2, 2b.
  • the process water chamber 4 is now separated from the process water chamber 5 by means of a separating membrane 31 which is permeable to ions, in particular only to anions, but impermeable to water.
  • a separating membrane 31 which is permeable to ions, in particular only to anions, but impermeable to water.
  • a second water-permeable intercalation volume 7b is optionally present in the process water chamber 5, as a result of which cations present in the process water P can also be trapped.
  • the second intercalation volume 7b can be arranged analogously to the process water chamber 5 in the water flow between the water inlet 29 and the water outlet 30 (not shown).
  • the intercalation volume 7a is arranged in the process water chamber 4 so as not to cross the flow of the process water N, and the intercalation volume 7b is arranged in the process water chamber 5 so as not to cross the flow of the process water P.
  • FIG. 4 shows a more detailed sketch of an intercalation filter 2, 2c.
  • the first intercalation volume 7a is arranged in the service water chamber 4 between the water connections 27 and 28 on the one hand and the first electrode 8 on the other.
  • a voltage difference is applied between the two electrodes 8, 9, the cations flowing into the service water chamber 4 are attracted by the first electrode 8 and captured as they pass through the first intercalation volume 7a.
  • FIG. 5 shows a more detailed sketch of an intercalation filter 2, 2d. At least the electrode that attracts cations, here: the first electrode 8 serving as the negative pole, is embedded in the first, water-permeable intercalation volume 7a.
  • 6 shows a more detailed sketch of an intercalation filter 2, 2e.
  • the first electrode 32 and the second electrode 33 are in the form of intercalation electrodes which have or consist of water-permeable, electrically conductive intercalation material. They are connected to the voltage source via metal connecting lugs 34, for example.
  • the electrodes 8, 9 are made of mats or braids made of conductive metals and/or carbon fibers, etc.
  • Metal foils perforated like a sieve, for example, can also be used.
  • intercalation volumes of the intercalation filters 2b to 2e may each be located between the main unobstructed flow area of water and the membrane, or the main flow area of water may be between the intercalation filter and the membrane.
  • a numerical specification can also include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded. reference list

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Abstract

Wasserführendes Elektrohaushaltsgerät (1), aufweisend mindestens einen Wasserfilter (2, 2a-2e) in Form eines Interkalationsfilters mit mindestens einem Interkalationsvolumen (7, 7a, 7b), wobei das Interkalationsvolumen (7, 7a, 7b) dazu eingerichtet ist, Störionen aus zu entkalkendem Wasser (N) einzulagern, und den I nterkalationsfi Iter (2, 2a-2e) durchlaufend habendes Wasser als Nutzwasser (N) zum Betreiben mindestens einer wasserführenden Funktionseinheit des Elektrohaushaltsgeräts (1) entnehmbar ist. Bei einem Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts (1) wird entkalktes Nutzwasser (N) erzeugt, indem Störionen in ein Interkalationsvolumen (7, 7a) eines Interkalationsfilters (2, 2a-3d) des Elektrohaushaltsgeräts (1) eingelagert werden. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte, insbesondere mit Dampfbehandlungsfunktion, Wäschepflegegeräte und Spülgeräte.

Description

Entkalken von Wasser in einem wasserführenden Elektrohaushaltsgerät
Die Erfindung betrifft ein wasserführendes Elektrohaushaltsgerät, aufweisend einen Wasserfilter mit einem Filtervolumen, wobei das Filtervolumen dazu eingerichtet ist, Störionen aus zu entkalkendem Wasser herauszufiltern, und den Filter durchlaufend habendes Wasser als Nutzwasser zum Betreiben mindestens einer wasserführenden Funktionseinheit des Elektrohaushaltsgeräts entnehmbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts, bei dem entkalktes Nutzwasser erzeugt wird. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte, insbesondere mit Dampfbehandlungsfunktion, Wäschepflegegeräte und Spülgeräte.
Viele elektrisch betriebene Haushaltsgeräte ("Elektrohaushaltsgeräte") benötigen zu ihrem Betrieb oder zur Bereitstellung bestimmter Funktionen Wasser. Dieses Wasser kann einem Haushaltsgerät (a) manuell (z.B. durch manuelles Befüllen eines Wassertanks) zur Verfügung gestellt werden, wobei ein Nachfüllen ggf. durch ein Signal angefordert wird, wenn der Wassertank leer ist. Dies ist beispielsweise häufig bei preiswerteren Dampfgargeräten (z.B. Backöfen mit Dampfgarfunktion), Kaffeeautomaten usw. der Fall. Alternativ oder zusätzlich kann das Wasser dem Haushaltsgerät automatisch zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise durch einen Frischwasseranschluss, aus welchem das Hausgerät bei Bedarf die notwendige Menge Wasser abzapft. Dies ist in der Regel z.B. bei Waschmaschinen, Spülmaschinen, teuren Dampfgargeräten usw. der Fall.
In jedem Fall sollte die Qualität des von dem Haushaltsgerät verwendeten Wassers so "gut" sein, dass das Haushaltsgerät durch das bezogene Wasser nicht beschädigt. Die Definition einer "guten Wasserqualität" entspricht in der Regel einem hinreichend geringen Kalkgehalt des Wassers, was auch als "Wasserhärte" bezeichnet wird, so dass Kalkablagerungen in dem Gerät (z.B. an Heizkörpern, in oder auf Leitungen) oder auf behandeltem Gut (z.B. auf Gargut, Besteck, Gläsern, Zubehör usw.) möglichst vermieden werden. Die Kalkablagerungen werden typischerweise mittels Härtebildnern wie Calcium, Magnesium, Karbonate und möglicherweise Spuren verschiedener weiterer Stoffe wie Strontium, Barium, usw. bzw. deren Ionen gebildet. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden solche in Wasser lösliche Härtebildner im Folgenden unter dem Begriff „Störstoffe“ zusammengefasst.
Zur Verhinderung einer Kalkbildung ist es bisher bekannt, das Wasser vor seiner Erwärmung, insbesondere Verdampfung, zu entkalken. Das Entkalken kann bisher beispielsweise erreicht werden durch:
1) lonentauscher, welche ihrerseits durch regelmäßige Salzgaben regeneriert werden müssen. Die Regeneration durch Salz erfordert teure Gerätekomponenten. Außerdem wird das Salz mit Abwasser aus dem Gerät abgelassen, was für Klärwerke schädlich ist.
