JP2022522024A - 浄水器 - Google Patents

Abstract

浄水器は、外套管１内においてノズル９を備えている。少なくとも１つの流入穿孔２１は、前記外套管１の流入側の部分を、渦流チャンバー１９と接続し、この渦流チャンバーが、前記外套管１の流出側の部分に向かって開口している。前記流入穿孔２１の貫通流動の際に、水流は方向転換され、且つ、前記渦流チャンバー１９内において渦流形成される。引き続いて、回転する水流は、少なくとも１つの磁石１１の磁界を通過する。このことは、能率的に、石灰石または湯垢の堆積を防止する。

Description

本発明は、請求項１、９、および、１０に従う、浄水器、水導管を有する機器、および、水道水を浄化するための方法に関する。

カルキを含む飲料水または作業用水（Ｂｅｔｒｉｅｂｓｗａｓｓｅｒ）は、特に導管、機器内において、および、この水が蒸発する場所において、所望されないカルキの堆積を誘起する。
カルキを含む水が６０℃を越えて加熱される場合、石灰石または湯垢の形成が強度に促進される。一般的に、硬度形成する塩は、水内においてイオン化された形態において溶解されている。堆積の際に、正および負に荷電されたイオンは、格子もしくは結晶へと整列する。

磁界が結晶形成に影響を及ぼす可能性があることは公知である。特に、電磁的な交番場によって、恒常的に交番する力が、水内に溶解されたイオンに対して作用され得る。このことは、より大きな結晶の形成を困難にする。不均一性に基づいて、微細結晶は、結晶の格子構造内へと、あまり良好ではなく組み入れられ得る。
電磁的な交番場によって処理された、水のカルキ堆積は、それ故に、より少ない付着力を有している。

電磁的な交番場による水処理の欠点は、電気的なエネルギーの必要な提供である。

特許文献１から、浄水器が公知であり、この浄水器は、電気的なエネルギー無しに機能する。ケーシング内において、流入口に引き続いて、ホッパーが配置されている。このホッパーの内径は、流入側で最も大きい。特にこの位置におけるホッパーの直径は、流入口の内径よりも大きい。
出口側で、このホッパーは、より小さな内径を有しており、この内径が、基本的に、引き続いての活性化管体部材の内径に相応する。この活性化管体部材は、内側に位置する磁気的なＳ極を有する、半割りシェル形状の２つの永久磁石によって囲繞されている。

この活性化管体部材に引き続いて、流出口が続いている。流入口および流出口の内径は、基本的に、活性化管体部材の内径に相応している。

ホッパーの内側に隣接して、ばね線材から成る、円錐形に捩じられた螺旋ばねが配置されている。ホッパー内における狭まりに基づいて、流入する水の流動速度は増大される。この螺旋構造は、水流の渦流形成を生じさせる。引き続いて、この水は、高い流動速度でもって磁界を通って案内される。

増大された流動速度に基づいて、水の流動は、ただ比較的に短い時間だけ磁界に曝される。螺旋構造の作用は、ただホッパー壁の近傍だけで生じる。小さな流動速度の際に、この螺旋構造の渦流形成効果は少しである。螺旋において、カルキおよび汚染物質微粒子が、堆積する可能性がある。

独国特許出願公開第１９５１９７１５Ａ１号明細書

本発明の課題は、それ故に、電気的なエネルギーの供給無しに、流動的な水の効果的な浄化を可能にし、且つ、石灰石の形成を困難にする、代案としての浄水器、および、水を浄化するための方法、を提供することにある。

この課題は、請求項１、９、および、１０の特徴によって解決される。

本発明に従う浄水器は、簡素にはノズルと称する、渦流ノズルを備えており、この渦流ノズルが、貫通流動チャンバー内に配置されており、且つ、簡単なやり方で、水流の比較的に強度な渦流形成を可能にする。
渦流ノズルの流動通路内において、水流は、軸線方向の流動方向から方向転換させられ、且つ、回転する流動に変換される。ノズルの流出側の部分内において、流動通路の自由な流動断面が、軸線方向において、ホッパー状に増大する。この領域内において、及び／または、更に下流側で、外縁部で貫通流動チャンバーに配置された１つまたは複数の磁石が水流に作用する。
有利には、複数の磁石が、貫通流動チャンバー内における磁束密度が、局部的に大きな相違を有するように配置されている。このノズルは、有利には、磁束密度に影響を及ぼさないか、または、ただ二義的にだけ影響を及ぼす材料から製造されている。増大した流動断面は、水流内において圧力変化を生じさせ、この圧力変化は、磁石がこの水流内において荷電粒子及び／または極性粒子に対して作用する効果を増強させる。

