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Dokumentenidentifikation DE102006013019A1 27.09.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Reinwasser
Anmelder Vorwerk & Co. Interholding GmbH, 42275 Wuppertal, DE
Erfinder Groom, Sascha, 48607 Ochtrup, DE
Vertreter H.-J. Rieder und Partner, 42329 Wuppertal
DE-Anmeldedatum 20.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006013019
Offenlegungstag 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse C02F 1/04(2006.01)A, F, I, 20060320, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C02F 1/18(2006.01)A, L, I, 20060320, B, H, DE   C02F 1/28(2006.01)A, L, I, 20060320, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Reinwasser. Es ist eine vorzugsweise transportable, zum Anschluss an einen Wasserhahn einer Hauswasserversorgung geeigneten Vorrichtung vorgesehen, in welcher Rohwasser auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt wird. Die Erhitzung kann unter Aufteilung des Rohwassers in unterschiedliche Druckstufen vorgenommen werden. Mit Ausnahme der höchsten Druckstufe wird Dampf aus einer vorherigen Stufe höheren Drucks als Wärmeträger zur Verdampfung des Rohwassers in einer nachfolgenden, niedrigeren Druckstufe herangezogen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der entstehende Wasserdampf komprimiert wird und der komprimierte Wasserdampf zur Erwärmung und Verdampfung des Rohwassers genutzt wird. Auch kann die Erhitzung zur Verdampfung und Kondensierung des erzeugten Dampfes mittels eines im Kreislauf strömenden Wärmeträgermediums, nach Art eines Wärmepumpeprozesses, durchgeführt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Gewinnung von Reinwasser, vorzugsweise zur Durchführung in einer transportablen, zum Anschluss an einen Wasserhahn einer Hauswasserversorgung geeigneten Vorrichtung, wobei Rohwasser bei einem gegebenen Druck auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt wird.

Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.

Darüber hinaus auch ein Verfahren zur Gewinnung von Reinwasser aus Rohwasser, wobei das Rohwasser verdampft wird und der erzeugte Wasserdampf zumindest teilweise zur Erwärmung des Rohwassers genutzt wird.

Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des zuletzt genannten Verfahrens.

Hinsichtlich der genannten Verfahren und Vorrichtungen ist Hintergrund, dass nach einem Wasserreinigungsverfahren gesucht wird, das in einer transportablen Vorrichtung, für den Gebrauch in einem normalen Haushalt, Anwendung finden kann. Es soll aus dem örtlichen Wasserversorgungsnetz entnommenes Wasser gereinigt werden. Weiter sollen diesbezügliche geeignete Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden. Ausgangspunkt ist die zu diesem Zweck übliche Verdampfung des Rohwassers und nachfolgende Kondensierung des Dampfes. Das Kondensat, das dann auch wieder konditioniert werden kann, ist das erwünschte Reinwasser.

Hiervon ausgehend stellt sich der Erfindung die Aufgabe, vorteilhafte Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Reinwasser anzugeben.

Insofern sieht die Erfindung verfahrensmäßig zunächst vor, dass die Erhitzung unter Aufteilung des Rohwassers in unterschiedlichen Druckstufen vorgenommen wird und mit Ausnahme der höchsten Druckstufe Dampf aus einer vorherigen Stufe höheren Drucks als Wärmeträger zur Verdampfung des Rohwassers in einer nachfolgenden, niedrigeren Druckstufe herangezogen wird. Es handelt sich um eine vorteilhafte Wärmerückgewinnung bei der Aufheizung/ Verdampfung des Rohwassers, das hierfür auf verschiedenen Druckstufen bereitgehalten wird.

Bei der Aufheizung des Rohwassers einer untergeordneten Druckstufe, also einer Druckstufe, die nicht die höchste Druckstufe ist, fällt auf der Dampfseite auch Kondensat an. Dieses Kondensat wird bevorzugt zur Vorwärmung des Rohwassers genutzt. Entsprechend wird auch der Dampf und damit das Kondensat der höchsten Druckstufe genutzt, nämlich bei einer Druckstufe, in der Regel der nächstniedrigeren Druckstufe, bei welcher der Dampf, der in der höchsten Druckstufe erzeugt wurde, genutzt wird. Hierbei entsteht aus diesem Dampf auch Kondensat.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die aufeinanderfolgenden Druckstufen übereinander angeordnet sind, so dass eine sehr vorteilhafte Dampfführung, aber auch Kondensat- und Rohwasserführung, ermöglicht ist. Ergänzend oder alternativ können die Druckstufen auch, im Hinblick auf ergänzend: teilweise, nebeneinander angeordnet sein.

Um den Prozess in Gang zu bringen, aber auch um ihn am Laufen zu halten, wird jedenfalls auf der höchsten Druckstufe eine aktive Erhitzung des Rohwassers durchgeführt. Hierunter ist eine Erhitzung zu verstehen, die mit Fremdenergie, d.h. nicht im Verfahren zurückgewonnener Energie, durchgeführt wird. In einer einfachen technischen Ausführung also etwa durch elektrische Erhitzung, beispielsweise mittels eines elektrischen Widerstands-Heizwendels, das in dem entsprechenden Rohwasserbehältnis angeordnet ist. Andererseits kann auch eine Erhitzung mittels Feuer, beispielsweise einer Gasflamme, durchgeführt werden. Weiter ist es auch bevorzugt, dass nur in der genannten höchsten Druckstufe eine solche aktive Erhitzung durchgeführt wird.

