Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines elektrischen Feldes enthaltend eine von dem zu behandelnden Wasser durchflossene Behandlungskammer mit mehreren, langgestreckten Hohlräumen, in denen austauschbare Elektroden angeordnet sind, zwischen denen jeweils eine Spannung anlegbar ist.
[0002] Trinkwasser enthält wichtige Mineralien, unter anderem Kalzium- und Magnesiumkarbonate, die in der Summe auch als Wasserhärte bezeichnet werden. Diese Mineralien sind einerseits für die Gesundheit sehr wichtig. Sie können aber andererseits in der Trinkwasserinstallation, insbesondere bei Erwärmung, zu technischen Störungen führen.
[0003] Bei der Erwärmung, z.B. im Trinkwassererwärmer, kommt es zur Bildung von unlöslichen Kalkablagerungen, auch Kesselstein genannt. Dieser Kesselstein bildet sich auf der Warmseite der Installation. Er beeinträchtigt Wärmeübergänge. In Rohren kann Kesselstein über die Jahre zu einem Rohrinfarkt, d.h. zu einem Verschluss in der dem Trinkwassererwärmer nachgeschalteten Rohrinstallation führen.
[0004] Um solche Kalkablagerungen zu vermeiden, ist es bekannt, eine Enthärtung des Trinkwassers vorzunehmen, bei welcher die Mineralien aus dem Trinkwasser entfernt werden. Eine solche Enthärtung ist über Ionenaustausch oder Umkehrosmose möglich.
[0005] Das vermeidet Kesselsteinbildung. Dafür wird aber in anderer Hinsicht die Qualität des Trinkwassers durch die Entfernung der an sich im Trinkwasser erwünschten Mineralien beeinträchtigt.
[0006] Es sind Verfahren zur Behandlung des Trinkwassers mittels sog. elektrophysikalischer Geräte bekannt, bei denen eine Kristallkeimbildung im Trinkwasser bewirkt werden soll. Die als Impfkristalle bezeichneten Kristallkeime werden im Trinkwasser mitgeführt. Die Konglomeration der Impfkristalle führt dann dazu, dass so behandeltes Trinkwasser weniger zu Ablagerungen in Rohren oder Heizelementen in Form von Kesselstein führt, während andererseits die Mineralien im Trinkwasser erhalten bleiben.
[0007] Die Behandlung mittels elektrophysikalischer Geräte erfolgt im Wesentlichen nach folgendem Prinzip:
[0008] Im Trinkwasser ist immer ein gewisser Teil Kohlendioxid (CO2) gelöst. Dieses Kohlendioxid bildet mit den übrigen Bestandteilen ein Reaktionsgleichgewicht, wobei Kalziumhydrogenkarbonat Ca(HCO3)2 aus Kalziumkarbonat CaCO3 gebildet wird nach der Reaktionsgleichung:
CaCO3+ H2O +CO2<-> (Ca(HCO3)2)
[0009] Wird das Wasser erhitzt, so entweicht CO2 aus dem Wasser und es bildet sich Kesselstein. Man kann entsprechend der Gleichung aber auch gezielt das entsprechende Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht im Trinkwasser ändern.
[0010] Führt man dem Wasser Kohlensäure zu, so löst man eine Verschiebung des Gleichgewichts nach links in obiger Formel aus. Aus dem im Wasser vorliegenden Hydrogenkarbonat bilden sich Keime aus Kalziumkarbonat (Kalkübersättigung). Das weiter gebildete Kalziumkarbonat setzt sich dann vorzugsweise an den einmal entstandenen Keimen ab, d.h. die Keime "wachsen".
[0011] Diese Reaktion erfolgt in einer Behandlungskammer mit einer Kathode und einer Anode auf elektrolytischem Wege durch lokale Veränderungen des pH-Wertes. Die Impfkristalle bilden sich an der Kathode durch pH-Erhöhung. Die Impfkristalle müssen dann nach entsprechendem Wachstum wieder dem Trinkwasser durch Absenkung des pH-Wertes bei der Umpolung beigemischt werden. Dann ist bereits Karbonat als Impfkristalle oder Keime im Trinkwasser vorhanden, wenn das Trinkwasser erhitzt wird. Die Impfkristalle oder Keime brauchen nicht mehr neu gebildet zu werden. Das Karbonat setzt sich dementsprechend vorwiegend an den im Wasser mitgefühlten Impfkristallen oder Keimen und nicht mehr an den Installationselementen fest.
[0012] Es besteht bei Trinkwasserinstallationen weiterhin das Problem der Korrosion. Dieser kann durch Zusatz von geringfügigen Mengen an Orthophosphat entgegengewirkt werden. Der Zusatz erfolgt mit Dosiereinrichtungen. Solche Dosiereinrichtungen werden auch zur Zugabe von Polyphosphat verwendet, um im Wasser enthaltenen Kalk zu binden.
[0013] Weiterhin ist es bei einigen Anwendungen wünschenswert, Trinkwasser z.B. zur Vermeidung von Legionellen, zu desinfizieren. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Wasser mit UV-Strahlen zu bestrahlen oder das im Wasser enthaltende Chlorid oder ionisierten Sauerstoff mittels Elektrolyse zu desinfizierendem, atomaren Chlor oder Sauerstoff zu oxidieren.
[0014] Bei wieder anderen Anwendungen im Wellnessbereich ist es wünschenswert, dem Wasser Magnesium zuzusetzen.