2) Chemische Entkalkung, bei der dem Wasser Chemikalien zugesetzt werden, welche eine Kalkbildung unterdrücken oder auflösen. Diese Chemikalien sollen aber z.B. nicht auf oder in Lebensmittel gelangen. Ferner sind auch diese Chemikalien für Kläranlage schädlich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine einfach aufbaubare, nutzerfreundliche Möglichkeit bereitzustellen, weiches bzw. störstoffarm es Wasser in einem wasserführenden Elektrohaushaltsgerät auf besonders umweltfreundliche Weise zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein wasserführendes Elektrohaushaltsgerät, aufweisend mindestens einen Wasserfilter in Form eines Interkalationsfilters mit mindestens einem Interkalationsvolumen, wobei das Interkalationsvolumen dazu eingerichtet ist, in Wasser gelöste Ionen von Störstoffen (im Folgenden auch als "Störionen" bezeichnet) aus zu entkalkendem Wasser einzulagern, und den Interkalationsfilter durchflossenes bzw. durchlaufen habendes Wasser zum Betreiben des Elektrohaushaltsgeräts entnehmbar ist. Das Interkalationsvolumen benötigt zur Bindung von Störionen keine zusätzlichen Chemikalien, da die Störionen durch Einlagerung in chemischen Verbindungen ("Interkalations- verbindungen") gebunden werden, wobei die chemischen Verbindungen ihre Struktur während des Einlagerungsprozesses nicht wesentlich verändern. Eine Filterung durch Interkalation ist somit besonders umweltfreundlich und nutzerfreundlich. Zudem lässt sich ein Interkalationsfilter besonders einfach umsetzen. Auch reduziert sich der notwendige Reinigungsaufwand erheblich, da eine Lebensdauer des Interkalationsvolumens in etwa um den Faktor zwei bis fünf größer als bei Filtern herkömmlichen Entkalkungssysteme ist. Dadurch wiederum wird der Verbrauch an Entkalkungsmittel massiv reduziert wird. Im Idealfall werden über die Lebensdauer des Gerätes (Steamers) keine Entkalkungsmittel mehr benötigt.
Unter einem "Interkalationsvolumen" wird insbesondere ein Stoffvolumen verstanden, das ganz oder teilweise aus Interkalationsmaterial besteht, ggf. aus Interkalationsmaterial mit einer Stützstruktur. Das Interkalationsmaterial kann ein oder mehrere Interkalationsver- bindungen aufweisen.
Das den Interkalationsfilter durchlaufend habende Wasser kann zumindest teilweise mit mindestens einem Interkalationsvolumen interagiert haben, d.h., dass das Wasser das Interkalationsvolumen durchflossen hat und/oder daran vorbeigeflossen ist, so dass zumindest ein Teil der in dem Wasser gelösten Störionen in dem Interkalationsmaterial eingelagert werden konnten. Durch diese Entfernung von Störionen aus dem Wasser sinkt dessen Härte. So enthärtetes bzw. entkalktes Wasser kann von dem Elektrohaushaltsgerät als Nutzwasser verwendet werden.
Welche Störionen in dem Interkalationsvolumen eingelagert werden, hängt von der darin vorhandenen mindestens einen Interkalationsverbindung ab, die z.B. als sog. "Wirtsgitter" vorliegen kann. Die mindestens einen Interkalationsverbindung kann beispielsweise quasi-metallische Schichten in Graphit oder in den Übergangsmetallsulfiden NbS2 oder TaS2, halbleitende Systemen wie TiS2 und SnS2 und nichtleitende Verbindungen wie Tonminerale (z. B. Kaolinit) umfassen. Es hat sich zur Verwendung zur Wasserentkalkung als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Interkalationsverbindung FeMn(CN)e bzw. MnFe(CN)e aufweist oder daraus besteht. Die Störionen können insbesondere in Wasser gelöste Ionen von Kalk- oder Härtebildnern wie Ca2+, Mg2+ und deren Carbonaten usw. umfassen. Das Interkalationsvolumen kann insbesondere dazu ausgebildet sein, positiv geladene Störionen (Kationen) einzulagern. Dies ist vorteilhaft, weil dann in Wasser gelöste Ionen von Härtebildnern, die häufig als Kationen vorliegen, durch Einlagerung in dem Interkalationsvolumen besonders effektiv aus dem zu entkalkendem Wasser entfernbar sind.
Das wasserführende Elektrohaushaltsgerät kann ein Haushaltsgerät im Sinne weißer Ware sein. Es kann ein Haushaltsgroßgerät (z.B. ein Gargerät wie ein Dampfgargerät und ein Ofen mit Dampfgarfunktionalität, ein Wäschebehandlungsgerät wie eine Waschmaschine und ein Waschtrockner, eine Spülmaschine, usw.) oder ein Haushaltskleingerät (z.B. eine Kaffeemaschine, ein Wasserkocher, ein Bügeleisen usw.) sein. Die mindestens eine wasserführende Funktionseinheit kann z.B. ein Verdampfer zum Erzeugen von Dampf für eine Dampfbehandlung von Gargut, eine Wasserheizung für Spülwasser, Waschwasser oder Flotte, zur Herstellung von Kaffee oder Tee, usw. sein.
Der I nterkalationsfilter kann einen oder mehrere Interkalationsvolumina aufweisen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der I nterkalationsfilter mindestens ein Filtergehäuse mit einer Nutzwasserkammer und einer Prozesswasserkammer aufweist, die beiden Kammern voneinander für Wasser praktisch undurchlässig abgetrennt sind, die beiden Kammern voneinander für Störionen zumindest einer ersten Polarität durchlässig abgetrennt sind und der Nutzwasserkammer mindestens ein Interkalationsvolumen zugeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, Störionen einer zweiten Polarität einzulagern.
Durch diese Ausgestaltung wird der Vorteil erreicht, dass Störionen zweiter Polarität aus dem in die Nutzwasserkammer eingefüllten, zu entkalkenden Wasser durch Interkalation in das Interkalationsvolumen entfernt werden, während Störionen erster Polarität aus der Nutzwasserkammer in die Prozesskammer gelangen können, z.B. durch Diffusion. Das sich dadurch ergebende "gefilterte" Wasser ist als Nutzwasser zum Betreiben des Elektrohaushaltsgeräts aus der Nutzwasserkammer entnehmbar. Dass die beiden Kammern voneinander für Wasser "praktisch" undurchlässig abgetrennt sind, kann umfassen, dass sie wasserundurchlässig voneinander abgetrennt sind oder dass nur so wenig Wasser aus einer Kammer in die andere Kammer fließen kann, dass eine Funktion des Interkalationsfilters nicht merklich beeinträchtigt wird. Im letzteren Fall können die beiden Kammern z.B. durch eine Trennwand voneinander abgetrennt sein, welche eine hohen Fließwiderstand gegenüber Wasser aufweist. Dass die beiden Kammern für Störionen zumindest einer ersten Polarität durchlässig abgetrennt sind, umfasst, dass sie auch für Störionen beider Polaritäten durchlässig abgetrennt sein könne, also sowohl Anionen als auch Kationen zwischen den Kammer ausgetauscht werden können.