Das letztlich mittels dieses Verfahrens gewonnene Reinwasser wird, da die Mineralien bei der Durchführung des Verfahrens im Sumpf der Druckstufe, insbesondere der höchsten Druckstufe, verbleiben, um beispielsweise einen gewünschten Geschmack zu erzielen, konditioniert, nämlich insbesondere remineralisiert. Hierzu kann das Wasser durch einen mineralhaltigen Feststoff geleitet werden. Geeigneterweise nachdem zunächst CO2 zugegeben wurde. Um insofern eine Steuerung vornehmen zu können, ist auch bevorzugt, dass eine Bypassleitung vorgesehen ist, dass also das Reinwasser teilweise durch den Feststoff geleitet wird und teilweise mittels der Bypassleitung um den Feststoff herumgeleitet wird. Die Wiedervermischung der beiden Teilströme ergibt dann die geeignete Mineralisierung des Reinwassers insgesamt. Alternativ oder ergänzend kann auch eine definierte Volumenzugabe zur Zudosierung der Mineralien in flüssiger Form oder in Feststoffform erfolgen. Etwa indem gesteuert mittels einer Pumpe ein bestimmtes Volumen an Mineralien in das Reinwasser eingegeben wird. Dies im Unterschied etwa zu einem lediglich durch das Vorbeiströmen des Reinwassers erzeugten Einsaugen von Mineralien in den Reinwasserstrom aus einem insofern nur bereitgehaltenen Mineralstoffvorrat. Letzteres ist aber auch eine in Betracht kommende Möglichkeit. Auch ist bevorzugt, dass das Reinwasser durch einen Filter, vorzugsweise einen Aktivkohlefilter, geleitet wird, zur Entfernung leicht flüchtiger bzw. organischer Substanzen und /oder auch zur Entfernung von Geruchs- oder Geschmacksstoffen. Der Filter kann dabei nach der Mineralisierung, bevorzugt aber vor der Mineralisierung, angeordnet sein. Er kann auch zur Filterung des Rohwassers bereits vor Beginn des Verdampfungsprozesses in der Rohwasserleitung angeordnet sein.

Nachfolgend wird das Reinwasser dann in ein Vorratsbehältnis geleitet. Hier kann zur Vermeidung einer Verkeimung beispielsweise eine UV-Bestrahlung mittels einer UV-Lampe vorgesehen sein. Das Material des Tankes als solches bzw. eine entsprechende Innenverkleidung des Tankes ist auch bevorzugt antibakteriell ausgerüstet. Dies erreicht man beispielsweise durch eine Silberbeschichtung. Auch kann in dem Tank noch eine Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Insgesamt kann der Tank in Form einer Karaffe, wie man dies grundsätzlich beispielsweise von Kaffeemaschinen kennt, zum Ausschütten entnehmbar sein. Auch kann in dem Tank ein Desinfektionsprogramm verwirklicht sein. Hierunter ist zu verstehen, dass gesteuert, in bestimmten Intervallen oder etwa im Zuge der Abschaltung der Vorrichtung beispielsweise eine Desinfektionsflüssigkeit in den Tank eingeleitet wird und dieser ggf. nachfolgend auch nochmals gespült wird.

In dem genannten Vorratsbehältnis, auch als Tank bezeichnet, ist vorteilhafterweise zur Belüftung auch ein Luftfilter enthalten. Beim Ein- oder Ausfüllen von Reinwasser in/aus dem Tank wird Luft verdrängt oder nachgesaugt. Um hier nicht Verschmutzungen in den Tank einbringen zu lassen, ist der Luftfilter vorteilhaft.

Das genannte Vorratsbehältnis kann, wie schon beschrieben, entnehmbar sein. Bevorzugt ist aber, dass es in der Vorrichtung feststehend ist. Hierbei ist jedoch dann vorgesehen, dass eine Öffnungsklappe oder eine sonstige Öffnungsmöglichkeit vorgesehen ist, um das Innere des Vorratsbehältnisses zu Reinigungszwecken erreichen zu können. Auch kann es, beispielsweise über eine zu lösende Verrastung, vorgesehen sein, dass das Vorratsbehältnis zu diesem Zweck aus der Vorrichtung zu entnehmen ist. Ein solches feststehendes Vorratsbehältnis ist dann geeigneterweise mit einer Entleerungs- bzw. Zapfmöglichkeit versehen. Beispielsweise in Form eines Hahnes mit einem Ventil.

Hinsichtlich des bereits erwähnten Filters kann dieser, wenn er auf Aktivkohle beruht, wie bevorzugt bereits angegeben, als Blockfilter (gesintert) ausgebildet sein. Alternativ kann die Aktivkohle auch in Faserform oder als Granulat vorgesehen sein. Auch können hier antibakterielle Ausrüstungsmittel, wie also etwa wiederum versilberte Elemente, vorgesehen sein.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist entsprechend auch vorzugsweise eine transportable Vorrichtung. Auch eine Vorrichtung, die zum Anschluss an den Wasserhahn einer Hauswasserversorgung geeignet ist. Diese Vorrichtung weist ein erstes Rohwasserbehältnis auf, das auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt werden kann.

