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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Regenerierung von Wasserbehandlungsmedien
und insbesondere eine Wasserbehandlungseinheit, die ein oder mehrere
Medien aufweist, mit einem Ventil zur selektiven Regenerierung der
Medien, sowie ein Verfahren zur Regenerierung der Medien.
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In
der Vergangenheit wurden Flüssigkeitsbehandlungssysteme,
die mit einem oder mehreren Flüssigkeitsbehandlungsmedien
arbeiten, für
die Behandlung verschiedener Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Wasser, verwendet, um verschiedene Verunreinigungen
und Kontaminierungsstoffe daraus zu entfernen. Bei einigen dieser
Systeme wurden mehrere verschiedene Behandlungsmedien verwendet, die
hintereinander angewendet wurden, so dass beispielsweise ein Medium
einen nützlichen
Effekt auf stromabwärts
angeordnete Medien ausüben
konnte. Beispielsweise ist bei Heskett, US-Patent Nr. 5,415,770,
offenbart, dass bestimmte fein verteilte Metalle, wie beispielsweise
Legierungen aus Kupfer und Zink, als ein stromaufwärtiges Behandlungsmedium
verwendet werden können,
um bestimmte chemische Bestandteile, wie beispielsweise Chlorrückstände, zu
entfernen, bevor das Wasser anderen stromabwärtigen Wasserbehandlungsmedien,
wie beispielsweise Aktivkohle und/oder einem Ionenaustauschmedium,
ausgesetzt wird. Das Entfernen des Chlors ist nicht nur für die Qualität des letztendlichen Produkts
von Vorteil, sondern es verbessert auch die Funktion, und die Lebensdauer
der beiden letztgenannten Medien, sofern sie vorhanden sind, kann verlängert werden.
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Bei
früheren
Systemen befinden sich die verschiedenen jeweiligen Medien häufig in
mehreren eigenständigen
Einheiten, die physisch voneinander getrennt sind, und die Flüssigkeiten
werden durch diese eigenständigen
Einheiten der Reihe nach hindurchgeleitet. Diese individuellen Einheiten
können individuell
gewartet werden, aber sie erfordern einen hohen Platzbedarf und
Materialaufwand. Wenn die verschiedenen jeweiligen Medien in einem
einzelnen Behälter
oder Tank enthalten sind, so kann man sie nur schwer von einander
getrennt halten, vor allem wegen der großen Unterschiede in den Gewichten und/oder
Größen der
jeweiligen Mediumteilchen. Selbst wenn man sie voneinander getrennt
halten kann, wird es aufgrund der Anordnung der Medien relativ zueinander
in ein und demselben Tank physisch schwierig, ein Medium zu warten
oder auszutauschen, ohne auch die anderen auszutauschen. Ein weiterer
Nachteil, besonders bei auf Tischen aufgestellten oder an Wasserhähnen angeschlossenen kleinen
Einheiten, wie beispielsweise an Duschköpfen montierten Einheiten,
besteht darin, dass in der Regel keine Möglichkeit für ein Spülen oder Rückwaschen der Medien geschaffen
werden kann, was, wenn es möglich
wäre, die
Lebensdauer des Systems und seiner jeweiligen Medien deutlich verlängern könnte.
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Ein
weiterer Nachteil vieler Wasserbehandlungseinheiten ist, dass der
Fluss durch die Behandlungsmedien während des Betriebes allgemein
in einer Richtung erfolgt, die dazu neigt, das Medium zu verdichten.
Dadurch werden Schmutz oder andere Verunreinigungsstoffe, die durch
das Medium entfernt werden, in dem Medium eingeschlossen und sammeln
sich an, bis sie schließlich
das Medium verstopfen oder seine Behandlungsfunktion beeinträchtigen.
Wenn dies geschieht, so ist die Lebensdauer des Mediums beendet,
und das Medium muss ausgetauscht werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben angesprochenen
Nachteile zu vermeiden oder zu beseitigen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Flüssigkeitsbehandlungseinheit
ein Gehäuse
mit einer darin ausgebildeten Kammer mit einem vorgegebenen Volumen;
und ein fein verteiltes, loses Flüssigkeitsbehandlungsmedium
in der Kammer, das ein Volumen einnimmt, das wesentlich kleiner
ist als das vorgegebene Volumen der Kammer, wenn keine zu behandelnde
Flüssigkeit durch
das Medium strömt.
Die Kammer hat einen Einlass zum Einleiten der zu behandelnden Flüssigkeit
in die Kammer und unter das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
in der Kammer; und einen Auslass zu der Kammer stromabwärts des
Flüssigkeitsbehandlungsmediums
zum Ablassen der behandelten Flüssigkeit
aus der Kammer. Die Kammer enthält wenigstens
einen Abschnitt in der Mitte der Höhe der Kammer, der eine Breite
hat, die wesentlich kleiner ist als die maximale Breite der Kammer,
um die Rate zu begrenzen, mit der das Medium in der Kammer nach oben
befördert
wird, wenn der Flüssigkeitsstrom
initiiert wird. Die Einheit ist so aufgebaut und konfiguriert, dass
das lose Flüssigkeitsbehandlungsmedium
in einer kontrollierten Weise nach oben befördert wird, nachdem ein Strom
aus zu behandelnder Flüssigkeit über den
Einlass initiiert wurde, um das Medium zu spülen und jegliche Verunreinigungen
daraus zu entfernen, um das Medium während des fortgesetzten Flüssigkeitsstromes
zu suspendieren und um das Medium sich auf dem Boden der Kammer
absetzen zu lassen, wenn der Flüssigkeitsstrom
beendet ist.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die
Kammer eine Höhe,
die größer ist
als ihre maximale Breite.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Querschnittsfläche des
Abschnitts etwa 5–50
%, und besonders bevorzugt etwa 10 %, der Querschnittsfläche der Kammer
ihrer maximalen Breite.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mehrere
der Abschnitte entlang der Länge
der Kammer voneinander beabstandet.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
weiterer Einlass in der Mitte der Länge der Kammer angeordnet,
der mit dem schmaleren Abschnitt verbunden ist, um weitere zu behandelnde
Flüssigkeit
neben dem schmaleren Abschnitt in die Kammer einzuleiten.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
der schmalere Abschnitt eine Büchse,
die in der Kammer angeordnet ist.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt
es sich bei dem Medium um ein teilchenförmiges Metall, das aus der Gruppe,
die im Wesentlichen aus Kupfer, Zink und Gemischen daraus besteht,
ausgewählt
ist, und das vorzugsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrfachmedien-Flüssigkeitsbehandlungseinheit
mit einem effizienten Steuerventil, das einen Teil der Einheit bildet, bereitgestellt,
die kompakt ist, eine einfache Wartung der Einheit ermöglicht sowie
die Verwendung einer Anzahl unterschiedlicher Medien in der Einheit
gestattet. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Lebensdauer der
Einheit deutlich verlängert,
und die effektive Menge des Mediums wird verringert, indem die verschiedenen
Medien relativ zueinander selektiv angeordnet werden, um Verbindungen
zu entfernen, die für
einige der Medien schädlich
sein können;
indem ein periodisches Spülen
und/oder Rückwaschen des
Behandlungsmediums durchgeführt
wird; und/oder indem das Medium bei Initiierung des normalen Flüssigkeitsflusses
automatisch regeneriert wird. Des Weiteren braucht der Abschnitt
der Einheit, der das Medium enthält,
einfach nur manuell gedreht zu werden, um ein solches Spülen und
Rückwaschen zu
bewirken. Jegliche Austauschungs- und Wartungsarbeiten an der Einheit
und den darin enthaltenen Behandlungsmedien werden, wenn sie erforderlich
sind, vereinfacht.