[0015] Für jede dieser Wasserbehandlungsformen werden unabhängige Geräte verwendet, die je nach Bedarf in der gewünschten Kombination in die Installation eingesetzt werden. Dies ist aufwändig.
Stand der Technik
[0016] In der EP 1 284 239 A2 ist ein Gerät zur Wasserbehandlung offenbart, bei dem Graphitelektroden paarweise in langgestreckten, miteinander verbundenen Hohlräumen angeordnet sind. Die Hohlräume werden von dem zu behandelnden Wasser durchströmt. Das Gerät dient ausschliesslich zur Verringerung von Kalkablagerungen.
[0017] Aus der DE 2 2005 003 691 U1 ist ein Wasserbehandlungsgerät bekannt, welches die Kalksteinbildung mittels einer elektrophysikalischen Behandlung an Graphitelektroden verringert. Weiterhin dient das Gerät zur Desinfektion des Wassers. Dies erfolgt durch elektrolytisch erzeugte Desinfektionsmittel, wie Chlor, unterchlorige Säure und Sauerstoff, die in dem Wasser enthalten sind und durch Elektrolyse aktiviert werden. Die Kathode ist bürstenförmig ausgebildet. Die Anode ist in einem ersten Bereich aus Graphitfilz gebildet und in einem zweiten Bereich aus platiniertem Titandraht oder dergleichen.
[0018] In der DE 10 020 437 A1 ist ein Verfahren zur Verminderung der Steinbildung und/oder Korrosion in flüssigkeitsführenden Systemen beschrieben. Dabei wird der Magnesiumanteil zu Lasten insbesondere des Kalziumanteils erhöht.
[0019] Es ist ferner bekannt, eine Wasserbehandlung zum Zweck der Verringerung von Korrosion durchzuführen. Dabei wird dem Wasser dauerhaft Orthophosphat in geringen Mengen zugefügt. Die Dosierung erfolgt mit Dosiereinrichtungen, wie sie unter dem Handelsnamen HabeDos von der Firma Honeywell GmbH vertrieben werden.
[0020] Aus der Veröffentlichung von T. Ruruta, H. Tanaka, Y. Nishiki, L. Pupunat, W. Haenni, Ph. Rychen "Legionella inactivation with diamond electrodes" in Diamand and related materials 13 (2004) S. 2016-2019 (Elsevier) ist die Deaktivierung von Legionellen mittels diamantbeschichteter Elektroden bekannt.
Offenbarung der Erfindung
[0021] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zu schaffen, mit dem eine Wasserbehandlung durchführbar ist, die an die individuellen Erfordernisse angepasst ist. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest zwei der Elektroden für unterschiedliche Wasserbehandlungen ausgebildet sind. Das bedeutet, dass auch ein Elektrodenpaar aus Elektroden mit unterschiedlichen Funktionen bestehen kann. Es können also immer die Elektroden in das Gerät eingebaut werden, die gerade den Erfordernissen entsprechen. Es kann für jeden Anwendungsfall das gleiche Gerät verwendet werden. Da die Elektroden austauschbar sind, können diese individuell an den Bedarfsfall angepasst werden. Durch die verschiedenen Anwendungsfälle verringert sich der Herstellungsaufwand.
Lediglich die Elektroden müssen unterschiedlich ausgebildet sein, während das Gehäuse, die Spannungsquelle und die Anschlüsse gleich bleiben.
[0022] Bei einem derartigen Gerät kann zumindest eine der Elektroden Orthophosphat umfassen, welches bei Anlegen einer Spannung in das Wasser abgebbar ist. Die Elektrode kann aus Graphit bestehen, welche in eine orthophosphathaltige Lösung eingetaucht wurde. Mit solchen Elektroden können neben der Vermeidung von Verkalkung auch Korrosion verringert werden.
[0023] Bei einer weiteren Anwendungsart ist zumindest eine der Elektroden aus einem Material gefertigt, welches eine Elektrolyse von in dem zu behandelnden Wasser enthaltenen Chlorid- und/oder Sauerstoffionen und/ Sauerstoffradikale erlaubt. Auf diese Weise kann neben dem Verkalkungsschutz und/oder Korrosionsschutz auch eine Desinfektion des Wassers erfolgen. Für diesen Zweck ist eine diamantbeschichtete Elektrode oder eine Elektrode aus nichtrostendem Stahl geeignet.
[0024] Für ein weiteres Anwendungsbeispiel umfasst zumindest eine der Elektroden Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen, welches bei Anlegen einer Spannung in das Wasser abgebbar ist. Diese Elektroden eignen sich für Anwendungen, bei denen ein erhöhter Magnesiumanteil erwünscht ist. Dabei kann durch die Elektrode ein Ersatz von Kalkstein-erzeugenden Verbindungen durch Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen bewirkt werden. Auf diese Weise wird zugleich eine Verringerung der Verkalkung bewirkt.
[0025] In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden stabförmig ausgebildet und jeweils paarweise zueinander parallel angeordnet, und erstrecken sich in einem Abstand voneinander durch den besagten, langgestreckten Hohlraum. Das eine Ende des Hohlraums ist mit einem Wassereinlass und das andere Ende des Hohlraumes mit einem Wasserauslass verbunden, wodurch eine Wasserströmung von einer Elektrode zur anderen im Wesentlichen quer zur Längsachse der Elektroden erzeugbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine besonders kompakte Anordnung mit einer schnellen Strömung erreicht, die für die Ausbildung von Kristallkeimen an Graphitelektroden zur Verringerung von Kalkablagerungen förderlich ist.
