WO2023213606A1 - Gekapselte multistufen-filterpatrone für trinkwasserbereitstellungs-vorrichtung und zugehörige trinkwasserbereitstellungs-vorrichtung - Google Patents

Gekapselte multistufen-filterpatrone für trinkwasserbereitstellungs-vorrichtung und zugehörige trinkwasserbereitstellungs-vorrichtung Download PDF

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WO2023213606A1
WO2023213606A1 PCT/EP2023/060734 EP2023060734W WO2023213606A1 WO 2023213606 A1 WO2023213606 A1 WO 2023213606A1 EP 2023060734 W EP2023060734 W EP 2023060734W WO 2023213606 A1 WO2023213606 A1 WO 2023213606A1
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water
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capsule
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Jens Petersen
Erik Nagel
René Glaubitz
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Invi-Water Gmbh
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    • C02F2307/10—Location of water treatment or water treatment device as part of a potable water dispenser, e.g. for use in homes or offices

Definitions

  • the present disclosure relates to a (in particular hermetically and/or sterile) encapsulated multi-stage filter cartridge for a continuously and/or semi-continuously operable drinking water supply device for water treatment by means of a reverse osmosis filter stage in households, restaurants or the like. Furthermore, an associated drinking water provision device with the encapsulated multi-stage filter cartridge according to the disclosure is disclosed.
  • Reverse osmosis (household) devices or water treatment systems for tap water available on the market to provide drinking water are equipped with several separate, sequentially / series-connected / flow-through filter cartridges.
  • the several filter cartridges must be changed individually according to a replacement interval recommended by the manufacturer, for example every 6 months.
  • US 2006/0 065601 A1 discloses a water purification system with an activated carbon filter and a reverse osmosis filter in a two-part cartridge, with a head part of the cartridge being designed to be unscrewable by a user for easy filter replacement. This entails the disadvantage of contamination of the interior of the cartridge, in particular the filter, and the risk of subsequent fouling, formation of pathogenic germs such as legionella, etc. Furthermore, as a result, leakage can occur at the connection point of the head part to a corresponding bottom part of the cartridge. Furthermore, US 2006/0 065601 A1 teaches to place an opening in the form of a retentate connection in the bottom part or in the sump of the cartridge.
  • German patent application DE 102020 128968 by the present applicant discloses a drinking water supply device with a drinking water purity control device and an associated method for controlling or automatically ensuring the drinking water purity during drinking water treatment in a continuously and / or semi-continuously operable drinking water supply device with a reverse osmosis system.
  • Unit for use in households, restaurants or the like.
  • the purified water has passed through a first water purification unit (for mechanical filtering of dispersed solid particles) and a subsequent second water purification unit (reverse osmosis unit, set up to generate a permeate stream that is further purified of dissolved solids) as the sequentially connected purification stages or filter processes.
  • a reverse osmosis replacement cartridge see reference number 2 in Fig. 1).
  • These are in fluid connection, for example, via a distributor head, piping, etc.
  • a significant disadvantage is the previously high space requirement of the entire assembly consisting of several separate water purification units / filter stages / exchangeable cartridges. This directly entails the disadvantage of a correspondingly enlarged drinking water supply device. As a result, the range of applications for these devices is reduced, i.e. many conventional drinking water supply devices are simply too space-consuming and large for space-limited situations such as small kitchens, offices, campers.
  • the high space requirement of the entire assembly especially in household appliances, limits the possibility of doing without an under-table system unit. The latter is often undesirable on the consumer side and/or the space required for an under-sink installation may already be primarily used for other purposes, such as a water heater installed on the pipe network below a kitchen sink, etc.
  • the previously high space requirement of the entire assembly makes it difficult or inhibits suitable use as a mobile drinking water supply device, for example for field kitchens, etc.
  • the object of the present invention is therefore to provide a space-saving, compact water purification filter system for a drinking water supply device with a reverse osmosis unit.
  • no technical compromises must be made with regard to the main function of water purification.
  • an effective elimination of any contaminants from drinking water, especially from tap water can still be achieved or ensured in a reliable manner.
  • the water purification filter system should have such a compact / "slim" design in order to enable a purely table-top design of the drinking water supply device with a view to household water purification devices.
  • Another technical task is to significantly simplify the exchange/change of the several water purification units/filter stages with regard to their handling, so that it can also be carried out independently of user influence.
  • Another technical task is to increase as much as possible the (effective) service life of the water purification units/filter stages or other system parts that are sensitive to contamination in order to keep repair, spare parts and consumable costs as low as possible.
  • the service life for certain types of filters, such as carbon filters is legally limited to 6 months in accordance with the above-mentioned Drinking Water Ordinance, i.e. in some cases longer service times are therefore not permitted
  • the term, in particular the effective service life refers to a service life / useful life without a significant decrease in the Filter performance within the service life recommended by the manufacturer or permitted by law.
  • the task relates to preventing an undesirable drop in efficiency/separation over the entire service life / useful life of the water purification units / filter stages.
  • the multi-stage filter cartridge has a reverse osmosis unit and a filtration unit.
  • the filtration unit has at least one mechanical filter stage.
  • the filtration unit is connected upstream of the reverse osmosis unit.
  • the filtration unit and (subsequently) the reverse osmosis unit are arranged in series/sequentially.
  • the filtration unit and (downstream) the reverse osmosis unit are set up to be flowed through one after the other along a flow direction of a (volume) stream of water to be purified.
  • the filtration unit is in fluid communication with the reverse osmosis unit via a filtrate line section.
  • the multi-stage filter cartridge has one, in particular a single, housing capsule.
  • the reverse osmosis unit and the filtration unit are encapsulated together by the housing capsule, in particular hermetically and/or sterilely encapsulated, enclosed.
  • both the reverse osmosis unit and the filtration unit are arranged in the common housing capsule or are encapsulated by it.
  • both the reverse osmosis unit and the filtration unit are placed together in the common housing capsule in order to be closed off or (in particular sterile) protected from the outside or from the environment. So the reverse osmosis unit and the filtration unit together / in combination form an integral and externally encapsulated multi-stage unit.
  • the housing capsule has one, in particular a single, capsule connection unit.
  • the (especially the only) capsule connection unit has a raw water input connection as well as a permeate output connection and a retentate output connection as external connections.
  • the raw water input connection, the permeate output connection and the retentate output connection are (all) in or through the capsule connection unit to form a (spatial or system-technical) unit, in particular adjacent, even more preferably to one another attached, summarized.
  • the raw water inlet connection is designed and/or set up to introduce water to the filtration unit.
  • the permeate output connection is designed and/or set up for water discharge from the reverse osmosis unit on the permeate side.
  • the retentate outlet connection is designed and/or set up for water discharge from the reverse osmosis unit on the retentate side.
  • the term “encapsulated” indicates that the housing capsule or an outer wall/wall of the housing capsule forms a closed (surface) surface.
  • the housing capsule or its outer wall/wall is only interrupted at one (single) point, namely by (exclusively) the capsule connection unit with the or all external connections, or can be fluidly connected (to the outside) through the (single) capsule connection unit.
  • the housing capsule or its outer wall/wall is not interrupted by a retentate output connection.
  • the multi-stage filter cartridge is set up to be used in the assembled state, in particular in a drinking water supply device or fluidly connected to such a device or connected to such, with from the raw water input connection to the permeate output connection and to be filled with water flowing/flowing to the retentate output connection to form a (common and/or connection-related respective) filling level.
  • the multi-stage filter cartridge can be set up so that the (respective) fill level (of the water), in particular a respective fill level (of a retentate stream of water) associated with the retentate output connection, is in the area of the (single) capsule connection unit and/or in an upper area of the multi-stage filter cartridge and / or above the reverse osmosis unit and the filtration unit.
  • the direction specification “top” or “above” denotes a direction that is directed against the gravity-induced flow direction of the water (when the multi-stage filter cartridge is filled) and/or a direction related to a vertical axis (when installed in the installed drinking water supply device) .
  • the multi-stage filter cartridge can be set up to have or maintain a water level within the housing capsule, in particular up to (quasi, in particular up to 5 mm) below the raw water inlet connection or the permeate outlet connection or Retentate output connection.
  • the capsule connection unit can be designed and/or set up for reception by/from or for connection to the drinking water supply device according to the second aspect of the present disclosure.
  • a significant advantage of the multi-stage filter cartridge is that this solution achieves goals that would otherwise be difficult to agree on technically, namely conflicting goals, in particular the high water purification performance (in terms of volume flow, degree of deposition / degree of separation, service life) while at the same time being compact, space-saving and therefore user-friendly .
  • This advantage is largely due to the combined arrangement of the filtration unit, which is used for effective water purification, especially (or simplified) in the micrometer range of coarse particles to be separated, with the reverse osmosis unit, which is used for effective water purification, especially (or simplified) in the nanometer range Fine particles to be separated are achieved in the (only) common housing capsule.
  • the material requirement for components is reduced due to the compact size and the elimination of components (such as a distribution pipe, etc.).
  • the latter has a positive influence through lower manufacturing costs.
  • This also significantly reduces the environmental impact.
  • the principle can be maintained that the reverse osmosis unit is to be cleaned in order to protect it from contamination
  • a mechanical filtration unit must be installed upstream of suspended (solid) particles/suspended matter in raw water.
  • the proposed compact design of the construction does not lead to an impairment of the level of performance or service life of the central reverse osmosis unit.
  • Another advantage is the significant simplification of the logistical storage, ordering and delivery processes. In this respect, only one consumable instead of several needs to be changed regularly at the scheduled maintenance intervals. This concerns a simplification of other complexity that is beneficial for both the manufacturer and the consumer.
  • the filtration unit is set up / can flow through as a first water purification unit for filtration.
  • the term (pre)filtration refers to the (basic process engineering operation) mechanical separation of (raw) water in the input stream dispersed or suspended solid particles to a (pre)filtered filtrate stream of water.
  • the filtration unit or the at least one mechanical filter stage can be free of plasticizers and/or organic solvents and similar additives that are harmful to health. This prevents recontamination of the water.
  • the reverse osmosis unit is arranged as a second water purification unit downstream of the filtration unit and can be flowed through in order to separate the (pre)filtered filtrate stream of water.
  • the separation or a split or a division into a partial stream of a permeate stream (drinking) water further purified from (at least one) dissolved solids and an associated other partial stream of a retentate stream (waste) water takes place.
  • the filtrate stream of water is separated or split into two partial streams (continuously) to separate the (at least one) solid.
  • a permeate stream that is further (finely) purified by means of reverse osmosis results (or flows out) as a partial stream.
  • This one partial stream flows beyond or downstream of the reverse osmosis unit, especially a counter-pressure diffusion membrane, which is why it is referred to as the permeate stream of water.
  • an associated corresponding retentate stream results (or flows out) as another partial stream.
  • This other partial stream remains on this side or upstream of a counter-pressure diffusion membrane of the reverse osmosis unit, which is why it is referred to as the retentate stream of water.
  • the retentate stream of water is enriched in the at least one separated solid to the extent or by the amount (mass) by which the permeate stream is is depleted or further (finely) purified by means of diffusion through the reverse osmosis unit, in particular (counter-pressure diffusion) membrane.
  • the retentate stream of water enriched with the at least one separated solid can in particular be discarded, for example, discharged to a drain, siphon for used water, or fed to another water use, for example as industrial/cleaning water.
  • the retentate stream of water can be approximately two thirds of the pre-filtered stream of water. Accordingly, approximately one third of the water in the pre-filtered stream is water Permeate flow is available after passing through the counter-pressure diffusion membrane. The permeate stream is highly diluted in that it now consists almost entirely of water molecules.
  • the reverse osmosis unit can be designed in the form of a hollow fiber module.
  • This variant increases the separation performance.
  • the reverse osmosis unit can preferably be designed in the form of a bulk-packed reverse osmosis filter.
  • This variant reduces costs and increases robustness.
  • patent document DE 69216718 or EP 0529921 discloses an example in that a semi-permeable membrane module in the form of a spirally wound semi-permeable membrane cartridge is proposed, the membrane cartridge having a central permeate tube with a porous side wall and at least one elongated, generally flat tubular membrane shell, the interior of which contains a permeate passage material.
  • the reverse osmosis unit or the (counter-pressure diffusion) membrane can be free of plasticizers and/or organic solvents and similar additives that are harmful to health. This prevents recontamination of the water.
  • the (process of) osmosis refers to the directed flow of particles through a selectively permeable and/or semi-permeable separating layer or the reverse osmosis unit, in particular the (counter-pressure-diffusion) membrane.
  • a concentration of the at least one dissolved solid in the water (or solvent) equalizes over time through mass transport processes across the membrane.
  • the driving force of spontaneous osmosis is the difference between the chemical potentials of the (at least one) dissolved solid in the phases of the water separated by the reverse osmosis unit, in particular by the (counter-pressure-diffusion) membrane. That (at least one) dissolved solid or those particles (atoms, molecules or ions) of the components to which the reverse osmosis unit, in particular the (counter-pressure diffusion) membrane, is permeable diffuses or diffuses in the direction their lower chemical potential.
  • the (process of) reverse osmosis is the reversal or reversion of the (process of) osmosis by means of (counter) pressure, preferably externally applied.
  • a phase or a compartment (on the permeate flow side) of water (or solvent) in which the concentration of (at least one) dissolved solid is to be reduced or depleted or (finely) cleaned, is through the selectively permeable and / or semi-permeable Separating layer or through the reverse osmosis unit, in particular through the (counterpressure diffusion) membrane, from the other phase or the other (retentate stream side) compartment on the water (or solvent) in which the concentration of the (at least a) dissolved solid is to be increased or enriched, separated or separated.
  • the other phase or the other (retentate stream-side) compartment of the second water purification unit is exposed to a (counter) pressure or reverse osmosis pressure that must be higher than the osmosis pressure caused by the driving potential (of the process).
  • Osmosis to balance concentration occurs naturally or physically.
  • the mass transport process or diffusion across the reverse osmosis unit, in particular the (counter-pressure-diffusion) membrane occurs when there is a (minimum) counter-pressure that exceeds the natural or physical osmosis pressure.
  • the reverse osmosis unit or the (counter-pressure diffusion) membrane can have an atomic lattice size corresponding to the size of the water molecule or approximately 0.275 nanometers.
  • the reverse osmosis unit can be dimensioned/designed or set up so that in the reverse osmosis unit (finely) purified water, i.e. the permeate stream, an aqueous concentration of dissolved solids does not exceed 20 ppm of the (at least one) solid, in particular not more than 8-10 ppm [i.e. 8-10 foreign molecules of the (at least one) solid per 1 million water molecules].
  • the aqueous concentration of dissolved solids in the permeate stream of water indicates the sum or totality of the large number of (at least one) solids dissolved in the water (aqueous or hydrophilic).
  • the term solid includes a salt, a mineral (sometimes referred to as a “mineral”) and/or a metal.
  • the aqueous concentration can be specified or measured or determined or specified as a (so-called) TDS value.
  • TDS value stands for “Total Dissolved Solids”.
  • a solid to be purified or removed or separated from the water according to the disclosure includes in particular: a solid present due to an anthropogenic entry into the environment or into the water cycle, for example a medication and/or a pharmaceutical, such as an antibiotic and/or a hormone; and/or an agricultural substance, for example a fertilizer, a pesticide, an insecticide, etc.; and/or a (micro)plastic particle; and/or a substance immobilized from a shipment such as a landfill, such as a heavy metal ion and/or radioactive ion.
  • the solid comprises a residue or ingredient of all kinds originating from a drinking water installation such as a pipeline at the point of consumption, for example a copper ion and the like, and/or an aqueous or hydrophilic substance (from) from a plastic hose or tank at the point of consumption. dissolved plastic particles, a monomer and/or a plasticizer.
  • the solid further comprises a health-detrimental ingredient of biological origin, in particular a pathogenic germ, for example a bacterium such as legionella(s) and/or a bacterium that can be assigned to a multi-resistant strain, a virus, a mold spore or type of mold, a prion, a DNA fragment or the like.
  • the solid also includes a (molecular) fragment and/or degradation product or other modification of the examples or embodiments mentioned above for the solid. The above list is therefore not intended to be exhaustive.
  • the reverse osmosis unit and the filtration unit can be arranged spaced apart from one another in the housing capsule in order to form a filtrate lumen in the filtrate line section.
  • This design feature serves to decouple the process engineering or balance between the filtration unit and the reverse osmosis unit, i.e. the process engineering degrees of freedom are increased.
  • the raw water inlet connection can be fluidly connected to a raw water inlet side of the filtration unit via a raw water line section in the housing capsule.
  • the raw water input connection is designed or set up to provide an input stream of (raw) water into the housing capsule Initiate filtration unit.
  • the raw water line section is designed or set up to direct the introduced input stream to the raw water inlet side of the filtration unit (or into it). This advantageously increases degrees of freedom with regard to a needs-based process engineering design, the specific construction and the manufacturing assembly.
  • the filtration unit is in fluid communication with the reverse osmosis unit via a filtrate line section.
  • the (total) stream entering from the filtration unit or via the filtrate line section into the reverse osmosis unit (during its operation), i.e. the filtrate stream of water corresponds in balance to the sum of the two (partial) streams emerging from the reverse osmosis unit , i.e. the sum of a permeate stream (drinking) water (i.e. a useful stream of purified drinking water) and a retentate stream of water.
  • the permeate outlet connection can be fluidly connected to a permeate outlet side of the reverse osmosis unit via a permeate line section in the housing capsule.
  • the permeate outlet connection can be fluidly connected to an inner reverse osmosis permeate tube of the reverse osmosis unit via the permeate line section.
  • the permeate output connection is designed or set up to lead the permeate stream (drinking) water emerging (during operation) from the reverse osmosis unit out of the housing capsule.
  • the permeate line section or the reverse osmosis permeate pipe is designed or set up to direct the permeate stream of (drinking) water from the permeate outlet side of the reverse osmosis unit to the permeate outlet connection or via the permeate outlet connection to be derived from the housing capsule.
  • the retentate outlet connection can be fluidly connected to a retentate outlet side of the reverse osmosis unit via a retentate line section in the housing capsule.
  • the retentate output connection is designed or set up to lead the retentate stream (waste) water emerging (during operation) from the reverse osmosis unit out of the housing capsule.
  • the retentate line section is designed or set up to direct the retentate stream (waste) water from the retentate outlet side of the reverse osmosis unit to the retentate outlet connection or to drain it out of the housing capsule via the retentate outlet connection.
  • the filtration unit can have a plurality of series-connected mechanical filter stages.
  • the filtration unit as a first water purification unit for the mechanical separation/(pre)filtration of solid particles dispersed or present in suspension in the input stream of (raw) water to form a mechanically (pre)filtered filtrate stream of water, can in principle be divided into several suitable ones (Flow) filter stages can be divided. It is conceivable that the several filter stages are each designed as a surface filter or as a depth filter or as a cake filter. For example, a combination of a surface filter for pre-separation/screening out larger particles with (downstream) a (flow-through) depth filter for further separation of remaining particles may be preferred.
  • the multiple filter stages are each designed on the basis of different (interfacial) physical and/or colloidal chemical and/or chromatographic separation principles, such as absorption and ion exchange mechanisms. This increases the spectrum or broad coverage of substances or particles that can be filtered out, especially toxins, as well as combinations of these.
  • a tailor-made filter stage composition can be made or provided for individual types of raw water (e.g. calcareous, chlorinated, etc. city water, rainwater, water available in the wild, etc.).
  • an electroadsorption filter can be an (alternatively or cumulatively) preferred embodiment for an (interfacial) physical separation principle or for the at least one mechanical filter stage.
