申请日2012.02.24
公开(公告)日2013.12.25
IPC分类号C02F1/00; C02F9/00; C02F1/68; C02F1/66; C02F5/08
摘要
本发明涉及一种水处理装置(1)，尤其用于供给：蓄水的和/或加热水的家用器具、或者用于制作和处理食物和/或具有经过处理的饮用水的饮料的设备、如饮料自动售货机、自动煮咖啡器、制冰机、烹调和烘烤设备、蒸汽发生器或者高压清洁器、空气调节器或者具有经过处理的水的类似设备，该水处理装置包括以固态形式存在的、用于减少矿物质沉淀的试剂(3)。该水处理装置的特征在于，设有对用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响的第一介质。
权利要求书
1.一种水处理装置(1)，尤其用于供给：蓄水的和/或加热水的家 用器具、或者用于制作和处理食物和/或具有经过处理的饮用水的饮料的设 备、如饮料自动售货机、自动煮咖啡器、制冰机、烹调和烘烤设备、蒸汽 发生器或者高压清洁器、空气调节器或者具有经过处理的水的类似设备， 所述水处理装置包括以固态形式存在的、用于减少矿物质沉淀的试剂(3)， 其特征在于，设有对用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响的第 一介质(4)。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，设有对用于减 少矿物质沉淀的试剂(3)的溶解特性产生影响的第二介质(5)。
3.根据权利要求1或2所述的水处理装置，其特征在于，设有用于 第一介质(4)和第二介质(5)的混合室(7)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第一介质的pH值提高用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第二介质的pH值与所述第一介质相比降低用于减少矿物质沉淀的试剂 的溶解性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第一介质是待处理的水的、通过水处理段(19)导引的第一分流(18)， 和/或所述第二介质是待处理的水的、与第一分流不同地导引的第二分流 (20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第一介质的pH值能通过使用离子交换剂改变，尤其能通过使用主要以 氢形式存在的阳离子交换剂改变。
8.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，用 于减少矿物质沉淀的试剂是含磷酸盐的或者是聚磷酸酯。
9.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，用 于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器具有至少一个用于所述第一介质的第 一流入路径(9、11)和至少一个用于所述第二介质的第二流入路径(10、 12)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，用 于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器相对于过滤元件(15)这样布置，即 至少是该接收容器的外周面、优选还有一端面的表面与第一介质和/或第二 介质相接触，或者与由此产生的介质混合物(4、5)相接触。
11.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述介质作为溶解性缓和剂作用于减少矿物质沉淀的试剂(3)和/或作为浓 度缓和剂在水中作用于减少矿物质沉淀的试剂(3)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第二介质是阴离子交换剂、尤其是弱碱性的阴离子交换剂。
13.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第二介质是pH增强剂、尤其是难以溶解的盐、例如碳酸钙或碳酸镁。