[0026] Die stabförmigen Elektroden können leicht hergestellt werden und die Anordnung wird dadurch kostengünstiger als z.B. bürstenförmige Elektroden. Die Elektroden können einzeln ausgetauscht oder gewartet werden, wenn dies erforderlich ist. Die Erfindung ermöglicht es, dass neben dem Kristallwachstum auch die Bildung von Kristallkeimen durch eine grosse Strömungsgeschwindigkeit an der Kathode gefördert wird. Ein inhomogenes Feld und eine lange Verweildauer sind demgegenüber nicht zwingend erforderlich. Durch die Strömung quer zu den Elektroden werden die Kristallkeime in ausreichendem Mass von den Elektroden abgespült und die Elektroden können sich nicht zusetzen. Auch nach längerem Gebrauch ist keine Verschmutzung oder Ablagerung innerhalb des Systems festzustellen.
Ein Abschiebern der Kristallkeime über einen Motor ist nicht notwendig, da die Strömung im direkten Umfeld der Kathode eine ausreichende Kristallkeimbeimischung bewirkt.
[0027] Vorzugsweise sind die Elektrodenpaare aus Kathode und Anode jeweils paarweise gegen andere Elektrodenpaare isoliert. Dadurch können die elektrischen Felder, die sich zwischen einem Elektrodenpaar ausbilden, keinen Einfluss auf die elektrischen Felder zwischen den anderen Elektrodenpaaren ausüben.
[0028] Vorzugsweise sind die Elektrodenpaare im Wesentlichen kranzförmig angeordnet. In dem Elektrodenkranz können etwa 5 Elektrodenpaare vorgesehen sein. Davon können 3-4 Elektrodenpaare aus Graphit sein. Diese bewirken eine Entkalkung des Wassers. Die übrigen 1-2 Elektrodenpaare können weiteren Verwendungen, z.B. Desinfektion, Dosierung von Orthophosphat, Magnesium oder dergleichen zugeführt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodenpaare in einem im Wesentlichen topfförmigen Gehäuse angeordnet. Es kann ein Strömungsleitelement vorgesehen sein, in welchem sich zylinderförmige Hohlräume zur Aufnahme der Elektroden befinden. Über das Strömungsleitelement werden somit die einzelnen Behandlungskammern und die dazwischenliegende Isolierung gleichzeitig verwirklicht.
[0029] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Elektroden aus einem porösen Material mit grosser Oberfläche, zum Beispiel aus Graphit. Durch die grosse Oberfläche können mehr Keime gebildet werden. Dadurch wird die Effizienz des Geräts weiter verbessert. Es sind aber auch andere Elektrodenmaterialien denkbar, wie zum Beispiel Aktivkohle oder dergleichen.
[0030] Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0031]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische Darstellung eines Gerätes zur Behandlung von Wasser
<tb>Fig. 2<sep>ist ein Querschnitt durch das Gehäuse mit Behandlungskammern und darum angeordneter Nachbehandlungskammer
<tb>Fig. 3<sep>ist eine perspektivische Darstellung eines Strömungsleitelements
<tb>Fig. 4<sep>ist ein Querschnitt durch die Befestigungsanordnung der Elektroden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
[0032] In Fig. 1 ist mit 10 ein Gerät zur elektrophysikalischen Wasserbehandlung bezeichnet. Das Gerät umfasst einen Armaturenteil 12 und eine darunter angeordnete Wasserbehandlungseinheit 14. In der Wasserbehandlungseinheit 14 erfolgt eine "dynamische Behandlung" des durchfliessenden Wassers mittels elektrischer Felder. Durch diese Behandlung werden Kristallisationskeime gebildet, die im Wasser mitgeführt werden. An diesen Kristallisationskeimen kristallisiert sich der im Wasser gelöste Kalk so an, dass er in Form von kleinen Kalkkristallen vom Wasser mitgeführt wird und sich nicht an den Wandungen absetzt und zur Verkalkung führt. Weiterhin können dem Wasser in noch zu beschreibender Weise Stoffe zugesetzt werden oder eine Desinfektion durchgeführt werden.
[0033] In Fig. 1 ist das Gerät 10 perspektivisch dargestellt. Der Armaturenteil 12 weist einen Y-förmigen Kanalkörper 16 auf. Der Kanalkörper 16 hat drei Anschlussstutzen 18, 20 und 22. Über den Anschlussstutzen 20 ist der Kanalkörper 16 mit dem Einlass 24 der Wasserbehandlungseinheit 14 verbunden. Der Einlass 24 ist Teil eines Deckels 26, der über Schrauben 28 mit einem topfförmigen Gehäuse 30 verbunden ist.
[0034] Der Einlass 24 bildet den in Fig. 1oberen Teil eines Eingangskanals 34. Der Eingangskanal 34 ist seitlich an das Gehäuse 30 angeformt und über eine Zwischenwand 38 von dem übrigen von der Gehäusewand 32 umschlossenen Raum getrennt (Fig. 2). Der Eingangskanal 34 erstreckt sich vom Einlass 34 bis zu einer Öffnung 40 (Fig. 1), die den Eingangskanal 34 mit dem Raum 36 verbindet.