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Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Einheit
ein drehbares Ventil, das folgendes umfasst: eine im Wesentlichen scheibenförmige Ventilplatte
mit einer Fläche
auf einer Seite der scheibenförmigen
Ventilplatte und mehreren Durchlässen,
die sich von Öffnungen
in der Fläche
aus in die Platte hinein erstrecken, wobei sich wenigstens einige
der Durchlässe
durch die Dicke der Ventilplatte hindurch erstrecken, um eine strömungsmäßige Verbindung
mit der Seite der Platte, die der Fläche gegenüberliegt, herzustellen. Die scheibenförmige Ventilplatte
ist um eine Achse drehbar, die sich in einem größeren Winkel zu der Fläche erstreckt.
In einem Ventilgehäuse
mit einer Fläche, die
an die Ventilplattenfläche
angrenzt, sind ebenfalls mehrere Durchlässe ausgebildet, die zu der
Ventilgehäusefläche hin öffnen. Ein
erster der Ventilgehäusedurchlässe steht
mit einer Flüssigkeitsquelle
in strömungsmäßiger Verbindung;
ein zweiter der Ventilgehäusedurchlässe steht
mit einem Auslass für
die Flüssigkeit
aus dem Ventilgehäuse
in strömungsmäßiger Verbindung;
und ein dritter der Durchlässe
steht mit einem Ablass aus dem Ventilgehäuse in strömungsmäßiger Verbindung. Die Ventilplatte
kann zwischen einer ersten Position, in der die Flüssigkeit von
dem ersten Durchgang in dem Ventilgehäuse zu einem der Durchlässe durch
die Ventilplatte hindurch und von einem anderen der Durchlässe durch
die Ventilplatte hindurch zu dem zweiten Durchlass in dem Ventilgehäuse, der
mit dem Auslass aus dem Ventilgehäuse in strömungsmäßiger Verbindung steht, geleitet
wird, und einer zweiten Position, in der die Flüssigkeit von einem anderen
der Durchlässe
in dem Ventilgehäuse
zu einem anderen der Durchlässe
durch die Ventilplatte hindurch und von einem anderen der Durchlässe durch
die Ventilplatte hindurch zu dem dritten Durchlass in dem Ventilgehäuse, der mit
dem Ablass aus dem Ventilgehäuse
in strömungsmäßiger Verbindung
steht, geleitet wird, um ihre Achse gedreht werden.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die
Flächen
im Wesentlichen planar und liegen parallel zueinander, und die Achse
der Platte verläuft
im Wesentlichen im rechten Winkel zu den planaren Flächen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mehrere
Dichtungen auf wenigstens einer der Flächen selektiv auf einige der
Durchlässe
ausrichtbar, die durch die andere der Flächen hindurch öffnen, wenn
die andere der Flächen
relativ zu wenigstens einer der Flächen gedreht wird, wenn die
Ventilplatte gedreht wird.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die
Dichtungen O-Ringe und/oder federbelastete Dichtungselemente umfassen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Einheit
des Weiteren in Kombination mit dem drehbaren Ventil ein Gehäuse, das
wenigstens ein Flüssigkeitsbehandlungsmedium
enthält.
Wenn sich die Ventilplatte in der ersten Position befindet, so wird
die Flüssigkeit von
dem ersten Durchlass von der Flüssigkeitsquelle in
dem Ventilgehäuse
zu einem der Durchlässe
durch die Ventilplatte hindurch und zu dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium
und von dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium
zu einem anderen der Durchlässe durch
die Ventilplatte hindurch zu dem zweiten Durchlass in dem Ventilgehäuse, der
mit dem Auslass aus dem Ventilgehäuse in strömungsmäßiger Verbindung steht, geleitet,
um Flüssigkeit,
die durch das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
behandelt wurde, durch den Auslass zuzuführen. Wenn sich die Ventilplatte
in der zweiten Position befindet, so wird die Flüssigkeit von einem anderen
der Durchlässe
in dem Ventilgehäuse
zu einem anderen der Durchlässe
durch die Ventilplatte hindurch und zu dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium
und von dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium
zu einem anderen der Durchlässe
durch das Ventilgehäuse
hindurch und dem dritten Durchlass in dem Ventilgehäuse, der
mit dem Ablass aus dem Ventilgehäuse
in strömungsmäßiger Verbindung
steht, geleitet, um das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
zurückzuwaschen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die
Ventilplatte außerdem
auf wenigstens eine oder mehrere zusätzliche Positionen gedreht
werden, zu denen folgende gehören:
eine Spülposition,
in der Flüssigkeit
von der Flüssigkeitsquelle
durch das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
strömt,
um es zu spülen,
und von dort zu dem Ablass strömt;
eine Aus-Position, in der der Flüssigkeitsstrom
durch die Einheit hindurch abgeschaltet ist; oder eine Umgehungsposition,
in der Flüssigkeit
um das Flüssigkeitsbehandlungsmedium herum
von der Flüssigkeitsquelle
durch die Ventilplatte hindurch und zu einem Flüssigkeitsauslass, der aus dem
Ventilgehäuse
heraus führt,
geleitet wird.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn
die Ventilplatte sich in der zweiten Position befindet, Flüssigkeit von
der Flüssigkeitsquelle
zu dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium
geleitet, um das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
zurückzuwaschen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Ventilgehäuse einen
Durchlass, der mit einer Salzlaugenquelle zum Regenerieren des Flüssigkeitsbehandlungsmediums
in strömungsmäßiger Verbindung
steht, und wobei, wenn sich die Ventilplatte in der zweiten Position
befindet, Flüssigkeit
von der Salzlaugenquelle durch den letztgenannten Durchlass zu dem
Flüssigkeitsbehandlungsmedium
geleitet wird, um das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
zu regenerieren.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das
Gehäuse,
in dem das Flüssigkeitsbehandlungsmedium
enthalten ist, fest mit der Ventilplatte verbunden, wodurch die
Ventilplatte durch die Drehung des Gehäuses zwischen der ersten und
der zweiten Position gedreht wird.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
ein Verfahren zum schnellen Regenerieren eines fein verteilten,
losen Flüssigkeitsbehandlungsmediums
nach der Initiierung der Behandlung der Flüssigkeit: das Absetzenlassen
des fein verteilten, losen Flüssigkeitsbehandlungsmediums
in einem Bett, nachdem die Flüssigkeit
zuvor einer Behandlung unterzogen wurde, indem man den Flüssigkeitsstrom
beendet oder auf einen Betrag begrenzt, der nicht ausreicht, das
Medium zu suspendieren; das Initiieren des Stromes der zu behandelnden
Flüssigkeit
unter dem Bett des fein verteilten, losen Flüssigkeitsbehandlungsmediums, wobei
der initiierte Strom von ausreichender Größenordnung ist, um das fein
verteilte, lose Flüssigkeitsbehandlungsmedium
aus dem Bett nach oben zu befördern,
während
die Rate, mit der das Medium nach oben befördert wird, begrenzt wird,
um Verunreinigungen, die sich möglicherweise
zuvor auf dem Medium angesammelt haben, gründlich abzuscheiden und fortzuspülen; und
fortgesetztes Aufrechterhalten des Stromes der zu behandelnden Flüssigkeit
in einer Weise, die ausreicht, um das lose Flüssigkeitsbehandlungsmedium
während
der Flüssigkeitsbehandlung
weiterhin in Suspension in der strömenden Flüssigkeit zu halten.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet
das Verfahren, die Rate, mit der das Medium nach oben befördert wird,
wenigstens an einer bis zwei Stellen entlang des Strömungspfades
während
der Initiierung des Flüssigkeitsstromes
selektiv zu begrenzen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei
dem Verfahren die Rate, mit der das Medium nach oben befördert wird,
begrenzt, indem das nach oben beförderte Flüssigkeitsbehandlungsmedium
durch eine Querschnittsfläche
geleitet wird, die etwa 5–50
%, und besonders bevorzugt etwa 10 %, der maximalen Querschnittsfläche des
Bettes beträgt.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet
das Verfahren, zusätzliche
zu behandelnde Flüssigkeit
wenigstens an einer Stelle entlang des Strömungspfades während der
Initiierung des Flüssigkeitsstromes
einzuleiten.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Medium ein teilchenförmiges Metall,
das aus der Gruppe, die im Wesentlichen aus Kupfer, Zink und Gemischen
daraus besteht, ausgewählt,
und ist vorzugsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt
es sich bei der behandelten Flüssigkeit
um Wasser.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch ein Studium der folgenden detaillierten Beschreibung besser
verstanden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Verlauf dieser Beschreibung wird häufig auf die beiliegenden Zeichnungen
Bezug genommen.