  • the electroadsorption filter includes an electroactive filter material. This is the electroactive filter material strongly positively charged and thereby set up to bind negatively charged particles, such as bacteria and protozoa, and remove them from the (raw) water to be purified/filtered. Since most pathogens in water are negatively charged due to their cell wall structure, there are (additive) advantages for the electroadsorption filter in terms of the effective separation of pathogenic germs.
  • the filtration unit can have at least a first mechanical filter stage.
  • the (optional) at least one first mechanical filter stage is designed as a sediment pre-filter set up for the mechanical separation of sediment particles from the raw water.
  • the sediment pre-filter can be designed in the form of a fleece bed, fiber bed and/or bulk bed.
  • the (or the) sediment pre-filter serves in particular to filter out visible and/or suspended (thermodynamically) suspended solids, which are present in particular in the order of (tenths of) a millimeter.
  • the sediment pre-filter can have a separation cut at approximately 5 micrometers, preferably at approximately 2 micrometers, in particular at approximately 1 micrometer, or can achieve this in terms of filtration technology. This serves to increase technical requirements such as filter performance / degree of separation and service life, in particular the reverse osmosis unit, which is thus protected from blocking.
  • the filtration unit can have at least a second mechanical filter stage.
  • the (optional) at least one second mechanical filter stage is connected downstream of the first mechanical filter stage or is arranged downstream along the flow direction.
  • the at least one second mechanical filter stage can be granular or as a granulate/particle agglomerate and/or block-shaped or as a block filter.
  • the at least one second mechanical filter stage can be designed as a carbon depth filter or activated carbon depth filter.
  • the term (activated carbon) block filter refers to a (activated carbon) filter particle composition that is compressed by means of a binder, in particular press-compacted.
  • the performance level of the activated carbon filter is approximately 80% filtering of dispersed solid particles.
  • the carbon depth filter or activated carbon depth filter is used in particular to filter out microbiological substances or living substances, especially bacteria and viruses, which are present in particular in the order of micrometers. Olfactory components such as unpleasant-smelling hydrophobic substances or traces can also be effectively separated in this way.
  • What is particularly advantageous about activated carbon is its health-neutral, ie physiologically harmless or even positive, well-tolerated material properties.
  • the second mechanical filter stage can rest on the first mechanical filter stage; That is, a flow exit surface of the first mechanical filter stage is in direct contact with a flow inlet surface of the second mechanical filter stage.
  • respective pairs of two adjacent or subsequent filter stages can, optionally preferably, be arranged at a distance or adjacently.
  • the filtration unit can be designed in multiple layers to include the multiple filter stages. This results in manufacturing advantages.
  • the first filter stage can be designed as the sediment pre-filter (preferably with a separation cut of approximately 5 micrometers, in particular at approximately 1 micrometer) and the second filter stage as the activated carbon depth filter, in particular as the activated carbon block filter .
  • the activated carbon can optionally be of natural origin. For example, activated carbon baked from coconut shells has a much larger internal pore surface and number of active centers compared to standard activated carbon. This achieves an approximately 25% increase in yield or filter performance/degree of separation, which leads to a further improvement in water purification.
  • the filtration unit and/or the at least one first mechanical filter stage and/or the at least one first mechanical filter stage and/or the reverse osmosis unit, respectively or in combined stages can be comprised of a cage (grid) and/or a perforated (e.g. stretched, laser-perforated, etc.) or permeable holding film, (e.g. woven, knitted, etc.) layer, etc., at least partially, surrounded or bordered on the outside.
  • the outer cage, etc. can be made of a thermoplastic.
  • the outer cage, etc. may serve to hold together said fleece bed, fiber bed or bulk bed. This serves to increase dimensional stability both during the production assembly of the multi-stage filter cartridge and in the flow-through filtration operation.
  • a preferred embodiment of a (substantially) cylindrical, in particular concentric, arrangement can be present in the multistage filter cartridge.
  • The, in particular inner, reverse osmosis unit and the, in particular outer, filtration unit preferably form the cylindrical, in particular concentric, arrangement in a common outer, (essentially) cylindrical Capsule body of the housing capsule.
  • a cylindrical reverse osmosis outer peripheral surface of the inner reverse osmosis unit and a cylindrical filtration inner peripheral surface of the outer filtration unit spaced apart from one another can form the filtrate lumen in the filtrate line section.
  • This design feature serves to decouple the process engineering or balance between the filtration unit and the reverse osmosis unit, i.e. the process engineering degrees of freedom are increased. Furthermore, there are manufacturing advantages with regard to the assembly of the filtration unit and the reverse osmosis unit.
  • the filtrate line section can be deflected in a section following the filtrate lumen in the direction of flow (in such a way) in order to flow into a reverse osmosis inlet end face opposite the capsule connection unit the inner reverse osmosis unit.
  • the deflection can involve a U-turn (i.e. around 180 degrees). This also serves to decouple the process engineering and balance of the filtration unit on the one hand and the reverse osmosis unit on the other.
  • the flow to the reverse osmosis inlet face is optimized by the filtrate stream of water.
  • a cylindrical reverse osmosis inner peripheral surface of the inner reverse osmosis unit may form a central permeate tube.
  • the permeate tube can have an initial flow direction To form a section of the permeate line section. This transition avoids unnecessary interfaces and enables a particularly compact arrangement/design.
  • a retentate-side reverse osmosis outlet end face of the inner reverse osmosis unit which is opposite the reverse osmosis inlet end face, opens into the retentate line section.
  • a cylindrical filtration outer peripheral surface of the outer filtration unit and a cylindrical capsule body inner peripheral surface of the capsule body, spaced apart from one another can form an annular gap-shaped section of the raw water pipe section which is the last in the flow direction.
  • the last section of the raw water pipe section can be set up to form a tangential flow (i.e. so-called cross-flow / cross-current) during operation along the cylindrical filtration outer peripheral surface, i.e. in a longitudinal direction (or parallel to a cylindrical axial axis).
  • a cross-flow driving style the negative effect of a possible build-up of a so-called filter cake is advantageously minimized, so that the efficiency of the filtration is optimized. This particularly improves the service life of the filtration unit.
  • the capsule connection unit can be set up as or with a quick-change fitting, such as a threaded closure, a bayonet closure or the like.
  • a quick-change fitting such as a threaded closure, a bayonet closure or the like.
  • the housing capsule in particular the capsule body, can consist essentially of a plastic, in particular thermoplastic and/or antibacterial or antibiotic-finished.
  • a plastic in particular thermoplastic and/or antibacterial or antibiotic-finished.
  • a (nano) silver finish especially coating and/or compounding, can be provided for this purpose.
  • the plastic especially thermoplastic, can be free of plasticizers and/or organic solvents and similar additives that are harmful to health. This advantageously avoids undesirable recontamination of the water.
  • the multi-stage filter cartridge can be (re)packaged, in particular piece by piece, in a sterile outer packaging.
  • germination is advantageously counteracted before use. This protects in particular against the risk of the development of resistant bacterial strains during a storage period before the actual use by the consumer.
  • the compact design of at least two or more water purification units/components combined in a housing capsule that is to be repackaged makes it easier for the manufacturer to repackage it into a sterile product.
  • a drinking water supply device for continuously and/or semi-continuously operable drinking water treatment in households, restaurants or the like, which has the multi-stage filter cartridge according to the first aspect of the present disclosure, is proposed.
  • the drinking water supply device also has a device connection unit, a feed pump, a storage container or drinking water tank and a drinking water dispensing unit such as a fitting, a tap, etc.
  • the device connection unit is designed and set up to fit the capsule connection unit of the housing capsule.
  • the device connection unit can have a first device connection, a second device connection and/or a third device connection.
  • the first device connection is preferably set up to fit the raw water input connection for introducing water to the filtration unit.
  • the second device connection is preferably set up to fit the permeate output connection for water discharge from the reverse osmosis unit on the permeate side.
  • the third device connection is preferably set up to fit the retentate output connection for water discharge from the reverse osmosis unit on the retentate side.
  • the feed pump is designed to build up a feed pressure required for or in the reverse osmosis unit above the natural osmosis pressure (for drinking water at approx. 2 bar), in particular between 3 and 30 bar, to activate the reverse osmosis unit and furnished.
  • a design serves to ensure the constant, trouble-free reliability of the (especially automatic) water purification operation, which not least meets the needs of non-technical consumers.
  • the drinking water supply device or the multi-stage filter cartridge, in particular the reverse osmosis unit can be used for a water supply of raw water / city water / tap water from the pipe network at a delivery pressure or flow pressure of approx. 4 to 8 bar, be designed or set up in particular for an input flow or filtrate flow of up to approx. 20 liters per hour or approx. 127 GPD (gallons per day).
  • the storage container for providing purified drinking water on the permeate side is fluidly connected or can be fluidly connected via a line piece to the second device connection.
  • the drinking water supply device with the multi-stage filter cartridge according to the disclosure.
  • the latter only enables a particularly small design of the drinking water supply device.
  • the desired compact design of the drinking water supply device would not even be possible (or not while meaningfully maintaining a water purification performance that is appropriately high for typical consumer/household needs).
  • the drinking water supply device can be 'built around' the compact multi-stage filter cartridge in the smallest of spaces.
  • this enables innovative 'slim' technical designs of the drinking water supply device without compromising its main technical function, namely that of water purification.
  • the presently disclosed multi-stage filter cartridge is designed or set up for use in the continuously and/or semi-continuously operable drinking water supply device, this means that the latter essentially or mainly cannot be operated in batches or per a single batch is or is to be operated.
  • the term “continuous and/or semi-continuous” refers to the The fact that water is literally purified as it flows out of the tap for a consumer. It is irrelevant to the functioning of the multi-stage filter cartridge or drinking water supply device according to the disclosure if the continuous operation can or is temporarily interrupted or switched off or suspended. In this respect, this is also expressed by the term “semi-continuous”.
  • the multi-stage filter cartridge is designed for start-up effects, for example with regard to (flow) pressure, in particular spontaneous pressure increases, and is designed to be sufficiently dimensionally stable, in particular with regard to the filtration unit as well as the reverse osmosis unit.
  • the drinking water supply device preferably has a feed line connection for feeding in raw/city water, in particular set up for a house connection or a drinking water supply line, for example for a respective residential party.
  • the feed line connection particularly in the case of mobile drinking water supply devices, such as in the case of mobile canteens or small kitchens, preferably on board a camping car, an aircraft and / or a ship, can also provide a fluid connection to a larger storage tank Make water.
  • water-carrying components of the drinking water supply device can be made of and/or in contact with surfaces (exclusively) made of stainless steel.
  • surfaces exclusively made of stainless steel.
  • This advantageously avoids any new contamination, in particular from plastic abrasion and/or fouling, in particular from biological micro-fouling caused by bacterial colonization and/or algae colonization.
  • a different consideration of technical benefits may have to be made from the point of view of a consumable/replaceable part.
  • At least one sealing material such as an O-ring, preferably all sealing materials, insofar as they are in contact with water, can consist of a material that is inert to water, in particular long-term inert and/or non-water-swelling. This improves the sealing function and the service life of the seal(s).
  • the drinking water supply device in particular the line section, and/or the multi-stage filter cartridge, in particular the permeate line section, can have an after-filter connected downstream of the reverse osmosis unit. This can advantageously serve for further, especially taste-related, neutralization or drinking water treatment. In particular, any specific olfactory traces that may still be noticeable via a consumer's highly sensitive sense of smell can be completely eliminated in this way. This means that the drinking water is particularly reliably perceived as fresh.
  • the drinking water provision device can have an operating control device with an (interactive) human-machine interface, in particular with menu navigation, etc. This advantageously serves to ensure convenient operation by a user or the consumer and to make water purification transparent to them.
  • the drinking water supply device can have a drinking water purity control device with a control unit and at least one determining means, such as a conductivity sensor, designed to determine an aqueous concentration of dissolved solids.
  • the drinking water supply device can have the drinking water purity control device according to the present applicant's German patent application DE 102020 128968, which is discussed in the introductory part and is expressly incorporated into the present disclosure by reference.
  • the drinking water purity control device has a means downstream of the second device connection for the permeate stream of water discharged from the reverse osmosis unit to flow through, in particular the line section, which has a first determination means, in particular a first conductivity sensor, set up to determine a first aqueous concentration of dissolved solids .
  • the control unit is set up to: check whether a predetermined, in particular constant, first target value for the first aqueous concentration of dissolved solids in the permeate stream of water is reached, in particular undershot, and in the corresponding negative case, which is exceeded the first target value is based on the checked first aqueous concentration of dissolved solids to discard the permeate stream of water.
  • the control unit can in particular be set up to reject the permeate stream of water from the drinking water supply device.
  • a drinking water supply device in particular as a household appliance, which not only completely cleans the (drinking) water, but the purified water is automatically checked again for its quality or a suitable or desired, ie predetermined, degree of purity after the sequentially switched cleaning stages or filtering processes.
  • the control determines that the level of purity falls below or is maintained at the predetermined level, the permeate stream of water is released to a consumer.
  • This has the advantage that the consumer only receives verified, in particular trace-free, pure drinking water from the drinking water supply device disclosed therein. Furthermore, this is done conveniently and almost as if straight from the tap.
  • the drinking water supply device can have a means for cooling, in particular the storage container.
  • the drinking water supply device can have a carbonization unit for carbonization on the permeate side. This serves to further tailor the product to the consumer's individual wishes.
  • the drinking water supply device can be designed as a small table-top system, in particular as a household table-top device and/or with maximum dimensions of 400 mm in height and/or 500 mm in width and/or 340 mm in depth, without an under-table system unit set up for water purification .
  • a standard niche size for fitted kitchens of 60 cm / 60 cm can be used in this way.
  • a mobile variant for example for outdoor use, medical use, etc., may be conceivable.
  • the expert understands that any city water piping, connection installation, electrical cable laying, etc. do not fall under the term under-table system unit set up for water purification.
  • Such a design enables an expanded range of applications due to its small space requirement and multiple storage options in (mini) kitchens, behind counters, etc.
  • it is advantageous that such a preferred embodiment fits easily into almost any spatial situation / for a variety of structural conditions (living space, work space, etc.).
  • this eliminates the need for under-table installation, which many consumers find technically (too) complex.
  • the disclosure particularly supports the technical goal of providing more and more consumers and households with reliably purified drinking water, so to speak 'directly from your own line'.
  • a serious benefit of the present disclosure is a contribution to better achieving climate protection goals through a corresponding reduction in transport logistics for (deposit) bottled mineral water.
  • the disclosure is aimed at a need for the segment of small systems within the meaning of the above-mentioned German Drinking Water Ordinance, according to which even large-scale water supply systems in single- and two-family houses do not count as large-scale systems for heating drinking water, Section 3 Number 12.
  • German Drinking Water Ordinance according to which even large-scale water supply systems in single- and two-family houses do not count as large-scale systems for heating drinking water, Section 3 Number 12.
  • the person skilled in the art understands without further ado, that many different areas of application of the disclosed multi-stage filter cartridge and consequently also a wide variety of sizes/dimensions for these are conceivable within the scope of the subject matter disclosed here.
  • FIG. 1 shows a system diagram of a drinking water supply device according to the prior art with sequentially flowed through separate water purification units in the form of a filtration exchange cartridge and a reverse osmosis exchange cartridge;
  • FIG. 2 shows a cross section of an encapsulated multi-stage filter cartridge according to an exemplary embodiment according to the present disclosure, which is set up for a continuously and/or semi-continuously operable drinking water supply device for water treatment by means of a reverse osmosis filter stage;
  • FIG. 3 shows a perspective view of a half section of the encapsulated multi-stage filter cartridge from FIG. 2 (rotated by 180° relative to it) according to the exemplary embodiment according to the present disclosure
  • Fig. 4 is a slightly perspective side view (with a partial cross-section in some areas) of an associated drinking water supply device (according to a Embodiment of the drinking water provision device according to the disclosure) with the encapsulated multi-stage filter cartridge according to the embodiment according to the present disclosure.
  • FIG. 1 schematically representing a prior art. This results in further details, features and advantages of the disclosure. Identical or functionally equivalent features are provided with the same reference numbers in the individual figures.
  • Fig. 1 shows a system diagram of a water treatment system 200' as a drinking water supply device according to the prior art.
  • This includes sequentially flowed separate water purification units, which are in the form of (at least) a (conventional) separately replaceable filtration cartridge T (or a plurality of such to represent several filter stages) as a (conventional) reverse osmosis unit R0 'and a (conventional) downstream arranged separately replaceable reverse osmosis replacement cartridge 2 'are shown as a (conventional) mechanical filtration unit F'.
  • a (conventional) separately replaceable filtration cartridge T or a plurality of such to represent several filter stages
  • a (conventional) reverse osmosis unit R0 ' and a (conventional) downstream arranged separately replaceable reverse osmosis replacement cartridge 2 'are shown as a (conventional) mechanical filtration unit F'.
  • an externally provided input stream (raw/city) water V-1 becomes a filtr
  • the filtrate stream water V-F then enters the reverse osmosis exchange cartridge 2' to pass through it, so that a permeate stream water V-P cleaned of the finest particles/fine impurities can be taken as a useful stream of drinking water (as a partial stream) (continuously). Furthermore, a retentate stream of water V-R (as another / remaining partial stream) emerges from the reverse osmosis exchange cartridge 2 ', which is concentrated around the separated fine particles / finest impurities.
  • the retentate stream (waste) water V-R drains off via a drain throttle 3', which serves to relax the reverse osmosis pressure applied to the reverse osmosis replacement cartridge 2' during operation, for example at 3 bar, to ambient pressure at approximately 1 bar.
  • FIG. 2 and 3 is an encapsulated multi-stage filter cartridge 100 according to an exemplary embodiment according to the present disclosure, which is used for a continuously and/or semi-continuously operable drinking water supply device (see FIG. 4) for water treatment by means of a Reverse osmosis filter stage is set up.
  • 2 shows a cross section of the encapsulated multi-stage filter cartridge 100
  • FIG. 3 shows a perspective view of a half-section of the encapsulated multi-stage filter cartridge 100. Only in FIG Flow directions occurring during water purification operation, shown by small arrows.
  • the claimed object of the encapsulated multi-stage filter cartridge 100 is also aimed in particular at a non-installed / dry state in the sense of a consumable.
  • the encapsulated multi-stage filter cartridge 100 has a reverse osmosis unit RO and a filtration unit F.
  • the multi-stage filter cartridge 100 has a housing capsule 50.
  • the reverse osmosis unit RO and the filtration unit F are encapsulated together by the housing capsule 50.
  • both the reverse osmosis unit RO and the filtration unit F are arranged in the common housing capsule 50 or are encapsulated (entirely/integrally) by it.
  • the housing capsule 50 has a capsule body 52, on which an outer capsule connection unit 51 (in particular for connection to the drinking water supply device) is arranged.
  • the capsule body 52 especially on a side opposite the capsule connection unit 51, can be designed or closed with a capsule lid 53. This serves to easily introduce the reverse osmosis unit RO and the filtration unit F into the housing capsule 50.
  • the filtration unit F is connected upstream of the reverse osmosis unit RO.
  • the filtration unit F and the reverse osmosis unit RO downstream of it can be flowed through one after the other along a flow direction of a (volume) stream of water to be purified.
  • a filtrate line section L-F establishes a fluid connection from the filtration unit F to the reverse osmosis unit RO.
  • a filtrate stream of water V-F pre-filtered from coarse particles can flow from the filtration unit F and enter the reverse osmosis unit RO.
  • the filtration unit F here has a first mechanical filter stage F1 and a second mechanical filter stage F2 (and possibly a third, fourth, etc.):
  • the first filter stage F1 can be designed as a sediment pre-filter, for example like a sieve .