ホッパー開口部の出口側の端部の近く、及び／または、後ろで回転する水流の一部は、磁束密度が特に多い、磁石の近くを擦過させられる。

水流の強度な渦流形成、相違する流動断面に基づいての圧力変化、および、磁束密度の局部的に相違する強度は、互いの組み合わせにおいて、異なって正および負に荷電されたイオンに対して作用する、迅速に変化する力を生じさせる。このことは、極めて効果的に、結晶格子内におけるイオンの規則的な配置を防止する。

仮に軸線方向における小さな流動速度の際でも、ノズルは、水流の強度な渦流形成を生じさせる。このことは、ノズル内において、全水流が、軸線方向の流動方向から方向転換されることによって促進される。それに加えて、流動の回転速度は、ノズルの流入開口部の適当な直径の選択によって影響を及ぼされ得る。
この流入開口部のより小さな断面は、より高い回転速度を生じさせる。ノズルは、これに伴って、相違する使用の際の期待された流動速度に相応して、等級分けされ得、且つ、最適化され得る。そのようなノズルを有する浄水器は、例えば、コーヒーメーカー、洗濯機、または、自動食器洗い機のような、機器内への組み込みのために最適化され得る。
可能な更に別の使用は、例えば、建物内における水道管であり、その際、水道管内への組み込みは、水道管ネットワークの適宜の位置において、例えば、建物接続部の近傍において、ボイラーの手前において、または、分散的に１つまたは複数の水流出部において行われ得る。

以下で、幾つかの図に基づいて、本発明を詳しく説明する。

浄水器の長手方向断面図、および、横方向断面図である。 付加的な流動矢印を有する図１の装置の図である。 流入穿孔の領域内における、ノズル管体の横方向断面図、および、側面図である。 磁界線と流動矢印とを有する、渦流ノズルの領域内における、図１の浄水器の横方向断面図である。

図１は、浄水器の例示的な実施形態の長手方向断面図、および、横方向断面図を示している。この浄水器は、有利には、流入開口部３と流出開口部５とを有する円筒形の外套管１を備えている。
この流入開口部と流出開口部とは、外套管軸線Ａ１の方向における、外套管１の内側の、矢印Ｐ１によって図示された一次的な流動方向Ｐ１を規定し、その際、水が、この流入開口部３を通って、外套管１内へと流入し、且つ、この流出開口部５を通って流出する。
外套管１は、例えば、継ぎ手７を用いて、）水導管の隣接する導管部分（図示されていないと接続され得る。必要な場合には、継ぎ手が、水導管と外套管１との異なる外径または内径を架橋することは可能である。

図２は、図１の配置を示しており、その際、回転する二次的な流動方向Ｐ２が、付加的に螺旋矢印Ｐ２によって図示されている。

外套管１の内部に、ノズル９が、この外套管１の流入側の部分と流出側の部分との間に配置されている。このノズル９は、外套管１の流出側もしくは後方の部分において、出口開口部１５を有するノズル管体１３を備えている。
ノズル管体１３の流入側もしくは手前の端部は、受流キャップ１７によって閉鎖されている。このノズル管体１３によって包囲された内側室は、長さＬ１で、回転対称的な渦流チャンバー１９を区画している。
渦流チャンバー１９の対称軸線は、外套管１の軸線Ａ１に相応している。出側でノズル９に対して引き続いての、外套管１の部分を通って、渦流チャンバー１９が、長さＬ２だけ延長されている。

流入側もしくは手前の部分内において、ノズル管体１３は、外径Ｄ１を有しており、この外径が、この領域内において、外套管１の内径Ｄ２よりも小さい。ノズル管体１３と外套管１との壁部は、この領域内において、流入開口部３に向かって開口する環状室２０を区画している。