[0035] In dem von dem Gehäuse 30 umschlossenen Raum 36 sind vier identische Strömungsleitelemente 42, 44, 46 und 48 vorgesehen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein einziges Strömungsleitelement mit vierfacher Höhe verwendet. Kleine Strömungsleitelemente sind jedoch leichter und daher kostengünstiger herstellbar.
[0036] Ein solches Strömungsleitelement 42 ist in Fig. 3 nochmals gesondert dargestellt. Das Strömungsleitelement 42 besteht aus Kunststoff und ist im Spritzgussverfahren hergestellt. Das Strömungsleitelement weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Grundform auf. In dieser Grundform sind ebenfalls zylinderförmige Hohlräume 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68 vorgesehen. Die Hohlräume 50, 52, 54, 56, 60, 62, 64, 66 und 68 sind im Wesentlichen kranzförmig am äusseren Rand der Grundform angeordnet. Der Hohlraum 58 ist etwas weiter innerhalb des Kranzes angeordnet. Die Längsachsen der Hohlräume verlaufen parallel zueinander und parallel zur Längsachse der Grundform.
[0037] Jeweils zwei der Hohlräume sind über Spalte miteinander verbunden. Die Hohlräume 50 und 52, bzw. 54 und 56 sind über einen Spalt 70, bzw. 72, der jeweils etwa in Umfangsrichtung verläuft, miteinander verbunden. Hohlräume 58 und 60 sind über einen Spalt 74, der in radialer Richtung verläuft, miteinander verbunden. Hohlräume 62 und 64, bzw. 66 und 68 sind über jeweils einen Spalt 76 bzw. 78, der wiederum in etwa in Umfangsrichtung verläuft, miteinander verbunden.
[0038] Der Mittenbereich 80 der Grundform 42 ist ebenfalls als Hohlraum ausgebildet. Der Hohlraum erstreckt sich auf einer Seite 82 bis zum Rand der zylindrischen Grundform 42. Die zylindrischen Hohlräume 54, 58 und 64 sind mit dem Hohlraum 80 im Mittenbereich über schmale Spalte 84, 86 und 88 verbunden. Die Hohlräume 50 und 68 sind über schmale Spalte 90 und 92 mit dem an der Seite 82 befindlichen Rand der Grundform 42 verbunden.
[0039] Der Randbereich an der Seite 82 ist durch Stege 94 und 96, die in radialer Richtung an die Grundform 42 angeformt sind, von dem übrigen Randbereich 98 über die gesamte Länge der Grundform getrennt. Spalte 100 und 102 am Rand der Grundform 42 verbinden den Hohlraum 52 mit dem ausserhalb der Grundform 42 gelegenen Aussenraum. Ebenso verbinden Spalte 104 und 106 den Hohlraum 56 und Spalt 108 den Hohlraum 60 mit dem Aussenraum. Spalte 110 und 112 verbinden den Aussenraum mit Hohlraum 62 und Spalte 114 und 16 verbinden den Hohlraum 66 mit dem Aussenraum. Das gesamte Strömungsleitelement ist spiegelsymmetrisch zu einem durch den Durchbruch und die Hohlräume 58 und 60 verlaufenden Durchmesser.
[0040] Der Umfang der Grundform 42 weist weiterhin Mulden 118 auf, die sich über die gesamte Länge erstrecken und gleichmässig über den gesamten Umfang verteilt sind. Die Mulden 118 sind jeweils zwischen zwei Spalten, welche die Hohlräume mit dem Aussenraum verbinden, angeordnet.
[0041] In Fig. 2 ist dargestellt, wie das Strömungsleitelement 42 in dem Gehäuse 30 sitzt. Zwischen dem Strömungsleitelement 42 und der Gehäusewand 32 ist ein Zwischenraum 120. Der Zwischenraum 120 stellt eine Nachbehandlungskammer dar, die sich über die gesamte Höhe der Anordnung erstreckt. In der Nachbehandlungskammer sind in gleichmässigen Abständen zehn Elektroden 122 angeordnet. Wie die Mulden 118 im Strömungsleitelement 42 sind auch Mulden 124 in der Innenseite der Gehäusewand 32 vorgesehen. Die Mulden liegen sich jeweils gegenüber. Die Elektroden 122 sitzen jeweils in den Mulden 118 und 124 und werden so in ihrer Lage gehalten. Auf diese Weise braucht keine weitere Befestigung für die Elektroden vorgesehen werden.
Durch die Elektroden 122 wird die Nachbehandlungskammer 120 in neun Unterkammern unterteilt, die nur an ihrem oberen Ende im Gehäusedeckel, dessen Innenraum 126 (Fig. 1) gleichzeitig den Auslass bildet, verbunden sind. Über die Höhe der Strömungsleitelemente sind die Unterkammern jedoch nicht miteinander verbunden. Jeweils ein Spalt aus der Behandlungskammer mündet in einer Unterkammer der Nachbehandlungskammer 120.
[0042] In jeder Unterkammer der Nachbehandlungskammer 120 ist ein Stift 128 parallel zu den Elektroden angeordnet. Der Stift 128 ist zylindrisch und sitzt in etwa in der Mitte zwischen den Elektroden. Der Stift 128 dient der Verbesserung der Strömungsverhältnisse und wirkt sich positiv auf das Kristallwachstum aus. Der Stift 128 hat einen kleineren Durchmesser als die Breite des Zwischenraums 120 zwischen dem Strömungsleitelement 42 und der Gehäusewand 30. Das Wasser kann also daran vorbeifliessen. Jeder Stift 128 wird von einem halbringförmigen Befestigungselement 130 gehalten, das an das Strömungsleitelement 42 angeformt ist (Fig. 3).