  • the first filter stage F1 is used to pre-filter sediments such as small suspended particles and/or of microparticles from the input stream water V-1; and/or the removal of a large proportion of biological contaminants such as bacteria and viruses.
  • the first filter stage F1 can, for example, filter up to a particle size of approximately 5 micrometers (5 pm) as a separating cut.
  • the sediment filter captures rust, sand and/or other coarse particles, thereby protecting the second filter stage F2.
  • the second filter stage F2 can preferably be designed as an activated carbon (block) filter.
  • the second filter stage F2, preferably the activated carbon (block) filter is set up downstream or downstream of smaller particles such as an asbestos fiber or dissolved solids such as chlorine and / or a pesticide and / or a part of a drug residue and / or a part to remove microplastics.
  • An ozone filter can also be used cumulatively or alternatively.
  • the reverse osmosis unit RO and the filtration unit F are arranged at a distance from one another, whereby they form a filtrate lumen 45 in the filtrate line section LF.
  • the capsule connection unit 51 serves, as will be further clarified later with reference to FIG. 4, for connection to a drinking water supply device 200 (FIG. 4).
  • the capsule connection unit 51 again with reference to Figures 1 and 2, has as external connections a raw water input connection 61 as well as a permeate output connection 62 and a retentate output connection 63.
  • the raw water input connection 61 which Permeate output port 62 and retentate output port 63 are (optionally) arranged in series in an axial direction; alternatively, the external connections can be offset from one another, in particular by angle segments around the axial axis A.
  • the permeate output connection 62 is (optionally) arranged behind the two other external connections, i.e. raw water input connection 61, retentate output connection 63, when viewed from the direction of the capsule body 52.
  • An externally provided input stream of (raw) water V-1 is introduced into the housing capsule 50 via the raw water input connection 61.
  • the input stream (raw) water V-1 flows via a raw water line section L-1 to a raw water inlet side of the filtration unit F or the first filter stage F1.
  • a permeate stream of (drinking) water VP emerges from it, which corresponds to the useful stream of purified drinking water, and, on the other hand, a retentate stream of (waste) water VR emerges as two (part) separated by activated reverse osmosis pressure. streams out.
  • the operation of the reverse osmosis unit can cause RO contamination larger than approximately 0.1 nanometers, such as heavy metals, uranium, hormones, harmful chemicals, and organic and inorganic compounds.
  • the permeate stream (drinking) water V-P is led out/drained from the housing capsule 50 by the reverse osmosis unit RO via the permeate output connection 62.
  • the permeate stream (drinking) water V-P flows via a permeate line section L-P from a permeate outlet side of the reverse osmosis unit RO to the permeate output connection 62.
  • a cylindrical reverse osmosis inner peripheral surface of the inner reverse osmosis unit RO forms a central permeate tube 32 as the permeate outlet side.
  • the permeate pipe 32 coincides with an initial section of the permeate line section L-P in the direction of flow.
  • a final section of the permeate line section L-P is (optionally) formed directly upstream of the permeate outlet connection 62 as a frontal calming zone in the form of a cylindrical disk section, which essentially corresponds to a diameter of the capsule connection unit.
  • a retentate stream (wastewater V-R) is discharged from the housing capsule 50 by the reverse osmosis unit RO via the retentate output connection 63.
  • the retentate stream (waste) water V-R flows via a retentate line section L-R a retentate outlet side of the reverse osmosis unit RO to the retentate outlet connection 63.
  • the (total) flow entering from the filtration unit F or via the filtrate line section L-F into the reverse osmosis unit RO during its operation i.e. the filtrate flow water V-F
  • the filtrate flow water V-F corresponds in balance to the sum of the two emerging from the reverse osmosis unit RO ( Partial flows, i.e. the sum of the permeate stream (drinking) water V-P (emerging from the reverse osmosis inner peripheral surface into the permeate tube 32), which corresponds to the useful stream of purified drinking water, and the retentate stream (waste) water V-R.
  • the (balance-wise complementary) retentate stream water V-R can, for example, be used for other purposes as unclean industrial water.
  • the raw water line section L-1, the permeate line section LP and the retentate line section LR are (optionally) connected to one another in the radial direction by means of respective first O-rings 58, which are centered around the axial axis A each written against each other.
  • first O-rings 58 which are centered around the axial axis A each written against each other.
  • this is initially centered around a center in the form of the inner cylindrical reverse osmosis unit RO (with the inner permeate tube 32).
  • Axial axis A of the multi-stage filter cartridge 100 is designed or designed structurally.
  • the reverse osmosis unit RO can be surrounded on one of its cylindrical reverse osmosis outer peripheral surface 31 by a permeable/porous holding film or a permeable (e.g. woven, knitted, etc.) layer, etc., from the outside or in the form of an outer cylindrical lateral surface be overturned.
  • a permeable/porous holding film or a permeable (e.g. woven, knitted, etc.) layer, etc. from the outside or in the form of an outer cylindrical lateral surface be overturned.
  • the reverse osmosis unit RO is (optionally) mounted on the housing capsule 50 in the axial axis A via the permeate tube 32.
  • the permeate tube 32 is mounted at the ends on two opposite (reverse osmosis) bearing sections 37 on the housing capsule 50.
  • An outer cylindrical layer in the form of the filtration unit F surrounds an inner cylindrical core in the form of the reverse osmosis unit RO.
  • the filtration unit F exemplarily contains two as the at least one/more filter stages F1, F2 in the form of cylindrical layers.
  • the first filter stage F1 forms the outer of the cylindrical layers and the second filter stage F2 forms the inner of the cylindrical layers.
  • the cylindrical arrangement is set up to effect (during operation) a (substantially, in the main direction) radial fluid passage through the filtration unit F from the outside to the inside.
  • the filtration unit F or the respective filter stages F1, F2 is/are formed here around the central axial axis A of the multi-stage filter cartridge 100, these are/are arranged concentrically to the reverse osmosis unit RO or to the permeate tube 32.
  • the permeate tube 32 passes about the axial axis A in a straight line into the adjoining further permeate line section LP.
  • the inner reverse osmosis unit RO and the outer filtration unit F are radially spaced from one another, which defines the filtrate lumen 45 in the shape of an annular gap.
  • the annular gap of the filtrate lumen 45 has a gap width which is between the cylindrical reverse osmosis outer peripheral surface 31 of the inner reverse osmosis unit RO and a cylindrical filtration inner peripheral surface 21 of the outer filtration unit F is formed in the filtrate line section LF.
  • the filtrate stream water V-F or the filtrate line section L-F is deflected by a U-turn (i.e. by 180 degrees) in a section that is downstream from the filtrate lumen 45.
  • the filtrate line section L-F opens into a reverse osmosis inlet end face 33 of the inner reverse osmosis unit RO, which is opposite the capsule connection unit 51.
  • the filtrate line section LF passes in the flow direction from the annular gap-shaped filtrate lumen 45 into a cylindrical disk-shaped prelumen centered around the axial axis A. This preliminary lumen is directly adjacent to the reverse osmosis inlet face 33.
  • a retentate-side reverse osmosis outlet end face 34 of the inner reverse osmosis unit RO which is opposite the reverse osmosis inlet end face 33, opens into the retentate line section L-R.
  • the retentate line section L-R runs in a first (retentate) semicircle segment around the axial axis A in a straight line from the reverse osmosis outlet end face 34 to an angle of 90 degrees into the retentate output connection 63.
  • a second (raw water) semicircle segment complementary to the first (retentate) semicircle segment forms an axial (in input) in the area of the capsule connection unit 51 -Flow direction essentially initial) section of the raw water pipe section L-1.
  • the permeate line section L-P is connected to the retentate line section L-R adjoining the reverse osmosis outlet end face 34 by means of a second (reverse osmosis) Unit ) O-ring 39 sealed.
  • a cylindrical filtration outer circumferential surface of the outer filtration unit F and a cylindrical capsule body inner circumferential surface of the capsule body 52 form an annular gap-shaped, last section of the raw water line section L-1 in the flow direction. This forms an annular gap-shaped filter entry zone lumen 15.
  • a cross-flow flow occurs in the annular gap-shaped filter entry zone lumen 15 (as indicated by the arrows) along the cylindrical filtration outer peripheral surface.
  • the housing capsule 50 has a cylindrical capsule body 52, which tapers (step-like) in the shoulder-shaped transition region to the capsule connection unit 51 as a neck section of the housing capsule.
  • the capsule connection unit 51 generally defines a portion of a connection fitting.
  • the essentially cylindrical capsule connection unit 51 (optionally) has a circumferential collar.
  • the multi-stage filter cartridge shown in Figures 2/3 and 4 can advantageously have the following dimensions (of the order of magnitude).
  • the internal components in particular can have the following dimensions
  • the drinking water supply device 200 shown as an example relates to a compact household appliance in a "slim" table-top design, i.e. on the order of, for example, a coffee machine, a water soda maker, a universal kitchen appliance, a microwave, etc.
  • a "slim" table-top design i.e. on the order of, for example, a coffee machine, a water soda maker, a universal kitchen appliance, a microwave, etc.
  • the drinking water supply device 200 carries out the drinking water purification according to the disclosure by connecting to a water supply of raw water / city water / tap water from the mains network, for example from a standard household tap (not shown).
  • the drinking water purity control device 200 is optionally equipped with a drinking water purity control device 300 to control and/or regulate the drinking water purification.
  • the drinking water supply device 200 has a device connection unit 210, a feed pump (not shown), a drinking water tank 230 as a storage container and a faucet 280 as a drinking water dispensing unit.
  • a consumer can, for example, place a drinking water glass under the tap 280 in order to enjoy drinking water that has been purified according to the disclosure.
  • the device connection unit 210 is suitable, i.e. as a counterpart and in terms of positioning(s), on the capsule connection unit 51 of the housing capsule 50 [cf. Fig. 2/3.] trained and set up.
  • the device connection unit 210 has a first, second and third device connection.
  • the first device connection fits onto the raw water inlet connection [with reference number 61; the capsule connection unit 51 of the housing capsule 50; see Fig. 2/3.].
  • the second device connection fits onto the permeate outlet connection [with reference number 62; the capsule connection unit 51 of the housing capsule 50; see Fig. 2/3.].
  • the third device connection fits onto the retentate output connection [with reference number 63; the capsule connection unit 51 of the housing capsule 50; see Fig. 2/3.].
  • the multi-stage filter cartridge 100 (optional) can be inserted into the drinking water supply device 200 with the (single) capsule connection unit facing upwards (i.e. when filled with water, in a direction directed against the gravity-induced flow direction of the water). This serves to prevent water from leaking when changing/exchanging the multi-stage filter cartridge 100 or, ideally, to prevent the water level within the housing capsule 50, in particular up to (quasi, in particular up to 5 mm) below the raw water inlet connection or the permeate output connection or retentate output connection without loss of water.
  • the storage container 230 receives permeate-side, ie purified, drinking water via a line piece 220 via the second device connection from the encapsulated multi-stage filter cartridge 100, more precisely via the permeate outlet connection [with reference number 62; the capsule connection unit 51 of the housing capsule 50; see Fig. 2/3.].
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Abstract

Die Offenbarung betrifft eine gekapselte Multistufen-Filterpatrone (100) für eine kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zur Wasseraufbereitung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen. Die Multistufen- Filterpatrone (100) hat eine Umkehrosmose-Einheit (RO) und eine Filtrationseinheit (F) mit zumindest einer mechanischen Filterstufe (F1, F2,…). Die Filtrationseinheit (F) ist vorgeschaltet zu der Umkehrosmose-Einheit (RO) mit dieser über einen Filtrat-Leitungsabschnitt (L-F) fluidverbunden. Dabei sind die Umkehrosmose-Einheit (RO) und die Filtrationseinheit (F) von einer, insbesondere einzigen, Gehäusekapsel (50) gemeinsam gekapselt, insbesondere steril gekapselt, umschlossen. Dabei hat eine Kapselanschlusseinheit (51) der Gehäusekapsel (50) als Außenanschlüsse einen Rohwasser-Eingangs-Anschluss (61) zur Wassereinleitung an die Filtrationseinheit (F) sowie einen Permeat-Ausgangs-Anschluss (62) und einen Retentat- Ausgangs-Anschluss (63) zur Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit (RO). Ferner wird eine zugehörige Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit der offenbarungsgemäßen gekapselten Multistufen-Filterpatrone (100) vorgeschlagen.

Description

Gekapselte Multistufen-Filterpatrone für Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung und zugehörige Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine (insbesondere hermetisch und/oder steril) gekapselte Multistufen-Filterpatrone für eine kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zur Wasseraufbereitung mittels einer Umkehrosmose-Filterstufe in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen. Ferner wird eine zugehörige Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit der offenbarungsgemäßen gekapselten Multistufen-Filterpatrone offenbart.
Hintergrund
Die Verfügbarkeit von sauberem, reinen Trinkwasser stellt ein Grundbedürfnis des Menschen und anderer Lebewesen dar. In vielen Teilen der Erde mangelt es bekanntermaßen auch heutzutage daran. Jedoch kann eine hygienische Beeinträchtigung - die in jeder Trinkwasseranlage eintreten kann - im schlimmsten Fall nicht nur die Gesundheit, sondern auch das Leben gefährden. Eine Vielzahl technischer Problematiken stand u.a. im Zentrum der Fachdiskussionen im Zuge der Neufassung der deutschen Trinkwasserverordnung (BGBl. I S. 959), welche am 21. Mai 2001 in novellierter Fassung erlassen wurde und Begriffsbestimmungen sowie Schutzvorschriften für das Trinkwasser enthält.
Nicht zuletzt aufgrund allgemeiner globaler Trends im Zuge der städtebaulichen Verdichtung, des weltweiten Bevölkerungswachstums und/oder eines Strebens nach autarkem Wohnen mit einer weitgehenden Eigenversorgung mit notwendigen Lebensmitteln gibt es einen immer drängenderen Bedarf an technischen Lösungen für die direkte, lokale Versorgung mit reinem Trinkwasser für den täglichen Bedarf des einzelnen Menschen vor Ort.
Stand der Technik Im Stand der Technik sind vielfache Lösungen zur Reinigung von Wasser, insbesondere von Leitungswasser, bekannt. Insbesondere sind auch bereits Geräte bzw. Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen zur Verwendung in Haushalten, in der Gastronomie oder dergleichen in vielfachen Ausführungen im Handel erhältlich. Diese basieren zumeist auf verfahrenstechnisch bekannten Filter- bzw. Separationstechnologien, wobei insbesondere Umkehrosmose eingesetzt wird.
Marktverfügbare Umkehrosmose-(Haushalts-)Geräte bzw. Wasseraufbereitungsanlagen für Leitungswasser zur Trinkwasserbereitstellung sind mit mehreren separaten, sequentiell / hintereinander geschalteten / durchströmten, Filterkartuschen ausgestattet. Dabei sind die mehreren Filterkartuschen jeweilig einzeln nach einem herstellerseitig empfohlenen Wechselintervall, bspw. alle 6 Monate, zu wechseln.
US 2006/0 065601 A1 offenbart ein Wasserreinigungssystem mit einem Aktivkohlefilter und einem Umkehrosmosefilter in einer zweiteiligen Kartusche, wobei ein Kopfteil der Kartusche von einem Nutzer zu einem einfachen Filterwechsel abschraubbar ausgestaltet ist. Dies bedingt den Nachteil der Kontamination des Inneren der Kartusche, insbesondere der Filter, und des Risikos von anschließendem Fouling, Ausbildung von pathogenen Keimen wie Legionellen, usw. Ferner kann infolgedessen Leakage an der Verbindungsstelle des Kopfteils zu einem entsprechenden Bodenteil der Kartusche auftreten. Ferner lehrt die US 2006/0 065601 A1 , eine Öffnung in Form eines Retentat-Anschlusses in den Bodenteil bzw. in den Sumpf der Kartuschezu legen. Auch dies erhöht das Risiko von Kontamination und/oder Leakage. Ferner erschwert diese Ausgestaltung mit mehreren Anschlüssen sowohl in einem Bodenteil als auch in einem Kopfteil eine Montage / ein Einsetzen der Kartusche durch einen Nutzer. Zusätzlich kann dies zu mechanischen Verspannungen wie Verklemmen führen.
Deutsche Patentanmeldung DE 102020 128968 der vorliegenden Anmelderin offenbart eine Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit einer Trinkwasserreinheit- Steuerungsvorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung bzw. automatischen Gewährleistung der Trinkwasserreinheit während einer Trinkwasseraufbereitung in einer kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbaren Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit einer Umkehrosmose-Einheit, zur Verwendung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen. Dabei hat das gereinigte Wasser als die sequentiell geschalteten Reinigungsstufen bzw. Filtervorgänge eine erste Wasserreinigungseinheit (zum mechanisches Filtrieren von dispergierten Feststoffpartikeln) und eine nachfolgende zweite Wasserreinigungseinheit (Umkehrosmose-Einheit, eingerichtet, um einen von gelösten Feststoffen weiter gereinigten Permeatstrom zu erzeugen) passiert. Jedoch weisen, wie schematisch anhand der Figur 1 zum Stand der Technik veranschaulicht, herkömmliche Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen wie auch die vorgenannte gemäß der DE 102020 128968 separat ausgeführte / wechselbare bzw. angeordnete Wasserreinigungseinheiten in Form von einerseits einer Filtrations- Wechselkartusche (vgl. Bezugszeichen 1 in Fig. 1) und von andererseits einer Umkehrosmose- Wechselkartusche (vgl. Bezugszeichen 2 in Fig. 1) auf. Diese stehen bspw. über einen Verteilerkopf, eine Verrohrung, usw. in Fluidverbindung.
Ein erheblicher Nachteil ist dabei ein bisher hoher Platzbedarf der gesamten Baugruppe aus mehreren separaten Wasserreinigungseinheiten / Filterstufen / Wechselkartuschen. Dieser zieht direkt den Nachteil einer entsprechend vergrößerten Trinkwasserbereitstellungs- Vorrichtung nach sich. Infolgedessen verringert sich das Anwendungsspektrum für diese, sprich, viele herkömmliche Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen sind für platzbegrenzte Situationen wie kleine Küchen, Bürozeilen, Campingwagen schlichtweg zu raumeinnehmend und groß. Insbesondere limitiert der hohe Platzbedarf der gesamten Baugruppe, insb. bei Haushaltsgeräten, die Möglichkeit, auf eine Untertisch-Anlageneinheit zu verzichten. Letztere ist vielfach verbraucherseitig unerwünscht und/oder es kann der benötigte Platz für eine Untertischinstallation bspw. bereits anderweitig, wie bspw. durch einen unterhalb einer Küchenspüle am Leitungsnetz installierten Durchlauferhitzer, usw., vorrangig verwendet sein. Auch besteht ein verbraucherseitiger Wunsch nach schlanken Designs, insb. bei technischen Haushaltsgeräten. Desweiteren erschwert oder inhibiert der bisher hohe Platzbedarf der gesamten Baugruppe eine geeignete Verwendung als mobile Trinkwasserbereitstellungs- Vorrichtung, bspw. für Feldküchen, usw.
Weiter nachteilig zeigt sich bei den im Stand der Technik mehreren separaten Wechselkartuschen deren aufwendiger, zeitintensiver Wechsel / Austausch. Insofern muss in dem herstellerseitig empfohlenen Wechselintervall jede Wechselkartusche einzeln ausgetauscht werden.