環状室２０に隣接する、ノズル管体１３の流出側もしくは後方の部分において、このノズル管体の外径Ｄ１´は、基本的に、この領域内において、外套管１の内径Ｄ２に相応する。ノズル管体１３の後方の部分は、例えば、圧入、または、ねじ止め、または、他の適当な接合技術によって、力による係合状態、形状による係合状態、または、材料による係合状態で、直接的に外套管１と接続されている。

ノズル管体１３の手前の部分において、このノズル管体の壁部は、少なくとも１つの、貫通する流入穿孔２１を備えている。図１内において図示された実施形態において、ノズル管体１３は、均等に分配されて配置された、３つの流入穿孔２１を備えている。これら流入穿孔２１のそれぞれの流入穿孔は、環状室２０を、およびこれに伴って流入側の部分を、外套管１の流出側の部分に向かって開口する渦流チャンバー１９と接続する。
それぞれの流入穿孔２１は、有利には、この流入穿孔が、渦流チャンバー１９内へと接線方向に開口しているように配置および整向されている。このことは、流入穿孔２１を通って渦流チャンバー１９内へと流動する水が、能率的に渦流形成されることを生じさせる。その際、水流に、方向転換によって、軸線Ａ１を中心にして回転する二次的な流動方向が与えられる。

ノズル管体１３が、１つよりも多くの流入穿孔２１を備えている場合、これら流入穿孔は、有利には、回転対称的に配置されている。これら流入穿孔は、それに従って、対称軸線Ａ１に関して、同じ軸線方向の位置を有している。
選択的に、そのような流入穿孔２１は、同様に、軸線方向に互いに位置ずれされた状態で配置されていることも可能である。

図３内において図示されているように、流入穿孔２１の軸線Ａ２が、対称軸線Ａ１の方向に対して相対的に傾斜角度αのもとで配置されていることは可能であり、この傾斜角度が、有利には９０°またはそれ以下の値であり、且つ、特に、約６０°から９０°までの範囲内にあることは可能である。
傾斜角度αが、それぞれの流入穿孔２１のために、個々の予め設定されていることは可能である。傾斜角度αが、同様に、９０°よりも大きい値を有していることは可能である。このことは、それぞれの流入穿孔２１を通って流れる水が、一次的な流動方向Ｐ１とは逆の流動割合分によって作用されることを生じさせる。

それぞれの流入穿孔２１のために、それに加えて、個々の位置角度βが、予め設定されていることは可能である。
この位置角度βは、対称軸線Ａ１に対する法線面Ｅ１内における、流入穿孔２１の軸線Ａ２の投影Ａ２´と、ノズル管体１３のこの半径方向穿孔の流入位置における仮想的な半径方向穿孔の軸線Ａ３´とが成している、当該の角度である。

有利には、全ての流入穿孔２１は、同じ直径Ｄ４を有している。選択的に、流入穿孔２１のそれぞれの流入穿孔の直径Ｄ４が、同様に個々に予め設定されていることも可能である。
浄水器が、例えば、２２ｍｍの内径Ｄ２を有する外套管１を備えていることは可能である。そのような浄水器のノズル管体１３は、受流側で、典型的に、約１２ｍｍから約１８ｍｍまでの範囲内における外径Ｄ１、および、約２．５ｍｍから３．５ｍｍまでの大きさの規模における壁厚、もしくは、約７ｍｍから１２ｍｍまでの内径Ｄ３を有している。
その環状室を通って水が流入穿孔２１内へと流入可能である、該環状室２０の幅は、それに従って、約２ｍｍから５ｍｍまでの範囲内にある。環状室２０の長さＬ３が、例えば約６ｍｍから８ｍｍまでの大きさの規模にあることは可能である。そのようなノズル９において、流入穿孔２１の直径Ｄ４は、典型的に、約２ｍｍから５ｍｍまでの範囲内にある。渦流チャンバー１９の長さＬ１は、典型的に、約１５ｍｍから２５ｍｍまでの大きさの規模にある。
ノズル管体１３の、内径Ｄ３、もしくは、一般的に自由な流動断面は、流入側で、渦流チャンバー長さＬ１の約３分の２の長さで一定である。これに引き続いて、この内径Ｄ３は、ホッパー状に拡大する。
ホッパーの壁部が、図１内における長手方向断面図内において図示されているように直線状であることは可能であり、または、選択的に、凹状または凸状に湾曲されている（図示されていない）。その際、流動断面の拡大は、連続的または段階的に行われ得る。ホッパーの形状は、幾何学的な１つのパラメータであり、このパラメータでもって、ノズル９の作用が、水流に対して影響を及ぼされ得る。