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1 ist
eine seitliche, quergeschnittene Gesamtansicht einer bevorzugten
Ausführungsform einer
Flüssigkeitsbehandlungseinheit,
in der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert sind, während sich
die Einheit im Ruhezustand befindet, nachdem zuvor Flüssigkeit
behandelt wurde und bevor eine Flüssigkeitsströmung zur
nachfolgenden Behandlung initiiert wird.
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2 ist
eine quergeschnittene Draufsicht auf die Einheit im Wesentlichen
entlang der Linie 2-2 von 1 und
ohne das Behandlungsmedium.
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3 ist
eine seitliche, quergeschnittene Gesamtansicht der Einheit und des
Ventils, die in 1 gezeigt sind, wobei aber eine
Flüssigkeitsströmung für eine Behandlung
initiiert wurde.
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4 ist
eine seitliche, quergeschnittene Gesamtansicht der Einheit und des
Ventils, die in 3 gezeigt sind, aber mit einer
fortgesetzten Flüssigkeitsströmung für eine Behandlung
nach der Initiierung.
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5A–5E sind
auseinandergezogene, sequenzielle perspektivische Ansichten einer
bevorzugten Ausführungsform
eines Steuerventils der vorliegenden Erfindung, wobei die Ventilkomponenten
in 5A in der Betriebsposition gezeigt sind, in 5B in
der Rückwaschposition
gezeigt sind, in 5C in der Spülposition gezeigt sind, in 5D in der
Aus-Position gezeigt sind und in 5E in
der Umgehungsposition gezeigt sind.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines herausgelösten Teils der O-Ringdichtungsausführungsform
im Wesentlichen so, wie sie in dem Kreis in 3 dargestellt
ist.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines herausgelösten Teils einer federbelasteten
Dichtungselement-Ausführungsform
der Dichtung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
den 1–4 ist
eine Mehrfachmedien-Flüssigkeitsbehandlungseinheit 10 gezeigt.
Bei einer bevorzugten Anwendung kann die Einheit 10 eine
auf oder unter einer Tischplatte befestigte Einheit sein oder kann
eine an einem Wasserhahn montierte Einheit, wie beispielsweise eine
Duschkopfeinheit, zur Behandlung von Wasser, das von einer kommunalen
Wasserversorgung zugeleitet wird, oder von sonstigem Trinkwasser
sein.
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Die
Einheit 10 umfasst vorzugsweise ein Außengehäuse 12, in dem sich
zwei Kammern 14 und 16 befinden, in denen jeweils
vorzugsweise voneinander verschiedene Wasserbehandlungsmedien 18 und 20 enthalten
sind. Die innere Kammer 14 wird vorzugsweise durch eine
innere vertikale zylindrische Seitenwand gebildet. Eine mit Durchbrüchen versehene
Platte 24 ist neben dem Boden der inneren Kammer 14 angeordnet
und bildet ihrerseits eine Auflageplatte für ein Sieb 26, auf
dem sich das Behandlungsmedium 18 befindet, wenn wenig
oder keine Flüssigkeit
durch die Einheit strömt.
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Oben
an der Seitenwand 22 sind mehrere vertikale Schlitze 28 angeordnet.
Die Schlitze 28 werden vorzugsweise über die Dicke der Seitenwand und
in der normalen Betriebsströmungsrichtung
der Flüssigkeit
zur Kammer 16 hin schmaler, wie am besten in 2 zu
sehen, so dass die Schlitze – im
normalen Betrieb von der Kammer 14 zur Kammer 16 – auf ihrer
Strömungsauslassseite
am schmalsten sind. Die kleinste Breite der Schlitze 28 wird
so gewählt,
dass sie geringfügig
schmaler ist als die kleinste Größe des fein
verteilten Wasserbehandlungsmediums 18 in der Kammer 14 und
die kleinste Größe des Mediums 20 in
der Kammer 16. Dadurch wird verhindert, dass das Medium 18 während des
Betriebes aus der Kammer 14 entweicht und minimiert die Möglichkeit,
dass sich das Medium dauerhaft in den Schlitzen absetzt, weil beim
Rückwaschen
alles Medium 18, das in den Schlitzen feststeckt, in die
Kammer 14 zurückgespült wird.
Dadurch wird ebenfalls ein Verschleppen des Mediums 20 in
die Kammer 14 und ein Verlust des Mediums 18 während des
Rückwaschens
verhindert.
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Die äußere ringförmige Kammer 16 umgibt die
innere Kammer 14 und wird durch die Seitenwand 22 und
die äußere Seitenwand 30 gebildet.
Eine Bodenplatte 32 erstreckt sich vorzugsweise über die
gesamte Breite zwischen der äußeren Seitenwand 30 und
ist mit ihr einstückig
ausgebildet. Die Bodenplatte 32 enthält eine Öffnung 34, die den
Flüssigkeitseinlass
für die
Einheit bildet, wie durch die Pfeile in den 3 und 4 angedeutet.
Die Bodenplatte 32 bildet außerdem den Boden der Kammer 14 zum
Aufnehmen der zu behandelnden Flüssigkeit
und zum Weiterleiten der zu behandelnden Flüssigkeit zu dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium 18.
Außerdem
enthält
die Bodenplatte 32 zwischen der inneren Seitenwand 22 und
der äußeren Seitenwand 30 mehrere sich
nach außen
erstreckende Schlitze 36, die den vertikalen Schlitzen 28 insoweit ähneln, als
sie – aus den
Gründen,
die zuvor im Zusammenhang mit den vertikalen Schlitzen 28,
die oben in der inneren Seitenwand 22 ausgebildet sind,
beschrieben wurden – auf
derjenigen Seite breiter sind, die dem Flüssigkeitsbehandlungsmedium 20 zugewandt
ist, und auf ihrer Auslassseite schmaler sind.
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Die
Einheit 10 enthält
des Weiteren eine allgemein scheibenförmige Ventilplatte 38,
die fest am Boden der äußeren Seitenwand 30 angebracht
ist, wie am besten in den 1, 3 und 4 zu
sehen ist. Die Ventilplatte 38 hat vorzugsweise eine aufwärts gerichtete
Napfform, wie in den Zeichnungen gezeigt, um eine mit Durchbrüchen versehene
Auflageplatte 40 aufzunehmen. Die Auflageplatte 40 sitzt vorzugsweise
auf einer Schulter 41, wie in den 1, 3 und 4 zu
sehen, und sie stützt
ein feinmaschiges Sieb 42, das vorzugsweise eine Maschenweite
hat, die kleiner ist als die Maschenweite des Siebes 26 am
Boden der Kammer 14. Die Maschenweite des Siebes 42,
die beispielsweise etwa 0,5 Mikron beträgt, hat den Zweck, alle extrem
kleinen Feinstoffe zurückzuhalten,
denen es gelingen könnte,
zusammen mit der behandelten Flüssigkeit
durch die jeweiligen Medien hindurchzuwandern, oder die die kleinsten
Partikelgrößen der
Medien darstellen, denen es gelingt, zusammen mit der behandelten Flüssigkeit
durch die jeweiligen Medien und die Schlitze 36 hindurchzuwandern.