Darüber hinaus ist insbesondere vorgesehen, dass innerhalb der Vorrichtung eine Mehrzahl von Rohwasserbehältnissen angeordnet ist und dass in jedem der Rohwasserbehältnisse eine Erhitzung auf Verdampfungstemperatur vorgenommen werden kann, wobei die Drücke in den Behältnissen unterschiedlich eingestellt sind. Ein Rohwasserbehältnis ist daher zugleich auch ein (Druck-) Verdampfungsbehältnis.

Eine solche Vorrichtung teilt die Verdampfung von Rohwasser in mehrere Teilverdampfungen bei zudem noch unterschiedlichen Drücken auf. Dies ermöglicht eine wärmetechnisch vorteilhafte Prozessführung.

Insbesondere ist bevorzugt, dass der Dampf einer höheren Druckstufe im Wärmetausch zu dem in dem Rohwasserbehältnis einer niedrigeren Druckstufe befindlichen Rohwasser geleitet wird. In einem hierzu geeigneten Wärmetauscher, dessen eine Seite also bevorzugt unmittelbar das Rohwasserbehältnis der betreffenden Druckstufe ist, ist auf der Dampfseite eine Kondensatleitung zur Ableitung von hierbei entstehendem Kondensat vorgesehen. Das Kondensat einer Druckstufe, das durch die genannte Leitung abgeleitet wird, ist weiter bevorzugt im Wärmetausch zu dem Rohwasser geleitet. Hierbei kann es im Wärmetausch zu einem Teilstrom des Rohwassers, nachdem bereits eine Abteilung zu gewissen Druckstufen vorgenommen worden ist, geleitet sein oder aber zu dem Rohwasser vor Aufteilung auf die einzelnen Druckstufen. Teilweise kann das Kondensat auch zu dem Rohwasser vor Aufteilung im Wärmetausch geleitet sein und teilweise zu Rohwasser nach Aufteilung in Teilströme aber vor Einleitung in ein jeweiliges Rohwasserbehältnis.

Grundsätzlich können die Rohwasserbehältnisse in Nebeneinanderanordnung vorgesehen sein. In bevorzugter Ausführung ist jedoch vorgesehen, dass innerhalb der Vorrichtung die Druckstufen, d.h. die Rohwasserbehältnisse, übereinander angeordnet sind. Es kann eine unterschiedliche Anzahl von Rohwasserbehältnissen (auf unterschiedlichen Druckstufen) vorgesehen sein. Bevorzugt sind vier bis sechs unterschiedliche Druckstufen.

Hinsichtlich der Wärmetauscherausbildung in dem Rohwasserbehältnis können auch unterschiedliche Konzepte zur Anwendung kommen. Beispielsweise ein Gleichstromwärmetauscher oder ein Gegenstromwärmetauscher. Auch ein Querstromwärmetauscher ist möglich. Drüber hinaus ein Wärmetauscher in Form einer koaxialen Wabenstruktur, bei welchem also durch eine Wabe Rohwasser strömt und durch eine oder mehrere umgebende Waben Dampf (oder umgekehrt). Des Weiteren kann auch ein durch koaxiale Rohre gebildeter Wärmetauscher zum Einsatz kommen. Durch den Ringraum kann beispielsweise Dampf, der dann kondensiert, strömen und durch das Innenrohr Rohwasser, das verdampft wird. Auch die umgekehrte Zuordnung, also das Strömen des Dampfes im Innenrohr und des Rohwassers im Ringspalt, kann vorgesehen sein.

Auch ist eine geeignete Leitung vorgesehen, um das Reinwasser zum Remineralisieren durch mineralischen Feststoff zu leiten. Hierbei kann der mineralische Feststoff sich in einer topfartigen Vergrößerung der Leitung befinden. Weiter ist auch bevorzugt, dass zur Einstellung des Mineralgehaltes des Reinwassers dieses auch in einer Bypassleitung an dem Feststoff vorbei leitbar ist. In weiterer Einzelheit kann hier vorgesehen sein, dass ein Teilstrom des Reinwassers vorbeigeleitet wird und ein Teilstrom des Reinwassers durch das Mineral hindurch geleitet wird. Die Remineralisierung kann andererseits auch – erst – im Vorratsbehältnis vorgenommen werden. Bevorzugt geht dies mit einer CO2-Anreicherung des Reinwassers einher. Es kann auch ein flüssiges Konzentrat im Tank, aber auch allein oder zusätzlich in der Reinwasserleitung vor dem Tank, zugegeben werden, wobei eine CO2-Anreicherung nicht erforderlich ist. Das Konzentrat kann beispielsweise hochkonzentrierte Salzlösung sein. Das genannte Filtermaterial, also bevorzugt Aktivkohle, und das Remineralisierungsmaterial sind periodisch auszutauschen bzw. nachzufüllen.