Noch weiter nachteilig an vorgenannten bestehenden Systemen ist ein sicheres Hygiene- bzw. Sterilitätsmanagement. So wird die notwendige Hygiene bei herkömmlichen Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen zu wenig einbezogen. Insofern lässt sich im Stand der Technik schwer vermeiden, dass beim Wechsel / Austausch der mehreren separaten Wechselkartuschen Keime und Bakterien an / in diese bzw. das gesamte (Leitungs-/Filter- )System der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung gelangen. So kann bspw. ein einziger Hautkontakt alleine bereits dazu führen, dass eine ungewollte Kontamination des Systems stattfindet. Infolgedessen kann sich schnell ein Biofilm bzw. eine unerwünschte, ggf. sogar prohibitive bzw. pathogene, Verkeimung der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung, insb. der Umkehrosmose-Einheit, entwickeln.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein platzsparendes, kompaktes Wasserreinigungs-Filtersystem für eine Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit einer Umkehrosmose-Einheit bereitzustellen. Gleichzeitig dürfen dabei keine technischen Kompromisse hinsichtlich der Hauptfunktion der Wasserreinigung eingegangen werden. Sprich, es ist weiterhin in zuverlässiger Weise eine effektive Eliminierung von jeglichen Verunreinigungen aus Trinkwasser, insbesondere aus Leitungswasser, zu erzielen bzw. sicherzustellen. Auch besteht die Aufgabe, dabei eine ausreichend lange Standzeit weiterhin gewährleisten zu können bzw. diese sogar zu verbessern.
Insbesondere soll das Wasserreinigungs-Filtersystem eine derart kompakte / .schlanke' Bauweise aufweisen, um, mit Blick auf Haushaltswasserreinigungsgeräte, eine reine Auftisch- Bauweise der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zu ermöglichen. D.h. es besteht dann die spezifische technische Aufgabe, auf eine (herkömmliche) Untertisch-Anlageneinheit zur Untertisch-Anordnung des Wasserreinigungs-Filtersystems mit der Umkehrosmose-Einheit verzichten zu können.
Eine weitere technische Aufgabe besteht darin, den Austausch / Wechsel der mehreren Wasserreinigungseinheiten / Filterstufen hinsichtlich deren Handhabung wesentlich zu vereinfachen, damit auch unabhängig von einem Anwender-Einfluss ausführbar zu gestalten.
Eine noch weitere technische Aufgabe besteht darin, eine (effektive) Standzeit der gegen Verunreinigung sensiblen Wasserreinigungseinheiten / Filterstufen bzw. sonstigen Anlagenteile weitestgehend zu erhöhen, um Reparatur- bzw. Ersatzteil- bzw. Verbrauchsmittelkosten möglichst gering zu halten. Insofern die Standzeit für gewisse Typen von Filtern, wie bspw. Kohlefilter, gemäß der o.a. Trinkwasserverordnung gesetzlich auf 6 Monate beschränkt ist, d.h. fallweise längere Standzeiten daher nicht zulässig sind, bezeichnet der Begriff insb. der effektiven Standzeit eine Standzeit / Nutzzeit ohne nennenswerten Abfall der Filterleistung innerhalb der herstellerseitig empfohlenen bzw. gesetzlich zulässigen Standzeit. Sprich, die Aufgabe bezieht sich darauf, einem unerwünschten Abfall eines Wirkungs-/ Trenngrades über eine gesamte Standzeit / Nutzzeit der Wasserreinigungseinheiten / Filterstufen hinweg entgegenzuwirken.
Diese vorgenannten Aufgaben werden gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durch eine Multistufen-Filterpatrone für eine kontinuierlich und/oder semikontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zur Wasseraufbereitung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durch eine die Multistufen-Filterpatrone aufweisende Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Somit können offenbarungsgemäß die vorstehend beschriebenen Nachteile aus dem Stande der Technik überwunden werden. Vorteilhafte Ausführungsformen, Weiterbildungen oder Varianten der vorliegenden Offenbarung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Dabei weist die Multistufen-Filterpatrone eine Umkehrosmose-Einheit und eine Filtrationseinheit auf. Die Filtrationseinheit weist zumindest eine mechanische Filterstufe auf. Dabei ist die Filtrationseinheit (zu) der Umkehrosmose-Einheit vorgeschaltet. Mit anderen Worten sind die Filtrationseinheit und (nachfolgend) die Umkehrosmose-Einheit reihengeschaltet / sequentiell angeordnet. Sprich, die Filtrationseinheit und (dazu stromabwärts / downstream) die Umkehrosmose-Einheit sind eingerichtet, um entlang einer Strömungsrichtung eines (Volumen-)Stroms zu reinigenden Wasser nacheinander durchströmt zu werden. Dabei steht die Filtrationseinheit mit der Umkehrosmose-Einheit über einen Filtrat- Leitungsabschnitt in Fluidverbindung.
Ferner weist die Multistufen-Filterpatrone offenbarungsgemäß eine, insbesondere einzige, Gehäusekapsel auf. Dabei sind die Umkehrosmose-Einheit und die Filtrationseinheit von der Gehäusekapsel gemeinsam gekapselt, insbesondere hermetisch und/oder steril umkapselt, umschlossen. Sprich, sowohl die Umkehrosmose-Einheit als auch die Filtrationseinheit sind in der gemeinsamen Gehäusekapsel angeordnet bzw. von dieser gekapselt umschlossen. Mit anderen Worten, sowohl die Umkehrosmose-Einheit als auch die Filtrationseinheit sind in die gemeinsame Gehäusekapsel zusammen gelegt, um nach außen hin bzw. von der Umgebung abgeschlossen bzw. (insbesondere steril) geschützt zu sein. Also bilden die Umkehrosmose- Einheit und die Filtrationseinheit zusammen / in Kombination eine integrale und nach außen gekapselte Multistufen-Einheit. Dabei weist die Gehäusekapsel eine, insbesondere einzige, Kapselanschlusseinheit auf. Die (insb. einzige) Kapselanschlusseinheit hat als Außenanschlüsse einen Rohwasser- Eingangs-Anschluss sowie einen Permeat-Ausgangs-Anschluss und einen Retentat-Ausgangs- Anschluss. Sprich, der Rohwasser-Eingangs-Anschluss, der Permeat-Ausgangs-Anschluss und der Retentat-Ausgangs-Anschluss sind (alle) in der bzw. durch die Kapselanschlusseinheit zu einer (räumlichen bzw. anlagentechnischen) Einheit, insbesondere benachbart, noch weiter bevorzugt aneinander anliegend, zusammengefasst. Der Rohwasser-Eingangs-Anschluss ist zur Wassereinleitung an die Filtrationseinheit ausgelegt und/oder eingerichtet. Der Permeat- Ausgangs-Anschluss ist zur permeatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit ausgelegt und/oder eingerichtet. Der Retentat-Ausgangs-Anschluss ist zur retentatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit ausgelegt und/oder eingerichtet.
Dabei weist der Begriff „gekapselt“ darauf hin, dass die Gehäusekapsel bzw. eine Außenwand / Wandung der Gehäusekapsel eine geschlossene (Ober-)Fläche ausbildet. Sprich, die Gehäusekapsel bzw. deren Außenwand / Wandung ist nur an einer (einzigen) Stelle, nämlich von (ausschließlich) der Kapselanschlusseinheit mit den bzw. allen Außenanschlüssen, unterbrochen bzw. durch die (einzige) Kapselanschlusseinheit (nach außen) fluidverbindbar. Insbesondere ist die Gehäusekapsel bzw. deren Außenwand / Wandung nicht durch einen Retentat-Ausgangs-Anschluss unterbrochen. Mit anderen Worten, ist in einem (unteren) Sumpfbereich der Multistufen-Filterpatrone bzw. der Gehäusekapsel kein Anschluss und/oder keine Öffnung, insbesondere kein Retentat-Ausgangs-Anschluss, gelegen
Insbesondere ist die Multistufen-Filterpatrone eingerichtet, um im montierten Zustand, insb. in eine Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung eingesetzt bzw. mit einer solchen fluidverbunden bzw. an eine solche angeschlossen, mit von dem Rohwasser-Eingangs- Anschluss zu dem Permeat-Ausgangs-Anschluss und zu dem Retentat-Ausgangs-Anschluss fließenden / geflossenen Wasser unter Ausbildung eines (gemeinsamen und/oder anschlussbezogen jeweiligen) Füllstandes befüllt zu sein. Dabei kann insbesondere die Multistufen-Filterpatrone eingerichtet sein, so dass der (jeweilige) Füllstand (des Wassers), insbesondere ein dem Retentat-Ausgangs-Anschluss zugehöriger jeweiliger Füllstand (eines Retentatstroms Wasser), im Bereich der (einzigen) Kapselanschlusseinheit und/oder in einem oberen Bereich der Multistufen-Filterpatrone und/oder oberhalb der Umkehrosmose-Einheit und der Filtrationseinheit liegt. Dabei bezeichnet die Richtungsangabe „oben“ bzw. „oberhalb“ eine gegen die schwerkraftbedingte Fließrichtung des Wassers gerichtete Richtung (im befüllten Zustand der Multistufen-Filterpatrone) und/oder eine auf eine Vertikalachse bezogene Richtung (im in der aufgestellten Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung montierten Zustand). Diese Gestaltung dient zum einen einem Schutz gegen Kontamination mit Keimen und idealerweise der Aufrechterhaltung einer Sterilität innerhalb der gekapselten Multistufen- Filterpatrone. Zum anderen erweist es sich als vorteilhaft, dass beim Wechsel / Austausch der Multistufen-Filterpatrone aus/in der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung ein Wasserverlust bzw. Auslaufen des Wassers verhindern werden kann. Idealerweise kann die Multistufen- Filterpatrone eingerichtet sein, einen Füllstand von Wasser innerhalb der Gehäusekapsel aufzuweisen bzw. beizubehalten, insb. bis (quasi, insb. bis 5 mm) unterhalb des Rohwasser- Eingangs-Anschlusses bzw. des Permeat-Ausgangs-Anschlusses bzw. Retentat-Ausgangs- Anschlusses.
Insbesondere kann, wie später beschrieben, die Kapselanschlusseinheit zur Aufnahme durch / von bzw. zum Anschluss an die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ausgelegt und/oder eingerichtet sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Multistufen-Filterpatrone besteht darin, dass diese Lösung ansonsten schwerlich technisch zu vereinbarende, nämlich gegenläufige Ziele erreicht, insb. die hohe Wasserreinigungsleistung (nach Gesichtspunkten wie Volumenstrom, Abreichungsgrad / Trenngrad, Standzeit) bei gleichzeitig kompakter, raumsparender, damit anwenderfreundlicher Bauweise. Dieser Vorteil wird maßgeblich durch die kombinierte Anordnung der Filtrationseinheit, welche zur effektiven Wasserreinigung insb. (bzw. vereinfacht) im Mikrometerbereich von abzuscheidenden Grobpartikeln dient, mit nachfolgend der Umkehrosmose-Einheit, welche zur effektiven Wasserreinigung insb. (bzw. vereinfacht) im Nanometerbereich von abzuscheidenden Feinstpartikeln dient, in der (einzigen) gemeinsamen Gehäusekapsel erreicht.
Sprich, der Raumbedarf für jeweilige / separate Wechselkartuschen, wie im Stand der Technik, entfällt. Somit kann die demgegenüber signifikant kleinere gekapselte Multistufen- Filterpatrone in eine entsprechend kleinere Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung integriert werden. Damit kann sogar in einer besonders bevorzugten Ausführungsform (die Gegenstand eines weiter unten offenbarten Unteranspruchs ist) eine Untertisch-Anlageneinheit entfallen, d.h. eine reine Auftisch-Bauweise der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung wird möglich.
Zudem reduziert sich gemäß der kompakten Baugröße sowie dem Entfallen von Bauteilen (wie bspw. einem Verteilerrohr, usw.) der Materialbedarf von Bauteilen. Letzteres hat einen positiven Einfluss durch niedrigere Herstellkosten. Auch wird dadurch die Umweltbelastung erheblich reduziert. Gleichzeitig kann offenbarungsgemäß das Prinzip aufrechterhalten werden, der Umkehrosmose-Einheit zu deren Schutz vor Verschmutzung mit in dem zu reinigenden Rohwasser suspendierten (Feststoff-)Partikeln / Schwebstoffen eine mechanische Filtrationseinheit vorzuschalten. Mit anderen Worten führt die vorgeschlagene kompakte Gestaltung der Bauweise nicht zu einer Beeinträchtigung von Leistungsgrad sowie Standzeit der zentralen Umkehrosmose-Einheit.
Ferner kann gegenüber herkömmlichen Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen auf raumgreifende Verteilerköpfe usw. zwischen den jeweiligen / separaten Wechselkartuschen sowie auf eine Vielzahl von zugehörigen jeweiligen / separaten Wechselkartuschen-Aufnahmen verzichtet werden. Dies dient nicht nur einer zusätzlichen Materialersparnis, sondern reduziert auch die Wegstrecken durchströmter Leitungsteile. Demzufolge sind die Druckverluste über die gesamte Wasserreinigung hinweg, d.h. entlang des gesamten Strömungsweges über die Filtrationseinheit und sodann die Umkehrosmose-Einheit hinweg (insb. durch Rohrreibungsverluste), gesamthaft erheblich reduziert. Dies ermöglicht besonders vorteilhaft eine kleine Auslegung einer zugehörigen Förderpumpe. Insb. werden demzufolge selbst im Falle eines hohen transmembranen Druckverlustes der Umkehrosmose-Einheit Ausführungsvarianten denkbar, in welchen auf eine optionale weitere Förderpumpe zur Kompensation dieses transmembranen Druckverlustes gänzlich verzichtet werden kann. Dies dient einer weiteren Reduktion der Bauweise der quasi um die Multistufen-Filterpatrone als Kernstück der Wasserreinigung herum zu konstruierenden Trinkwasserbereitstellungs- Vorrichtung.
Ferner wird eine Exposition dieser inneren Bestandteile mit Wasserreinigungsfunktion(en) in der Gehäusekapsel durch deren (äußere) Kapselung vermieden. Somit wird eine Kontamination vermieden, so dass eine weitestgehende Keimfreiheit, insb. Sterilität, vorteilhaft ermöglicht wird. Mit einem Handgriff ist die (steril) gekapselte Multistufen-Filterpatrone einfach und sicher zu wechseln.
Als ein noch weiterer Vorteil ist eine erhebliche Vereinfachung der logistischen Lager-, Bestell- sowie Lieferabläufe zu nennen. Insofern ist nun nur noch ein Verbrauchsmittel anstatt gleich mehrerer regelmäßig in den vorgesehenen Wartungsintervallen zu wechseln. Dies betrifft eine sowohl herstellerseitig als auch verbraucherseitig günstige Vereinfachung sonstiger Komplexität.
Die Filtrationseinheit ist als eine erste Wasserreinigungseinheit zur Filtration eingerichtet / durchströmbar. Dabei bezeichnet der Begriff der (Vor) Filtration die (verfahrenstechnische Grundoperation) mechanische Abtrennung von in dem Eingangsstrom (Roh-)Wasser dispergierten bzw. in Suspension vorliegenden bzw. enthaltenen Feststoffpartikeln zu einem (vor)gefilterten Filtratstrom Wasser.
Insbesondere kann die Filtrationseinheit bzw. die zumindest eine mechanische Filterstufe (bzw. deren Material) frei von Weichmachern und/oder organischen Lösemitteln und dergleichen gesundheitsbedenklichen Additiven sein. Damit wird eine Rekontamination des Wassers vermieden.
Die Umkehrosmose-Einheit ist als eine zweite Wasserreinigungseinheit downstream / stromabwärts von der Filtrationseinheit angeordnet / durchströmbar, um den (vor)gefilterten Filtratstrom Wasser zu separieren. Demzufolge erfolgt das Separieren bzw. ein Split bzw. eine Aufteilung in einen Teilstrom eines von (zumindest einem) gelösten Feststoff(en) weiter gereinigten Permeatstroms (Trink-)Wasser und einen zugehörigen anderen Teilstrom eines Retentatstroms (Ab-)Wasser. Sprich, in der Umkehrosmose-Einheit wird der Filtratstrom Wasser zur Abtrennung des (zumindest einen) Feststoffes in zwei Teilströme (kontinuierlich) separiert bzw. gesplittet bzw. (auf)geteilt. Infolgedessen resultiert (bzw. strömt ab) zum einen ein weiter mittels Umkehrosmose (fein)gereinigter Permeatstrom als ein Teilstrom. Dieser eine Teilstrom strömt jenseits bzw. stromab der Umkehrosmose-Einheit, insb. einer Gegendruck- Diffusions-Membran, ab, weshalb er als Permeatstrom Wasser bezeichnet wird. Zum anderen resultiert (bzw. strömt ab) ein zugehöriger entsprechender Retentatstrom als ein anderer Teilstrom. Dieser andere Teilstrom verbleibt diesseits bzw. stromauf, einer Gegendruck- Diffusions-Membran der Umkehrosmose-Einheit, weshalb er als Retentatstrom Wasser bezeichnet wird.
Bilanziell folgert also aus dem aus dem Separieren bzw. Split bzw. der Aufteilung in zwei Teilströme, dass (quasi) der Retentatstrom Wasser in dem Maße bzw. um die Menge (Masse) an dem zumindest einen abgetrennten Feststoff angereichert ist, um den der Permeatstrom mittels Diffusion durch die Umkehrosmose-Einheit, insbesondere (Gegendruck-Diffusions- )Membran, abgereichert bzw. weiter (fein)gereinigt ist. Der um den zumindest einen abgetrennten Feststoff angereicherte Retentatstrom Wasser kann insbesondere verworfen werden, bspw. zu einem Abfluss, Siphon für gebrauchtes Wasser, abgeführt oder einer anderweitigen Wassernutzung, bspw. als Brauch-/ Putzwasser, zugeführt werden.
Bspw. kann, gemäß einer Herstellerangabe zu einer bevorzugten Gegendruck-Diffusions- Membran, im (stationären) Verlauf des Umkehrosmose-Vorgangs in der Umkehrosmose-Einheit der Retentatstrom Wasser ca. zwei Drittel des vorgefilterten Stroms Wassers bemessen. Dementsprechend steht ca. ein Drittel des Wassers des vorgefilterten Stroms Wassers als Permeatstrom nach Passage der Gegendruck-Diffusions-Membran zur Verfügung. Dabei ist der Permeatstrom hochverdünnt, insofern er nun nahezu vollständig aus Wassermolekülen besteht.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Umkehrosmose-Einheit in Form eines Hohlfasermoduls ausgebildet sein. Diese Variante erhöht die Trennleistung. Alternativ zu dem Hohlfasermodul kann vorzugsweise die Umkehrosmose-Einheit in Form eines bulkweise gepackten Umkehrosmosefilters ausgebildet sein. Diese Variante senkt die Kosten und erhöht die Robustheit. Dazu offenbart Patentdokument DE 69216718 bzw. EP 0529921 ein Beispiel, insofern hierin ein halbdurchlässiges Membranmodul in Form einer spiralförmig gewundenen halbdurchlässigen Membrankartusche vorgeschlagen ist, wobei die Membrankartusche ein zentrales Permeatrohr mit einer porösen Seitenwand sowie mindestens eine längliche, im allgemeinen flache rohrförmige Membranhülle, deren Inneres ein Permeat-Durchtrittsmaterial enthält, umfasst.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Umkehrosmose-Einheit bzw. die (Gegendruck-Diffusions-)Membran (bzw. deren Material) frei von Weichmachern und/oder organischen Lösemitteln und dergleichen gesundheitsbedenklichen Additiven sein. Damit wird eine Rekontamination des Wassers vermieden.