Dass der Nutzwasserkammer mindestens ein Interkalationsvolumen "zugeordnet" ist, bedeutet, dass in der Nutzwasserkammer befindliches Wasser mit dem mindestens einen Interkalationsvolumen interagieren kann. Dies kann z.B. so umgesetzt sein, dass mindestens ein Interkalationsvolumen in der Nutzwasserkammer untergebracht ist und/oder mindestens ein Interkalationsvolumen die Nutzwasserkammer begrenzt bzw. als Wand der Nutzwasserkammer dient. Der letztere Fall kann beispielsweise vorliegen, wenn ein Interkalationsvolumen als Trennwand zwischen der Nutzwasserkammer und der Prozesswandkammer eingesetzt wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Polarität eine elektrisch negative Polarität ist und die zweite Polarität eine elektrisch positive Polarität ist. Störionen der ersten Polarität entsprechen dann Anionen, Störionen der zweiten Polarität Kationen. Entsprechend können Kationen im Interkalationsvolumen eingelagert werden und Anionen können zwischen den Kammern ausgetauscht werden. Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die erste Polarität eine elektrisch positive Polarität ist und die zweite Polarität eine elektrisch negative Polarität ist. Störionen der ersten Polarität entsprechen dann Kationen, Störionen der zweiten Polarität Anionen. Entsprechend können Anionen im Interkalationsvolumen eingelagert werden und Kationen können zwischen den Kammern ausgetauscht werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in der Nutzwasserkammer mindestens eine erste Elektrode eines Elektrodenpaars untergebracht ist und in der Prozesswasserkammer mindestens eine zweite Elektrode des Elektrodenpaars untergebracht ist. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Bewegung der Störionen in dem I nterkalationsfilter durch Anlegen einer Spannungs- differenz an das Elektrodenpaar gezielt beeinflussbar ist, z.B. um Störionen für einen effektivere Entkalkung verstärkt in ein Interkalationsvolumen zu bewegen, um Störionen aus der Nutzwasserkammer in die Prozesswasserkammer zu bewegen und/oder um einem osmotischen Druck zwischen den beiden Kammern entgegenzuwirken.
Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Elektrode mit der ersten Polarität betreibbar ist, während die zweite Elektrode mit der zweiten Polarität betreibbar ist. Alternativ kann die erste Elektrode mit der zweiten Polarität betreibbar sein, während die zweite Elektrode mit der ersten Polarität betreibbar ist. Wird eine Elektrode mit einer elektrisch positiven Polarität betrieben, kann sie auch als Pluspol bezeichnet werden, ansonsten als Minuspol. Wird beispielsweise die in der Nutzwasserkammer untergebrachte erste Elektrode als Minuspol und die in der Prozesswasserkammer untergebrachte zweite Elektrode als Pluspol betrieben, werden Anionen aus der Nutzwasserkammer in die Prozesswasserkammer verschoben. Kationen können beispielsweise in dem Interkalationsvolumen eingelagert werden.
Diese Ausgestaltung ist auch deshalb vorteilhaft, weil durch Umkehrung der Polarität der Elektroden während einer Reinigungsphase die in dem Interkalationsvolumen eingelagerten Störionen zumindest teilweise wieder ausgelagert werden können, wodurch sich eine besonders einfache automatische Reinigung des Interkalationsfilters erreichen lässt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine zwischen die beiden Elektroden des Elektrodenpaars angelegte Spannung bei ca. 1 V liegt, insbesondere weniger als 1 ,23 V beträgt. So wird der Vorteil erreicht, dass eine Elektrolyse des Wassers und damit eine Wasserstoffbildung in der Praxis zuverlässig verhindert wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens eine Elektrode als ein von einem Interkalationsvolumen getrennt hergestelltes Bauteil ist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen besonders einfache Herstellung.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest eine der beiden Elektroden zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Interkalationsmaterial besteht ("Interkalationselektrode"). Dies ergibt den Vorteil, dass Bauteile eingespart werden können und zudem ein zum Herausfiltern von Störionen besonders effektiver Aufbau. Insbesondere kann in einer Kammer, in der sich eine solche Interkalationselektrode befindet, auf eine gesondertes, nicht elektrisch angeschlossenes Interkalationsvolumen verzichtet werden. Dazu geeignetes Interkalationsmaterial kann z.B. 60% bis 70% Kohlenstoff enthalten, z.B. Graphitinterkala- tionsverbindungen. Interkalationselektroden, die praktisch vollständig aus elektrisch leitfähigem Interkalationsmaterial bestehen, können z.B. metallische Anschlussfahnen o.ä. aufweisen, über die sie an einen Spannungsquelle angeschlossen sind.
Es ist auch möglich, metallisches Elektrodenmaterial in Interkalationsmaterial einzubetten, z.B. um eine elektrische Feldverteilung in einer flächigen Elektrode zu homogenisieren.
Die Elektroden können beispielsweise als - insbesondere ebene oder flächige - Geflechte oder Matten oder als "Gewebeknäule" ausgebildet sein. Metallische Elektroden oder Elektrodenbereiche können als siebartig perforierte Metallfolien, -bleche oder -platten vorliegen. Die Elektroden können für eine besonders lange Lebensdauer oberflächenbehandelt sein, z.B. beschichtet. Es ist eine Weiterbildung, dass bei Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Elektroden eines Elektrodenpaars zwischen diesen ein elektrisches Feld ähnlich einem zwischen Kondensatorplatten erzeugten elektrisches Feld erzeugt wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass das mindestens eine Interkalationsvolumen in nichtquerender Anordnung zwischen einem Wassereinlass und einem Wasserauslass der Nutzwasserkammer und/oder der Prozesswasserkammer angeordnet ist. Durch eine oder beide dieser Kammern laufendes Wasser braucht also kein - z.B. quer zur Strömungsrichtung angeordnetes - Interkalationsvolumen zu durchfließen. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass ein hoher Volumenstrom des Wassers durch die mindestens eine Kammer ausrechterhalten werden kann, da kein Strömungshindernis im Form eines Inter- kalationsvolumens zwischen dem Wassereinlass und dem Wasserauslass vorhanden ist. Die Einlagerung der Störionen des Nutzwassers in das - z.B. neben dem Hauptströmungspfad des Nutzwassers angeordnete - Interkalationsvolumen kann beispielsweise dadurch besonders effektiv ausgestaltet sein, dass die Störionen durch das zwischen den Elektroden des Elektrodenpaars anliegende elektrische Feld in Richtung in das Interkalationsvolumen bewegt werden, wo sie eingelagert werden können.