In dem weiteren bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Reinwasser schlägt die Erfindung vor, dass der entstehende Wasserdampf komprimiert wird und dass der komprimierte Wasserdampf zur Erwärmung und damit auch Verdampfung des Rohwassers genutzt wird. Es wird bevorzugt nur mit einem Rohwasserbehältnis gearbeitet, in welchem die Verdampfung stattfindet. Weiter bevorzugt wird das Rohwasser mittels des komprimierten Dampfes auf Verdampfungstemperatur (und darüber hinaus) erhitzt. Hierbei wird weiter vorteilhafterweise die Erhitzung so vorgenommen, dass der komprimierte Dampf kondensiert. So entstehendes Kondensat kann noch zur Vorwärmung des Rohwassers, in Strömungsrichtung vor dem Rohwasserbehältnis, genutzt werden.

Das Rohwasserbehältnis ist hier auch in dem Sinne zu verstehen, dass es sich um ein langgestrecktes Rohr handelt, in welchem beispielsweise durch ein konzentrisches zweites Rohr dann auch der (komprimierte) Wasserdampf geführt ist.

Auch bei diesem Verfahren ist es bevorzugt, dass das Reinwasser remineralisiert wird, nachdem auch hier zugleich oder vorgeschaltet zu der Remineralisierung CO2 in dem Reinwasser gelöst wird. Dies kann durch Zudosieren von Mineralien in flüssiger und/oder Feststoffform durchgeführt werden. Andererseits kann auch hier, wie bereits vorstehend beschrieben, zur Einstellung des Mineraliengehaltes das Reinwasser durch einen Mineral-Feststoff geleitet werden. Entsprechend ist es auch hier möglich, einen Teilstrom im Bypass zu dem Mineral-Feststoff zu leiten, um durch nachträgliches Zusammenführen der Teilströme dann die gewünschte Mineralisierung genauer einstellen zu können.

Auch ist bevorzugt, dass das Reinwasser durch einen Aktivkohlefilter geleitet wird zur Entfernung leicht flüchtiger bzw. organischer Substanzen.

Im Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des zuletzt beschriebenen Verfahrens. Hierbei ist zur Herstellung von Reinwasser aus Rohwasser ein Rohwasserbehälter vorgesehen, der mit Rohwasser befüllt ist. In dem Rohwasserbehälter in Form von Brüden entweichender Dampf wird komprimiert, wobei der so komprimierte Dampf nachfolgend durch den Wärmetauscher in dem Rohwasserbehältnis strömt. Hierbei gibt der Dampf die Wärme an das Rohwasser ab und kondensiert.

Der Wärmetauscher setzt sich leitungsmäßig in eine aus dem Rohwasserbehälter herausführende Leitung fort, in der das Kondensat zur Vorwärmung des Rohwassers, bevor es in dem Dampfbehälter eingeflossen ist, geführt ist.

Hinsichtlich der Brüdenverdichtung können unterschiedliche Verdichter zur Anwendung kommen. Beispielsweise Verdichter in Form eines Kolbenverdichters, in Form eines Membranverdichters, in Form eines Freikolbenverdichters, in Form eines Drehkolbenverdichters, in Form eines Rootgebläse/-verdichters, in Form eines Drehschieberverdichters, in Form eines Schraubenverdichters, in Form eines Seitenkanalgebläses, in Form eines Rollkolbenverdichters, in Form eines Verdichters auf Wankelbasis, in Form eines Zahnradverdichters und in Form sonstiger radialer axialer usw. Strömungsmaschinen.

Hinsichtlich des Wärmetauschs im Rohwasserbehältnis kann auch hier wieder ein Konzept zur Anwendung kommen, das als Gleichstromwärmetauscher zu bezeichnen ist. Oder ein solches, das ein Gegenstromwärmetauscher ist oder ein solches das ein Querstromwärmetauscher ist oder ein Wärmetauscher auf Basis einer Wabenstruktur, wie schon grundsätzlich weiter vorne beschrieben. Darüber hinaus kann auch ein Koaxialwärmetauscher, also etwa, wie erwähnt, durch koaxial ineinander geführte Rohre, zur Anwendung kommen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung der Verfahrensführung und der Vorrichtung des zunächst beschriebenen Verfahrens;

2 eine schematische Darstellung der Verfahrensführung und der Vorrichtung des zweiten beschriebenen Verfahrens;

3 eine weitere Ausführungsform hinsichtlich des zweiten beschriebenen Verfahrens; und

4 ein grundsätzliches Verfahrens- und Anlageschema für eine Wasserreinigung auf Basis eines Wärmepumpenprozesses.

Dargestellt und beschrieben ist, zunächst mit Bezug zu 1, eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, in der das zunächst beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann.

In eine Leitung 1 wird Rohwasser eingeleitet und mittels einer Pumpe 2 unter so hohen Druck gesetzt, dass dieser Druck dem Druck der höchsten Druckstufe 3 entspricht. Der Druck in der Rohwasserleitung 1 ist geeigneterweise aber so hoch eingestellt, dass er über dem im Rohwasserbehältnis 5 letztlich gewünschten Druck liegt, um diesen auch immer zuverlässig zu erreichen. Aus diesem Gesichtspunkt ist ein Druckreduzierventil 9 vorgesehen. Das Druckreduzierventil 9 ist dem Rohwasserbehältnis 5 vorgeschaltet, jedoch nach der (letzten) Teilleitung 10 angeordnet.

Für jede Druckstufe 3, 4 usw. ist ein Rohwasserbehältnis 5, 8, 14 usw. vorgesehen. Hierbei ist jedenfalls das Rohwasserbehältnis 5 der höchsten Druckstufe 3 mit einer Heizvorrichtung in Form einer elektrischen Heizwendel 6 vorgesehen.