ノズル９に引き続いて、流動断面は、外套管１の内径Ｄ２によって規定されている。ノズル９の幾何学的なパラメータ、特に同様に流入穿孔２１の数、大きさ、配置、および、整向は、受流側の水圧と共に、どのように水流がこのノズル９によって影響を与えられるかに関して、決定参与的である。
これら幾何学的形なパラメータは、渦流チャンバー１９内および後における、水流動の回転速度、圧力、乱流度合いのようなファクターに影響を及ぼす。

他の内径Ｄ２を有する外套管１において、幾何学的なパラメータの、前記で提供された典型的な数値もしくは数値範囲は、水流に対する所望された作用に相応して、特に比例的に適合され得る。

外套管１の出口側の部分の長さＬ２は、基本的に自由に選択され得、且つ、必要のある場合に、水導管または浄水設備内への組み込みのための、異なる要求に対して適合され得る。

有利には、ノズル９は、外套管１の流入開口部３の近くに配置されている。このことは、外套管１内におけるノズル９の組み込みおよび固定を容易化する。
浄水器は、今後は同様に短く磁石１１とも称される、少なくとも１つの永久磁石１１を有する磁石装置を備えている。それぞれの磁石１１は、外套管１の外側で、固定、例えば固定粘着されており、または、保持装置または締付け装置、例えば弾性的なスリーブを用いて保持されている。有利には、外套管１と磁石装置とは、ケーシングまたは保護カバーによって包囲されている（図示されていない）。
それぞれの磁石１１は、ノズル９の領域内において、または、外套管１の流出側の部分内に配置されている。有利には、複数の磁石１１は、軸線方向、及び／または、環状に分配されて、外套管１の外側で固定されている。特に、外套管１において、磁石１１が配置されていることは可能であり、これら磁石が、対の状態で直径方向に相対して位置している。

磁石１１が、コストの安い円形磁石であることは可能である。選択的に、浄水器が、同様に他の構造形状を有する磁石１１を備えていることは可能である。
外套管１は、通常円筒形に形成されている。選択的に、外套管１の外側が、多角形プロフィルであることは可能であり、この多角形プロフィルが、磁石１１の容易な固定のための、例えば４つから８つまでの平坦な平面部分を、予め与えられた位置において備えていることは可能である（図示されていない）。

図１内において図示された浄水器の実施形態において、ノズル管体１３の領域内において、渦流チャンバー１９のホッパー形状の拡開部の近くで、並びに、外套管軸線Ａ１の方向にこれらに対して離れて流出開口部５の近くで、それぞれに４つの磁石１１が、それぞれに９０°だけ互いに位置ずれされて、外套管１の外側で配置されている。
回転する水流の、極性粒子及び／または荷電粒子は、これに伴って、それらゾーン内において磁束密度の方向および強度が局部的に大きな相違を有している２つの該ゾーンを通過する。このことによって、これら粒子に対して、迅速に、変化する力及び／または回転トルクが作用する。

図４は、例示的に、第１のゾーン内における、浄水器の横方向断面図を示しており、その際、渦流チャンバー１９のホッパー、および、外套管１の流出側の部分内における渦流動が、流動矢印Ｐ２によって図示されている。
４つの磁石の、符号Ｓによって参照符号を付けられた磁気的なＳ極は、全て、外套管１の方に向けられている。選択的に、同様に全ての磁気的なＮ極Ｎが、外套管１の方に向けられていることも可能である。付加的に、図４内において、同様に、磁束密度の磁界線Ｂも図示されている。
完全な回転毎に、それぞれの粒子は、回転する水流内において、８回、交互に、高いおよび低い磁束密度を有する領域内を通過する。外套管１の内側で、磁界線Ｂは、基本的に、少なくとも近似的に、半径方向に、および、これに伴って回転する水流に対して直交して、整向されている。
荷電粒子及び／または極性粒子に対して作用する力もしくは回転トルクは、従って、最大化され得る。それに加えて、それぞれの磁束密度最大値の際に、磁束密度の方向は、半径方向に内方へと、および、半径方向に外方へとの間で変化する。