Diese extrem kleinen Feinstoffe werden so lange in dem feinmaschigen
Sieb 42 zurückgehalten,
bis sie während
des Spülzyklus', der weiter unten
beschrieben wird, aus dem System herausgespült werden.
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Der
flache scheibenförmige
Boden 44 der napfförmigen
Ventilplatte 38 enthält
verschiedene Durchlässe,
von denen nur einige in den 1, 3 und 4 zu
sehen sind, und die alle in 5 zu sehen
sind. Diese Durchlässe
in dem flachen scheibenförmigen
Boden der Ventilplatte 38 öffnen zu ihrer Unterseite 46 hin.
Zu ihnen gehören
die Durchlässe 48, 49 und 50,
von denen alle in 5 zu sehen sind,
und die alle durch die Ventilplatte 38 hindurch verlaufen,
und ein U-förmiger
Umgehungsdurchlass 52. Der Umgehungsdurchlass 52 verläuft nicht
durch die Ventilplatte 38 hindurch. Seine beiden Enden öffnen zur
Unterseite 46 der Ventilplatte hin.
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Die
Einheit 10 enthält
des Weiteren ein Ventilgehäuse 54,
das am Boden des Gehäuses 12 und unterhalb
der Ventilplatte 38 angebracht ist, wie am besten in den 1, 3 und 4 zu
sehen. Das Ventilgehäuse 54 bildet
ebenfalls vorzugsweise einen aufwärts weisenden napfförmigen Körper, in
dem die napfförmige
Ventilplatte 38 aufgenommen wird und der am oberen Teil
des Napfes ein Außengewinde 56 aufweist.
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Ein
Kupplungsring 58, der ebenfalls ein Gewinde 60 aufweist,
wird auf das Gewinde 56 des Ventilgehäuses 54 geschraubt,
um das Ventilgehäuse am
Boden des Gehäuses 12 anzubringen,
wobei die Ventilplatte 38 dazwischen angeordnet ist. Der
Boden des Gehäuses 12 enthält vorzugsweise
eine vergrößerte ringförmige Schulter 62,
die zwischen dem oberen Ende des Ventilgehäuses 54 und dem Kupplungsring 58 eingeklemmt
ist, wenn der Ring installiert wird, um die Komponenten der Einheit
aneinander zu befestigen. Diese Verbindungsanordnung gestattet es
dem Gehäuse 12 und
dem oberen Teil des Ventilgehäuses 54,
sich relativ zueinander zu drehen. Die Ventilplatte 38 ist
jedoch fest an dem Gehäuse 12 angebracht,
so dass sie sich mit dem Gehäuse
und relativ zu dem Ventilgehäuse 54 dreht.
An dieser Verbindungsstelle sind geeignete O-Ringe 61, 62 und 63 angeordnet,
um zu gewährleisten,
dass die Teile, die miteinander zusammengesetzt sind, gegen Leckverluste
abgedichtet sind.
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Das
Ventilgehäuse 54 enthält eine
Anzahl von Durchlässen,
Ports und Dichtungen, die alle am besten in 5 zu
sehen sind, zum Leiten von Flüssigkeit
zu und von dem Gehäuse 12 der
Einheit und dem darin enthaltenen Behandlungsmedium. Bevor auf diese
Ports und Durchlässe
näher eingegangen wird,
ist allgemein in Bezug auf 5 anzumerken, dass
Dichtungen, die zu keinem Port oder Durchlass durch das Ventilgehäuse 54 hindurch
gehören,
d. h. "Blind"dichtungen, mit dicken
schwarzen Linien dargestellt sind. Darin unterscheiden sie sich
von "Port"dichtungen, die in 5 nur in Umrisslinien dargestellt sind
und die zu einem Port gehören,
beispielsweise dem Port an der Oberseite des Portdurchlasses P,
wie in 6 gezeigt. Die Blinddichtungen sowie die Portdichtungen
S, wie in 6 zu sehen, befinden sich vorzugsweise
in flachen ringförmigen
Ausnehmungen in der nach oben weisenden Fläche 64 des Ventilgehäuses 54.
Alternativ kann ein Dichtungselement G durch eine Feder L aufwärts gegen
die Unterseite 46 der Ventilplatte 38 federvorbelastet
sein, wie in 7 gezeigt. Die in 7 gezeigte
Dichtungselementanordnung eignet sich besonders zum Ausgleichen
unvollkommener Toleranzen zwischen den Flächen 46 und 64,
wenn die Ventilplatte 38 durch ihre verschiedenen Betriebsmodi
gedreht wird, wie weiter unten besprochen wird, weil das federvorbelastete
Dichtungselement für
eine bessere und gleichmäßigere Abdichtung
sorgt.
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Ein
Flüssigkeitseinlass 66,
beispielsweise von einer kommunalen Wasserversorgung, lässt Wasser
in ein Abteil 68 in dem Ventilgehäuse 54 strömen, wie
am besten in den 1, 3 und 4 zu
sehen. Jeder einzelne von mehreren Durchlässen ist mit dem Abteil 68 verbunden,
um Wasser aus dem Abteil 68 zu erhalten und das Wasser
durch die Ventilplatte 38 zu den Medien 18 und 20 zu
leiten, damit es mit den Medien in Wechselwirkung tritt, oder um das
Wasser um die Medien herumzuleiten. Zu diesen Durchlässen und
Ports in dem Ventilgehäuse 54,
welche die Zuleitungsflüssigkeit
aus dem Abteil 68 heranführen, gehören (a) der Durchlass 70 und
sein Port 71, welche die zu behandelnde Zuleitungsflüssigkeit während des
Arbeitsbetriebsmodus' zu
dem Durchlass 48 in der Ventilplatte 38 und zu
den Medien leiten, wie in 5A zu
sehen; (b) der Durchlass 72 und sein Port 73,
welche die Zuleitungsflüssigkeit während des
Rückwaschbetriebsmodus' zu dem Durchlass 49 in
der Ventilplatte 38 und zu den Medien leiten, wie in 5B zu
sehen; (c) der Durchlass 74 und der Port 75, welche
die Zuleitungsflüssigkeit während des
Spülbetriebsmodus' zu dem Durchlass 48 in
der Ventilplatte 38 und zu den Medien leiten, wie in 5C zu
sehen; und (d) der Durchlass 72 und sein Port 73,
die während
des Umgehungsbetriebsmodus' auf
den U-förmigen
Umgehungsdurchlass 52 in der Ventilplatte 38 ausgerichtet
werden, wie in 5E zu sehen. Wieder Bezug nehmend
auf 5, Flüssigkeit, die das Medium verlässt, wird
(a) im Arbeitsbetriebsmodus durch den Durchlass 49 in der
Ventilplatte 38 zu dem Port 78 und dem Auslassdurchlass 79 für behandelte
Flüssigkeit
aus dem Ventilgehäuse 54 abgegeben,
wie in 5A zu sehen; wird (b) im Rückwaschbetriebsmodus
durch den Durchlass 48 in der Ventilplatte 38 zu
dem Port 80 und seinem Durchlass 81 in dem Ventilgehäuse 54 zum
Ablass abgegeben, wie in 5B zu
sehen; wird (c) im Spülbetriebsmodus
durch den Durchlass 50 in der Ventilplatte 38 zu
dem Port 82 und seinem Ablass 83 in dem Ventilgehäuse 54 abgegeben,
wie in 5C zu sehen; und wird (d) im
Umgehungsbetriebsmodus von dem U-förmigen Umgehungsdurchlass 52 in
der Ventilplatte 38 und durch den Port 84 und
den Umgehungsdurchlass 85 abgegeben, wie in 5E zu
sehen.