[0043] Die Befestigung der Elektroden ist in Fig. 4nochmals im Detail dargestellt. Die Elektrode 140 (nicht vollständig dargestellt) weist eine Gewindebohrung 142 auf, in welche ein Metallstift 144 eingeschraubt ist. Der Metallstift 144 mündet an dem Kontakt 146. Dichtringe 148, 150 und 152 sind um den Metallstift herum vorgesehen. Weiterhin ist eine Dichtung 154 unterhalb des Gehäusebodens 156 der Behandlungsvorrichtung vorgesehen. Zum Herausnehmen der Elektrode wird der Deckel 26 des Gehäuses 30 abgenommen und die Elektrode von oben herausgeschraubt. Die Elektrode kann dann leicht inspiziert, gereinigt oder ersetzt werden, ohne dass die elektrische Kontaktierung davon beeinflusst wird.
[0044] Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
[0045] Das zu behandelnde Wasser fliesst vom Stutzen 18 des Kanalkörpers zum Einlass 24 in dem Anschlussstutzen 20. Vom Einlass 24 fliesst das Wasser durch den Einlasskanal 34 nach unten durch die Öffnung 40 in den mittleren Bereich 80 der Strömungsleitelemente 42. Von dort aus verteilt sich das Wasser über die Spalte 84, 86, 88, 90 und 92 in den Behandlungskammern, in denen jeweils Elektrodenpaare sitzen. Durch die geringen Ausmasse der Zwischenräume und Spalte tritt hier eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in horizontaler Richtung in Fig. 1, d.h. quer zur Längsachse der Elektroden auf.
[0046] Bei einer Verwendung zur Vermeidung von Verkalkung bestehen die Elektrodenpaare aus Graphit. Jeweils eine als Kathode und eine als Anode gepolte Elektrode 131 und 133, sind mit einer Spannung beaufschlagt, die für die Kristallkeimbildung ausreicht. Die Kristallkeime bilden sich in dem inhomogenen Feld zwischen den Elektroden an der Kathode. Die Graphitelektroden werden alle 60 Sekunden umgepolt. Dadurch setzt sich der geringe Zwischenraum nicht zu und die Graphitelektroden werden gleichmässig beansprucht. Die gebildeten Kristallkeime werden mit dem Wasser durch die weiteren Spalte, z.B. Spalt 102 in eine Unterkammer der Nachbehandlungskammer 120 gespült. In dem Feld zwischen den abwechselnd als Anode und Kathode gepolten Graphitelektroden wachsen die Keime weiter. Auch diese Graphitelektroden werden in Abständen von 60 Sekunden umgepolt.
Das Wasser fliesst nun in vertikaler Richtung in Fig. 1 nach oben zu einem von dem Gehäusedeckel 26 gebildeten Hohlraum 126. Der Hohlraum 126 ist mit einem Auslass 132, der in den Anschlussstutzen 22 des Kanalkörpers mündet, verbunden.
[0047] Wenn zusätzlich zur Vermeidung von Kalksteinbildung weitere Funktionalitäten verwirklicht werden sollen, können einzelne Elektroden 140 ausgetauscht werden. Statt Graphitelektroden können dann eine oder mehrere diamantbeschichtete Elektrodenpaare eingesetzt werden. An diesen Elektroden wird eine Spannung angelegt, die ausreicht, um das Wasser zu desinfizieren. Dabei wird das ohnehin im Wasser enthaltene Chlorid oder der Sauerstoff durch Elektrolyse aktiviert. Diese wirken dann desinfizierend.
[0048] Es können auch Graphitelektroden eingesetzt werden, die zuvor in einer Orthophosphatlösung getränkt wurden oder Orthophosphatpartikel enthalten. Die Menge an Orthophosphat und die angelegte Spannung werden so gewählt, dass die Korrosion der Rohre und Armaturen im flüssigkeitsführenden System verringert wird. Wenn die Elektrode kein Orthophosphat mehr abgibt, kann sie auf die oben beschriebene Weise ausgetauscht werden.
[0049] Wie die Orthophosphat-Elektrode können auch andere Zusatzstoffe, z.B. Magnesium an das Wasser abgegeben werden. Separate Dosiereinrichtungen sind nicht mehr erforderlich.
[0050] Die Anordnung ist nicht auf eine Funktionalität beschränkt und kann an die jeweiligen Erfordernisse durch Auswahl der Elektroden angepasst werden.
Technical area
The invention relates to a device for water treatment by means of an electric field containing a traversed by the water to be treated treatment chamber with a plurality of elongated cavities in which interchangeable electrodes are arranged, between each of which a voltage can be applied.
Drinking water contains important minerals, including calcium and magnesium carbonates, which are referred to in the sum as water hardness. These minerals are very important for your health. On the other hand, however, they can lead to technical faults in the drinking water installation, in particular when heated.
When heating, e.g. in the drinking water heater, it comes to the formation of insoluble calcium deposits, also called scale. This scale forms on the warm side of the installation. It impairs heat transfer. In pipes, scale over the years can lead to a tube infarction, i. lead to a closure in the downstream of the DHW heating pipe installation.