14.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述第二介质是气态的或者在气态下起作用的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所 述水处理装置包括管道连接头(22)和可更换的过滤筒。
16.根据前述权利要求中任一项所述的水处理装置，其特征在于，设 有水箱(25)。
说明书
用于避免或减少矿物质沉淀的水处理装置
技术领域
矿物质沉淀、尤其是形成CaCO3沉淀(钙)在设备运行时是干扰性的， 这些设备例如以热水工作或者在其中浓缩了含水物质。这类设备包括例如 热水器、咖啡机、蒸锅、洗碗机、洗衣机、蒸汽设备——尤其是蒸汽熨斗、 高压清洁器、空气清洁器和空气处理器、制冰机——尤其是冰块机、饮用 水器、饮料自动售货机或者类似设备。因此，为了避免或减少干扰性的矿 物质沉淀、尤其是钙沉淀，按照常见的现有技术使用原水处理。在此涉及 软化或脱碳设备，其中使用离子交换剂且尤其使用阳离子交换剂、例如弱 酸性的阳离子交换剂。一种常见的用于抑制矿物质沉淀、尤其是钙沉淀的 方法是对试剂进行配量，以防止形成结晶、例如形成CaCO3晶体，或者说 为了稳定在水里溶解的矿物质。在EP2272801A2中也描述了软化或脱碳 与减少矿物质沉淀的试剂、例如防止结晶的试剂，或者防垢物质、例如复 合剂、例如聚磷酸酯的组合。
背景技术
在液体中加入用于减少矿物质沉淀的试剂、或者防垢物质、例如复合 剂、尤其是磷酸盐或者聚磷酸酯的已知方法此外可以是液体配量装置和系 统，用于溶解以晶体或非晶体存在的或者固态的防垢物质、例如复合剂、 如聚磷酸盐，以小球状、粉末或者其它处理的添加物形式。
目前，在许多国家还只借助于液体配量装置配量防垢物质、例如复合 剂、尤其是聚磷酸酯，用于抑制过饱和的碳酸钙溶液的结晶，该液体配量 装置与流过容积成比例地添加聚磷酸酯浓缩物，这是因为已知的、具有固 态复合剂的系统——在下面以闸式系统/闸斗仓表示——由于与各种使用 有关的、在复合剂与液体之间、尤其是聚磷酸盐与水之间的不同滞留和接 触时间，不能均匀地将聚磷酸酯给出到水中。这种不均匀给出的结果是溶 解的聚磷酸酯在水中的浓度根据使用者或者耗用器的需求特性而剧烈地波 动。
为了避免在液体中的防垢物质或者复合剂过度浓缩，因此尤其在处理 饮用水时也使用所谓的难以溶解的防垢物质或者复合剂、例如难以溶解的 聚磷酸酯。
因此在使用难以溶解的防垢物质、例如聚磷酸酯时陷入困境。如果想 在系统停止后、例如过夜以后在经过处理的水中不超过防垢物质、例如聚 磷酸酯的推荐的最高浓度(按照德国TVO对于聚磷酸酯而言是7mg/l)， 那么只能使用极其难以溶解的聚磷酸酯。但是如果在连续要求经过处理的 水以高流速流过闸式系统时，则聚磷酸酯的用量非常迅速地下降到所追求 的最小浓度以下，这个最小浓度对于矿物质、尤其是CaCO3的所要求的溶 解稳定性是必需的。因此水处理失去了其用于有效地防止钙沉淀或者用于 有效地减少CaCO3沉淀的效用。
发明内容
本发明的目的在于，对按照上述现有技术所述的对水、尤其是饮用水 的处理进行改进。
该目的从权利要求1的前序部分出发通过其特征部分得以实现。在从 属权利要求中给出适宜的和有利的改进方案。
相应地，本发明涉及一种水处理装置、尤其用于供给：蓄水的和/或加 热水的家用器具、用于制作和处理食物和/或具有经过处理的饮用水的饮料 的炊具或设备、如饮料自动售货机、自动煮咖啡器、制冰机、烹调和烘烤 设备、蒸汽发生器或者高压清洁器、空气调节器或者具有经过处理的水的 类似设备，该水处理装置包括用于减少矿物质沉淀的试剂。该水处理装置 的特征在于，设有对用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响的第 一介质。
所述产生影响的介质例如可以是用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性 抑制剂、溶解性增强剂、溶解性催化剂、溶解性缓和剂或者浓度缓和剂。 缓和剂根据本发明指的是一种介质，该介质根据试剂的影响通过第一介质 和/或通过水的内含介质和/或通过环境温度和/或根据水处理装置的运行方 式降低、提高和/或以确定的数值范围保持试剂的溶解性或者试剂在水中的 浓度。