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Zusätzlich zu
den Portdichtungen, die zu den zuletzt angesprochenen Ports in der
Fläche 64 des Ventilgehäuses 54 gehören, sind
verschiedene Blinddichtungen 86–90 auf der Fläche 64 in
den verschiedenen Positionen, die in 5 zu
sehen sind, angeordnet. Verschiedene Durchlässe in der Ventilplatte 38 werden
während
bestimmter Betriebsmodi auf diese Blinddichtungen ausgerichtet.
Der Fluss durch diese Ventilplattendurchlässe wird jedoch aufgrund der
Tatsache verhindert, dass diese Dichtungen blind sind. Diese jeweiligen
Blinddichtungen 86–90 wurden nur
in denjenigen Modusfiguren nummeriert, in denen ein Durchlass in
der Ventilplatte 38 tatsächlich so positioniert ist,
dass er auf die jeweilige Blinddichtung ausgerichtet ist, um die
jeweiligen 5A–5E zu
vereinfachen.
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Falls
eines der Medien ein Ionenaustauschmedium ist, so kann es zweckmäßig sein,
mit einer Salzlaugenlösung
rückzuwaschen,
um das Medium zu regenerieren, anstatt mit einfachem Wasser. In
diesem Fall kann ein Salzlaugendurchlass, der mit einer (nicht gezeigten)
geeigneten Salzlaugenquelle verbunden ist, in den Durchlass 72 hineinführen. In diesem
Fall sind geeignete Rückschlagventile
V in dem Salzlaugendurchlass 72A und am Auslass aus dem
Abteil angeordnet, um ein Rückfließen von
Betriebszuleitungswasser zu der Salzlaugenquelle und/oder von Salzlauge
zu dem Betriebszuleitungswasser im Abteil 68 zu verhindern.
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Zusätzlich zu
der Regenerierung der Flüssigkeitsbehandlungsmedien
im Ergebnis des Rückwaschens
und Spülens,
was bereits kurz angesprochen wurde und worauf weiter unten noch
detailliert eingegangen wird, ist die Einheit der vorliegenden Erfindung
außerdem
so aufgebaut und angeordnet, dass eine häufige und unmittelbare Regenerierung
des Behandlungsmediums 18 jedes Mal stattfindet, wenn die
Einheit in Betrieb genommen wird. Dies ist vorteilhaft, wenn es
sich bei der Einheit um eine auf oder unter einer Tischplatte angeordnete
Einheit zur Behandlung von Wasser aus einer kommunalen Wasserversorgung
oder von sonstigem Trinkwasser handelt, und ist sogar noch vorteilhafter,
wenn es sich bei der Einheit um eine Duschkopfeinheit handelt, weil bei
dieser Verwendungsart der anfängliche
Wasserfluss ohnehin nicht genutzt wird. In solchen Fällen wird
das zu behandelnde Wasser in der Regel mit einer gewissen Häufigkeit
an- und abgestellt. Im abgestellten Zustand findet keine Behandlung
des Wassers statt, und im angestellten Zustand wird das genutzte
Wasser einer Behandlung unterzogen. Insbesondere dann, wenn das
Behandlungsmedium ein fein verteiltes Kupfer-Zink-Metall ist, wie
es zum Beispiel in dem oben erwähnten
US-Patent Nr. 5,415,770 offenbart ist, ist es von Vorteil, das Medium zunächst bei
Inbetriebnahme kurz und häufig
zu regenerieren, um alle leichten, festen Kontaminierungsstoffe
zu entfernen, die sich auf dem Medium abgesetzt haben, während die
Einheit abgestellt war. Diese leichten Kontaminierungsstoffe setzen
sich in der Regel während
des abgeschalteten Zustands auf der Oberseite des abgesetzten Behandlungsmediumbettes 18 ab,
weil sie wesentlich leichter sind und sich darum langsamer durch
die Schwerkraft absetzen als die schwereren Metallteilchen. Wenn
umgekehrt ein verwirbelnder Flüssigkeitsstrom
erneut initiiert wird, wie im Fall der vorliegenden Erfindung, so bewegen
sich diese leichteren, festen Kontaminierungsstoffe mit einer viel
schnelleren Rate von dem Medium 18 fort als das aus schwereren
Metallteilchen bestehende Medium 18, und die leichten Kontaminierungsstoffe
werden aus dem System fortgeschwemmt.
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Besonders
vorteilhaft ist das Spülen
der Oberfläche
des Mediums zum Entfernen von Oxidationsprodukten, wie beispielsweise
den Chloridsalzen des Chlors, welche möglicherweise während der vorangegangenen
Wasserbehandlung die Oberfläche überzogen
haben, so dass die Oberfläche
wieder in vollstem Umfang frei liegt, um mit den neu heranströmenden oxidierenden
Kontaminierungsstoffen zu reagieren. Dieses Entfernen von Oxidationsstoffen von
der Oberfläche
der Metallteilchen verlängert merklich
die Lebensdauer des aus Metallteilchen bestehenden Mediums von gerade
einmal sechs Monaten bis zu einem Jahr oder zwei bis drei Jahren. Gleichzeitig
gestattet diese häufige
Regeneration eine Verringerung der Menge des aus Metallteilchen bestehenden
Mediums, die benötigt
wird, um die gleiche Behandlung durchzuführen, um bis zu 30–50 %.
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Um
diese anfängliche
merkliche Regeneration zu bewerkstelligen, ist die Kammer 14 hoch
und an ihrer maximalen Breite relativ schmal. Dadurch wird gewährleistet,
dass die Strömungsrate
durch die Kammer vom Eingangsende an der Auflageplatte 24 zum
Flüssigkeitsauslass
durch die Schlitze 28 ausreicht, damit das Medium 18 bei
Inbetriebnahme der Einheit allmählich
suspendiert und bewegt wird, wie in den 3 und 4 gezeigt,
so dass die Teilchen kraftvoll aneinander reiben, um den darauf
befindlichen Überzug
aus Oxidationsprodukten zu entfernen.
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Um
diesen früh
im Prozess stattfindenden Abrieb und die Verwirbelung der Teilchen
bei Inbetriebnahme zu maximieren, wird die Beförderung der Teilchen nach oben
verlangsamt und gedrosselt. Dies wird in der Erfindung durch eine
oder mehrere Büchsen 91, 92 und 93 erreicht,
die in die Kammer 14 eingebaut sind. Die untere Büchse 91 ist
vorzugsweise ein einfacher Zylinder, der an seinem oberen Abschnitt
mit Zinnen versehen sein kann, um Einlassöffnungen 94 zu bilden,
um zu behandelnde Einlassflüssigkeit
in einer größeren Höhe in der
Kammer 14 hereinzulassen, um den Verwirbelungseffekt auf
das Wasserbehandlungsmedium 18 zu erhöhen, wie durch die Pfeile in
den 3 und 4 angedeutet. Der Außendurchmesser
der Büchse 91 ist
vorzugsweise geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser der inneren Seitenwand 22 der
Kammer 14, so dass ein Ringkanal 96 vom Flüssigkeitseinlass
unter der Platte 24 aufwärts um die Büchse 91 herum
zur Einlassöffnung 94 gebildet
wird.