Es ist eine Weiterbildung, dass das mindestens eine Interkalationsvolumen in querender Anordnung zwischen einem Wassereinlass und einem Wasserauslass der Nutzwasser- kammer und/oder der Prozesswasserkammer angeordnet ist. Durch eine oder beide dieser Kammern laufendes Wasser fließt dann durch das quer zur Strömungsrichtung angeordnetes - Interkalationsvolumen. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass auf Elektroden auch verzichtet werden kann. Das Interkalationsvolumen ist dann vorteilhafterweise wasserdurchlässig, insbesondere hochgradig wasserdurchlässig ausgebildet.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Nutzwasserkammer von der Prozesswasserkammer durch eine Trennschicht bzw. Trennwand getrennt ist, welche mindestens ein Interkalationsvolumen aufweist oder aus Interkalationsvolumen besteht. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Interkalationsfilters ermöglicht. Eine solche Trennschicht kann für Wasser nur geringfügig durchlässig sein, da sie einen hohen Fließwiderstand aufweist, beispielsweise wenn sie als dichtes Gewebe aus Interkalationsmaterial (aufweisend ein oder mehrere Interkalationsverbindungen) ausgebildet ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Nutzwasserkammer von der Prozesswasserkammer durch eine für Wasser undurchlässige und zumindest für die Störionen der ersten Polarität durchlässige Membran getrennt ist (welche insbesondere selbst kein Interkalationsmaterial aufweist) und das Interkalationsvolumen zumindest in der Nutzwasserkammer untergebracht ist. So wird eine Mischung von Wasser zwischen Nutzwasserkammer und Prozesswasserkammer effektiv verhindert, was eine Entkalkungseffektivität und Nutzwasserausbeute steigern kann. Die Membranschicht kann für Störionen der zweiten Polarität undurchlässig sein, was eine Diffusion dieser Störionen aus der Prozesswasserkammer in die Nutzwasserkammer vorteilhafterweise unterbindet. Die Membran kann als lonenaus- tauschmembran bezeichnet werden. Das Interkalationsvolumen ist in einer solchen Ausgestaltung vorteilhafterweise wasserdurchlässig ausgebildet, um eine große Oberfläche zur Einlagerung von Störionen zur Verfügung zu stellen und dadurch die Enthärtungseffektivität zu erhöhen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Interkalationsvolumen in der Prozesswasserkammer untergebracht ist. Dies ergibt den Vorteil, dass auch Störionen aus dem Prozesswasser durch Einlagerung in einem Interkalationsvolumen entfernbar sind. Dies wiederum ergibt der Vorteil, dass ein von einem durch den Konzentrationsunterschied dieser Störionen aufgebauter Diffusionsdruck zwischen den beiden Kammern verringert wird, so dass eine Entkalkungseffektivität steigerbar ist. Auch wird so der Vorteil erreicht, dass das Prozesswasser besser zur möglichen Mischung mit Nutzwasser zu Beginn eines Enthärtungsablaufs geeignet ist, da es dann weniger positiv geladene Störionen aufweist als Frischwasser.
Es ist eine Weiterbildung, dass das in der Nutzwasserkammer befindliche Interkalations- material einem Interkalationsmaterial in der Prozesswasserkammer entspricht. Es ist eine Weiterbildung, dass sich das in der Nutzwasserkammer befindliche Interkalationsmaterial von dem Interkalationsmaterial in der Prozesswasserkammer unterscheidet, z.B. in Bezug auf die Art der eingelagerten Störionen.
Allgemein ist die Art und Zahl des Interkalationsmaterials bzw. der Interkalationsverbin- dung, die ein Interkalationsvolumen aufweisen kann, nicht beschränkt. So kann ein Inter- kalationsvolumen auch mehrere unterschiedliche Interkalationsmaterialen aufweisen, die z.B. Störionen unterschiedlicher Polarität, unterschiedliche Störionen gleicher Polarität, usw. einlagern.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Nutzwasserkammer bzw. ein Wasserauslass davon an einen Nutzwassertank anschließbar ist, aus dem das Nutzwasser zum Betreiben des Elektrohaushaltsgeräts entnehmbar ist. So wird der Vorteil erreicht, dass nicht unmittelbar benötigtes Nutzwasser bevorratet werden kann, um dann später genutzt zu werden. Dazu kann der Entkalkungsvorgang auch als eigenständiger Prozess durchgeführt werden. Der Tank kann auch als Reservoir bezeichnet werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Prozesswasserkammer bzw. ein Wasserauslass davon an einen - automatisch oder nutzseitig - entleerbaren Prozesswassertank anschließbar ist. So wird vorteilhafterweise ein Ablassen des Prozesswassers vereinfacht, falls dieses nicht direkt in einen Ablauf geleitet wird. Auch wird so der Vorteil erreicht, dass eine Konzentration von Störionen in dem Prozesswasser langsamer steigt als ohne Prozesswassertank. Der Prozesswassertank ist bei nutzseitiger Entleerung vorteilhafterweise durch einen Nutzer entnehmbar.
Allgemein kann Wasser im Durchlauf oder im Kreislauf durch die Nutzwasserkammer und/oder durch die Prozesswasserkammer geführt werden. Bei einem Durch lauf betrieb wird zu Wasser nur einmal durch die zugehörige Kammer geführt, und danach, für den Fall des Prozesswassers, abgelassen oder für den Fall des Nutzwassers an die wassernutzende Funktionseinheit geliefert und/oder in dem Nutzwassertank gespeichert. Im Kreislauf wird das Wasser hingegen mehrfach hintereinander durch die zugehörige Kammer zirkuliert. Der Transport des Wassers kann durch entsprechende Pumpen ermöglicht werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass Wasser im Durchlauf durch die Nutzwasserkammer geführt wird, was eine Erzeugung eines besonders hohen Volumens an entkalktem Wasser ermöglicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Nutzwasser im Kreislauf durch die Nutzwasserkammer geführt wird, was eine besonders starke Entkalkung des Nutzwassers ermöglicht. Der Kreislauf kann z.B. die Nutzwasserkammer und, falls vorhanden, den Nutzwassertank umfassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Nutzwasser wahlweise im Durchlauf als auch im Kreislauf durch die Nutzwasserkammer führbar ist. Dazu können beispielsweise entsprechende Ventile, z.B. Absperrventile, vorgesehen sein, die insbesondere durch eine Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts entsprechend schaltbar sind, z.B. sperrend / leitend.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Prozesswasser im Durchlauf durch die Prozesswasserkammer geführt wird. Dies ergibt den Vorteil, dass die Konzentration von Störionen in der Prozesswasserkammer im Vergleich zu einem Kreislaufbetrieb niedrig bleibt, wodurch eine größere Menge von Störionen der ersten Ladung aus der Nutzwasserkammer in die Prozesswasserkammer gelangen kann, da ein Diffusionswiderstand vergleichsweise gering ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Prozesswasser zirkulierend bzw. im Kreislauf durch die Prozesswasserkammer geführt wird, was die Menge des zum Betrieb des Interkalati- onsfilters benötigten Prozesswassers im Vergleich zum Durchlaufbetrieb vorteilhafterweise stark verringert. Der Kreislauf kann z.B. die Prozesswasserkammer und, falls vorhanden, den Prozesswassertank umfassen. Es ist eine Ausgestaltung, dass überwacht wird, wann die Konzentration von Störionen in dem Prozesswasser mindestens ein vorgegebenes Maß erreicht oder überschreitet und für diesen Fall mindestens eine Aktion zum Auswechseln des Prozesswassers ausgelöst wird. Dies ergibt den Vorteil, dass ein zur effektiven Entkalkung ausreichender Übergang von Störionen aus der Nutzwasserkammer in die Prozesswasserkammer aufrechterhalten werden kann, welcher sonst bei zu starker Konzentration von Störionen im Prozesswasser aufgrund des dem elektrischen Feld entgegenwirkenden Diffusionsdrucks nur noch gering wäre. Die mindestens eine Aktion kann beispielsweise ein automatisches Ablassen des Prozesswassers und/oder das Ausgeben eines Hinweises an einen Nutzer zum Ablassen des Prozesswassers umfassen.
Das Überwachen kann in einer Weiterbildung eigenständig durch einen Nutzer durchführt werden. So kann er das Ablassen des Prozesswassers selbsttätig auslösen oder durchführen, wenn er den Eindruck hat, dass das Ablassen notwendig ist.