Das durch die Leitung 1 fließende Rohwasser gelangt also, mit dem durch die Pumpe 2 aufgegebenen Druck, in Form eines Teilstroms, in das Rohwasserbehältnis 5 (und gleichzeitig in Form von weiteren Teilströmen in die weiteren Rohwasserbehältnisse 8, 14 usw.). Aufgrund der Aufheizung im Rohwasserbehältnis 5, im Ausführungsbeispiel mittels des elektrischen Heizwendels 6, wird das Rohwasser unter dem gegebenen Druck bis zur Verdampfung aufgeheizt. Der entstehende Dampf verlässt das Rohwasserbehältnis 5 über eine Dampfleitung 7. Über die Dampfleitung 7 strömt der Dampf aus der Druckstufe 3 in das Rohrwasserbehältnis 8 der Druckstufe 4.

Weiter ist das Rohwasserbehältnis 8 der Druckstufe 4 als Wärmetauscher ausgebildet, was hier lediglich symbolisch dargestellt ist. Auf der einen Seite des Wärmetauschers ist der Dampf, der aus der Druckstufe 3 kommt. Er gibt seine Wärme an das Rohwasser ab, das über eine Teilleitung 10 aus der Leitung 1 in das Rohwasserbehältnis 8 strömt. Da der Druck in der Teilleitung 1 höher ist als der Druck auf der Rohwasserseite des Rohwasserbehältnisses 8 ist auch in dieser Teilleitung 10 ein Druckreduzierventil 11 vorgesehen. Man kann dieses auch als Einlassventil bezeichnen. Der Druck wird so weit reduziert, dass sich der für diese Druckstufe in dem Rohwasserbehälnis 8 gewünschte Druck einstellt. Der in dem Rohwasserbehältnis 8 entstehende Dampf verlässt entsprechend auch der Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Druckstufe 4 über eine weitere Dampfleitung 12 das Rohwasserbehältnis 8 und strömt in das Rohwasserbehältnis 14, dessen Dampfseite. Auch dieses Rohwasserbehältnis 8, wie auch die weiteren Rohwasserbehältnisse 14 usw., sind als Wärmetauscher ausgebildet.

In dem Rohwasserbehältnis 8, auf der Dampfseite, kondensiert der Dampf und es entsteht Kondensat, das durch die Kondensatleitung 15 abgeleitet wird. Da das Kondensat auch unter dem Druck ist, der auf der Dampfseite des Rohwasserbehältnisses 8 eingestellt ist, ist auch hier ein Druckreduzierventil 16 vorgesehen. Danach strömt das Kondensat durch einen Wärmetauscher 17, indem das Kondensat Wärme an das durch die Rohwasserleitung 1 strömende Rohwasser abgibt.

Nach dem Wärmetauscher 17 wird das Kondensat in eine Reinwassersammelleitung 18 geleitet. Diese steht nur unter dem gewöhnlichen (Über-) Druck einer üblichen Wasserleitung.

Vergleichbar den für die Druckstufe 4 beschriebenen Vorgängen ist auch in der nächstfolgenden Druckstufe 4', die durch das Rohwasserbehältnis 14 gekennzeichnet ist, eine diesbezügliche Kondensatableitung 15', ein Druckreduzierventil 20 und ein Wärmetauscher 21 vorgesehen. Ferner eine Teilleitung 22 (entsprechend Teilleitung 10) und eine Dampfleitung 24 (entsprechend Dampfleitung 12). In den folgenden Druckstufen 4'' und 4''' ist jeweils eine gleiche Anordnung und Prozessführung vorgesehen.

Der aus der letzten Druckstufe 4''' entweichende Dampf strömt über die Dampfleitung 24' und gegebenenfalls, obwohl dies auch nicht zwingend ist, über ein weiteres Druckreduzierventil 25' durch einen Dampf-/Wasserwärmetauscher 26, indem auch hier nochmals Wärme an das durch die Rohwasserleitung einströmende Rohwasser abgegeben wird, um sodann in die Reinwasserleitung 18 überzugehen. Denn in dem Wärmetauscher 26 wird der Dampf bis unter die Kondensattemperatur abgekühlt.

An den einzelnen Rohwasserbehältnissen 3, 4, 4' usw. sind geeigneterweise auch noch Rohwasserkondensatableitungen 13, 19, 25 usw. vorgesehen. Hiermit kann im Rohwasserbehältnis verbleibender "Sud" abgeleitet werden bzw. im Falle einer Spülung das Spülwasser abgelassen werden.

Das Reinwasser der Reinwasserleitung 18 durchsetzt zur Konditionierung einen Mineralstoffbehälter 27, in dem geeigneter Mineralstoff vorgesehen ist. Der Mineralstoffbehälter 27 ist auch mittels einer Bypassleitung 28 umgangen. Ein Teilstrom des Rohwassers kann hier um den Mineralstoffbehälter herumgeführt werden. Hinter dem Mineralstoffbehälter vereinigen sich die Teilleitung 28 und die Reinwasserleitung 18 wieder bei 29, so dass eine geeignete Mischung des mineralisierten Teilstroms und des nicht mineralisierten Teilstroms von Reinwasser entsteht.