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Die
darüberliegende
Büchse 92 hat
ebenfalls einen Außendurchmesser,
der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der inneren Seitenwand 22, so
dass ebenfalls ein Ringkanal 97 gebildet wird, um Einlassflüssigkeit
in der Kammer nach oben zu den Einlassöffnungen 98 zwischen
der Oberkante der Büchse 92 und
der Unterkante der obersten Büchse 93 zu
leiten.
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Der
Hauptzweck der Büchsen 92 und 93 besteht
darin, eine oder mehrere voneinander beabstandete Simse 99 bereitzustellen,
die von der Seitenwand der Kammer nach innen ragen. Die Simse 99 bilden
deutlich verringerte Querschnittsflächen in der Kammer 14 an
voneinander beabstandeten Positionen entlang der Höhe der Kammer
mittels Öffnungen 100,
wie in den 1, 3 und 4 zu
sehen, die viel schmaler sind als die maximale Querschnittsfläche der
Kammer 14. Ohne diese Öffnungen 100 würde das
teilchenförmige
Medium 18 bei Inbetriebnahme rasch im oberen Teil der Kammer 22 suspendiert
werden und wäre
darum nicht in maximalem Umfang in der Lage, sich in engem Kontakt gegenseitig
kraftvoll abzuschleifen. Die Öffnungen 100 mit
der viel kleineren Querschnittsfläche verringern jedoch die Rate,
mit der das teilchenförmige
Medium aufsteigt, und führen
die Teilchen bei Inbetriebnahme viel enger zusammen. Diese schmaler
werdenden Öffnungen 100 erzeugen
zusammen mit den Öffnungen 94 und 98,
die neben diesen Öffnungen Flüssigkeit
einspritzen, eine starke Verwirbelung des Flusses und eine Suspendierung
des teilchenförmigen
Wasserbehandlungsmediums 18, wie in 3 zu sehen.
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Der
maximale Durchmesser der Kammer 14 kann in einem breiten
Ausmaß variieren,
liegt aber in der Regel irgendwo zwischen einem Bruchteil von 2,54
cm (1 Inch) bis zu 30,5 cm (1 Fuß) oder mehr. Worauf es ankommt,
ist das Verhältnis
zwischen der Querschnittsfläche
der Öffnung 100 und
der maximalen Querschnittsfläche
der Kammer 14. Diese Öffnungsfläche sollte
etwa 5–50
% der maximalen Querschnittsfläche
der Kammer 14 betragen, wobei etwa 10 % bevorzugt sind,
um die angestrebte Regenerierung zu erreichen.
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Das
Medium 20 in der äußeren Kammer 16 kann
eine beliebige einer Anzahl von Formen annehmen. Es kann sich um
ein Ionenaustauschharz zum Entfernen von unerwünschten Ionen handeln, wie beispielsweise
ein kationisches Harz zum Enthärten des
Wassers, oder ein anionisches Harz zum entfernen von unerwünschten
Nitraten oder organischen Kontaminierungsstoffen. Es kann sich auch
um teilchenförmige
Aktivkohle zum Entfernen von verschiedenen Gerüchen, Geschmacksformen oder
sonstigen organischen Kontaminierungsstoffen handeln, die dem Fachmann
allgemein bekannt sind. Wenn das Wasserbehandlungsmedium 20 entweder
ein Ionenaustauschharz oder Aktivkohle ist, so kann die Verwendung
eines teilchenförmigen,
fein verteilten Metalls als stromaufwärtiges Medium 18 sogar
die Lebensdauer des später
kontaktierten Mediums durch Entfernen von Chlorresten aus dem Wasser verlängern, weil
Chlor sich schädlich
auf ein Ionenaustauschmedium oder auf Aktivkohle auswirkt.
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Obgleich
angenommen wird, dass die Funktionsweise der Wasserbehandlungseinheit
der vorliegenden Erfindung dem Fachmann anhand der obigen Beschreibung
einleuchtet, folgt nun eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise.
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Insbesondere
wird Bezug genommen auf 1, in welcher die Flüssigkeitsbehandlungseinheit 10 in
ihrem Ruhezustand gezeigt ist, nachdem zuvor ein Behandlungsvorgang
stattgefunden hat, und die jetzt die Inbetriebnahme für den nächsten Behandlungsvorgang
erwartet. In diesem Zustand befindet sich die Einheit in ihrem Arbeitsbetriebszustand,
wie in 5A gezeigt, so dass die Einheit
sofort nach der erneuten Initiierung des Flüssigkeitsstromes, beispielsweise
von einer kommunalen Wasserversorgung, bereit ist, ihren nächsten Behandlungsvorgang zu
beginnen. In diesem Ruhezustand strömt kein Wasser durch die Einheit,
und das Wasserbehandlungsmedium 18, beispielsweise die
fein verteilten Metallteilchen, wie es in dem oben erwähnten US-Patent
Nr. 5,415,770 offenbart und beschrieben ist, hat sich am Boden der
Kammer 14 abgesetzt, so dass ein relativ kompaktes, verdichtetes
Bett am Boden der Kammer entsteht, wie in 1 zu sehen.
Als die Einheit im Anschluss an einen zuvor stattgefundenen Behandlungsvorgang
in ihren Ruhezustand versetzt wurde, haben sich die recht schweren
Metallteilchen rasch am Boden der Kammer 14 abgesetzt,
so dass das in 1 gezeigte Bett entsteht. Die
meisten anderen festen Kontaminierungsstoffe hingegen, die leichter
sind als die Metallteilchen und die möglicherweise vorhanden waren,
als der vorangegangene Behandlungsvorgang beendet wurde, setzen
sich langsamer ab und lagern sich oben auf dem Metallteilchen-Bett
ab.
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In
diesem Ruhezustand, in dem sich die Einheit in ihrem Arbeitsbetriebsmodus
befindet, wurde die Ventilplatte 38 in die Position A in 5A gedreht,
so dass sie sich in der Arbeitsposition befindet, wenn der Flüssigkeitsstrom
erneut initiiert wird. In dieser Arbeitsposition A ist der Durchlass 48 in
der Ventilplatte 38 auf den Durchlass 70 und seinen
Port 71 im Ventilgehäuse 54 ausgerichtet
und bereit, die zu behandelnde Arbeitsflüssigkeit zum Zweck der Behandlung
zu dem Medium zu leiten, wenn die Strömung erneut initiiert wird.
Des Weiteren ist der Durchlass 49 in der Ventilplatte 38 auf
den Port 78 und den Durchlass 79 im Ventilgehäuse 54 ausgerichtet,
um behandelte Flüssigkeit
von dem Medium weg zu leiten, um es aus dem Ventilgehäuse 54 abzulassen.
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Wenn
der Flüssigkeitsfluss
zum Zweck der Behandlung initiiert werden soll, so tritt die Flüssigkeit von
der (nicht gezeigten) Flüssigkeitsquelle,
beispielsweise einer kommunalen Wasserversorgung, in die Zuleitung 66 ein,
woraufhin das Wasser unter Druck das Abteil 68 im Boden
des Ventilgehäuses 54 füllt. Wie
am besten in 3 zu sehen, fließt diese
zu behandelnde Flüssigkeit
dann aufwärts
durch den Durchlass 70 und den Port 71 im Ventilgehäuse 54, durch
die Öffnung 34,
durch den Raum über
der Bodenplatte 32 in der Kammer 14 und aufwärts durch die
Auflageplatte 24 und das Sieb 26 in das Flüssigkeitsbehandlungsmedium 18 hinein.