Es ist Ausgestaltung, dass das Elektrohaushaltsgerät dazu eingerichtet ist, automatisch zu überwachen, wann die Konzentration von Störionen in dem Prozesswasser mindestens ein vorgegebenes Maß erreicht oder überschreitet und dann mindestens eine Aktion zum Auswechseln des Prozesswassers ausgelöst wird. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässige Überwachung auf einen geeigneten Austausch des Prozesswassers.
Wenn das Gerät einen festen Abwasseranschluss an die Hausentwässerung aufweist, kann das Ablassen automatisch erfolgen. Besonders vorteilhaft erfolgt dieses Ablassen zur Nachtzeit, so dass ein eventueller Gebrauch des Gerätes nicht behindert wird. Wenn kein fester Abwasseranschluss gegeben ist, muss der Nutzer das Prozesswasser manuell entsorgen, z.B. durch Entnahme und Entleerung entnehmbarer Wassertanks.
Der Zeitpunkt, wann die Konzentration der Störionen in dem Prozesswasser mindestens ein vorgegebenes Maß (z.B. mindestens einen Schwell- bzw. Grenzwert) erreicht oder überschreitet, kann bei automatischer Überwachung beispielsweise indirekt dadurch erkannt werden, dass eine Nutzungsdauer des Interkalationsfilters einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet und/oder dass eine durch den Interkalationsfilter bzw. die Nutzwasserkammer durchgelaufene Menge an Nutzwasser einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Dazu kann beispielsweise die Härte extern zugeführten Wassers, des aktuell durchlaufenden oder zirkulierenden Prozesswassers und/oder des aktuell durchlaufenden oder zirkulierenden Nutzwassers herangezogen werden. Zusätzlich können weitere Parameter wie eine Salinität, ein Sauerstoffgehalt, eine Wassertemperatur, usw. berücksichtigt werden. Diese Einflussgrößen können z.B. anhand von bekannten Werten am Aufstellort des Elektrohaushaltsgeräts festgelegt werden (z.B. anhand einer bekannten regionalen Wasserhärte) und/oder geräteseitig gemessen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn dem Haushaltsgerät eine Wasserhärte (z.B. einen mittleren Härtegrad) des dem Haushaltsgerät zugegebenen Wassers (z.B. Frisch- bzw. Trinkwasser) bekannt ist. Denn so kann das Maß an die Wasserhärte angepasst werden, um einen besonders vorteilhaften Zeitpunkt zum Ablassen des Prozesswassers zu erhalten.
Alternativ kann der Zeitpunkt mittels eines Sensors bzw. einer Sensorik bestimmt werden, welche(r) eine Konzentration von Störionen im Nutzwasser und/oder im Prozesswasser misst. Hieraus kann für die örtliche Nutzungssituation ein besonders vorteilhafter Zeitpunkt zum Ablassen / Austauschen des Prozesswassers ermittelt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dann eine eventuelle Fehlfunktion oder auch ein Altern bzw. Ermüden des Interkalationsfilters erkannt werden kann.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Elektrohaushaltsgerät dazu eingerichtet ist, die Konzentration der Störionen in dem Prozesswasser mittels Cyclovoltammetrie zu überwachen. Im Folgenden wird das Prinzip der grundsätzlich bekannten Cyclovoltammetrie kurz erläutert: bei der Cyclovoltammetrie werden die Unterschiede in den Atommassen der Störionen ausgenutzt. So liegt die Atommasse von Calcium bei ca. 40, die Atommasse von Magnesium bei ca. 24,3 und die relevanten Massen von Carbonaten (abhängig von der Art des betrachteten Carbonats) noch erheblich darüber. Wenn Ionen in einer Flüssigkeit sich nach Anlegen eines elektrischen Felds entlang des Felds bewegen, entspricht diese gerichtete Bewegung einem elektrischen Strom. Bei einer Messung dieses Stromes mit einem Amperemeter kann nur der gesamte elektrische Strom gemessen werden. Die Bewegung der einzelnen Ladungsträger trägt aber sehr unterschiedlich zu diesem Strom bei. Wenn ein Ion sich unter dem Einfluss des elektrischen Felds durch Wasser bewegt, dann hängt seine Bewegungsgeschwindigkeit von seiner Ladung (je höher die Ladung, desto schneller) und von seiner Beweglichkeit (je beweglicher, desto schneller) ab. Die Beweglichkeit des Ions wiederum hängt von seiner der Größe (je größer desto langsamer, weil größere Atome eher von anderen Atomen bzw. von den Molekülen im Wasser in ihrer Bewegung gehindert werden) und seiner Masse (je schwerer, desto langsamer, weil schwere Atome wesentlich träger auf Beschleunigung reagieren) ab. Diese Umstände werden bei der Cyclovoltammetrie genutzt, bei welcher eine - vorteilhafterweise kontinuierlich - steigende Spannung an ein Messvolumen angelegt wird. Die im Wasser gelösten Ladungsträger (Ionen) werden sich schneller und früher bewegen, wenn sie sehr hoch geladen sind, sehr klein sind und sehr leicht sind. Es wird sich daher bei kontinuierlich steigender Spannung ein stufiger Stromverlauf einstellen. Aus der Ausprägung dieser Stromstufen kann automatisiert abgeschätzt werden, welche Ladungsträger sich in dem Wasser befinden (Identifikation von Störstoffen) und wie viele Ladungsträger sich jeweils im Wasser befinden (Abschätzung der Konzentration). Die notwendigen Messspannungen liegen typischerweise im Bereich zwischen etwa 1 Volt bis 2 Volt.
Zusätzlich zum Ablassen von Prozesswasser können ein oder mehrere Reinigungs- und/oder Servicevorgänge durchgeführt werden, z.B. ein Durchspülen der Kammern, ein Reversieren der Elektrodenpolarität, um Interkalationsvolumen eingelagerte Störionen auszulösen, ein Zugeben von Entkalkungsmittel, ein Austauschen mindestens eines In- terkalationsvolumens, usw.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts, bei dem entkalktes Nutzwasser erzeugt wird, indem Störionen in ein Interkalationsvolumen eines Interkalationsfilters des Elektrohaushaltsgeräts eingelagert werden. Das Verfahren kann analog zu dem Elektrohaushaltsgerät ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Fig.1 zeigt eine Skizze eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts im Bereich seines Interkalationsfilters;
Fig.2 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig.3 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig.4 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig.5 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und
Fig.6 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Fig.1 zeigt eine Skizze eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts 1 , z.B. eines Backofens mit Dampfbehandlungsfunktion. Das Elektrohaushaltsgerät 1 weist einen Inter- kalationsfilter 2 auf, der dazu dient, eine Menge von störenden Ionen in dem von dem Elektrohaushaltsgerät zu nutzenden Wassers W zu reduzieren, z.B. um eine Verkalkung zu verlangsamen.
Der Interkalationsfilter 2 weist mindestens ein Filtergehäuse 3 mit einer Nutzwasserkammer 4 und einer Prozesswasserkammer 5 auf. Aus der Nutzwasserkammer 4 entnommenes Wasser W ist ionenreduziert, während aus der Prozesswasserkammer 5 entnommenes Wasser W einen erhöhten lonenanteil aufweist und insbesondere zur Entsorgung vorgesehen ist.