Vorliegend wird als (Vorgang der) Osmose der gerichtete Fluss von Teilchen durch eine selektiv-permeable und/oder semi-permeable Trennschicht bzw. der Umkehrosmose-Einheit, insbesondere der (Gegendruck-Diffusions-)Membran, bezeichnet. Durch Osmose gleicht sich, im zeitlichen Verlauf, eine Konzentration des zumindest einen gelösten Feststoffes in dem Wasser (bzw. Lösemittel) durch Stofftransportvorgänge über die Membran hinweg aus. Triebkraft der spontan ablaufenden Osmose ist der Unterschied zwischen den chemischen Potentialen des (zumindest einen) gelösten Feststoffes in den durch die Umkehrosmose- Einheit, insbesondere durch (Gegendruck-Diffusions-)Membran, getrennten Phasen des Wassers. Derjenige (zumindest eine) gelöste Feststoff bzw. diejenigen Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) der Komponenten, für welche(n) die Umkehrosmose-Einheit, insbesondere die (Gegendruck-Diffusions-)Membran, durchlässig ist, diffundiert bzw. diffundieren in Richtung ihres niedrigeren chemischen Potentials.
Als (Vorgang der) Umkehrosmose wird die Umkehrung bzw. Reversion des (Vorgangs der) Osmose mittels eines, vorzugsweise von extern angelegten, (Gegen-) Drucks. Eine Phase bzw. ein (Permeatstrom-seitiges) Kompartiment an Wasser (bzw. Lösemittel), in dem die Konzentration des (zumindest einen) gelösten Feststoffs verringert bzw. abgereichert bzw. (fein)gereinigt werden soll, ist durch die selektiv-permeable und/oder semi-permeable Trennschicht bzw. durch die Umkehrosmose-Einheit, insbesondere durch die (Gegendruck- Diffusions-)Membran, von der anderen Phase bzw. dem anderen (Retentatstrom-seitigen) Kompartiment an dem Wasser (bzw. Lösemittel), in dem die Konzentration des (zumindest einen) gelösten Feststoffs erhöht bzw. angereichert werden soll, separiert bzw. getrennt. Die andere Phase bzw. das anderen (Retentatstrom-seitige) Kompartiment der zweiten Wasserreinigungseinheit wird einem (Gegen-)Druck bzw. Umkehrosmose-Druck ausgesetzt, der höher sein muss als derjenige Osmose-Druck, der durch das treibende Potential (des Vorgangs) der Osmose zum Konzentrationsausgleich auf natürliche Weise bzw. physikalisch entsteht. Mit anderen Worten, tritt der Stofftransportvorgang bzw. die Diffusion über die Umkehrosmose-Einheit, insbesondere die (Gegendruck-Diffusions-)Membran, hinweg bei Vorliegen eines den natürlichen bzw. physikalischen Osmose-Druck übersteigenden (Mindest-) Gegendruckes ein.
Dadurch können die Wassermoleküle (die Moleküle des Lösemittels) gegen ihre „natürliche“ osmotische Ausbreitungsrichtung bzw. Diffusionsrichtung wandern bzw. (trans- membran) diffundieren. Sprich, der (Vorgang der) Umkehrosmose drückt die Wassermoleküle in die eine Phase bzw. das eine (Permeatstrom-seitige) Kompartiment, in dem der (zumindest eine) gelöste Feststoff bzw. die Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) weniger konzentriert vorliegen soll(en). Demzufolge findet in der einen Phase bzw. dem einen (Permeatstromseitigen) Kompartiment ein Verdünnungseffekt statt, welcher eine (Permeatstrom-seitige) Erhöhung des Reinheitsgrades des Wassers (bzw. Lösemittels) bewirkt.
Insbesondere, alternativ oder kumulativ, kann die Umkehrosmose-Einheit bzw. die (Gegendruck-Diffusions-) Membran eine Atomgittergröße entsprechend der Grösse des Wassermoleküls bzw. von ca. 0,275 Nanometern aufweisen. Dies bewirkt vorteilhaft, dass alle Moleküle des (zumindest einen) gelösten Feststoffs, die eine größere Ausdehnung als ein Wassermolekül haben, (nahezu) vollständig zurückgehalten werden können. Weiter bevorzugt kann die Umkehrosmose-Einheit dimensioniert / ausgelegt bzw. eingerichtet sein, so dass in der Umkehrosmose-Einheit (fein)gereinigtes Wasser, d.h. der Permeatstrom, eine wässrige Konzentration von gelösten Feststoffen nicht mehr als 20 ppm des (zumindest einen) Feststoffes, insbesondere nicht mehr als 8-10 ppm [d.h. 8-10 Fremdmoleküle des (zumindest einen) Feststoffes auf 1 Million Wassermoleküle], aufweist.
Dabei gibt die wässrige Konzentration von gelösten Feststoffen in dem Permeatstrom Wasser die Summe bzw. die Gesamtheit der in dem Wasser (wässrig bzw. hydrophil) gelösten Vielzahl an (zumindest einem) Feststoff(en) an. Insbesondere umfasst der Begriff des Feststoffes ein Salz, einen Mineralstoff (mitunter als „Mineral“ bezeichnet) und/oder ein Metall. Insofern kann die wässrige Konzentration als (sogenannter) TDS-Wert angegeben bzw. gemessen bzw. bestimmt bzw. vorgegeben werden. Dabei steht das Akronym TDS-Wert für englisch “Total Dissolved Solids”.
Vorliegend umfasst der Begriff des (zumindest einen) gelöste(n) Feststoff(s) im Wasser, insbesondere Leitungswasser bzw. Trinkwasser, alle hinsichtlich der Reinheit des Wassers relevanten Stoffe, insbesondere Spuren bzw. Rückstände davon. Demzufolge umfasst ein offenbarungsgemäß aus dem Wasser zu reinigender bzw. entfernter bzw. separierter bzw. abgetrennter Feststoff insbesondere: einen aufgrund eines anthropogenen Eintrages in die Umwelt bzw. in den Wasserkreislauf vorliegenden Feststoff, bspw. ein Medikament und/oder ein Pharmazeutikum, wie ein Antibiotikum und/oder ein Hormon; und/oder einen Agrarstoff, bspw. ein Düngemittel, ein Pestizid, ein Insektizid, etc.; und/oder ein (Mikro)-Plastik-Partikel; und/oder eine aus einer Verbringung wie einer Deponie immobilisierte Substanz, wie ein Schwermetailion und/oder radioaktives Ion. Weiterhin umfasst der Feststoff einen am Verbrauchsort aus einer Trinkwasser-Installation wie einer Rohrleitung stammenden Rückstand bzw. Inhaltsstoff aller Art, bspw. ein Kupferion und dergleichen, und/oder einen am Verbrauchsort aus einem Plastikschlauch bzw. -Tank wässrig bzw. hydrophil (aus)gelösten Plastikpartikel, ein Monomer und/oder einen Weichmacher. Noch weiter umfasst der Feststoff einen gesundheitsabträglichen Inhaltsstoff biologischen Ursprungs, insbesondere einen pathogenen Keim, bspw. ein Bakterium wie (eine) Legionelle(n) und/oder ein einem multiresistenten Stamm zuzuordnendes Bakterium, ein Virus, eine Schimmelspore bzw. Schimmelart, ein Prion, ein DNA-Fragment oder dergleichen. Sinngemäß umfasst der Feststoff auch ein (molekulares) Fragment und/oder Abbauprodukt oder sonstige Abwandlung der für den Feststoff vorgenannten Beispiele bzw. Ausführungsformen. Die vorstehende Liste ist also nicht abschließend aufzufassen.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise können die Umkehrosmose-Einheit und die Filtrationseinheit zueinander beabstandet in der Gehäusekapsel angeordnet sein, um ein Filtrat- Lumen in dem Filtrat-Leitungsabschnitt auszubilden. Dieses Gestaltungsmerkmal dient einer verfahrenstechnischen bzw. bilanziellen Entkopplung zum einen der Filtrationseinheit sowie zum anderen der Umkehrosmose-Einheit, d.h. es werden die verfahrenstechnische Freiheitsgrade erhöht. Ferner ergeben sich herstellungstechnische Vorteile hinsichtlich der Montage zum einen der Filtrationseinheit sowie zum anderen der Umkehrosmose-Einheit.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann der Rohwasser-Eingangs-Anschluss über einen Rohwasser-Leitungsabschnitt in der Gehäusekapsel mit einer Rohwasser-Eintrittsseite der Filtrationseinheit fluidverbunden sein. Der Rohwasser-Eingangs-Anschluss ist ausgelegt bzw. eingerichtet, einen Eingangsstrom (Roh-)Wasser in die Gehäusekapsel an die Filtrationseinheit einzuleiten. Der Rohwasser-Leitungsabschnitt ist ausgelegt bzw. eingerichtet, den eingeleiteten Eingangsstrom zu der Rohwasser-Eintrittsseite der Filtrationseinheit (bzw. in diese hinein) zu leiten. Dies erhöht vorteilhaft Freiheitsgrade hinsichtlich einer bedarfsgerechten verfahrenstechnischen Auslegung, der konkreten Konstruktion sowie der fertigungstechnischen Montage.
Dabei steht die Filtrationseinheit mit der Umkehrosmose-Einheit über einen Filtrat- Leitungsabschnitt in Fluidverbindung.
Dabei entspricht grundsätzlich der von der Filtrationseinheit bzw. über den Filtrat- Leitungsabschnitt in die Umkehrosmose-Einheit (bei deren Betrieb) eintretende (Gesamt)Strom, d.h. der Filtratstrom Wasser, bilanziell der Summe von beiden aus der Umkehrosmose-Einheit austretenden (Teil)Strömen, d.h. der Summe eines Permeatstroms (Trink-) Wasser (d.h. eines Nutzstroms gereinigten Trinkwassers) und eines Retentatstroms Wasser.
Der Fachmann versteht, dass, insb. bei Zugrundelegung der Kontinuitätsgleichung (für eine inkompressible Strömung im Falle des Wassers) sowie anderer hydrodynamischer Grundgleichungen, alle durchströmten Leitungsabschnitte sowie alle passierten Filterflächen- /volumina hinsichtlich ihrer konkreten Dimensionierung / Auslegung (insb. hinsichtlich jeweilig durchströmter Querschnittsflächen), insb. jeweilig zueinander, in einem jeweiligen bilanziellen bzw. funktionalen Zusammenhang stehen. Insbesondere in einem optionalen Fall, in welchem ein jeweiliger Leitungsabschnitt, insb. der Filtrat-Leitungsabschnitt, entlang eines Strömungsweges eine (stetige oder sprunghafte) Querschnittsänderung erfährt, ist das Vorgesagte zu berücksichtigen.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann der Permeat-Ausgangs-Anschluss über einen Permeat-Leitungsabschnitt in der Gehäusekapsel mit einer Permeat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit fluidverbunden sein. Insbesondere kann der Permeat-Ausgangs- Anschluss über den Permeat-Leitungsabschnitt mit einem inneren Umkehrosmose-Permeatrohr der Umkehrosmose-Einheit fluidverbunden sein. Der Permeat-Ausgangs-Anschluss ist ausgelegt bzw. eingerichtet, den (im Betrieb) aus der Umkehrosmose-Einheit austretenden Permeatstrom (Trink-)Wasser aus der Gehäusekapsel auszuleiten / herauszuführen. Der Permeat-Leitungsabschnitt bzw. das Umkehrosmose-Permeatrohr ist ausgelegt bzw. eingerichtet, den Permeatstrom (Trink-) Wasser von der Permeat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit zu dem Permeat-Ausgangs-Anschluss zu leiten bzw. über den Permeat-Ausgangs-Anschluss aus der Gehäusekapsel abzuleiten. Dies erhöht vorteilhaft Freiheitsgrade hinsichtlich einer bedarfsgerechten verfahrenstechnischen Auslegung, der konkreten Konstruktion sowie der fertigungstechnischen Montage.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann der Retentat-Ausgangs-Anschluss über einen Retentat-Leitungsabschnitt in der Gehäusekapsel mit einer Retentat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit fluidverbunden sein. Der Retentat-Ausgangs-Anschluss ist ausgelegt bzw. eingerichtet, den (im Betrieb) aus der Umkehrosmose-Einheit austretenden Retentatstrom (Ab-)Wasser aus der Gehäusekapsel auszuleiten / herauszuführen. Der Retentat- Leitungsabschnitt ist ausgelegt bzw. eingerichtet, den Retentatstrom (Ab-)Wasser von der Retentat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit zu dem Retentat-Ausgangs-Anschluss zu leiten bzw. über den Retentat-Ausgangs-Anschluss aus der Gehäusekapsel abzuleiten. Dies erhöht vorteilhaft Freiheitsgrade hinsichtlich einer bedarfsgerechten verfahrenstechnischen Auslegung, der konkreten Konstruktion sowie der fertigungstechnischen Montage.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Filtrationseinheit eine Vielzahl reihengeschalteter mechanischer Filterstufen aufweisen. Sprich, die Filtrationseinheit als eine erste Wasserreinigungseinheit zur mechanischen Abtrennung / (Vor)Filtration von in dem Eingangsstrom (Roh-)Wasser dispergierten bzw. in Suspension vorliegenden bzw. enthaltenen Feststoffpartikeln zu einem mechanisch (vor)gefilterten Filtratstrom Wasser, kann grundsätzlich in mehrere geeignete (Durchfluss-) Filterstufen unterteilt sein. Dabei ist es denkbar, dass die mehreren Filterstufen jeweilig als ein Oberflächenfilter oder als ein Tiefenfilter oder als ein Kuchenfilter ausgebildet sind. Beispielsweise kann eine Kombination eines Oberflächenfilters zur Vorabscheidung / zum Aussieben größerer Partikeln mit (nachgeschaltet) einem (durchströmten) Tiefenfilter zur weiteren Abscheidung verbliebener Partikeln bevorzugt sein. Auch kann es bevorzugt sein, dass die mehreren Filterstufen jeweilig auf Basis von unterschiedlichen (grenzflächen)physikalischen und/oder kolloidalchemischen und/oder chromatographischen Separationsprinzipien, wie beispielsweise Absorptions- und lonenaustauschmechanismen, ausgebildet sind. Dies erhöht das Spektrum bzw. die Breitenabdeckung an ausfilterbaren Stoffen bzw. Partikeln, insb. Toxinen, sowie von Kombinationen dieser. Ferner kann auf individuelle Typen von Rohwasser (bspw. kalkhaltiges, gechlortes, usw. Stadtwasser, Regenwasser, in der freien Natur verfügbares Wasser, usw.) eine maßgeschneiderte Filterstufenzusammensetzung getroffen bzw. vorgesehen werden.
Zum Beispiel kann ein Elektroadsorptions-Filter eine (alternativ oder kumulativ) bevorzugte Ausführungsform für ein (grenzflächen)physikalisches Separationsprinzip bzw. für die zumindest eine mechanische Filterstufe sein. Dabei umfasst das Elektroadsorptions-Filter ein elektroaktives Filtermaterial. Das ist das elektroaktive Filtermaterial stark positiv geladen und dadurch eingerichtet, um negativ geladene Teilchen, wie bspw. Bakterien und Protozoen, zu binden und aus dem zu reinigenden / filtrierenden (Roh-)Wasser zu entfernen. Da die meisten krankheitserregenden Erreger im Wasser aufgrund ihrer Zellwandstruktur negativ geladen sind, ergeben sich (additive) Vorteile für das Elektroadsorptions-Filter hinsichtlich der effektiven Abscheidung pathogener Keime.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Filtrationseinheit zumindest eine erste mechanische Filterstufe aufweisen. Dabei ist die (optionale) zumindest eine erste mechanische Filterstufe als ein zur mechanischen Abtrennung von Sedimentpartikeln aus dem Rohwasser eingerichtetes Sediment-Vorfilter ausgebildet. Insb. kann dabei das Sediment-Vorfilter in Form eines Vliesbetts, Faserbetts und/oder Schüttungsbetts ausgebildet sein. Dabei dient das (bzw. der) Sediment-Vorfilter insbesondere zur (Ab) Filterung von sichtbaren und/oder in Schwebe (thermodynamisch) suspendiert vorliegenden Feststoffen, welche insbesondere in einer Größenordnung von (Zehntel) Millimetern vorliegen. Insbesondere kann das Sediment-Vorfilter einen Trennschnitt bei ca. 5 Mikrometern, vorzugsweise bei ca. 2 Mikrometern, insb. bei ca. 1 Mikrometern, aufweisen bzw. filtrationstechnisch bewirken. Dies dient der Erhöhung von technischen Anforderungen wie Filterleistung / Trenngrad und Standzeit, insbesondere der somit vor Verblockung geschützten Umkehrosmose-Einheit.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Filtrationseinheit zumindest eine zweite mechanische Filterstufe aufweisen. Dabei ist die (optionale) zumindest eine zweite mechanische Filterstufe der ersten mechanischen Filterstufe nachgeschaltet bzw. entlang der Strömungsrichtung stromabwärts / downstream angeordnet. Insb. kann die zumindest eine zweite mechanische Filterstufe granulatförmig bzw. als ein Granulat / Partikelagglomerat und/oder blockförmig bzw. als ein Blockfilter ausgebildet sein. Insb. kann die zumindest eine zweite mechanische Filterstufe als ein Carbon-Tiefenfilter bzw. Aktivkohle-Tiefenfilter ausgebildet sein. Dabei bezeichnet der Begriff (Aktivkohle-) Blockfilter eine mittels eines Bindemittels verdichtete, insb. pressverdichtete, (Aktivkohle-) Filterpartikelzusammensetzung. Vorzugsweise liegt ein Leistungsgrad des Aktivkohlefilters bei einer (Ab)Filterung zu ca. 80% von dispergierten Feststoffpartikeln. Das Carbon-Tiefenfilter bzw. Aktivkohle-Tiefenfilter dient insbesondere zur (Ab)Filterung von mikrobiologischen Stoffen bzw. Lebendstoffen, insb. Bakterien und Viren, welche insbesondere in einer Größenordnung von Mikrometern vorliegen. Auch olfaktorische Komponenten wie unangenehm riechende hydrophobe Substanzen bzw. Spuren können auf diese Weise effektiv abgetrennt werden. Insbesondere vorteilhaft an Aktivkohle ist deren gesundheitsneutrale, d.h. physiologisch unschädliche bzw. sogar positive, gut verträgliche, Materialeigenschaft. Insbesondere kann die zweite mechanische Filterstufe an der ersten mechanischen Filterstufe anliegen; d.h. eine Strömungsaustrittsfläche der ersten mechanischen Filterstufe steht unmittelbar mit einer Strömungseintrittsfläche der zweiten mechanischen Filterstufe in Kontakt. Im Falle einer Vielzahl der ersten bzw. zweiten Filterstufe können jeweilige Paare aus zwei benachbarten bzw. nachfolgenden Filterstufen, wahlweise bevorzugt, beabstandet oder anliegend angordnet sein. Insbesondere kann die Filtrationseinheit mehrlagig ausgebildet sein, um die mehreren Filterstufen zu umfassen. Daraus ergeben sich herstellungstechnische Vorteile.
Weiter bevorzugt kann die erste Filterstufe als das Sediment-Vorfilter (vorzugsweise mit einem Trennschnitt bei ca. 5 Mikrometern, insb. bei ca. 1 Mikrometern) und die zweite Filterstufe als das Aktivkohle-Tiefenfilter, insb. als das Aktivkohle-Blockfilter, ausgeführt sein. Dadurch wird ein mögliches Optimum hinsichtlich einerseits hohem Reinigungsgrad sowie andererseits langer Standzeit bereitgestellt. Insbesondere kann die Aktivkohle optional natürlichen Ursprungs sein betreffen. Bspw. eine aus Kokosnusschalen gebackene Aktivkohle weist eine im Vergleich zu einer Standardaktivkohle viel größere innere Porenoberfläche und Anzahl an Aktivzentren auf. Dadurch wird eine ca. 25% Steigerung der Ergiebigkeit bzw. Filterleistung / Trenngrad erreicht, was zu einer weiteren Verbesserung der Wasserreinigung führt.