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Dieser
anfängliche
Fluss setzt die automatische Reinigung des Mediums 18 in
Gang, wie zuvor beschrieben, indem alle losen, leichteren kontaminierenden
Feststoffe, die sich möglicherweise
zuvor wieder auf der Oberfläche
des Mediumbettes abgesetzt haben, aufwärts und durch die vertikalen
Schlitze 28 im oberen Teil der Kammer 14 nach
draußen gespült werden,
um endgültig
aus der Einheit abgelassen zu werden. Wie in 3 gezeigt,
verdrängt dieser
anfängliche
Fluss auch allgemein das fein verteilte teilchenförmige Medium 18 in
dem Bett aus seiner zuvor abgesetzten Ruheposition von 1 nach oben.
Diese Aufwärtsströmung – in Verbindung
mit der Strahlwirkung des heranströmenden Wassers, das durch die
Ringkanäle 96 und 97 fließt und das durch
die Einlassöffnungen 94 und 98 neben
den Simsen 99 einschießt,
und auch in Verbindung mit der Begrenzung der Aufwärtsströmung des
teilchenförmigen
Mediums 18 durch die Simse und schmaler werdenden Öffnungen 100 – führt zu starken
Verwirbelungen in dem Medium, wie durch die Pfeile in 3 verdeutlicht,
und zu einer Schleifwirkung der Teilchen gegeneinander. Ohne die Begrenzung durch
die Simse 99 würde
das teilchenförmige
Medium 18 sofort und mit nur minimaler Verwirbelung und Schleifwirkung
zum oberen Teil der Kammer 14 strömen.
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Die
kräftige
Bewegung und Verwirbelung in dem teilchenförmigen Medium 18 bei
Inbetriebnahme entfernt einen hohen Prozentsatz der Oxidationskontaminierungsprodukte,
beispielsweise die Chloridsalze des Chlors, die sich zuvor auf der
Oberfläche des
Mediums aus Metallteilchen angesammelt haben. Dies führt zu einer
automatischen Reinigungswirkung, welche diese zuvor entfernten Kontaminierungsstoffe
am Beginn jeder Inbetriebnahme aus dem System spült und eine frische Metalloberfläche auf
dem teilchenförmigen
Medium 18 präsentiert,
wodurch das Entfernen der unerwünschten
Oxidanzien im nächsten
Schub der zu behandelnden Flüssigkeitsbad
maximiert wird. Es wurde zum Beispiel festgestellt, dass 50–90 % der
Oxidationsprodukte, die zuvor die Metallteilchenoberfläche des
Mediums 18 überzogen,
innerhalb weniger Sekunden nach der Inbetriebnahme entfernt werden.
Dies ist beispielsweise besonders wünschenswert in einer Duschkopfbehandlungsinstallation,
wo die ersten Sekunden des Wasserflusses ohnehin nicht genutzt werden.
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Während das
Wasser weiter strömt,
wird schließlich
das gesamte teilchenförmige
Medium 18 im oberen Teil der Kammer 14 suspendiert,
wie in 4 gezeigt, wo es weiterhin das fortgesetzt fließende Wasser
behandelt, während
es durch diese Kammer strömt.
Nachdem das Wasser von dem suspendierten teilchenförmigen Medium 18 behandelt wurde,
fließt
das Wasser durch die vertikalen Schlitze 28 im oberen Teil
der Seitenwand 22 und abwärts durch das Medium 20 in
die Kammer 16. Wie zuvor besprochen, kann das Medium 20 eine
beliebige einer Anzahl gewünschter
Formen annehmen, einschließlich
verschiedener Ionenaustauschharze und/oder Aktivkohle.
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Nachdem
es das Medium 20 passiert hat, wie durch die Pfeile in 4 dargestellt,
strömt
das behandelte Wasser durch die Schlitzöffnungen 36 in der
Bodenplatte 32 und dann durch das Sieb 42 und die
Auflageplatte 40, den Durchlass 49 in der Ventilplatte 38,
und den Port 78 und den Durchlass 79 in dem Ventilgehäuse, um
dann aus dem Ventilgehäuse abgelassen
zu werden, wie in 5A gezeigt. Jegliche extrem
feinen Kontaminierungsstoffe, die möglicherweise ebenfalls durch
die Schlitze 36 strömen, sammeln
sich auf dem sehr feinmaschigen Sieb 42 an, wo sie später fortgespült werden,
wie weiter unten noch beschrieben wird. Es erfolgt kein Fluss durch
den Durchlass 50 in der Ventilplatte 38, weil
er auf die Blinddichtung 86 auf der Fläche 64 des Ventilgehäuses 54 ausgerichtet
ist, wie in 5A zu sehen. Des Weiteren erfolgt
kein Fluss durch die U-förmige
Umgehung 52, wie in 5A zu
sehen, weil sie in eine nicht-arbeitende Position gedreht ist, in
der ihre Öffnungen
auf funktionslose, inaktive Stellen auf der Fläche 64 des Ventilgehäuses 54 ausgerichtet sind,
wie in 5A zu sehen.
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Ungeachtet
des zuvor beschriebenen Merkmals der automatischen Regenerierung,
das die vorliegende Erfindung aufweist – oder auch ohne dieses Merkmal –, ist es
vermutlich wünschenswert,
eines oder beide Medien nach Zeiten längeren Gebrauchs weiter periodisch
zu regenerieren, und zwar in einer Weise, die sich von dem zuvor
beschriebenen Merkmal der automatischen Regenerierung unterscheidet und
zusätzlich
zu diesem Merkmal der automatischen Regenerierung erfolgt.
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Wenn
das Medium zurückgewaschen
werden soll, so muss nichts weiter getan werden, als das Gehäuse 12 und
die Ventilplatte 38, die an seinem Boden angebracht ist,
aus der in 5A gezeigten Arbeitsposition
A in die in 5B gezeigte Rückwaschposition
B zu drehen. Das Ventilgehäuse 54 bleibt
während
dieser einfachen Drehung des Gehäuses
zwischen diesen Betriebsmodi ortsfest. Wenn das Gehäuse 12 und
die Ventilplatte 38 in die Rückwaschposition B gebracht
wurden, wie in 5B zu sehen, so strömt Zufuhrflüssigkeit
weiter durch den Einlass 66 und in das Abteil 68,
wie in den 1, 3 und 4 zu
sehen. Jedoch ist nun der Durchlass 49 in der Ventilplatte 38 auf
den Durchgang 72 und den Port 73 in dem Ventilgehäuse 54 ausgerichtet,
und der Durchlass 48 in der Ventilplatte 38 ist
nun auf den Port 80 und den Durchlass 81 in dem
Ventilgehäuse 54 ausgerichtet.
Dementsprechend strömt
Zufuhrflüssigkeit
aus dem Abteil 68 aufwärts
durch den Durchlass 72 und seinen Port 73 und durch
den Durchlass 49. Diese Flüssigkeit fließt weiter
umgekehrt aufwärts
durch die Auflageplatte 40 und das Sieb 42, um
jegliche feinen Teilchen zu verdrängen, die sich möglicherweise
auf diesem Sieb angesammelt haben, damit sie später durch den Durchlass 50 fortgespült werden
können.
Der Rückwaschfluss
strömt
weiter aufwärts
durch die Schlitze 36 und das Medium 20 in der
Kammer 16, durch die Schlitze 28 im oberen Teil
der Kammer 14 und nach unten durch das Bett des Mediums 18,
das Sieb 26 und die Auflageplatte 24, durch den
Durchlass 48 in der Ventilplatte 39, wie in 5B zu
sehen, und den Port 80 und den Durchlass 81 zum
Ablass, wo er abgelassen und entsorgt wird.