所述缓和剂可以去除试剂中的例如离子或者将离子输送给试剂，或者 使离子与试剂交换，或者降低或提高试剂的溶解性，或者接收或给出溶解 在水中的试剂。因此在停滞阶段期间、或者在不流过水处理装置时、例如 通过接收来自水的试剂、例如通过接收或者更换试剂的离子，可以在给定 的数值范围中保持试剂在水中的浓度，和/或以微少溶解的状态保持试剂。 在跟随在其后的取出阶段中、或者在流过水处理装置时，所述缓和剂可以 重新给出或者交换事先通过它接收的试剂和/或事先由其接收的试剂的离 子，并由此以给定的数值范围保持试剂在水中的浓度和/或重新提高试剂的 溶解性。
因此所述试剂与介质在水处理装置的取出阶段中、或者流过阶段中的 更短的接触时间不会导致试剂在水中的不足的浓度，并且不会导致用于防 止矿物质沉淀的试剂的有效性的降低或缺失。因此，在水处理装置的停滞 阶段中、或者在不流过水处理装置时，所述试剂与介质的更长的接触时间 不会导致试剂在水中的过度的浓度。
产生影响的介质可以以固态、液态或者气态的形式存在。所述介质可 以移动地或固定地在水处理装置中起作用。
这种水处理装置的构造基于这种认识，通过对用于减少矿物质沉淀的 试剂的溶解特性、尤其是其在由其处理的水中的溶解特性施加影响，也能 利用这些试剂实现足够地减少矿物质沉淀，而迄今为止利用它们不能或者 不能以令人满意的程度实现这一点，尤其不能在所有的运行条件下。
因此例如可以有针对性地这样影响用于减少矿物质沉淀的或者用于减 小硬度沉淀、例如CaCO3的难以溶解的试剂的溶解性，即，在取出水期间 或者在流过水处理装置时提高所述试剂的溶解性，并且使试剂以足够的浓 度在水中溶解，并且防止或者至少明显减小CaCO3在管道和/或加热或浓 缩经过处理的水的部位中的沉淀。
在另一实施例中例如可以有针对性地这样影响用于减少矿物质沉淀或 者用于减小硬度沉淀、例如CaCO3的易于溶解的试剂的溶解性，即，降低 所述试剂的溶解性，例如在水停滞时间期间，或者在不流过水处理装置时， 以避免试剂在水中的过度的浓度。
通过设置对用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响的第二介 质，可以附加地影响用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性。
例如在通过第一介质还不足以提高溶解特性时，可以通过第二介质例 如以附加地提高用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性的形式起到抑制作 用。例如在取出水的时间期间、或者在流过水处理装置时。在此例如也可 以设想分级地对用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响。
在另一优选的实施方式中，第二介质可以抵制通过第一介质引起的、 用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性的提高。例如由此在水停滞的时间 期间、或者在不流过水处理装置时抵制不期望的、被设置用于减少矿物质 沉淀的试剂在水中的过高的浓度。
这一点可以以优选的方式通过第二介质实现，该第二介质例如抑制性 地作用于试剂的溶解性或者试剂在水中的浓度。这种缓和剂例如可以这样 起作用，即，该缓和剂在停滞阶段期间、或者在不流过水处理装置时降低 用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性，和/或阻止试剂在水中的浓度提高， 并且在水处理装置的下一取出阶段或者流过阶段期间重新给出和/或重新 提高试剂的溶解性。
用于减少矿物质沉淀的试剂例如可以被加入到介质中、例如固态介质 和/或固定的介质中，它以优选的方式作为缓和剂起作用。
作为缓和剂在实验中已经证实阴离子交换剂是有利的。通过加入到阴 离子交换剂中可以抑制试剂在水中的溶解性和/或给出量，和/或抑制试剂在 水中的浓度。强碱性的、弱碱性的或者中等碱性的变化适合于作为适合的 阳离子交换剂。此外，第二介质可以包括pH增强剂。对此，例如难以溶 解的碳酸钙和/或碳酸镁、例如以颗粒的形式(等)已经证实是 适合的。这种颗粒溶解并且碱性地起反应。因此在停滞阶段中，这种试剂 可以提高pH值。通过pH值的提高而降低了用于减少矿物质沉淀的试剂 的溶解性。