Dabei kann optional die Filtrationseinheit und/oder die zumindest eine erste mechanische Filterstufe und/oder die zumindest eine erste mechanische Filterstufe und/oder die Umkehrosmose-Einheit, jeweilig oder in zusammengefassten Stufen, von einem Käfig(gitter) und/oder von einer gelöcherten (z.B. gereckten, lasergelöcherten, usw.) bzw. permeablen Haltefolie, (z.B. gewebten, gewirkten, usw.) Schicht, usw., zumindest teilweise, außen umgeben bzw. eingefasst sein. Bspw. kann der äußere Käfig, usw. aus einem Thermoplasten gefertigt sein. Beispielsweise im Falle einer bevorzugten Ausführungsform für das Sediment-Vorfilter, aber nicht limitiert darauf, kann der äußere Käfig, usw. dazu dienen, besagtes Vliesbett, Faserbett bzw. Schüttungsbett zusammenzuhalten. Dies dient einer erhöhten Formstabilität sowohl bei der Herstellungsmontage der Multistufen-Filterpatrone als auch im durchströmten Filtrationsbetrieb.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann eine bevorzugte Ausführungsform einer (im Wesentlichen) zylindrischen, insbesondere konzentrischen, Anordnung in der Multistufen- Filterpatrone vorliegen. Dabei bilden vorzugsweise die, insbesondere innere, Umkehrosmose- Einheit und die, insbesondere äußere, Filtrationseinheit die zylindrische, insbesondere konzentrische, Anordnung in einem gemeinsamen äußeren, (im Wesentlichen) zylindrischen Kapselkörper der Gehäusekapsel aus. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch solche optionalen Merkmale, welche ohne direkten Bezug auf diese spezifisch bevorzugte Ausführungsform der zylindrischen Anordnung offenbart sind, mit dieser optional kombinierbar sind und vice versa, insoweit keine technischen Widersprüche auftreten. Die zylindrische, insbesondere konzentrische, Anordnung ermöglicht eine besonders formstabile, platzsparende / kompakte Bauweise. Insb. ergeben sich Vorteile zum einen hinsichtlich der Anordnung eigentlichen Filtermaterialien, zum anderen hinsichtlich der Anordnung der wasserführenden Leitungsabschnitte, was zu berücksichtigende strömungsdynamische Druckverhältnisse, benötigte Größen(relationen) von Filterflächen, usw. betrifft. Ferner ergeben sich herstellungstechnische Vorteile hinsichtlich der Montage der Anordnung zu der fertigen Gehäusekapsel. Zudem wird eine (optionale) zentral positionierte Anbindung der Kapselanschlusseinheit unterstützt.
Bei der besagten bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen- Filterpatrone können, kumulativ oder alternativ vorzugsweise, eine zylindrische Umkehrosmose- Außenumfangsfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit und eine zylindrische Filtrations- Innenumfangsfläche der äußeren Filtrationseinheit zueinander beabstandet das Filtrat-Lumen in dem Filtrat-Leitungsabschnitt ausbilden. Dieses Gestaltungsmerkmal dient einer verfahrenstechnischen bzw. bilanziellen Entkopplung zum einen der Filtrationseinheit sowie zum anderen der Umkehrosmose-Einheit, d.h. es werden die verfahrenstechnische Freiheitsgrade erhöht. Ferner ergeben sich herstellungstechnische Vorteile hinsichtlich der Montage zum einen der Filtrationseinheit sowie zum anderen der Umkehrosmose-Einheit.
Bei der besagten bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen- Filterpatrone kann, kumulativ oder alternativ vorzugsweise, der Filtrat-Leitungsabschnitt in einem dem Filtrat-Lumen in Strömungsrichtung nachfolgenden Teilabschnitt (derart) umgelenkt sein, um in eine, der Kapsel-Anschlusseinheit gegenüberliegende, Umkehrosmose- Eintrittsstirnfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit einzumünden. Insbesondere kann dabei die Umlenkung einen U-Turn (d.h. um 180 Winkelgrad) betreffen. Auch dies dient einer verfahrenstechnischen bzw. bilanziellen Entkopplung zum einen der Filtrationseinheit sowie zum anderen der Umkehrosmose-Einheit. Ferner wird die Anströmung der Umkehrosmose- Eintrittsstirnfläche durch den Filtratstrom Wasser optimiert.
Bei der besagten bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen- Filterpatrone kann, kumulativ oder alternativ vorzugsweise, eine zylindrische Umkehrosmose- Innenumfangsfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit ein mittiges Permeatrohr ausbilden. Insbesondere kann dabei das Permeatrohr einen in Strömungsrichtung anfänglichen Teilabschnitt des Permeat-Leitungsabschnittes auszubilden. Diese Überleitung vermeidet unnötige Schnittstellen und ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung / Bauweise.
Bei der besagten bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen- Filterpatrone kann, kumulativ oder alternativ vorzugsweise, eine, der Umkehrosmose- Eintrittsstirnfläche gegenüberliegende, retentatseitige Umkehrosmose-Austrittsstirnfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit in den Retentat-Leitungsabschnitt ausmünden. Dies dient einer besonders kompakten Anordnung / Bauweise.
Bei der besagten bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen- Filterpatrone können, kumulativ oder alternativ vorzugsweise, eine zylindrische Filtrations- Außenumfangsfläche der äußeren Filtrationseinheit und eine zylindrische Kapselkörper- Innenumfangsfläche des Kapselkörpers zueinander beabstandet einen ringspaltförmigen, in Strömungsrichtung letzten Teilabschnitt des Rohwasser-Leitungsabschnittes ausbilden. Insbesondere kann dabei der letzte Teilabschnitt des Rohwasser-Leitungsabschnittes eingerichtet sein, um im Betrieb eine tangentiale Anströmung (d.h. sogenannter Cross-Flow / Kreuzstrom) entlang der zylindrischen Filtrations-Außenumfangsfläche, d.h. in einer Longitudinalrichtung (bzw. parallel zu einer zylindrischen Axialachse), auszubilden. Bei einer Cross-Flow-Fahrweise ist vorteilhaft der negative Effekt eines möglichen Aufbaus eines sogenannten Filterkuchens minimiert, so dass der Wirkungsgrad der Filtration optimiert ist. Dies verbessert insb. die Standzeit der Filtrationseinheit.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Kapselanschlusseinheit als ein bzw. mit einem Schnellwechsel-Fitting, wie einem Gewinde-Verschluss, einem Bajonett-Verschluss oder dergleichen, eingerichtet sein. Dies dient einer unkomplizierten, schnellen, gleichzeitig (bspw. aufgrund von Rastmechanismen) dichtungssicheren Wechselbarkeit der Multistufen- Filterpatrone als Verbrauchsmittel gemäß den herstellerseitig vorgesehenen Wechselintervallen. Insb. kann damit auch ein nicht technisch geschulter bzw. sonderlich versierter Verbraucher selber auf einfache Weise eine neue Multistufen-Filterpatrone gegen eine (auf)gebrauchte einwechseln.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Gehäusekapsel, insbesondere der Kapselkörper, im Wesentlichen aus einem, insbesondere thermoplastischen und/oder antibakteriell bzw. antibiotisch, ausgerüsteten, Kunststoff bestehen. Bspw. kann dazu eine (Nano-)Silber-Ausrüstung, insb. -Beschichtung und/oder -Compoundierung, vorgesehen sein. Dies bewirkt den Vorteil von, im Vergleich zu (weiterhin denkbaren) kostenintensiven Edelstahlausführungen, attraktiven Herstellungskosten und gleichzeitiger Abtötung von pathogenen Erregern auf Oberflächen und/oder in den Wasserströmen. Insbesondere kann der Kunststoff, insb. Thermoplast, frei von Weichmachern und/oder organischen Lösemitteln und dergleichen gesundheitsbedenklichen Additiven sein. Damit wird eine unerwünschte Rekontamination des Wassers vorteilhaft vermieden.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Multistufen-Filterpatrone, insbesondere stückweise /jeweilig, in einer sterilen Umverpackung (um)verpackt sein bzw. vorliegen. Infolgedessen wird vorteilhaft einer Verkeimung im Vorfeld der Verwendung entgegengewirkt. Dies sichert insb. gegen das Risiko der Entwicklung von resistenten Bakterienstämmen bereits während einer Lagerzeit vorab der eigentlichen Verwendung durch den Verbraucher. Dabei erleichtert die kompakte Bauweise von zumindest zwei oder mehreren Wasserreinigungseinheiten / Komponenten zusammengefasst in einer umzuverpackenden Gehäusekapsel das herstellerseitige Umverpacken zu einem sterilen Produkt.
Gemäß dem vorgenannten zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zur kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbaren Trinkwasseraufbereitung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen, welche die Multistufen-Filterpatrone gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung aufweist, vorgeschlagen. Dabei hat die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung weiter eine Vorrichtungsanschlusseinheit, eine Förderpumpe, einen Vorlagebehälter bzw. Trinkwassertank sowie eine Trinkwasserausgabeeinheit wie z.B. eine Armatur, einen Wasserhahn, usw. Dabei ist die Vorrichtungsanschlusseinheit passend auf die Kapselanschlusseinheit der Gehäusekapsel ausgebildet und eingerichtet.
Insbesondere kann dabei die Vorrichtungsanschlusseinheit einen ersten Vorrichtungsanschluss, einen zweiten Vorrichtungsanschluss und/oder einen dritten Vorrichtungsanschluss aufweisen. Dabei ist vorzugsweise der erste Vorrichtungsanschluss passend auf den Rohwasser-Eingangs-Anschluss zur Wassereinleitung an die Filtrationseinheit eingerichtet. Dabei ist vorzugsweise der zweite Vorrichtungsanschluss passend auf den Permeat-Ausgangs-Anschluss zur permeatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose- Einheit eingerichtet. Dabei ist vorzugsweise der dritte Vorrichtungsanschluss passend auf den Retentat-Ausgangs-Anschluss zur retentatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose- Einheit eingerichtet.
Dabei ist die Förderpumpe zum Aufbau eines für die bzw. in der Umkehrosmose-Einheit benötigten Förderdruckes oberhalb des natürlichen Osmose-Druckes (für Trinkwasser bei ca. 2 bar), insb. zwischen 3 und 30 bar, zur Aktivierung der Umkehrosmose-Einheit ausgelegt und eingerichtet. Eine solche Auslegung dient der stetigen, störungsfreien Zuverlässigkeit des (insb. automatischen) Wasserreinigungsbetriebs, wodurch nicht zuletzt den Bedürfnissen auch nichttechnischer Verbraucher entsprochen wird. Beispielsweise, kumulativ oder alternativ, kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung bzw. die Multistufen-Filterpatrone, insbesondere die Umkehrosmose-Einheit, für einen Wasserzulauf von Rohwasser / Stadtwasser / Leitungswasser aus dem Leitungsnetz zu einem Förderdruck bzw. Fließdruck von ca. 4 bis 8 bar, insbesondere bei einem Eingangsstrom bzw. Filtratstrom von bis ca. 20 Litern pro Stunde bzw. ca. 127 GPD (engl. für „gallons per day“) ausgelegt bzw. eingerichtet sein.
Dabei ist der Vorlagebehälter zur permeatseitigen Bereitstellung von gereinigtem Trinkwasser über ein Leitungsstück mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss fluidverbunden bzw. fluidverbindbar.
Für den zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend denjenigen, welche zuvor in Verbindung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ausgeführt worden sind, sowie ggf. vice versa. Im Sinne einer Vermeidung von Wiederholungen wird weiter auf die zuvor getroffenen Begriffsdefinitionen verwiesen.
Insbesondere ergeben sich bei der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung mit der offenbarungsgemäßen Multistufen-Filterpatrone synergistische Vorteile. Insofern ermöglicht letztere erst eine besonders kleine Bauweise der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung. Sprich, ohne die offenbarungsgemäß weitestgehend kompakte bzw. signifikant verkleinernde Bauweise der Multistufen-Filterpatrone wäre auch eine gewünscht kompakte Bauweise der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung erst gar nicht darstellbar (bzw. nicht unter sinnvoller Beibehaltung einer für einen typischen Verbraucher-/Haushaltsbedarf angemessen hohen Wasserreinigungsleistung). Mit anderen Worten, kann die Trinkwasserbereitstellungs- Vorrichtung um die kompakte Multistufen-Filterpatrone auf allerkleinstem Raum ,herumgebaut‘ werden. Zusätzlich werden dadurch innovative .schlanke' technische Designs der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung ermöglicht, ohne deren technische Hauptfunktion, nämlich die der Wasserreinigung, zu kompromittieren.
Insofern die vorliegend offenbarte Multistufen-Filterpatrone auf die Verwendung in der kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbaren Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung ausgelegt bzw. dazu eingerichtet ist, ist damit gemeint, dass letztere im Wesentlichen bzw. hauptsächlich nicht batchweise bzw. pro einem einzelnen Batch betreibbar ist bzw. zu betreiben ist. Insbesondere bezieht sich der Begriff „kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich“ auf den Umstand, dass buchstäblich Wasser gereinigt wird, so wie es für einen Verbraucher aus der Leitung fließt. Dabei ist es für die Funktionsweise der offenbarungsgemäßen Multistufen- Filterpatrone bzw. Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung unerheblich, wenn der kontinuierliche Betrieb temporär unterbrochen bzw. abgeschaltet bzw. ausgesetzt werden kann bzw. wird. Insofern wird dies durch den Begriff „semi-kontinuierlich“ auch zum Ausdruck gebracht. Die Verwendungseignung impliziert für den Fachmann auch, dass die Multistufen-Filterpatrone für Anfahreffekte bspw. hinsichtlich eines (Strömungs-)Druckes, insb. von spontanen Druckanstiegen, ausgelegt ist, insbesondere hinsichtlich der Filtrationseinheit wie auch der Umkehrosmose-Einheit, ausreichend formstabil ausgeführt ist. Diese Merkmale vermindern die Betriebsstörungsanfälligkeit und tragen zu einer Robustheit bzw. Wartungsfreiheit außerhalb der vorgesehenen / herstellerseitig empfohlenen Filterwechselintervalle bei.
Vorzugsweise hat die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung einen Speiseleitungs- Anschluss für eine Einspeisung von Roh- / Stadtwasser, insb. eingerichtet für einen Hausanschluss bzw. eine Trinkwasserzuleitung beispielsweise für eine jeweilige Wohnpartei. Jedoch kann der Speiseleitungs-Anschluss, insbesondere im Falle von mobil eingesetzten Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtungen, wie beispielsweise im Falle von mobil eingesetzten Kantinen bzw. Kleinküchen, vorzugsweise an Bord eines Campingwagens, eines Flugzeugs und/oder eines Schiffes, auch eine Fluidverbindung zu einem größeren Vorratstank Wasser herstellen.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise können wasserführende Bauteile der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung, wie insbesondere das Leitungsstück und/oder der Vorlagebehälter bzw. Trinkwassertank, aus und/oder mit Oberflächen (ausschließlich) aus Edelstahl in Kontakt ausgebildet sein. Damit werden vorteilhaft etwaige Neukontaminationen, insbesondere von Plastikabrieb und/oder Fouling, insbesondere von biologischem Mikro- Fouling durch eine Bakterienansiedlung und/oder eine Algenansiedlung, von vorneherein vermieden. Insofern sei hier angemerkt, dass im Vergleich zu der offenbarungsgemäßen Multistufen-Filterpatrone in einer bevorzugten Kunststoffausführung (jedoch nicht limitierend) eine andere Abwägung technischer Nutzen unter dem Gesichtspunkt eines Verbrauchsmittels / eines Wechselteils zu treffen sein kann.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann zumindest ein Dichtmaterial wie bspw. ein O-Ring, vorzugsweise alle Dichtmaterialien, insoweit sie mit Wasser in Kontakt stehen, aus einem gegenüber Wasser inerten, insbesondere Langzeit-inerten und/oder nicht-Wasser- quellenden, Material bestehen. Dies verbessert die Dichtfunktion sowie die Standzeit der Dichtung(en). Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung, insb. das Leitungsstück, und/oder die Multistufen-Filterpatrone, insb. der Permeat- Leitungsabschnitt, ein der Umkehrosmoseeinheit nachgeschaltetes Nachfilter aufweisen. Dies kann vorteilhaft einer weiteren, insb. geschmacklichen, Neutralisation bzw. Trinkwasseraufbereitung dienen. Insbesondere können auf diese Weise etwaige, über den hochsensitiven Geruchssinn eines Verbrauchers ggf. noch wahrnehmbare, spezifische olfaktorische Spuren gänzlich eliminiert werden. Somit wird das Trinkwasser besonders zuverlässig als frisch wahrgenommen.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung eine Betriebs-Steuerungsvorrichtung mit einer (interaktiven) Mensch-Maschine-Schnittstelle, insb. mit einer Menuführung usw., aufweisen. Dies dient vorteilhaft einer konvenienten Bedienung durch einen Anwender bzw. den Verbraucher sowie einer für diesen transparent gemachten Wasserrreinigung.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung eine Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung mit einer Steuereinheit und zumindest einem zur Bestimmung einer wässrigen Konzentration von gelösten Feststoffen eingerichteten Bestimmungsmittel, wie einem Leitfähigkeitssensor aufweisen. Insbesondere kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung die Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung gemäß der im einleitenden Teil diskutierten und durch Verweis in die vorliegende Offenbarung ausdrücklich einbezogenen deutschen Patentanmeldung DE 102020 128968 der vorliegenden Anmelderin aufweisen. Dabei hat die Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung stromab des zweiten Vorrichtungsanschlusses ein Mittel zum Durchströmen mit dem von der Umkehrosmose-Einheit ausgeleiteten Permeatstrom Wasser, insbesondere das Leitungsstück, welches ein erstes zur Bestimmung einer ersten wässrigen Konzentration von gelösten Feststoffen eingerichtetes Bestimmungsmittel, insbesondere einen ersten Leitfähigkeitssensor, aufweist. Dabei ist die Steuereinheit dazu eingerichtet: zu überprüfen, ob ein vorbestimmter, insbesondere konstanter, erster Soll-Wert für die erste wässrige Konzentration von gelösten Feststoffen in dem Permeatstrom Wasser erreicht, insbesondere unterschritten, wird, und im demgemäß negativen Falle, welcher auf einer Überschreitung des ersten Soll-Wertes durch die überprüfte erste wässrige Konzentration von gelösten Feststoffen basiert, den Permeatstrom Wasser zu verwerfen. Dabei kann die Steuereinheit zum Verwerfen insbesondere eingerichtet sein, den Permeatstrom Wasser aus der Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung auszuleiten. Gemäß oben genannter DE 10 2020 128968 wird vorteilhaft einem einzelnen Verbraucher wie einem Haushalt und/oder einem Gastronomiebetrieb eine Trinkwasser- Bereitstellungsvorrichtung, insb. als ein Haushaltsgerät, zur Verfügung gestellt, welche(s) das (Trink-) Wasser nicht nur vollständig reinigt, sondern das gereinigte Wasser nach den sequentiell geschalteten Reinigungsstufen bzw. Filtervorgängen erneut auf seine Qualität bzw. einen geeigneten bzw. gewünschten, d.h. vorbestimmten, Reinheitsgrad hin automatisch überprüft. D.h., nur in dem anderen Falle einer Bestimmung eines Unterschreitens bzw. Einhaltens des vorbestimmten Reinheitsgrades durch die Steuerung wird der Permeatstrom Wasser an einen Verbraucher freigegeben. Dies bewirkt den Vorteil, dass der Verbraucher nur verifiziert , insbesondere spurenfrei, reines Trinkwasser aus der darin offenbarten Trinkwasser- Bereitstellungsvorrichtung bezieht. Ferner erfolgt dies konvenient und quasi wie direkt aus dem Leitungshahn.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung ein Mittel zum Kühlen, insbesondere des Vorlagebehälters, aufweisen. Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung einer Carbonisierungseinheit zum permeatseitigen Carbonisieren aufweisen. Dies dient einer weiteren Konfektionierung für den Verbraucher auf dessen individuelle Wünsche hin.