Vorgeschaltet zu dem Mineralstoffbehälter 27 ist ein Filter 30 vorgesehen, in dem beispielsweise Aktivkohle aufgenommen sein kann.

Die Strömung des Reinwassers durch den Mineralstoffbehälter 27 bzw. auch die Strömung durch die Bypassleitung 28 ist geeigneterweise mittels Ventilen 27' und/oder 28' in der Reinwasserleitung bzw. der Bypassleitung beeinflussbar. So kann die geeignete Menge, welche den Mineralstoffbehälter 27 durchströmt, bis zur vollständigen Reinwassermenge, beeinflusst werden.

Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel vor dem Abzweig der Bypassleitung 28 und weiter bevorzugt nach dem Filter 30 eine Dosiervorrichtung 30' vorgesehen, zur Eindosierung von CO2. Dies kann im einfachen Fall durch Mitschleppen in der Reinwasserleitung 18 erfolgen. Angedeutet ist eine Pumpe, die dosiert CO2 in der erforderlichen Menge einspeist.

Die höchste Druckstufe 3 kann beispielsweise so betrieben werden, dass eine Dampftemperatur von 140°C entsteht. Die nächste Druckstufe 4 kann druckmäßig so eingestellt sein, dass sich eine Dampftemperatur von 130°C einstellt. Die Druckstufe 4' kann eine Dampftemperatur von 120°C aufweisen. Die Druckstufe 4'' eine Dampftemperatur von 110°C und schließlich die letzte dargestellte Druckstufe 4''' kann so eingestellt sein, dass Dampf von 100°C entsteht (insbesondere in diesem Fall kann das Druckreduzierventil 25' entfallen).

In 2 ist schematisch eine weitere, alternative Vorrichtung zur Durchführung des weiteren vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wasserreinigung schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung 31 besteht im Wesentlichen aus einem Rohwasserbehälter 32, in welchen durch eine Leitung 33 Rohwasser bevorzugt unten eingefüllt wird.

Weiter befindet sich in dem Rohwasserbehälter 31 ein Wärmetauscher 34, zum Wärmtausch zwischen komprimiertem Dampf und Rohwasser.

Der durch den Wärmetauscher 34 strömende Dampf ist grundsätzlich derjenige, der zuvor bei der Verdampfung in dem Rohwasserbehälter (Dampfbehälter) 32 entstanden ist. Der so entstandene Dampf wird über die Dampfleitung 35 einem Verdichter 36 zugeführt. Durch die Verdichtung erhöht sich der Druck und entsprechend auch die Temperatur des Dampfes, so dass hierdurch, durch die aufgewandte technische Arbeit, der Energiegehalt des Dampfes, d.h. insbesondere die Temperatur, erhöht wird. Der aus dem Verdichter 36 kommende Dampf wird über die Leitung 37 in den Dampfbehälter 32 und von dort in den bereits angesprochenen Wärmetauscher 34 geleitet. Hierbei gibt der Dampf unter Kondensation die Wärme an das Rohwasser ab und verlässt über ein Druckreduzierventil 38, in Form von Reinwasser bzw. Kondensat, den Dampfbehälter 32. Der kondensierte, über das genannte Druckreduzierventil 38 den Dampfbehälter 32 verlassende Dampf ist dann Reinwasser, das zur Vorwärmung des Rohwassers noch durch einen Wasser-/Wasserwärmetauscher 39 geführt werden kann. Danach wird das Rohwasser in ein Auffangbehältnis 40 geleitet. Zuvor kann es entsprechend der zu 1 beschriebenen Vorrichtung, gegebenenfalls auch unter Vorsehung einer Bypassführung, durch Mineralstoff geleitet werden und/oder eine Mineralisierungsstation, in der Mineralstoffe frei in das Rohwasser eingegeben werden. Weiter kann es durch einen Filter, beispielsweise Aktivkohlefilter geleitet werden.

In dem Rohwasserbehältnis 32 ist, insbesondere zum Anfahren des Prozesses, noch eine Fremdheizung vorgesehen, hier auch durch ein elektrisches Widerstandsheizwendel 41 angedeutet.

Mit Bezug zu 3 ist aufbauend auf dem in Bezug zu 2 erläuterten Verfahren eine weitere Ausführungsform dargestellt.

Wesentlich ist hierbei, dass der Wärmetauscher 34 in Form von konzentrischen Rohren 42, 43 vorgesehen ist, wobei durch den Ringraum zwischen den Rohren 42 und 43 das Rohwasser bzw. später der Dampf strömt, durch das Innenrohr aber der verdichtete Dampf bzw. später das Kondensat.

Im Einzelnen ist eine Rohwasserleitung 44 vorgesehen, die mittels eines steuerbaren Ventils 45 Rohwasser in den Prozess einspeist. Die Steuerung 46 kann hierbei beispielsweise auf einer Flip-Flop-Steuerung beruhen. Das heißt es wird mittels Sensoren überprüft, bis zu welcher Höhe, bzw. Längenerstreckung des Wärmetauschers (Rohrlängsrichtung) der Wärmetauscher mit Rohwasser gefüllt ist. Wenn die vorbestimmte Füllung erreicht ist, wird die Zufuhr von Rohwasser abgeschaltet, bis ein unterer Wert erreicht ist, ab dem dann wieder gefüllt wird. Es ergibt sich also ein intermittierender Betrieb.