In order to avoid such calcium deposits, it is known to carry out a softening of the drinking water, in which the minerals are removed from the drinking water. Such softening is possible via ion exchange or reverse osmosis.
This avoids scale formation. But in other respects the quality of the drinking water is impaired by the removal of the minerals desired in drinking water.
There are methods for the treatment of drinking water by means of so-called. Electrophysical devices are known in which a nucleation is to be effected in the drinking water. The seed crystals called seed crystals are carried in drinking water. The conglomeration of the seed crystals then causes that treated drinking water less leads to deposits in pipes or heating elements in the form of scale, on the other hand, the minerals are retained in the drinking water.
The treatment by means of electro-physical devices takes place essentially according to the following principle:
In drinking water, a certain amount of carbon dioxide (CO2) is always dissolved. This carbon dioxide forms a reaction equilibrium with the other constituents, with calcium bicarbonate Ca (HCO3) 2 being formed from calcium carbonate CaCO3 according to the reaction equation:
CaCO3 + H2O + CO2 <-> (Ca (HCO3) 2)
If the water is heated, then CO2 escapes from the water and it forms scale. But you can also change the corresponding lime-carbonic acid balance in the drinking water according to the equation.
Carrying the water to carbonic acid, it triggers a shift of equilibrium to the left in the above formula. From the hydrogen carbonate present in the water, germs of calcium carbonate (lime supersaturation) are formed. The further formed calcium carbonate then settles preferentially on the germs once formed, i. the germs "grow".
This reaction takes place in a treatment chamber with a cathode and an anode in an electrolytic way by local changes in the pH. The seed crystals form at the cathode by increasing the pH. The seed crystals must then be re-added to the drinking water by lowering the pH at the umpolung after appropriate growth. Then, carbonate is already present as seed crystals or germs in the drinking water when the drinking water is heated. The seed crystals or germs do not need to be re-formed. Accordingly, the carbonate predominantly adheres to the water-soaked seed crystals or germs and no longer to the installation elements.
There is still the problem of corrosion in drinking water installations. This can be counteracted by adding minor amounts of orthophosphate. The addition is done with dosing. Such metering devices are also used to add polyphosphate to bind lime contained in the water.
Furthermore, in some applications it is desirable to use drinking water, e.g. to avoid legionella, to disinfect. For this purpose, it is known to irradiate the water with UV rays or to oxidize the water-containing chloride or ionized oxygen by means of electrolysis to be disinfected, atomic chlorine or oxygen.
In yet other applications in the spa, it is desirable to add magnesium to the water.
For each of these water treatment forms independent devices are used, which are used as needed in the desired combination in the installation. This is expensive.
State of the art
EP 1 284 239 A2 discloses a device for water treatment in which graphite electrodes are arranged in pairs in elongated interconnected cavities. The cavities are flowed through by the water to be treated. The device is used exclusively for the reduction of calcium deposits.
From DE 2 2005 003 691 U1 a water treatment device is known, which reduces the formation of limestone by means of an electrophysical treatment of graphite electrodes. Furthermore, the device is used to disinfect the water. This is done by electrolytically generated disinfectants, such as chlorine, hypochlorous acid and oxygen, which are contained in the water and activated by electrolysis. The cathode is brush-shaped. The anode is formed in a first region of graphite felt and in a second region of platinum-plated titanium wire or the like.
DE 10 020 437 A1 describes a method for reducing stone formation and / or corrosion in liquid-carrying systems. The magnesium content is increased at the expense of, in particular, the calcium content.
It is also known to carry out a water treatment for the purpose of reducing corrosion. In the process, orthophosphate is added in small quantities to the water permanently. The dosage is carried out with metering devices, such as those sold under the trade name HabeDos by Honeywell GmbH.
From the publication by T. Ruruta, H. Tanaka, Y. Nishiki, L. Pupunat, W. Haenni, Ph. Rychen "Legionella inactivation with diamond electrodes" in Diamand and related materials 13 (2004) p. 2016- 2019 (Elsevier), the deactivation of Legionella by means of diamond-coated electrodes is known.
Disclosure of the invention
It is an object of the invention to provide a device with which a water treatment is feasible, which is adapted to the individual requirements. According to the invention, the object is achieved in that at least two of the electrodes are designed for different water treatments. This means that even a pair of electrodes can consist of electrodes with different functions. So it can always be installed in the device, the electrodes that just meet the requirements. It can be used the same device for each application. Since the electrodes are interchangeable, they can be individually adapted to the case of need. Due to the different applications, the production cost is reduced.
Only the electrodes must be designed differently, while the housing, the voltage source and the connections remain the same.
In such a device, at least one of the electrodes may comprise orthophosphate, which is deliverable upon application of a voltage in the water. The electrode may be graphite which has been immersed in an orthophosphate-containing solution. With such electrodes, in addition to the prevention of calcification and corrosion can be reduced.
In another application, at least one of the electrodes is made of a material which allows electrolysis of chloride and / or oxygen ions contained in the water to be treated and / or oxygen radicals. In this way, in addition to the calcification and / or corrosion protection and disinfection of the water can be done. For this purpose, a diamond-coated electrode or a stainless steel electrode is suitable.
For a further example of application, at least one of the electrodes comprises magnesium and / or magnesium compounds, which can be emitted when a voltage is applied to the water. These electrodes are suitable for applications in which an increased magnesium content is desired. In this case, replacement of limestone-producing compounds by magnesium and / or magnesium compounds can be effected by the electrode. In this way, at the same time a reduction of the calcification is effected.