Kumulativ oder alternativ vorzugsweise kann die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung als Auftisch-Kleinanlage, insbesondere als ein Haushaltsauftischgerät und/oder mit maximalen Maßen 400 mm Höhe und/oder 500 mm Breite und/oder 340 mm Tiefe, ohne eine zur Wasserreinigung eingerichtete Untertisch-Anlageneinheit ausgeführt sein. Bspw. kann insb. auf diese Weise ein Standard-Nischenmaß für Einbauküchen von 60 cm / 60 cm genutzt werden. Insb. kann aufgrund der Kompaktheit eine mobile Variante, bspw. für Outdoor-Einsatz, medizinische Einsätze, usw., denkbar sein. Dabei versteht der Fachmann, dass eine etwaige Stadtwasser-Verrohrung, Anschlussinstallation, Elektrokabelverlegung, usw. auch unter Tisch nicht unter den Begriff der zur Wasserreinigung eingerichteten Untertisch-Anlageneinheit fallen. Eine solche Bauweise ermöglicht aufgrund ihres geringen Platzbedarfes sowie vielfacher Stellmöglichkeiten in (Mini-)Küchen, hinter Theken, usw. ein erweitertes Anwendungsspektrum. Kurzum ist vorteilhaft, dass eine solche bevorzugte Ausführungsform problemlos in nahezu jede räumliche Situation / für vielfache bauliche Gegebenheiten (Wohn-, Arbeitsraum, usw.) passt. Zudem entfällt dadurch die von vielen Verbrauchern als technisch (zu) aufwendig empfundene U ntertisch- 1 nstal I ation .
Im Ergebnis unterstützt die Offenbarung insb. das technische Ziel, für immer mehr Verbraucher bzw. Haushalte einen Bezug zuverlässig gereinigten Trinkwasser sozusagen .direkt aus der eigenen Leitung' verfügbar zu machen. Damit wird die menschliche Gesundheit vor den nachteiligen Einflüssen, die sich aus etwaiger Verunreinigung von Trinkwasser aus einem Leitungsnetz ergeben, durch eine am Bezugspunkt selber, also autark, (weiter) erzeugte Wasserreinheit geschützt. Ferner besteht ein gravierender Nutzen der vorliegenden Offenbarung in einem Beitrag, durch eine entsprechende Reduktion von Transportlogistik an (pfand)flaschenweise abgefülltem Mineralwasser Klimaschutzziele besser erreichen zu können.
Insbesondere, jedoch nicht limitierend, richtet sich die Offenbarung auf einen Bedarf für das Segment der Kleinanlagen im Sinne der o.a. deutschen Trinkwasserverordnung, wonach selbst grosstechnische Wasserversorgungsanlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern nicht als Großanlagen zur Trinkwassererwärmung zählen, § 3 Nummer 12. Der Fachmann versteht jedoch ohne weiteres, dass vielerlei Einsatzgebiete der offenbarten Multistufen-Filterpatrone sowie demzufolge auch unterschiedlichste Baugrößen / Dimensionierungen für diese im Rahmen des vorliegend offenbarten Gegenstandes denkbar sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Anlagenschema einer Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit sequentiell durchströmten separaten Wasserreinigungseinheiten in Form einer Filtrations-Wechselkartusche und einer Umkehrosmose-Wechselkartusche;
Fig. 2 einen Querschnitt einer gekapselten Multistufen-Filterpatrone gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Offenbarung, welche für eine kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung zur Wasseraufbereitung mittels einer Umkehrosmose-Filterstufe eingerichtet ist;
Fig. 3 eine perspektivische Aufsicht auf einem Halbschnitt der gekapselten Multistufen- Filterpatrone aus Fig. 2 (zu dieser um 180° gedreht) gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Offenbarung; und
Fig. 4 eine leicht perspektivische Seitenansicht (mit einem bereichsweisen Teilquerschnitt) einer zugehörigen Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarungsgemäßen Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung) mit der gekapselten Multistufen-Filterpatrone gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Offenbarung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren 2 bis 4 beschrieben, wobei Figur 1 schematisch einen Stand der Technik wiedergibt. Daraus ergeben sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Offenbarung. Gleiche oder funktional äquivalente Merkmale sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Anlagenschema eines Wasserbehandlungssystems 200‘ als einer Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Dieses beinhaltet sequentiell durchströmte separate Wasserreinigungseinheiten, welche in Form (zumindest) einer (herkömmlichen) separat wechselbaren Filtrations-Wechselkartusche T (oder einer Vielzahl von solchen zur Abbildung mehrerer Filterstufen) als eine (herkömmliche) Umkehrosmose-Einheit R0‘ und einer (herkömmlichen) stromabwärts angeordneten separat wechselbaren Umkehrosmose-Wechselkartusche 2‘ als eine (herkömmliche) mechanische Filtrationseinheit F‘ gezeigt sind. Durch Passage der Filtrations-Wechselkartusche 1 wird ein von außen bereitgestellter Eingangsstrom (Roh-/Stadt-) Wasser V-1 zu einem von Grobpartikeln (vor)gefilterten Filtratstrom Wasser V-F. Anschließend tritt der Filtratstrom Wasser V-F zur Passage der Umkehrosmose-Wechselkartusche 2‘ in diese ein, so dass dieser ein von Feinstpartikeln / feinsten Verunreinigungen gereinigter Permeatstrom Wasser V-P als Nutzstrom Trinkwasser (als ein Teilstrom) (kontinuierlich) entnommen werden kann. Ferner tritt aus der Umkehrosmose-Wechselkartusche 2‘ ein Retentatstrom Wasser V-R (als anderer / verbleibender Teilstrom) aus, der um die abgetrennten Feinstpartikeln / feinsten Verunreinigungen aufkonzentriert ist. Ein Ablaufen des Retentatstroms (Ab-) Wasser V-R erfolgt über eine Ablaufdrossel 3‘, welche einer Entspannung von einem im Betrieb an die Umkehrosmose-Wechselkartusche 2‘ angelegten Umkehrosmosedruck, bspw. bei 3 bar, auf Umgebungsdruck bei ca. 1 bar dient.
Den korrespondierenden Darstellungen der Figuren 2 und 3 ist eine gekapselte Multistufen-Filterpatrone 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Offenbarung, welche für eine kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (vgl. Fig. 4) zur Wasseraufbereitung mittels einer Umkehrosmose-Filterstufe eingerichtet ist, zu entnehmen. Dabei zeigt Fig. 2 einen Querschnitt der gekapselten Multistufen-Filterpatrone 100 sowie Fig. 3 eine perspektivische Aufsicht auf einen Halbschnitt der gekapselten Multistufen-Filterpatrone 100. Lediglich in Figur 3 sind weiterhin, zur reinen Veranschaulichung der grundsätzlichen Funktionsweise sowie von theoretischen bzw. bei einem Wasserreinigungs-Betrieb auftretenden Strömungsrichtungen, kleine Pfeile eingezeichnet. Der Vollständigkeit halber sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich der beanspruchte Gegenstand der gekapselten Multistufen-Filterpatrone 100 insb. auch auf einen nicht-eingebauten / trockenen Zustand im Sinne eines Verbrauchsmittels richtet.
Die gekapselte Multistufen-Filterpatrone 100 weist eine Umkehrosmose-Einheit RO und eine Filtrationseinheit F auf.
Ferner weist die Multistufen-Filterpatrone 100 eine Gehäusekapsel 50 auf. Dabei sind die Umkehrosmose-Einheit RO und die Filtrationseinheit F von der Gehäusekapsel 50 gemeinsam gekapselt umschlossen. Sprich, sowohl die Umkehrosmose-Einheit RO als auch die Filtrationseinheit F sind in der gemeinsamen Gehäusekapsel 50 angeordnet bzw. von dieser (gesamthaft / integral) gekapselt umschlossen.
Dabei weist die Gehäusekapsel 50 einen Kapselkörper 52, an dem eine äußere Kapselanschlusseinheit 51 (insb. zum Anschluss an die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung) angeordnet ist, auf. Zu Montagezwecken kann der Kapselkörper 52, insb. an einer der Kapselanschlusseinheit 51 gegenüberliegenden Seite, mit einem Kapseldeckel 53 verschließbar ausgeführt bzw. verschlossen sein. Dies dient dem einfachen Einbringen der Umkehrosmose-Einheit RO und der Filtrationseinheit F in die Gehäusekapsel 50.
Dabei ist die Filtrationseinheit F der Umkehrosmose-Einheit RO vorgeschaltet. Die Filtrationseinheit F und zu dieser stromabwärts / downstream die Umkehrosmose-Einheit RO können im Betrieb entlang einer Strömungsrichtung eines (Volumen-)Stroms zu reinigenden Wasser nacheinander durchströmt werden. Dazu stellt ein Filtrat-Leitungsabschnitt L-F eine Fluidverbindung von der Filtrationseinheit F zu der Umkehrosmose-Einheit RO her. In dem Filtrat-Leitungsabschnitt L-F kann ein von Grobpartikeln vorgefilterter Filtratstrom Wasser V-F von der Filtrationseinheit F fließen und in die Umkehrosmose-Einheit RO eintreten.
Die Filtrationseinheit F hierin weist eine erste mechanische Filterstufe F1 und eine zweite mechanische Filterstufe F2 (sowie ggf. eine dritte, vierte, usw.) auf: Vorzugsweise kann die erste Filterstufe F1 als ein Sediment-Vorfilter, bspw. wie ein Sieb, ausgeführt sein. Die erste Filterstufe F1 dient der Vorabfilterung von Sedimenten wie kleinen Schwebeteilchen und/oder von Mikropartikeln aus dem Eingangsstrom Wasser V-1; und/oder der Entfernung eines Großteils biologischer Verunreinigungen wie Bakterien und Viren. Dabei kann die erste Filterstufe F1 bspw. bis zu einer Partikelgröße von ca. 5 Mikrometern (5 pm) als Trennschnitt filtern. Das Sedimentfilter erfasst Rost, Sand und/oder andere grobe Partikeln, und schützt damit die zweite Filterstufe F2. Vorzugsweise kann die zweite Filterstufe F2 als ein Aktivkohle- (Block-) Filter ausgeführt sein. Die zweite Filterstufe F2, vorzugsweise das Aktivkohle-(Block-) Filter, ist eingerichtet, stromab bzw. nachgelagert kleinere Partikeln wie eine Asbestfaser bzw. gelöste Feststoffe wie Chlor und/oder ein Pestizid und/oder einen Teil eines Medikamentenrückstandes und/oder einen Teil von Mikroplastik zu entfernen. Auch kann kumulativ oder alternativ ein Ozonfilter eingesetzt werden.
In der Gehäusekapsel 50 sind die Umkehrosmose-Einheit RO und die Filtrationseinheit F zueinander beabstandet angeordnet, wodurch sie in dem Filtrat-Leitungsabschnitt L-F ein Filtrat-Lumen 45 ausbilden.
Insbesondere dient die Kapselanschlusseinheit 51 , wie später anhand der Figur 4 weiter verdeutlicht, zum Anschluss an eine Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 (Fig. 4). Dazu hat die Kapselanschlusseinheit 51 , wieder unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2, als Außenanschlüsse einen Rohwasser-Eingangs-Anschluss 61 sowie einen Permeat-Ausgangs- Anschluss 62 und einen Retentat-Ausgangs-Anschluss 63. Der Rohwasser-Eingangs- Anschluss 61 , der Permeat-Ausgangs-Anschluss 62 und der Retentat-Ausgangs-Anschluss 63 sind (optional) in einer axialen Richtung in Reihe angeordnet; alternativ können die Außenanschlüsse zueinander, insb. um Winkelsegmente um die Axialachse A, versetzt sein. Der Permeat-Ausgangs-Anschluss 62 ist (optional) aus Blickrichtung des Kapselkörpers 52 hinter den beiden anderen Außenanschlüssen, d.h. Rohwasser-Eingangs-Anschluss 61, Retentat-Ausgangs-Anschluss 63, angeordnet.
Über den Rohwasser-Eingangs-Anschluss 61 wird ein von außen bereitgestellter Eingangsstrom (Roh-) Wasser V-1 in die Gehäusekapsel 50 eingeleitet. Der Eingangsstrom (Roh-) Wasser V-1 fließt über einen Rohwasser-Leitungsabschnitt L-1 an eine Rohwasser- Eintrittsseite der Filtrationseinheit F bzw. der ersten Filterstufe F1 heran.
Im Betrieb der Umkehrosmose-Einheit RO treten aus dieser zum einen ein Permeatstrom (Trink-)Wasser V-P, der dem Nutzstrom gereinigten Trinkwassers enstpricht, und zum anderen ein Retentatstrom (Ab-)Wasser V-R als zwei, per aktiviertem Umkehrosmosedruck separierte, (Teil)Ströme aus. Bspw. kann der Betrieb der Umkehrosmose-Einheit RO Verunreinigungen größer als etwa 0,1 Nanometer, wie zum Beispiel Schwermetalle, Uran, Hormone, schädliche Chemikalien sowie organische und anorganische Verbindungen, entfernen.
Zum einen wird über den Permeat-Ausgangs-Anschluss 62 der Permeatstrom (Trink- )Wasser V-P permeatseitig von der Umkehrosmose-Einheit RO aus der Gehäusekapsel 50 aus- /abgeleitet. Der Permeatstrom (Trink-)Wasser V-P fließt über einen Permeat-Leitungsabschnitt L-P von einer Permeat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit RO zu dem Permeat- Ausgangs-Anschluss 62. Gemäß der in den Figuren 2 und 3 dargestellten spezifisch bevorzugten zylindrischen Ausführungsform der Multistufen-Filterpatrone 100 bildet eine zylindrische Umkehrosmose-Innenumfangsfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit RO ein mittiges Permeatrohr 32 als die Permeat-Austrittsseite aus. Das Permeatrohr 32 fällt dabei mit einem in Strömungsrichtung anfänglichen Teilabschnitt des Permeat-Leitungsabschnittes L-P zusammen. Ein letzter Teilabschnitt des Permeat-Leitungsabschnittes L-P ist (optional) direkt stromaufwärts von dem Permeat-Ausgangs-Anschluss 62 als stirnseitige Beruhigungszone in Form eines Zylinderscheibenabschnittes, welcher im Wesentlichen einem Durchmesser der Kapsel-Anschlusseinheit entspricht, ausgebildet.
Zum anderen wird über den Retentat-Ausgangs-Anschluss 63 ein Retentatstrom (Abwasser V-R retentatseitig von der Umkehrosmose-Einheit RO aus der Gehäusekapsel 50 aus- /abgeleitet. Der Retentatstrom (Ab-)Wasser V-R fließt über einen Retentat-Leitungsabschnitt L- R von einer Retentat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit RO zu dem Retentat-Ausgangs- Anschluss 63.
Dabei entspricht grundsätzlich der von der Filtrationseinheit F bzw. über den Filtrat- Leitungsabschnitt L-F in die Umkehrosmose-Einheit RO bei deren Betrieb eintretende (Gesamt)Strom, d.h. der Filtratstrom Wasser V-F, bilanziell der Summe von beiden aus der Umkehrosmose-Einheit RO austretenden (Teil)Strömen, d.h. der Summe des (aus der Umkehrosmose-Innenumfangsfläche in das Permeatrohr 32 austretenden) Permeatstroms (Trink-)Wasser V-P, der dem Nutzstrom gereinigten Trinkwassers entspricht, und des Retentatstroms (Ab-)Wasser V-R. Der (bilanziell komplementäre) Retentatstrom Wasser V-R kann bspw. als unsauberes Brauchwasser anderweitig weiterverwendet werden.
Im Bereich der Kapsel-Anschlusseinheit 51 sind (optional) der Rohwasser- Leitungsabschnitt L-1, der Permeat-Leitungsabschnitt L-P und der Retentat-Leitungsabschnitt L-R gegeneinander mittels jeweiligen ersten O-Ringen 58, welche um die Axialachse A zentriert sind, in radialer Richtung jeweilig gegeneinander gedichtet. Gemäß der in den Figuren 2 und 3 dargestellten spezifisch bevorzugten Ausführungsform der Multistufen-Filterpatrone mit der (im Wesentlichen) zylindrischen, konzentrischen Anordnung wird diese zunächst im Zentrum in Form der inneren zylindrischen Umkehrosmose- Einheit RO (mit dem inneren Permeatrohr 32) um eine mittige Axialachse A der Multistufen- Filterpatrone 100 ausgebildet bzw. konstruktiv angelegt. Dabei kann die Umkehrosmose-Einheit RO an einer / ihrer zylindrischen Umkehrosmose-Außenumfangsfläche 31 von einer permeablen / porösen Haltefolie oder einer durchlässigen (z.B. gewebten, gewirkten, usw.) Schicht, usw., von außen eingefasst bzw. in Form einer äußeren zylindrischen Mantelfläche umschlagen sein.
Die Umkehrosmose-Einheit RO ist (optional) über das Permeatrohr 32 in der Axialachse A an der Gehäusekapsel 50 gelagert. Dazu ist das Permeatrohr 32 endseitig an zwei gegenüberliegenden (Umkehrosmose-) Lagerabschnitten 37 jeweils an der Gehäusekapsel 50 gelagert.
Eine äußere zylindrische Schicht in Form der Filtrationseinheit F umgibt einen inneren zylindrischen Kern in Form der Umkehrosmose-Einheit RO. Hierin beinhaltet die Filtrationseinheit F exemplarisch zwei als die zumindest eine / mehreren Filterstufe(n) F1, F2 in Form zylindrischer Lagen. Dabei bildet die erste Filterstufe F1 die äußere der zylindrischen Lagen und bildet die zweite Filterstufe F2 die innere der zylindrischen Lagen. Demnach ist die zylindrische Anordnung eingerichtet, um (im Betrieb) eine (im Wesentlichen, in Hauptrichtung) radiale Fluid-Passage durch die Filtrationseinheit F von außen nach innen zu bewirken.
Insofern hierin auch die Filtrationseinheit F bzw. die jeweiligen Filterstufen F1, F2 um die mittige Axialachse A der Multistufen-Filterpatrone 100 ausgebildet ist/sind, ist/sind diese zu der Umkehrosmose-Einheit RO bzw. zu dem Permeatrohr 32 konzentrisch angeordnet. Dies unterstützt insb. die (optionale) zentral positionierte Anbindung der Kapselanschlusseinheit 51 , welche gleichfalls longitudinal zu der mittigen Axialachse A ausgerichtet ist. Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen, geht bei dem hierin gezeigten Übergangsbereich von dem Gehäusekörper 50 zu der Kapselanschlusseinheit 51 das Permeatrohr 32 um die Axialachse A in gerader Linie in den sich daran anschließenden weiteren Permeat-Leitungsabschnitt L-P über.
Hierin sind die innere Umkehrosmose-Einheit RO und die äußere Filtrationseinheit F zueinander radial beabstandet, was das Filtrat-Lumen 45 ringspaltförmig definiert. Der Ringspalt des Filtrat-Lumens 45 ist dabei mit einer Spaltbreite, welche zwischen der zylindrischen Umkehrosmose-Außenumfangsfläche 31 der inneren Umkehrosmose-Einheit RO und einer zylindrischen Filtrations-Innenumfangsfläche 21 der äußeren Filtrationseinheit F definiert ist, in dem Filtrat-Leitungsabschnitt L-F ausgebildet.