ノズル９は、有利には、１つの部材から成るように形成されている。このノズルは、通常、非強磁性の、または、ただほんの少しだけ強磁性の材料、例えばアルミニウム青銅またはプラスチックから製造されている。
磁石１１が、それ故に、同様にノズル９の領域内において形成されていることも可能であり、この領域において、荷電粒子および極性粒子に対する作用は特に有利である。

１ 外套管
３ 流入開口部
５ 流出開口部
７ 継ぎ手
９ ノズル
１１ 磁石、永久磁石
１３ ノズル管体
１５ 出口開口部
１７ 受流キャップ
１９ 渦流チャンバー
２０ 環状室
２１ 流入穿孔
Ａ１ 軸線、外套管軸線、対称軸線
Ａ２ 流入穿孔２１の軸線
Ａ２´ 流入穿孔２１の軸線Ａ２の投影
Ａ３´ 仮想的な半径方向穿孔の軸線
Ｂ 磁界線
Ｄ１ ノズル管体の外径
Ｄ１´ ノズル管体の外径
Ｄ２ 外套管１の内径
Ｄ３ 内径
Ｄ４ 流入穿孔２１の直径
Ｅ１ 法線面
Ｌ１ 渦流チャンバー長さ
Ｌ２ 長さ
Ｌ３ 環状室２０の長さ
Ｐ１ 一次的な流動方向
Ｐ２ 二次的な流動方向
α 傾斜角度
β 位置角度

Claims (11)

1. 浄水器であって、この浄水器が、
   流入開口部（３）と流出開口部（５）とを有する外套管（１）と、
   この外套管（１）内に配置されたノズル（９）と、
   少なくとも１つの磁石（１１）を有する磁石装置と、
   を備えている上記浄水器において、
   前記ノズル（９）が、ノズル管体（１３）を備えており、
   このノズル管体が、流出側の出口開口部（１５）を有する渦流チャンバー（１９）を区画すること、
   前記ノズル管体（１３）の流入側の端部が、受流キャップ（１７）によって閉鎖されていること、および、
   前記ノズル管体（１３）の壁部が、少なくとも１つの流入穿孔（２１）を備えており、この流入穿孔が、前記外套管（１）の流入側の部分を、前記外套管（１）の流出側の部分に向かって開口する渦流チャンバー（１９）と接続すること、
   を特徴とする浄水器。
2. 少なくとも１つの前記流入穿孔（２１）の流動断面は、前記ノズル管体（１３）の流出側の前記出口開口部（１５）の流動断面よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の浄水器。
3. 前記ノズル管体（１３）の内径（Ｄ３）は、前記出口開口部（１５）に向かってホッパー状の拡大することを特徴とする請求項１または２に記載の浄水器。
4. 少なくとも１つの前記流入穿孔（２１）は、前記渦流チャンバー（１９）内へと接線方向に開口していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の浄水器。
5. 前記流入穿孔（２１）は、前記外套管（１）の軸線（Ａ１）に対して６０°から９０°までの傾斜角度αで、傾斜されて配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の浄水器。
6. 複数の前記流入穿孔（２１）は、均等に分配されて、前記ノズル管体（１３）に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の浄水器。
7. 少なくとも１つの前記磁石（１１）は、前記外套管（１）の前記流出側の部分内において、または、この外套管（１）の外側において前記ノズル（９）の領域内に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の浄水器。
8. 複数の前記磁石（１１）は、前記ノズル（９）の領域内において、及び／または、前記外套管（１）の前記流出側の部分内において、均等に分配されて前記外套管（１）に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の浄水器。
9. 水導管を有する機器であって、
   この水導管が、請求項１から８のいずれか一つによる浄水器を備えていることを特徴とする水導管を有する機器。
10. 請求項１から８のいずれか一つによる浄水器によって、水道水を浄化するための方法において、
    前記外套管（１）内における水流が、少なくとも１つの前記流入穿孔（２１）の貫通流動の際に方向転換させられ、且つ、前記渦流チャンバー（１９）内において渦流動に変換されること、および、
    この渦流動が、少なくとも１つの前記磁石の静的な磁界を通過することを特徴とする方法。
11. 前記渦流動は、前記渦流チャンバー（１９）内において、及び／または、更に下流側で前記外套管（１）の前記流出側の部分内において、１つまたは複数の磁石（１１）の前記磁界を通過することを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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