In one embodiment of the invention, the electrodes are rod-shaped and arranged in pairs parallel to each other, and extend at a distance from each other through the said elongated cavity. One end of the cavity is connected to a water inlet and the other end of the cavity is connected to a water outlet, whereby a flow of water from one electrode to another substantially transversely to the longitudinal axis of the electrodes can be generated. In this embodiment, a particularly compact arrangement is achieved with a fast flow, which is conducive to the formation of crystal nuclei on graphite electrodes to reduce limescale.
The rod-shaped electrodes can be easily manufactured and the arrangement is thereby cheaper than e.g. brush-shaped electrodes. The electrodes can be individually replaced or serviced if necessary. The invention makes it possible that in addition to the crystal growth and the formation of crystal nuclei is promoted by a large flow velocity at the cathode. By contrast, an inhomogeneous field and a long residence time are not absolutely necessary. Due to the flow transverse to the electrodes, the crystal nuclei are sufficiently rinsed off the electrodes and the electrodes can not be clogged. Even after prolonged use, no contamination or deposit can be detected within the system.
A deportation of the crystal nuclei via a motor is not necessary, since the flow causes a sufficient Kristallkeimbeimischung in the immediate vicinity of the cathode.
Preferably, the electrode pairs of cathode and anode are each isolated in pairs against other electrode pairs. As a result, the electric fields that form between a pair of electrodes can exert no influence on the electric fields between the other pairs of electrodes.
Preferably, the electrode pairs are arranged substantially in a ring shape. In the electrode ring about 5 pairs of electrodes can be provided. Of these, 3-4 pairs of electrodes can be made of graphite. These cause a descaling of the water. The remaining 1-2 pairs of electrodes may be used for other uses, e.g. Disinfection, dosage of orthophosphate, magnesium or the like can be supplied. In one embodiment of the invention, the electrode pairs are arranged in a substantially pot-shaped housing. There may be provided a flow guide, in which cylindrical cavities for receiving the electrodes are located. Thus, the individual treatment chambers and the intervening insulation are simultaneously realized via the flow guide.
In a particularly preferred embodiment of the invention, the electrodes consist of a porous material with a large surface area, for example of graphite. Due to the large surface more germs can be formed. This further improves the efficiency of the device. But there are also other electrode materials conceivable, such as activated carbon or the like.
Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. An embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings.
Brief description of the drawings
[0031]
<Tb> FIG. 1 <sep> is a perspective view of a device for treating water
<Tb> FIG. 2 <sep> is a cross section through the housing with treatment chambers and aftertreatment chamber arranged therearound
<Tb> FIG. 3 <sep> is a perspective view of a flow guide
<Tb> FIG. 4 <sep> is a cross section through the mounting arrangement of the electrodes
Description of an embodiment
In Fig. 1, 10 denotes a device for electrophysical water treatment. The device comprises a fitting part 12 and a water treatment unit 14 arranged underneath. In the water treatment unit 14, a "dynamic treatment" of the flowing water takes place by means of electric fields. By this treatment, nuclei are formed, which are carried in the water. At these crystallization nuclei, the lime dissolved in the water crystallizes so that it is carried along by the water in the form of small calcium crystals and does not settle on the walls and leads to calcification. Furthermore, substances can be added to the water in a manner to be described or a disinfection can be carried out.
In Fig. 1, the device 10 is shown in perspective. The fitting part 12 has a Y-shaped channel body 16. The channel body 16 has three connecting pieces 18, 20 and 22. Via the connecting piece 20, the channel body 16 is connected to the inlet 24 of the water treatment unit 14. The inlet 24 is part of a lid 26 which is connected by screws 28 with a cup-shaped housing 30.
The inlet 24 forms the in Fig. 1oberen part of an input channel 34. The input channel 34 is laterally formed on the housing 30 and separated by an intermediate wall 38 from the rest of the housing wall 32 enclosed space (Fig. 2). The inlet channel 34 extends from the inlet 34 to an opening 40 (FIG. 1) which connects the inlet channel 34 to the space 36.
In the enclosed space 30 of the housing 36 four identical flow guide elements 42, 44, 46 and 48 are provided. In an alternative embodiment, a single flow guide with four times the height is used. However, small flow guide elements are lighter and therefore less expensive to produce.
Such a flow guide 42 is shown separately in Fig. 3 again. The flow guide 42 is made of plastic and is produced by injection molding. The flow guide element has a substantially cylindrical basic shape. In this basic form, cylindrical cavities 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 and 68 are also provided. The cavities 50, 52, 54, 56, 60, 62, 64, 66 and 68 are arranged substantially annularly on the outer edge of the basic shape. The cavity 58 is located slightly further inside the rim. The longitudinal axes of the cavities are parallel to each other and parallel to the longitudinal axis of the basic shape.
Two of the cavities are connected to each other via gaps. The cavities 50 and 52, and 54 and 56 are connected to each other via a gap 70, or 72, which runs approximately in the circumferential direction. Cavities 58 and 60 are interconnected via a gap 74 which extends in the radial direction. Cavities 62 and 64, and 66 and 68 are connected to each other via a respective gap 76 and 78, which in turn extends approximately in the circumferential direction.