Die beiden Kammern 4 und 5 sind voneinander für Wasser undurchlässig und für Ionen einer ersten Polarität (hier beispielsweise für negativ geladene Anionen) durchlässig abgetrennt. Dazu ist eine entsprechende Trennwand 6 eingezeichnet, die gleichzeitig als Interkalationsvolumen 7 dient und die dazu eingerichtet ist, störende Ionen einer zweiten Polarität (Kationen) einzulagern. Da die Trennwand 6 an die Nutzwasserkammer 4 grenzt und daher in der Nutzwasserkammer 4 befindliche Kationen in dem Interkalationsvolumen 7 eingelagert werden können, ist das Interkalationsvolumen 7 der Nutzwasserkammer 4 "zugeordnet". In der Nutzwasserkammer 4 ist mindestens eine erste Elektrode 8 eines Elektrodenpaars 8, 9 untergebracht ist, die z.B. als elektrischer Pluspol betreibbar ist, und in der Prozesswasserkammer 5 ist mindestens eine zweite Elektrode 9 des Elektrodenpaars 8, 9 untergebracht, die z.B. als elektrischer Minuspol betreibbar ist. Bei Anlegen einer Spannungsdifferenz and die Elektroden 8, 9 werden in der Nutzwasserkammer 4 befindliche Kationen verstärkt in oder durch das Interkalationsvolumen 7 bewegt und dabei zumindest teilweise im Interkalationsvolumen 7 gebunden. Da die Wasserhärte im Wesentlichen durch die Anwesenheit gelöster Erdalkali-Kationen (z.B. Ca2+, Mg2+, usw.) bestimmt ist, wird durch diese forcierte Bewegung der Kationen durch das Interkalationsvolumen 7 die Wasserhärte in der Nutzwasserkammer 4 herabgesetzt.
Zur Be- und/oder Nachfüllung der beiden Kammern 4, 5 ist eine Frischwasserzuleitung 10 vorhanden, die mit einer Wasserleitung oder einem Wassertank (o. Abb.) verbunden sein kann. Die Frischwasserzuleitung 10 weist ein Teilchenfilter 11 und ein Absperrventil 12 auf. Der Teilchenfilter 11 dient z.B. zur Filterung von Staub, Sand, Fuseln, Ablagerungen, usw.
Das Elektrohaushaltsgerät 1 weist ferner ein Absperrventil 13 auf, dass einerseits mit dem Absperrventil 12 und andererseits über ein Teilchenfilter 14 mit einem Absperrventil 15 fluidisch verbunden ist. Das Absperrventil 15 ist andererseits mit einem Wassereinlass der Nutzwasserkammer 4 verbunden. Außerdem vorhanden ist ein Absperrventil 16, dass einerseits mit dem Absperrventil 12 und andererseits über ein Teilchenfilter 17 mit einem Absperrventil 18 fluidisch verbunden ist. Das Absperrventil 18 ist andererseits mit einem Wassereinlass der Prozesswasserkammer 5 verbunden.
Aus der Nutzwasserkammer 4 wird Nutzwasser in einen Nutzwassertank 19 abgelassen, während das Prozesswasser in einen Prozesswassertank 20 abgelassen wird. Nutzwassertank 19 und/oder Prozesswassertank 20 können jeweils fest verbaut oder alternativ entnehmbar gestaltet sein.
Das Elektrohaushaltsgerät 1 weist außerdem eine erste Pumpe 21 auf, die dazu vorgesehen ist, Wasser aus dem Nutzwassertank 19 zurück in die Nutzwasserkammer 4 zu pumpen. Dazu ist eine Druckseite der Pumpe 21 hier beispielhaft mit einer Auslassseite des Absperrventils 13 und einer Einlassseite des Teilchenfilters 14 verbunden, mündet also auslassseitig zwischen Absperrventil 13 und Teilchenfilter 14. Analog ist eine zweite Pumpe 22 vorhanden, die dazu vorgesehen ist, Wasser aus dem Prozesswassertank 20 zurück in die Prozesswasserkammer 5 zu pumpen. Dazu ist eine Druckseite der Pumpe 22 hier beispielhaft mit einer Auslassseite des Absperrventils 16 und einer Einlassseite des Teilchenfilters 17 verbunden, mündet also zwischen Absperrventil 16 und Teilchenfilter 17.
Der Nutzwassertank 19 ist auslassseitig an ein weiteres Absperrventil 23 angeschlossen, das andererseits an ein Absperrventil 24, das wiederum an einen allgemeinen Abfluss des Elektrohaushaltsgerät 1 angeschlossen ist, und ein Absperrventil 25, das andererseits als Nutzwasseranschluss für wasserführende Verbraucher oder Funktionseinheiten des Elektrohaushaltsgeräts 1 dient, angeschlossen ist. Ferner ist ein Absperrventil 26 vorhanden, welches die Prozesswasserkammer 5 und den Prozesswassertank 20 gegen die Absperrventile 24 und 25 absperren kann.
Die Absperrventile 12, 13, 15, 16, 18 und 23 bis 26 sowie die Pumpen 21 und 22 können durch das Elektrohaushaltsgerät 1 steuerbar sein, z.B. mittels einer entsprechenden Steuereinrichtung (o. Abb.).
Beispielsweise kann der zunächst leere I nterkalationsfilter 2 mit Frischwasser befüllt werden, wozu die Ventile 12, 13, 15 16 und 18 geöffnet geschaltet worden sind und die übrigen Ventile 23 bis 26 z.B. geschlossen sind.
Anschließend kann - z.B. durch einen Nutzer oder automatisch - ein Filtervorgang gestartet werden. Hierbei kann der Durchfluss von Prozesswasser im Dauerdurchlauf oder im Kreislauf erfolgen. Bei einem Dauerdurchlauf wird der Prozesswasserkammer 5 stets frisches Wasser zugeführt. Da hierbei die Konzentration der zu entfernenden Stoffe im Prozesswasser minimal ist, wird die Geschwindigkeit der Entkalkung des Nutzwassers besonders schnell erfolgen. Zum Durchflussbetrieb des Prozesswassers können beispielsweise die Ventile 12, 16 18, 24 und 26 kontinuierlich oder phasenweise geöffnet sein, so dass Frischwasser durch den Filter 11 , das Ventil 12, das Ventil 16, den Filter 17, das Ventil 18, die Prozesswasserkammer 5, das Ventil 16 und das Ventil 24 in den Abfluss des Elektrohaushaltsgerät 1 fließt. Alternativ kann das Prozesswasser im Kreislauf gefahren werden. Dabei wird vorteilhafterweise der Wasserverbrauch gering gehalten, dafür sinkt mit steigender Konzentration der zu entfernenden Stoffe im Prozesswasser die Filterwirkung. Entsprechend wird die notwendige Zeit zur Erreichung einer definierten Entkalkung des Nutzwassers steigen. Der Kreislaufbetrieb des Prozesswassers kann z.B. durch Schließen der Ventile 16 und 26, Öffnen des Ventils 18 und Aktivierung der zweiten Pumpe 22 durchgeführt werden.