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Falls
es sich bei dem Medium 20 um ein Ionenaustauschharz zum
Enthärten
des Wassers, zum Entfernen von Nitraten oder anderen unerwünschten Kontaminierungsstoffen
handelt, so besteht die Rückwaschflüssigkeit
vorzugsweise aus einer Salzlauge aus Natriumsalzen oder Kaliumsalzen
oder dergleichen für
das Regenerieren des Ionenaustauschmediums anstatt nur aus einfachem
Wasser von einer kommunalen Wasserversorgung. In diesem Fall wird
die Salzlauge von einer geeigneten (nicht gezeigten) Salzlaugenquelle
durch den Durchlass 72A und in den Durchlass 72 herangeführt, wo der
Salzlaugenfluss weiter strömt,
wie es zuvor in der Rückwaschbeschreibung
beschrieben wurde, wie in 5B gezeigt.
Wenn des Weiteren in der Einheit Vorkehrungen für das Einleiten von Salzlauge
getroffen sind, so sind geeignete Rückschlagventile V in den Durchlässen 72 und 72A angeordnet,
wie in den 5B und 5E gezeigt,
um einen falschen Flüssigkeitsstrom
zwischen der Wasserquelle und der Salzlaugenquelle oder umgekehrt
zu verhindern.
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Bleiben
wir bei der Rückwaschposition
B, die in 5B gezeigt ist. Dort ist zu
sehen, dass der Durchlass 50 in der Ventilplatte 38 praktisch
blockiert ist, weil er auf die Blinddichtung 87 auf der
Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 ausgerichtet
ist. Der U-förmige
Umgehungsdurchgang 52 in der Ventilplatte 48 ist ebenfalls
praktisch blockiert, weil er auf einen funktionslosen, inaktiven
Bereich auf der Fläche 64 des Ventilgehäuses 54 ausgerichtet
ist, wie in 5B gezeigt.
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Wenn
die Flüssigkeitsbehandlungsmedien gespült werden
sollen, so wird das Gehäuse 12 mit der
daran angebrachten Ventilplatte 38 einfach in die Spülposition
C weiter gedreht, die in 5C gezeigt ist.
In dieser Position ist der Durchlass 48 in der Ventilplatte 38 auf
den Port 75 und den Durchlass 74 in dem Ventilgehäuse 54 ausgerichtet.
Der Durchlass 74 steht mit dem Abteil 68 in dem
Ventilgehäuse 54 in
strömungsmäßiger Verbindung.
Der Durchlass 50 in der Ventilplatte 38 ist auf
den Port 82 und den Durchlass 83 zum Ablass in
dem Ventilgehäuse 54 ausgerichtet,
wie in 5C gezeigt. Dementsprechend
fließt
in dieser Spülposition
C Zufuhrflüssigkeit durch
den Einlass 66, das Abteil 68 und durch den Durchlass 74 und
den Port 75 in dem Ventilgehäuse 54, durch den
Durchlass 48 in der Ventilplatte 38, und zu den
Medien, um die Medien zu spülen.
Der Flüssigkeitsstrom
durch die Medien erfolgt in der gleichen Richtung wie während des
Arbeitsmodus', wie
zuvor beschrieben. Die Flüssigkeit,
welche die Medien nach dem Spülen
verlässt,
strömt
dann in die Kammer unter der Bodenplatte 32, um jegliche
Feinanteile, die möglicherweise
von dem Sieb 42 verdrängt wurden,
durch den Durchgang 50 in der Ventilplatte 38 und
den Port 82 und den Durchlass 83 im Ventilgehäuse 54 zu
spülen,
um sie zum Ablass hinauszulassen.
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Wie
in 5C zu sehen, ist der Durchlass 49 in
der Ventilplatte 38 blockiert, weil er auf die Blinddichtung 88 auf
der Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 ausgerichtet
ist. Der U-förmige
Umgehungsdurchlass 52 ist ebenfalls blockiert, weil eines
seiner Enden auf die Blinddichtung 89 und das andere Ende
auf einen funktionslosen, inaktiven Bereich auf der Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 ausgerichtet
ist, wie in 5C gezeigt.
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Die
gesamte Einheit kann gewünschtenfalls einfach
abgeschaltet werden, indem man das Gehäuse 12 und die daran
angebrachte Ventilplatte 38 in die Aus-Position D weiter
dreht, die in 5D gezeigt ist. In dieser Position
sind alle Durchlässe
in der Ventilplatte 38 entweder auf funktionslose, inaktive Bereiche
auf der Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 oder
auf einen Abfluss ausgerichtet. Insbesondere sind die Durchlässe 48 und 49 sowie
die U-förmigen Umgehungsdurchlässe 52 in
der Ventilplatte 38 auf funktionslose, inaktive Bereiche
auf der Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 ausgerichtet,
wenn sich die Ventilplatte 38 in der Aus-Position D befindet.
Der einzige weitere Durchlass 50 in der Ventilplatte 38 ist auf
den Umgehungsauslassport 84 und den Durchgang 85 ausgerichtet.
Dementsprechend gibt es in dieser Aus-Position D keinen Flüssigkeitsfluss aus der oder
in die Einheit.
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Wenn
die Flüssigkeit
an den Behandlungsmedien vorbeigeleitet werden soll, so werden das Gehäuse 12 und
die Ventilplatte 38 in die Umgehungsposition E gedreht,
wie in 5E gezeigt. In dieser Position
ist ein Schenkel des U-förmigen
Umgehungsdurchlasses 52 in der Ventilplatte 38 auf
den Durchlass 72 und den Port 73 am Ventilgehäuse 54 ausgerichtet,
und der andere Schenkel des U-förmigen
Umgehungsdurchlasses 52 ist auf den Durchlass 84 und
den Durchlass 85 in dem Ventilgehäuse 54 ausgerichtet.
Dementsprechend strömt
in der Umgehungsposition E Zufuhrflüssigkeit vom Einlass 66 zum
Abteil 68, durch den Durchlass 72 und den Port 73 im
Ventilgehäuse 54,
durch den U-förmigen
Umgehungsdurchlass 52 in der Ventilplatte 38 und
aus dem Port 84 und dem Durchgang 85 heraus durch
einen Umgehungsauslass im Ventilgehäuse 54. Jeglicher
Fluss zum Salzlaugendurchlass 72A wird durch sein Rückschlagventil
V blockiert.
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Wenn
die Ventilplatte 38 in der Umgehungsposition E steht, wie
in 5E gezeigt, so sind die übrigen Durchlässe durch
die Ventilplatte 38 hindurch blockiert. Der Durchlass 49 in
der Ventilplatte 38 ist auf die Blinddichtung 90 ausgerichtet;
der Durchlass 50 ist auf den Port 80 und den Ablassdurchgang 81 ausgerichtet,
der momentan funktionslos und inaktiv ist; und der Durchlass 48 in
der Ventilplatte 38 ist auf die Blinddichtung 89 auf
der Fläche 64 des
Ventilgehäuses 54 ausgerichtet.
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Obgleich
anhand der 5A–5E fünf Betriebsmodi
beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Einheit der vorliegenden
Erfindung vereinfacht werden kann, indem man einen oder mehrere der
beschriebenen Betriebsmodi weglässt,
ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird. Jede derartige
Modifizierung der Ventilplatte 38 und/oder des Ventilgehäuses 54 zum
Zweck des Weglassens von Betriebsmodi liegt im Rahmen der Fähigkeiten des
Fachmanns, nachdem die komplexeren mehreren Modi, die anhand der 5A–5E eingehend erklärt und beschrieben
wurden, studiert wurden.
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Es
versteht sich des Weiteren, dass die beschriebene bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung lediglich die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.