因为在pH增强剂的溶解过程中释放了Ca2+和Mg2+离子，因此附加地， 如果该试剂优选地包括难以溶解的Ca2+盐和Mg2+盐，例如由Ca2+和Mg2+聚磷酸酯组成，则可以降低用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性。
根据盐在水中的溶解性的规律，通过高浓度的Ca2+和Mg2+与试剂的 接触而减小了试剂的阴离子的溶解性(溶度积)。
特别有利的是，为了加入用于减少矿物质沉淀的试剂，第二介质由pH 值增强剂和缓和剂的混合物组成，以用于对试剂的溶解性和/或用于减少矿 物质沉淀的试剂在水中的浓度产生影响。这尤其在停滞阶段期间或者不流 过水处理装置的阶段期间是有利的，和/或在通过第一介质对用于减少矿物 质沉淀的试剂的溶解性产生影响时是有利的。
也可以使用用于减少矿物质沉淀的试剂，其本身在第二介质方面、例 如作为pH值增强剂起作用。
也可以使用气态的或者气态起作用的介质，例如用于影响水中的pH 值。例如通过在水中溶解CO2形成碳酸。例如也能够抑制或者明显减少第 一介质与用于减少矿物质沉淀的试剂之间的接触，例如通过释放CO2气体， 或者通过各种形式的气体，例如空气，以用于尤其在停滞阶段中或者不流 过水处理装置时避免试剂在所使用的水中的过度的浓度。
对于液态的和/或在水处理装置中移动的介质可以以优选的方式设有 用于第一介质和第二介质的混合室，例如用于使第一介质和第二介质这样 混合，使得尽可能准确且尽可能迅速地对于用于减少矿物质沉淀的试剂的 溶解特性产生适合于相关的水处理装置运行状态的影响。
以特别优选的方式这样设计用于第一介质和/或第二介质的混合室或 流动导向，使得其混合比例是可变化的。例如在取出运行、或者流过水处 理装置时，两种介质的完全混合量是微少的，由此使第一介质尽可能无干 扰地影响用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解特性，例如可以提高试剂的溶 解性并由此提高试剂在水中的浓度，并且由此使水处理装置最佳地避免矿 物质沉淀。相反，在停滞运行中，或者在不流过水处理装置时可以使第一 介质与第二介质强烈地完全混合，由此阻止第一介质影响到用于减少矿物 质沉淀的试剂的溶解特性，例如降低试剂的溶解性并由此降低用于减少矿 物质沉淀的试剂在包围它的水中的浓度，尤其甚至明显降低并且甚至尽可 能防止继续溶解。
这一点例如能以这种方式实现，即，第一介质具有一pH值，该值提 高用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性，并且第二介质具有一pH值，该 值又抵制这种积极的溶解性影响，即，使溶解特性又降低。
在一个优选的实施方式中，第一介质具有酸的特性，而第二介质具有 抵制这种酸作用的性质。在此，第一介质例如可以是待处理的水的、通过 水处理段、例如通过脱碳段过滤的第一分流。在此，这个分流可以是经过 酸化的。相反，第二介质可以是待处理的水的、与第一分流不同地导引的 第二分流。该分流例如也可以通过水处理段、尤其是过滤段导引，例如用 于影响相关的水的其它处理需求。例如是颗粒过滤、重金属过滤等。
第一介质的pH值以优选的方式在取出运行期间、或者在流过水处理 装置期间近似在小于6的范围中、尤其在大约3或者3至4.5的范围中。
为了可以将两种介质以相应的方式输送到设置用于减少矿物质沉淀的 试剂，可以为该试剂设有相应的接收容器。上述的混合室例如可以通过相 应地在其上构成的用于待处理的水和尤其第一和/或第二介质的输入和排 出的过流孔在其内部实现。
以优选的方式，用于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器具有至少一个 用于第一介质的第一流入路径和至少一个用于第二介质的第二流入路径。 在此以有利的方式，用于第二介质的流入路径沿流动方向比用于第一介质 的流入路径更靠近接收容器中的流出路径。由此实现，在取出运行中，或 者在流过水处理装置时，第二介质不或者只微少地或者只短时间地与用于 减少矿物质沉淀的试剂接触。但是与此相反，第一介质——它用于对减少 矿物质沉淀的试剂的溶解特性产生影响——强烈地和/或更长时间地与其 接触，并因此可以提高试剂的溶解性并由此提高用于减少矿物质沉淀的试 剂在水中的浓度。