Wenn das Prozesswasser im Kreislauf gefahren wird, wird irgendwann die Konzentration von Störstoffen im Prozesswasser so hoch sein, dass die Filterwirkung des Interkalations- filters 7 auf ein nicht mehr akzeptables Maß zurückgeht, da die Erzeugung einer gewissen Menge Nutzwasser zu lange dauert. Dieser Zeitpunkt kann durch das Vorhandensein des - optionalen - Prozesswassertanks 20 hinausgezögert werden. Wenn dieser Zeitpunkt erreicht wird, dann muss das hoch konzentrierte Prozesswasser abgelassen und ersetzt werden. Das hoch konzentrierte Prozesswasser kann durch frisches Wasser ersetzt werden, z.B. durch Öffnen der Ventile 24 und 26 bzw. der Ventile 12, 16 und 18. Zur Verbesserung der Filterwirkung gleich zu Beginn nach einer Wiederbefüllung der Prozesswasserkammer 5 ist es vorteilhaft, Nutzwasser als neues Prozesswasser zu verwenden, z.B. durch Entnahme aus dem Nutzwassertank 19.
Wenn das Prozesswasser ersetzt wird, kann es allgemein vorteilhaft sein, eine gründliche Spülung des Filtersystems vorzunehmen. Dies kann umfassen, dass der Interkalationsfil- ter 2 als auch ggf. der Nutzwassertank 19 und/oder der Prozesswassertank 20 und die entsprechenden Rohre gespült werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn während einer Spülung die Polarität an den Elektroden 8,9 umgekehrt wird, weil so die im Interkala- tionsvolumen eingelagerten Störstoffe zumindest teilweise wieder ausgelagert und folgend aus dem System entfernt werden können.
Auch die Nutzwasserseite kann grundsätzlich im Durchlauf oder im Kreislauf betrieben werden. Vorliegend ist es besonders vorteilhaft, wenn Nutzwasser im Kreislauf erzeugt wird, da sich die Wasserhärte so besonders weit absenken lässt. Wird Nutzwasser aus dem Nutzwassertank 19 zur Nutzung mit einem wasserführenden Verbraucher abgelassen, kann Frischwasser nachgefüllt werden. Das Nutzwasser kann im Kreislauf auch unabhängig von einem anderen Betrieb des Elektrohaushaltsgeräts 1 durchgeführt werden (z.B. nachts, insbesondere automatisch gestartet), um stark entkalktes bzw. enthärtetes Nutzwasser in ausreichender Menge im Nutzwassertank 19 vorzuhalten bzw. auf Vorrat zu erzeugen. Der Entkalkungs- bzw. Filtervorgang kann also ein unabhängig durchgeführter Ablauf sein.
Allgemein kann das gezeigte Entkalkungssystem 2 bis 26, auch noch bei einem Mengenverhältnis von Nutzwasser zu Prozesswasser von ca. 10:1 effektiv arbeiten kann. Die Effektivität der Entkalkung steigt, wenn das Verhältnis geringer wird. Allgemein kann das Volumen des Prozesswassertanks 20 geringer sein als das Volumen des Nutzwassertanks 19.
Die verfügbare Menge von Nutzwasser kann noch erhöht werden, wenn stark entkalkten Nutzwasser wieder Frischwasser zugemischt wird. Hierbei steigt der Kalkgehalt im Nutzwasser wieder etwas an, ist aber typischerweise immer noch merklich weicher als reines Frischwasser.
Fig.2 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters 2, 2a gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Nutzwasserkammer 4 weist einen Wassereinlass 27 und einen Wasserauslass 28 auf, während die Prozesswasserkammer 5 einen Wassereinlass 29 und einen Wasserauslass 30 aufweist. Das Interkalationsvolumen 7 dient als Trennwand zwischen der Nutzwasserkammer 4 und der Prozesswasserkammer 5 und kann wasserundurchlässig oder schlecht wasserdurchlässig ausgebildet sein. Das Interkalationsvolumen 7 ist also nicht-querend in Bezug auf die Nutzwasserkammer 4 und die Prozesswasserkammer 5 angeordnet.
Die in der Nutzwasserkammer 4 befindliche erste Elektrode 8 ist hier als Pluspol ausgebildet, während die in der Prozesswasserkammer 5 befindliche Elektrode 9 als Minuspol ausgebildet ist. Eine an die Elektroden 8, 9 angelegte Spannungsdifferenz liegt vorteilhafterweise unter 1,23 Volt, z.B. zwischen 1 Volt und 1,2 Volt. Liegt die Spannungsdifferenz an, wird zwischen den beiden Elektroden 8, 9 ein elektrisches Feld aufgebaut, das Kationen wie Ca2+, Mg2+, usw. in bzw. durch das Interkalationsvolumen 7 bewegt, welche in dem Interkalationsvolumen 7 eingelagert bzw. gehalten werden. Dadurch wird die Wasserhärte in der Nutzwasserkammer 4 verringert, vor allem wenn das Interkalationsvolumen 7 für Anionen undurchlässig ist. Fig.3 zeigt eine detailliertere Skizze eines weiteren Interkalationsfilters 2, 2b.
Die Nutzwasserkammer 4 ist von der Prozesswasserkammer 5 nun mittels einer für Ionen, insbesondere nur für Anionen durchlässigen, aber Wasser undurchlässigen Trennmembran 31 abgetrennt. Durch Anlegen der Spannungsdifferenz zwischen die beiden Elektroden 8, 9 ähnlich zu Fig.2 werden (a) Kationen stärker in das nun wasserdurchlässige Interkalationsvolumen 7a bewegt und (b) Anionen aus der Nutzwasserkammer 4 in die Prozesswasserkammer 5 bewegt. Das am Wasserauslass 28 austretende Nutzwasser N ist also sowohl an Kationen als auch an Anionen arm. In diesem Ausführungsbeispiel kann das erste Interkalationsvolumen 7a hochgradig wasserdurchlässig sein.
Optional ist in der Prozesswasserkammer 5 ein zweites wasserdurchlässiges Interkalationsvolumen 7b vorhanden, wodurch sich auch in dem Prozesswasser P befindliche Kationen einfangen lassen. Das zweite Interkalationsvolumen 7b kann analog zu der Prozesswasserkammer 5 im Wasserstrom zwischen dem Wassereinlass 29 und dem Wasserauslass 30 angeordnet sein (o. Abb.).
Auch hier ist das Interkalationsvolumen 7a den Strom des Nutzwassers N nicht-querend in der Nutzwasserkammer 4 angeordnet, und das Interkalationsvolumen 7b ist den Strom des Prozesswassers P nicht-querend in der Prozesswasserkammer 5 angeordnet.
Fig.4 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters 2, 2c. Hier ist die Polarität zwischen den Elektroden 8 und 9 im Vergleich zu Fig.2 und Fig.3 umgekehrt. Das erste Interkalationsvolumen 7a ist in der Nutzwasserkammer 4 zwischen den Wasseranschlüssen 27 und 28 einerseits und der ersten Elektrode 8 andererseits angeordnet. Bei Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Elektroden 8, 9 werden die in die Nutzwasserkammer 4 einströmenden Kationen von der ersten Elektrode 8 anagezogen und bei Durchlauf durch das erste Interkalationsvolumen 7a eingefangen.