Das Rohwasser wird bei der hier gezeigten vertikalen Übereinanderanordnung des wendelartig sich erstreckenden Koaxialwärmetauschers vertikal unten, in einem untersten Bereich des Wärmetauschers in den genannten Ringraum 47 eingespeist. Das Außenrohr 42 ist zudem mit einer Heizvorrichtung versehen. Dies kann beispielsweise durch außen auf die Rohroberfläche aufgebrachte elektrische Widerstandsheizelemente 42' erreicht sein. Grundsätzlich könnte auch das gesamte Außenrohr als elektrisches Widerstandsheizelement gebildet sein.

Durch den im Gegenstrom geführten komprimierten Dampf bzw., in der Regel am Ende des Dampfweges, also nahe des Einleitungsortes für das Rohwasser, durch das im Gegenstrom geführte Kondensat, erfolgt eine zunehmende Erwärmung des Rohwassers, bis die Dampftemperatur erreicht wird. Auch darüber hinaus kann der Dampf noch überhitzt werden. Der so erzeugte Dampf verlässt den Wärmetauscher über die Dampfleitung 48 und tritt in einen Abscheider 49 ein. Dieser ist hier als Strömungsschikane symbolisiert. Es kann sich auch um einen Zyklonabscheider handeln. Dieser dient dazu, etwa mitgerissene Wassertröpfchen abzuscheiden. Solches Wasser sammelt sich in dem unteren Bereich des Abscheiders 49, dem Reservoir 50. In dem Reservoir 50 des Abscheiders befindliches Wasser kann über eine Leitung 50' in den Prozess, d.h. konkret in den Ringraum zwischen den Rohren 42, 43 zurückgeführt werden. Geeigneterweise ist auch in dieser Leitung eine Rückschlagklappe 50'' vorgesehen. Der aus dem Abscheider 49 durch die Leitung 51 austretende Dampf durchsetzt einen Verdichter 52, in welchem wie schon zuvor im Hinblick auf 2 erläutert der Dampf komprimiert und damit temperaturerhöht wird. Dieser komprimierte Dampf wird über die Leitung 53 an – in der Zeichnung oberen – Ende des Wärmetauschers in das Innenrohr 43 geleitet und strömt entsprechend im Gegenstrom zu dem Rohwasser bzw. dem daraus entstehenden Dampf im Ringspalt zwischen Innen- und Außenrohr. Hierbei wird der komprimierte Dampf so weit abgekühlt, dass er am – in der Zeichnung unteren – Ende des Wärmetauschers, im Bereich der Einleitung des Rohwassers, als Kondensat vorliegt und über die Kondensatleitung 54 den Wärmetauscher verlässt. Geeigneterweise ist in dieser Leitung auch ein Absperr- oder Druckreduzierventil 55 vorgesehen. Weiter strömt das Kondensat, d.h. also das Reinwasser, über die Leitung 54 in einen Filter 56. Es handelt sich auch hier bevorzugt um einen Aktivkohlefilter, mit der schon weiter vorne erläuterten Funktion.

Über die Leitung 57 und ggf. mittels einer Pumpe 58 strömt das Reinwasser bzw. Kondensat in das Vorratsbehältnis 59.

Zuvor, geeigneterweise vorgeschaltet zu der ggf. vorgesehen Pumpe 58, kann eine Remineralisierung vorgenommen werden. Grundsätzlich so wie vorstehend auch schon im Zusammenhang mit 1 bzw. 2 beschrieben. Für eine flüssige Remineralisierung kann ein Remineralisierungsbehältnis 59 vorgesehen sein, das über eine Zuleitung 60 in die Leitung 57 einspeist. Im Einzelnen kann dies mit einer nicht dargestellten Dosierpumpe vorgenommen sein. Geeigneterweise ist ein Absperrventil 61 in der Leitung 60 vorgesehen. Darüber hinaus kann in der Leitung 57 eine Rückschlagklappe 57' vorgesehen sein.

Die Remineralisierung kann auch erst in dem Vorratsbehältnis 59 vorgenommen werden. Hierbei kann es dann sinnvoll sein, eine CO2-Einspeisung in das Vorratsbehältnis vorzusehen. Insofern ist es möglich, ein CO2-Behältnis 62 vorzusehen, das über eine Einspeiseleitung 63 in das Vorratsbehältnis 59 einspeisen kann. Zur Steuerung kann hier auch ein Ventil 64 dann vorgesehen sein.

Im Weiteren verfügt das Vorratsbehältnis 59 beim Ausführungsbeispiel über eine Entnahmeleitung 64, die entsprechend auch ein Absperrventil 65 aufweist.

Mit Bezug zu 4 ist ein Verfahrens- und Anlagenschema erläutert, bei welchem die notwendige Wärme zur Verdampfung des Rohwassers aus einem Wärmepumpenprozess gewonnen wird.