Der Filtratstrom Wasser V-F bzw. der Filtrat-Leitungsabschnitt L-F wird in einem Teilabschnitt, der stromabwärts von dem Filtrat-Lumen 45 ist, um einen U-Turn (d.h. um 180 Winkelgrad) umgelenkt. Dabei mündet der Filtrat-Leitungsabschnitt L-F in eine, der Kapselanschlusseinheit 51 gegenüberliegende, Umkehrosmose-Eintrittsstirnfläche 33 der inneren Umkehrosmose-Einheit RO ein. Dazu geht Filtrat-Leitungsabschnitt L-F in Strömungsrichtung von dem ringspaltförmigen Filtrat-Lumen 45 in ein um die Axialachse A zentriertes zylinderscheibenförmiges Vorlumen über. Dieses Vorlumen ist direkt angrenzend an die Umkehrosmose-Eintrittsstirnfläche 33.
Eine, der Umkehrosmose-Eintrittsstirnfläche 33 gegenüberliegende, retentatseitige Umkehrosmose-Austrittsstirnfläche 34 der inneren Umkehrosmose-Einheit RO mündet in den Retentat-Leitungsabschnitt L-R aus. Wie anhand der theoretischen Stromlinien in den Figuren 2 und 3 zu entnehmen, verläuft, bei dem hierin gezeigten Übergangsbereich von dem Gehäusekörper 50 zu der Kapselanschlusseinheit 51, der Retentat-Leitungsabschnitt L-R in einem ersten (Retentat-) Halbkreissegment um die Axialachse A in gerader Linie von der Umkehrosmose-Austrittsstirnfläche 34 bis zur Abwinklung um 90 Winkelgrad in den Retentat- Ausgangs-Anschluss 63. Ein zu dem ersten (Retentat-) Halbkreissegment komplementäres zweites (Rohwasser-) Halbkreissegment bildet im Bereich der Kapsel-Anschlusseinheit 51 einen axialen (in Eingangs-Strömungsrichtung im Wesentlichen anfänglichen) Teilabschnitt des Rohwasser-Leitungsabschnittes L-1 aus. In dem bzw. um den auf der Seite der Kaspel- Anschlusseinheit 51 angeordneten Lagerabschnitt 37 (zur Lagerung des Permatrohrs 32) ist der Permeat-Leitungsabschnitt L-P gegen den sich an die Umkehrosmose-Austrittsstirnfläche 34 anschließenden Retentat-Leitungsabschnitt L-R mittels einem zweiten (Umkehrosmose-Einheit- ) O-Ring 39 gedichtet.
Eine zylindrische Filtrations-Außenumfangsfläche der äußeren Filtrationseinheit F und eine zylindrische Kapselkörper-Innenumfangsfläche des Kapselkörpers 52 bilden zueinander beabstandet einen ringspaltförmigen, in Strömungsrichtung letzten Teilabschnitt des Rohwasser-Leitungsabschnittes L-1 aus. Dieser bildet ein ringspaltförmiges Filtereintrittszonen- Lumen 15 aus. Insbesondere entsteht im Betrieb in dem ringspaltförmigen Filtereintrittszonen- Lumen 15 eine Kreuzstrom-Anströmung (wie anhand der Pfeile angedeutet) entlang der zylindrischen Filtrations-Außenumfangsfläche. Die Gehäusekapsel 50 weist hierin einen zylindrischen Kapselkörper 52, der sich im schulterförmigen Übergangsbereich zu der Kapselanschlusseinheit 51 als einem Halsabschnitt der Gehäusekaspel (stufenartig) verjüngt. Die Kapselanschlusseinheit 51 definiert allgemein einen Abschnitt eines Verbindungsfittings. Die im Wesentlichen zylindrische Kapselanschlusseinheit 51 weist (optional) einen umlaufenden Kragen auf.
Beispielsweise kann die in den Figuren 2/3 bzw. 4 gezeigte Multistufen-Filterpatrone die folgenden Bemaßungen (größenordnungsmäßig) vorteilhaft aufweisen.
- eine Gehäusekapsel-Außendurchmesser D-1: 100 mm;
- eine Kapselanschlusseinheit-Höhe H-0: 40 mm;
- eine Kapselkörper-Höhe H-1: 200 mm;
(d.h. eine Gehäusekapsel-Gesamthöhe von 240 mm).
Dabei können insb. die inneren Komponenten folgende Bemaßungen
(größenordnungsmäßig) aufweisen:
- eine Umkehrosmose-Einheit-Außendurchmesser D-4: 45 mm;
- eine Umkehrosmose-Einheit-Höhe H-4: 150 mm;
- eine Filtrationseinheit-Außendurchmesser D-2: 90 mm;
- eine Filtrationseinheit-Innendurchmesser D-3: 50 mm;
- eine Filtrationseinheit-Höhe H-2: 170 mm.
Fig. 4 zeigt die zugehörige Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200, in bzw. an welche die gekapselte Multistufen-Filterpatrone 100 aus den Figuren 2 und 3 eingesetzt bzw. angeschlossen ist, anhand einer leicht perspektivischen Seitenansicht (mit einem bereichsweisen Teilquerschnitt oben rechts in der Abbildung, wie durch die freie Wellenlinie umrissen, welche den Blick auf den äußeren zylindrischen Kapselkörper 52 freigibt). Wie anhand der Figur 4 visualisiert, betrifft die darin exemplarisch gezeigte Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 ein kompaktes Haushaltsgerät in einem .schlanken' Auftisch-Design, d.h. in der Größenordnung bspw. einer Kaffeemaschine, eines Wassersprudlers, eines Universalküchengerätes, einer Mikrowelle, usw. Insofern erlauben die oben exemplarisch genannten, gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise kleinen, Bemaßungen der gekapselten Multistufen-Filterpatrone 100 deren Integration in die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 ohne Peripherie / Untertisch-Anlageneinheit.
Die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 vollführt die offenbarungsgemäße Trinkwasserreinigung unter Anschluss an einen Wasserzulauf von Rohwasser / Stadtwasser / Leitungswasser aus dem Leitungsnetz, bspw. aus einem haushaltsüblichen Wasserhahn (nicht gezeigt). Die Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung 200 ist optional mit einer Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung 300 eingerichtet, um die Trinkwasserreinigung zu steuern und/oder zu regeln.
Die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 weist dazu eine Vorrichtungsanschlusseinheit 210, eine Förderpumpe (nicht gezeigt), einen Trinkwassertank 230 als einen Vorlagebehälter sowie einen Wasserhahn 280 als eine Trinkwasserausgabeeinheit auf. Ein Verbraucher kann bspw. ein Trinwasserglas unter den Wasserhahn 280 stellen, um ein offenbarungsgemäß gereinigtes Trinkwasser zu genießen.
Dabei ist die Vorrichtungsanschlusseinheit 210 passend, d.h. als Gegenstück sowie hinsichtlich Positionierung(en), auf die Kapselanschlusseinheit 51 der Gehäusekapsel 50 [vgl. Fig. 2/3.] ausgebildet und eingerichtet. Dazu weist die Vorrichtungsanschlusseinheit 210 einen ersten, zweiten und dritten Vorrichtungsanschluss auf. Dabei passt der erste Vorrichtungsanschluss auf den Rohwasser-Eingangs-Anschluss [mit Bezugszeichen 61 ; der Kapselanschlusseinheit 51 der Gehäusekapsel 50; vgl. Fig. 2/3.]. Dabei passt der zweite Vorrichtungsanschluss auf den Permeat-Ausgangs-Anschluss [mit Bezugszeichen 62; der Kapselanschlusseinheit 51 der Gehäusekapsel 50; vgl. Fig. 2/3.]. Dabei passt der dritte Vorrichtungsanschluss auf den Retentat-Ausgangs-Anschluss [mit Bezugszeichen 63; der Kapselanschlusseinheit 51 der Gehäusekapsel 50; vgl. Fig. 2/3.]. Dabei kann die Multistufen- Filterpatrone 100 (optional) mit der (einzigen) Kapselanschlusseinheit nach oben (d.h. wenn mit Wasser befüllt, in einer gegen die schwerkraftbedingte Fließrichtung des Wassers gerichtete Richtung) in die Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung 200 eingesetzt sein. Dies dient dazu, beim Wechsel / Austausch der Multistufen-Filterpatrone 100 ein Auslaufen des Wassers zu verhindern bzw. idealerweise einen Füllstand von Wasser innerhalb der Gehäusekapsel 50, insb. bis (quasi, insb. bis 5 mm) unterhalb des Rohwasser-Eingangs-Anschlusses bzw. des Permeat-Ausgangs-Anschlusses bzw. Retentat-Ausgangs-Anschlusses ohne Wasserverlust beizubehalten.
Dabei bezieht der Vorlagebehälter 230 permeatseitiges, d.h. gereinigtes, Trinkwasser über ein Leitungsstück 220 via dem zweiten Vorrichtungsanschluss aus der gekapselten Multistufen-Filterpatrone 100, und zwar genauer gesagt via dem Permeat-Ausgangs-Anschluss [mit Bezugszeichen 62; der Kapselanschlusseinheit 51 der Gehäusekapsel 50; vgl. Fig. 2/3.]. Bezugszeichenliste
T Filtrations-Wechselkartusche (Stand der Technik)
2‘ Umkehrosmose-Wechselkartusche (Stand der Technik)
3‘ Ablaufdrossel (Stand der Technik)
15 Filtereintrittszonen-Lumen
21 Filtrations-Innenumfangsfläche
31 Umkehrosmose-Außenumfangsfläche
32 Permeatrohr
34 Umkehrosmose-Austrittsstirnfläche
37 Lagerabschnitt (Umkehrosmose-Einheit)
39 zweiter O-Ring (Umkehrosmose-Einheit)
45 Filtrat-Lumen
50 Gehäusekapsel
51 Kapselanschlusseinheit
52 Kapselkörper
53 Kapseldeckel
58 erster O-Ring (Kapselanschlusseinheit)
61 Rohwasser-Eingangs-Anschluss
62 Permeat-Ausgangs-Anschluss
63 Retentat-Ausgangs-Anschluss
100 Multistufen-Filterpatrone
200 Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung
200‘ Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (Stand der Technik)
210 Vorrichtungsanschlusseinheit
220 Leitungsstück
230 (T rinkwasser-) Vorlagebehälter
280 T rinkwasserausgabeeinheit
300 Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung
A Axialachse
F mechanische Filtrationseinheit
F‘ mechanische Filtrationseinheit (Stand der Technik)
F1 erste Filterstufe
F2 zweite Filterstufe
L-1 Rohwasser-Leitungsabschnitt
L-F Filtrat-Leitungsabschnitt
L-P Permeat-Leitungsabschnitt L-R Retentat-Leitungsabschnitt
RO Umkehrosmose-Einheit („Reverse Osmosis“)
R0‘ Umkehrosmose-Einheit (Stand der Technik)
V-1 Eingangsstrom (Roh-)Wasser
V-F Filtratstrom Wasser
V-P Permeatstrom Wasser
V-R Retentatstrom Wasser
D-1 Gehäusekapsel-Außendurchmesser
D-2 Filtrationseinheit-Außendurchmesser
D-3 Filtrationseinheit-Innendurchmesser
D-4 Umkehrosmose-Einheit-Außendurchmesser
H-0 Kapselanschlusseinheit-Höhe
H-1 Kapselkörper-Höhe
H-2 Filtrationseinheit-Höhe
H-4 Umkehrosmose-Einheit-Höhe

Claims

Ansprüche
1. Multistufen- Filterpatrone (100) für eine kontinuierlich und/oder semi-kontinuierlich betreibbare Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (200) zur Wasseraufbereitung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen mit:
- einer Umkehrosmose-Einheit (RO) und
- einer Filtrationseinheit (F) mit zumindest einer mechanischen Filterstufe, wobei die Filtrationseinheit (F) vorgeschaltet zu der Umkehrosmose-Einheit (RO) mit dieser über einen Filtrat-Leitungsabschnitt (L-F) fluidverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmose-Einheit (RO) und die Filtrationseinheit (F) von einer, insbesondere einzigen, Gehäusekapsel (50) gemeinsam gekapselt, insbesondere steril gekapselt, umschlossen sind, wobei eine, insbesondere einzige, Kapselanschlusseinheit (51) der Gehäusekapsel (50) als Außenanschlüsse einen Rohwasser-Eingangs-Anschluss (61) zur Wassereinleitung an die Filtrationseinheit (F) sowie einen Permeat-Ausgangs-Anschluss (62) und einen Retentat- Ausgangs-Anschluss (63) zur Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit (RO) aufweist.
2. Multistufen-Filterpatrone (100) nach Anspruch 1 , wobei die Umkehrosmose-Einheit (RO) und die Filtrationseinheit (F) zueinander beabstandet in der Gehäusekapsel (50) angeordnet sind, um ein Filtrat-Lumen (45) in dem Filtrat-Leitungsabschnitt (L-F) auszubilden.
3. Multistufen-Filterpatrone (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei:
- der Rohwasser-Eingangs-Anschluss (61) über einen Rohwasser-Leitungsabschnitt (L- 1) in der Gehäusekapsel (50) mit einer Rohwasser-Eintrittsseite der Filtrationseinheit (F) fluidverbunden ist; und/oder
- der Permeat-Ausgangs-Anschluss (62) über einen Permeat-Leitungsabschnitt (L-P) in der Gehäusekapsel (50) mit einer Permeat-Austrittsseite der Umkehrosmose-Einheit (RO), insbesondere mit einem inneren Umkehrosmose-Permeatrohr (32) der Umkehrosmose-Einheit (RO), fluidverbunden ist; und/oder
- der Retentat-Ausgangs-Anschluss (63) über einen Retentat-Leitungsabschnitt (L-R) in der Gehäusekapsel (50) mit einer Retentat-Austrittsseite (34) der Umkehrosmose-Einheit (RO) fluidverbunden ist.
4. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtrationseinheit (F) aufweist:
- eine Vielzahl reihengeschalteter mechanischer Filterstufen; und/oder
- zumindest eine erste mechanische Filterstufe (F1), die als ein zur mechanischen Abtrennung von Sedimentpartikeln aus dem Rohwasser eingerichtetes, insb. Vliesbett-, Faserbett- und/oder Schüttungsbett-förmiges, Sediment-Vorfilter ausgebildet ist; und/oder
- zumindest eine zweite mechanische Filterstufe (F2), die der ersten mechanischen Filterstufe (F1), insbesondere anliegend, nachgeschaltet und als ein, insb. granulatförmiges und/oder blockförmiges, Carbon-Tiefenfilter bzw. Aktivkohle-Tiefenfilter ausgebildet ist.
5. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die, insbesondere innere, Umkehrosmose-Einheit (RO) und die, insbesondere äußere, Filtrationseinheit (F) eine im Wesentlichen zylindrische, insbesondere konzentrische, Anordnung in einem gemeinsamen äußeren, im Wesentlichen zylindrischen Kapselkörper (52) der Gehäusekapsel (50) ausbilden.
6. Multistufen-Filterpatrone (100) nach Anspruch 5, wobei eine zylindrische Umkehrosmose-Außenumfangsfläche (31) der inneren Umkehrosmose-Einheit (RO) und eine zylindrische Filtrations-Innenumfangsfläche (21) der äußeren Filtrationseinheit (F) zueinander beabstandet das Filtrat-Lumen (45) in dem Filtrat-Leitungsabschnitt (L-F) ausbilden.
7. Multistufen-Filterpatrone (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Filtrat- Leitungsabschnitt (L-F) in einem dem Filtrat-Lumen (45) in Strömungsrichtung nachfolgenden Teilabschnitt umgelenkt ist, um in eine, der Kapselanschlusseinheit (51) gegenüberliegende, Umkehrosmose-Eintrittsstirnfläche (33) der inneren Umkehrosmose-Einheit (RO) einzumünden.
8. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine zylindrische Umkehrosmose-Innenumfangsfläche der inneren Umkehrosmose-Einheit (RO) ein mittiges Permeatrohr (32) ausbildet, insbesondere um einen in Strömungsrichtung anfänglichen Teilabschnitt des Permeat-Leitungsabschnittes (L-P) auszubilden.
9. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine, der Umkehrosmose-Eintrittsstirnfläche (33) gegenüberliegende, retentatseitige Umkehrosmose- Austrittsstirnfläche (34) der inneren Umkehrosmose-Einheit (RO) in den Retentat- Leitungsabschnitt (L-R) ausmündet.
10. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei eine zylindrische Filtrations-Außenumfangsfläche der äußeren Filtrationseinheit (F) und eine zylindrische Kapselkörper-Innenumfangsfläche des Kapselkörpers (52) zueinander beabstandet einen ringspaltförmigen, in Strömungsrichtung letzten Teilabschnitt des Rohwasser- Leitungsabschnittes (L-1) ausbilden, insbesondere um im Betrieb eine Kreuzstrom-Anströmung entlang der zylindrischen Filtrations-Außenumfangsfläche auszubilden.
11. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kapselanschlusseinheit (51) als ein bzw. mit einem Schnellwechsel-Fitting, wie einem Bajonettverschluss oder dergleichen, eingerichtet ist.
12. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusekapsel (50), insbesondere der Kapselkörper (52), im Wesentlichen aus einem, insbesondere thermoplastischen und/oder antibakteriell ausgerüsteten, Kunststoff besteht.
13. Multistufen-Filterpatrone (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer sterilen Umverpackung.
14. Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (200) zur kontinuierlich und/oder semikontinuierlich betreibbaren Trinkwasseraufbereitung in Haushalten, Gastronomie oder dergleichen mit der Multistufen-Filterpatrone nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter mit:
- einer Vorrichtungsanschlusseinheit (210), welche passend auf die Kapselanschlusseinheit (51) der Gehäusekapsel (50) ausgebildet und eingerichtet ist, insbesondere aufweisend: einen ersten Vorrichtungsanschluss, der passend auf den Rohwasser-Eingangs- Anschluss (61) zur Wassereinleitung an die Filtrationseinheit (F) eingerichtet ist, einen zweiten Vorrichtungsanschluss, der passend auf den Permeat-Ausgangs-Anschluss
(62) zur permeatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit (RO) eingerichtet ist, und einen dritten Vorrichtungsanschluss, der passend auf den Retentat-Ausgangs-Anschluss
(63) zur retentatseitigen Wasserausleitung von der Umkehrosmose-Einheit (RO) eingerichtet ist;
- einer Förderpumpe, welche zum Aufbau eines für die bzw. in der Umkehrosmose- Einheit (RO) benötigten Förderdruckes oberhalb des natürlichen Osmose-Druckes zur Aktivierung der Umkehrosmose-Einheit (RO) ausgelegt und eingerichtet ist; - einem Vorlagebehälter (230) zur permeatseitigen Bereitstellung von gereinigtem Trinkwasser, welcher über ein Leitungsstück (220) mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss fluidverbunden bzw. fluidverbindbar ist; und
- einer Trinkwasserausgabeeinheit (280).
15. Trinkwasserbereitstellungs-Vorrichtung (200) nach Anspruch 14, ferner mit:
- einer Betriebs-Steuerungsvorrichtung mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle; und/oder
- einer Trinkwasserreinheit-Steuerungsvorrichtung (300) mit einer Steuereinheit und zumindest einem zur Bestimmung einer wässrigen Konzentration von gelösten Feststoffen eingerichteten Bestimmungsmittel, wie einem Leitfähigkeitssensor; und/oder
- einem Mittel zum Kühlen, insbesondere des Vorlagebehälters (230); und/oder
- einer Carbonisierungseinheit zum permeatseitigen Carbonisieren.
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