The central region 80 of the basic shape 42 is also formed as a cavity. The cavity extends on a side 82 to the edge of the cylindrical base mold 42. The cylindrical cavities 54, 58 and 64 are connected to the cavity 80 in the center region via narrow gaps 84, 86 and 88. The cavities 50 and 68 are connected via narrow gaps 90 and 92 with the side 82 located on the edge of the base mold 42.
The edge region on the side 82 is separated by webs 94 and 96, which are integrally formed in the radial direction of the base mold 42, from the remaining edge region 98 over the entire length of the basic shape. Columns 100 and 102 at the edge of the basic form 42 connect the cavity 52 with the outside of the base mold 42 located outside space. Likewise, gaps 104 and 106 connect cavity 56 and gap 108 to cavity 60 with the exterior space. Columns 110 and 112 connect the outside space to cavity 62, and gaps 114 and 16 connect the cavity 66 to the outside space. The entire flow guide is mirror-symmetrical to a through the aperture and the cavities 58 and 60 extending diameter.
The scope of the basic form 42 further comprises troughs 118 which extend over the entire length and are distributed uniformly over the entire circumference. The troughs 118 are each arranged between two columns which connect the cavities to the outside space.
In Fig. 2 it is shown how the flow guide 42 is seated in the housing 30. Between the flow guide 42 and the housing wall 32 is a gap 120. The gap 120 represents an aftertreatment chamber which extends over the entire height of the assembly. In the aftertreatment chamber ten electrodes 122 are arranged at regular intervals. Like the wells 118 in the flow guide 42 and wells 124 are provided in the inside of the housing wall 32. The hollows are opposite each other. The electrodes 122 each sit in the wells 118 and 124 and are thus held in position. In this way, no further attachment for the electrodes needs to be provided.
By the electrodes 122, the aftertreatment chamber 120 is subdivided into nine subchambers, which are connected only at their upper end in the housing cover, whose interior 126 (FIG. 1) simultaneously forms the outlet. However, the height of the flow guiding elements does not connect the subchambers to one another. In each case a gap from the treatment chamber opens into a lower chamber of the aftertreatment chamber 120.
In each subchamber of the aftertreatment chamber 120, a pin 128 is disposed parallel to the electrodes. The pin 128 is cylindrical and sits approximately midway between the electrodes. The pin 128 serves to improve the flow conditions and has a positive effect on crystal growth. The pin 128 has a smaller diameter than the width of the gap 120 between the flow guide 42 and the housing wall 30. The water can therefore flow past it. Each pin 128 is held by a semi-annular fastener 130 that is molded to the flow guide 42 (FIG. 3).
The attachment of the electrodes is shown in Fig. 4 again in detail. The electrode 140 (not fully shown) has a threaded bore 142 into which a metal pin 144 is screwed. The metal pin 144 terminates at the contact 146. Sealing rings 148, 150 and 152 are provided around the metal pin. Furthermore, a seal 154 is provided below the housing bottom 156 of the treatment device. To remove the electrode, the cover 26 of the housing 30 is removed and unscrewed the electrode from above. The electrode can then be easily inspected, cleaned or replaced without affecting the electrical contact.
The described arrangement operates as follows:
The water to be treated flows from the nozzle 18 of the channel body to the inlet 24 in the connecting piece 20. From the inlet 24, the water flows through the inlet channel 34 down through the opening 40 in the central region 80 of the flow guide 42. Distributed from there the water over the gaps 84, 86, 88, 90 and 92 in the treatment chambers in which each pair of electrodes sitting. Due to the small dimensions of the gaps and gaps here occurs an increased flow rate in the horizontal direction in Fig. 1, i. transverse to the longitudinal axis of the electrodes.
When used to prevent calcification, the electrode pairs are made of graphite. In each case as a cathode and an anode-poled electrode 131 and 133, are subjected to a voltage sufficient for the nucleation. The nuclei form in the inhomogeneous field between the electrodes at the cathode. The graphite electrodes are reversed every 60 seconds. As a result, the small gap does not increase and the graphite electrodes are stressed evenly. The nuclei formed are mixed with the water through the further column, e.g. Gap 102 is flushed into a sub-chamber of the aftertreatment chamber 120. In the field between the graphite electrodes alternately poled as anode and cathode the germs grow further. These graphite electrodes are also reversed at intervals of 60 seconds.
The water now flows in a vertical direction in Fig. 1 upwards to a cavity formed by the housing cover 26 126. The cavity 126 is connected to an outlet 132 which opens into the connecting piece 22 of the channel body.
If, in addition to avoiding limestone formation, further functionalities are to be realized, individual electrodes 140 can be exchanged. Instead of graphite electrodes, one or more diamond-coated electrode pairs can then be used. At these electrodes, a voltage is applied which is sufficient to disinfect the water. In this case, the chloride contained in the water anyway or the oxygen is activated by electrolysis. These then have a disinfecting effect.
It is also possible to use graphite electrodes which have been previously impregnated in an orthophosphate solution or contain orthophosphate particles. The amount of orthophosphate and the applied voltage are chosen to reduce corrosion of the pipes and fittings in the liquid-carrying system. If the electrode no longer releases orthophosphate, it can be replaced in the manner described above.
Like the orthophosphate electrode, other additives, e.g. Magnesium are released to the water. Separate dosing devices are no longer required.
The arrangement is not limited to a functionality and can be adapted to the respective requirements by selecting the electrodes.