Hierzu ist ein geeignetes Wärmeträgermedium vorgesehen, das in der Kreisleitung 66 zirkuliert. Das Wärmeträgermedium, das beispielsweise ein Gas wie CO2 oder Luft sein kann, wird durch einen Verdichter 67 so weit verdichtet, dass es eine ausreichend hohe Temperatur hat, um im Wärmetauscher 68 Wärme zur Verdampfung an das durch die Leitung 69 strömende, den Wärmetauscher 68 durchsetzende Rohwasser abgeben zu können. Dieses Rohwasser bzw. der entstehende Dampf wird dann durch den Wärmetauscher 70 geleitet, in dem wieder Wärme an das Wärmeträgermedium abgegeben wird, das durch die Leitung 66 auch den Wärmetauscher 70 durchsetzt. Hierdurch wird der erzeugte Dampf kondensiert und als Reinwasser durch den Leitungsabschnitt 71 abgelassen. Zur Steuerung des Prozesses ist auch in der Leitung 66 ein Regelventil 72 vorgesehen. Im Übrigen kann auch hier in gleicher Weise wie zu den anderen Verfahren bereits vorstehend beschrieben, die Remineralisierung und Filterung des Reinwassers vorgenommen werden.

Die hier beschriebenen Vorrichtungen sind im Weiteren so ausgelegt, dass sie 5 bis 10, bevorzug 8 bis 15, weiter bevorzug 101/h Reinwasser erzeugen.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Gewinnung von Reinwasser, vorzugsweise in einer transportablen, zum Anschluss an einen Wasserhahn einer Hauswasserversorgung geeigneten Vorrichtung, in welcher Rohwasser auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung unter Aufteilung des Rohwassers in unterschiedliche Druckstufen vorgenommen wird und mit Ausnahme der höchsten Druckstufe Dampf aus einer vorherigen Stufe höheren Drucks als Wärmeträger zur Verdampfung des Rohwassers in einer nachfolgenden, niedrigeren Druckstufe herangezogen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer Druckstufe zur Vorwärmung des Rohwassers genutzt wird. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstufen übereinander angeordnet sind. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinwasser zum Remineralisieren durch mineralhaltigen Feststoff geleitet wird. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Mineralgehalts eine Reinwasser-Bypassleitung vorgesehen ist. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass jedenfalls in der höchsten Druckstufe eine aktive Erhitzung des Rohwassers, etwa elektrische Erhitzung, durchgeführt wird. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass nur in der höchsten Druckstufe eine aktive Erhitzung durchgeführt wird. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinwasser durch einen Filter, vorzugsweise Aktivkohlefilter, zur Entfernung leichtflüchtiger bzw. organischer Substanzen geleitet wird. Vorrichtung zur Gewinnung von Reinwasser, vorzugsweise transportable Vorrichtung, weiter vorzugsweise zum Anschluss an einen Wasserhahn einer Hauswasserversorgung, mit einem ersten Rohwasserbehältnis (3), das auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rohwasserbehältnissen (3, 8, 14) vorgesehen ist und dass in jedem der Rohwasserbehältnisse (3, 8, 14) eine Erhitzung auf Verdampfungstemperatur vorgenommen wird, wobei die Drücke in den Behältnissen (3, 8, 14) unterschiedlich eingestellt sind. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf einer höheren Druckstufe unter Kondensatbildung zur Verdampfung in einer niedrigeren Druckstufe geleitet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer Druckstufe im Wärmetausch zum Rohwasser geleitet ist. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstufen übereinander angeordnet sind. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinwasser zum Remineralisieren durch mineralischen Feststoff geleitet ist. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Mineralgehalts das Reinwasser auch in einer Bypass-Leitung (28) an dem Feststoff vorbei leitbar ist. Verfahren zur Gewinnung von Reinwasser aus Rohwasser, wobei das Rohwasser verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass der entstehende Wasserdampf komprimiert wird und dass der komprimierte Wasserdampf zur Erwärmung und Verdampfung des Rohwassers genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 15 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohwasser unter Kondensation des Wasserdampfes erhitzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohwasser in die Verdampfungskammer unter Wärmetausch zu dem die Verdampfungskammer verlassenden Kondensats geführt ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinwasser remineralisiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Remineralisieren oder Zudosieren von Mineralien in flüssiger und/oder Feststoffform durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Mineraliengehaltes das Reinwasser teilweise im Bypass zu der Remineralisierung geführt werden kann. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinwasser durch einen Aktivkohlefilter geleitet wird zur Entfernung leicht flüchtiger bzw. organischer Substanzen. Vorrichtung zur Herstellung von Reinwasser aus Rohwasser, wobei ein Dampfbehälter (32) vorgesehen ist, der mit Reinwasser zu befüllen ist, weiter in dem Dampfbehälter (32) ein Wärmetauscher (34) angeordnet ist und aus dem Dampfbehälter (32) Dampf entweicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf mittels eines Verdichters (36) komprimiert wird, wobei der so komprimierte Dampf zur Durchsetzung des Wärmetauschers (34) geführt ist. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohwasser nur mittels des komprimierten Dampfes zur Verdampfung erhitzt wird. Verfahren zur Gewinnung von Reinwasser aus Rohwasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung zur Verdampfung und die Kondensierung des erzeugten Dampfes mittels eines im Kreislauf strömenden Wärmeträgermediums durchgeführt wird, wobei durch Verdichten des Arbeitsmittels dem Prozess Energie zugeführt wird.






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