用于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器以优选的方式可以具有多孔的 分隔壁。这个接收容器尤其也可以设计成多孔壁体。例如以由碳制成的基 体的形式，例如外套。在此，在使用活性碳时可以同时实现相应的过滤段。 为了使待处理的水的两个分流——它们是第一介质或第二介质——流入， 可以将在碳中的多孔通道用于介质输送。在此在一个实施方式中，可以对 于第一介质而言在远离排出的部位中在水处理装置中实现端面的入流，并 且对于第二介质而言要么在外套的靠近排出部位的端面部位和/或在与其 相邻的外壳部位实现入流。在一相反变化的实施方式中，也可以通过第一 介质和第二介质完全环绕接收容器流动，其中在这种情况下为第一介质和 第二介质设有尽可能相互远离的输入管道。
例如可以通过使用离子交换剂实现第一介质的pH值的调整。所述离 子交换剂例如可以主要是以氢形式存在的阳离子交换剂、尤其是弱酸性的 阳离子交换剂。这改变了在第一介质中或者在待处理的水的分流中的pH 值，该分流流过相关的阳离子交换剂段。在取出运行期间、即在分流流过 阳离子交换剂期间，这个分流相应地被酸化并且输送到用于减少矿物质沉 淀的试剂。由此以这种方式提高了用于减少矿物质沉淀的试剂的溶解性， 并由此提高试剂在水中的浓度，从而充分地处理了全部流过水处理装置的 水，以防止、或者至少明显地降低矿物质沉淀。
在一个优选的实施例中，用于减少矿物质沉淀的试剂可以是复合剂， 例如含磷酸盐的和/或含聚磷酸酯的复合剂。在此可能的状态形式是晶体、 非晶体和/或其它形式。
特别优选作为用于减少矿物质沉淀的试剂是用于防止形成晶体的试 剂，例如复合剂、例如聚磷酸酯，它在中性的pH值的情况下难以溶解。 由此能通过混合未酸化的水相对快速地在停滞或者在不流过水处理装置时 起到减少或稳定试剂的溶解特性的作用，并且防止试剂在水中的过高浓度。 根据本发明，复合剂被描述为一种试剂，该试剂将矿物质、尤其是金属、 例如钙、镁、钡等结合起来，并且防止其与其它反应物反应和其形成结晶 或者在水性溶液中沉淀。尤其为了防止难以溶解的碱土金属化合物(例如 硬度)，或者为了防止腐蚀而使用复合剂，例如磷酸酯、磷酸、三磷酸酯 或者聚磷酸酯，这是因为它们保持溶液中的难以溶解的化合物或者将其转 化为容易溶解的化合物。
以优选的方式，用于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器这样布置在水 处理装置中，即至少其外壳面、优选是端面的表面与第一介质和/或第二介 质相接触，或者与由此产生的介质混合物相接触。为此可以使用接收容器， 例如以设计为可更换式过滤筒的元件的形式，或尤其以过滤元件的形式， 或者布置在这个元件中。优选在端部上或者在过滤段中，其设置用于使待 处理的水的、形成第一介质的分流酸化。
例如形成第二介质的第二分流可以被这样导引，即，它例如作为旁流 导引到过滤元件的酸化段。按照上面的描述，待处理的水的这个分流的输 送在用于减少矿物质沉淀的试剂的接收容器的部位附近实现，在这个部位 上，待处理的水被从其中导出。
为了能将水处理装置安装在管道系统中，其以有利的方式还包括所谓 的管道连接头。这些管道连接头一般包括输入管道接头、排出管道接头， 并且一般还包括用于以流体技术布置在这两个接头之间的更换部件、尤其 是过滤元件、例如可更换式过滤筒的接头或容纳体。这个可更换式过滤筒 一般这样设计，通过输入管道使待处理的水流入到管道接头中并且继续流 入到过滤元件中，穿过该过滤元件，在此水被处理并且接着通过管道连接 头上的排出管道重新返回到为此配备的管道系统中。由此可以使后面连接 的设备可靠地避免矿物质沉淀。具体的例子有：用于制作和处理食物和/ 或饮料的家用器具或设备，如热水器、自动煮咖啡器、蒸锅、洗碗机、洗 衣机、蒸汽设备——尤其是蒸汽熨斗、高压清洁器、空气清洁器和空气调 节器、制冰机——尤其是冰块机、饮水器、饮料自动售货机或者类似设备。
在另一个实施方式中，水处理装置可以包括水箱，尤其具有过滤连接 元件，例如以水过滤罐的形式，或者作为饮料机的单元，例如热饮机、例 如自动煮咖啡器。由此也可以为没有通过管道连接的设备供给经过相应处 理的水。
在另一个变型的实施方式中，水处理装置也可以具有直接连接到设备 上的连接元件。由此要么通过管道要么通过水箱在中间连接了根据本发明 的水处理装置的条件下可以使相应设置的设备避免由于矿物质沉淀引起的 沉积。