Fig.5 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters 2, 2d. Zumindest die Kationen anziehende Elektrode, hier: die als Minuspol dienende erste Elektrode 8, ist in das erste, wasserdurchlässige Interkalationsvolumen 7a eingebettet . Fig.6 zeigt eine detailliertere Skizze eines Interkalationsfilters 2, 2e. Hier sind die erste Elektrode 32 und die zweite Elektrode 33 als Interkalationselektroden ausgebildet, die wasserdurchlässiges elektrisch leitfähiges Interkalationsmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Sie sind über z.B. metallische Anschlussfahnen 34 an die Spannungsquelle angeschlossen.
Bei den obigen Interkalationsfiltern 2, 2a bis 2d ist es für eine hohe Enthärtungseffektivität und lange Lebensdauer vorteilhaft, wenn die Elektroden 8, 9 aus Matten oder Geflechten aus leitfähigen Metallen und/oder Kohlenstofffasern usw. ausgeführt sind. Auch können z.B. siebartig perforierte Metallfolien verwendet werden.
Eigenschaften der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch ausgetauscht oder kombiniert werden, wo möglich. Beispielsweise können die Interkalationsvolumina der Interkalationsfilter 2b bis 2e jeweils zwischen dem ungehinderten Hauptflussbereich des Wassers und der Membran angeordnet sein, oder der Hauptflussbereich des Wassers kann zwischen dem Interkalationsfilter und der Membran vorhanden sein.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist. Bezugszeichenliste
1 Elektrohaushaltsgerät
2 Interkalationsfilter
3 Filtergehäuse
4 Nutzwasserkammer
5 Prozesswasserkammer
6 Trennwand
7 Interkalationsvolumen
7a Interkalationsvolumen
7b Interkalationsvolumen
8 Erste Elektrode
9 Zweite Elektrode
10 Frischwasserzuleitung
11 Teilchenfilter
12 Absperrventil
13 Absperrventil
14 Teilchenfilter
15 Absperrventil
16 Absperrventil
17 Teilchenfilter
18 Absperrventil
19 Nutzwassertank
20 Prozesswassertank
21 Erste Pumpe
22 Zweite Pumpe
23 Absperrventil
24 Absperrventil
25 Absperrventil
26 Absperrventil
27 Wassereinlass
28 Wasserauslass
29 Wassereinlass
30 Wasserauslass 31 Trennmembran
32 Interkalationselektrode
33 Interkalationselektrode
34 Anschlussfahne N Nutzwasser
P Prozesswasser
W Wasser

Claims

23
Patentansprüche Wasserführendes Elektrohaushaltsgerät (1), aufweisend mindestens einen Wasserfilter (2, 2a-2e) in Form eines Interkalationsfilters mit mindestens einem Inter- kalationsvolumen (7, 7a, 7b; 32, 33), wobei das Interkalationsvolumen (7, 7a, 7b; 32, 33) dazu eingerichtet ist, Störionen aus zu entkalkendem Wasser (N) einzulagern, und den Interkalationsfilter (2, 2a-2e) durchlaufend habendes Wasser als Nutzwasser (N) zum Betreiben mindestens einer wasserführenden Funktionseinheit des Elektrohaushaltsgeräts (1) entnehmbar ist. Elektrohaushaltsgerät (1) nach Anspruch 1 , wobei der Interkalationsfilter (2, 2a-2e) mindestens ein Filtergehäuse
(3) mit einer Nutzwasserkammer (4) und einer Prozesswasserkammer (5) aufweist, die beiden Kammern (4, 5) voneinander für Wasser (N, P) praktisch undurchlässig und für Störionen zumindest einer ersten Polarität durchlässig abgetrennt sind, zumindest der Nutzwasserkammer (N) mindestens ein Interkalationsvolumen (7, 7a; 32) zugeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, Störionen einer zweiten Polarität einzulagern. in der Nutzwasserkammer (N) mindestens eine erste Elektrode (8) eines Elektrodenpaars (8, 9) untergebracht ist und in der Prozesswasserkammer (5) mindestens eine zweite Elektrode (9) des Elektrodenpaars (8, 9) untergebracht ist und aus der Nutzwasserkammer (4) das Nutzwasser (N) zum Betreiben der mindestens einen wasserführenden Funktionseinheit entnehmbar ist. Elektrohaushaltsgerät (1) nach Anspruch 2, wobei die erste Elektrode (32) und/oder die zweite Elektrode (33) zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Interkalationsmaterial besteht.
4. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Nutzwasserkammer (4) von der Prozesswasserkammer (5) durch eine Trennwand getrennt ist, welche mindestens ein Interkalationsvolumen (7) aufweist.
5. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Nutzwasserkammer (4) von der Prozesswasserkammer (5) durch eine für Wasser undurchlässige und für die Störionen zumindest der ersten Polarität durchlässige Membran (31) getrennt ist und mindestens ein Interkalationsvolumen (7, 7a; 32) in der Nutzwasserkammer (4) untergebracht ist.
6. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei das mindestens eine Interkalationsvolumen (7, 7a, 7b; 32, 33) in nichtquerender Anordnung zwischen einem Wassereinlass (27, 29) und einem Wasserauslass (28, 30) der Nutzwasserkammer (4) und/oder der Prozesswasserkammer (5) angeordnet ist.
7. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei mindestens ein Interkalationsvolumen (7, 7b; 33) in der Prozesswasserkammer (5) untergebracht ist.
8. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nutzwasserkammer an einen Nutzwassertank zur Bevorratung von Nutzwasser anschließbar ist, aus dem das Nutzwasser zum Betreiben des Elektrohaushaltsgeräts entnehmbar ist.
9. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozesswasserkammer (5) an einen entleerbaren Prozesswassertank (20) anschließbar ist.
10. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das Elektrohaushaltsgerät (1) dazu eingerichtet ist, Nutzwasser (N) zirkulierend durch die Nutzwasserkammer (4) zu führen.
11. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das Elektrohaushaltsgerät (1) dazu eingerichtet ist, Prozesswasser (P) im Durchlauf durch die Prozesswasserkammer (5) zu führen.
12. Elektrohaushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Elektrohaushaltsgerät (1) dazu eingerichtet ist, Prozesswasser (P) zirkulierend durch die Prozesswasserkammer (5) zu führen.
13. Elektrohaushaltsgerät (1) nach Anspruch 12, wobei das Elektrohaushaltsgerät (1) dazu eingerichtet ist, automatisch zu überwachen, wann eine Konzentration von Störionen in dem Prozesswasser (P) mindestens ein vorgegebenes Kriterium erreicht oder überschreitet und für diesen Fall mindestens eine Aktion zum Auswechseln des Prozesswassers (P) auszulösen.
14. Elektrohaushaltsgerät (1) nach Anspruch 13, bei dem das Elektrohaushaltsgerät (1) dazu eingerichtet ist, die Konzentration der Störionen in dem Prozesswasser (P) mittels Cyclovoltammetrie zu überwachen.
15. Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden Elektrohaushaltsgeräts (1), bei dem entkalktes Nutzwasser (N) erzeugt wird, indem Störionen in ein Interkalati- onsvolumen (7, 7a, 7b; 32, 33) eines Interkalationsfilters (2, 2a-3d) des Elektrohaushaltsgeräts (1) eingelagert werden.
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