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Title:
DEVICE AND METHOD FOR PREPARING WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/143862
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (1) for preparing water, comprising a hollow body (4) which can be rotated in water (3) to be prepared. The rotatable hollow body (4) comprises at least one trough-shaped separator (5) which together with the rotatable hollow body (4) encloses a continuous cavity (6) for conducting prepared water (7), wherein the trough-shaped separator (5) has a vapor-permeable diffusion layer (8) at least in some sections, and the rotatable hollow body (4) is used as a collecting container for the prepared water (7) which is obtained by means of condensation in the rotatable hollow body (4). The invention also relates to a method for preparing water.

Inventors:
GOMBERT BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/025017
Publication Date:
August 03, 2023
Filing Date:
January 18, 2023
Export Citation:
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Assignee:
GOMBERT BERND (DE)
International Classes:
C02F1/34; B01D1/22; C02F1/04; C02F1/469; C02F1/72; C02F103/08
Foreign References:
US5534118A1996-07-09
DE102009054487A12011-06-16
Attorney, Agent or Firm:
BOCK-KRAUSEN, Leopold (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Aufbereitung von Wasser, mit einem in aufzubereitendem Wasser (3) dreh- baren Hohlkörper (4), wobei der drehbare Hohl- körper (4) zumindest einen schaufelförmigen Se- parator (5) umfasst, der mit dem drehbaren Hohl- körper (4) einen zusammenhängenden Hohlraum (6) zur Durchleitung von aufbereitetem Wasser (7) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der schaufelförmige Separator (5) zumin- dest teilweise eine wasserdampfdurchlässige Diffusionsschicht (8) aufweist und der drehbare Hohlkörper (4) als Auffangbehälter für das auf- bereitete Wasser (7) dient, das durch Konden- sation im drehbaren Hohlkörper (4) gewonnen wird.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass der drehbare Hohlkörper (4) ein geschlossenes Gehäuse (9) zur Trennung des aufzubereitenden Wassers (3) von dem aufberei- teten Wasser (7) umfasst.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- zeichnet durch einen äußeren Hohlkörper (2) zur Durchleitung des aufzubereitenden Wassers (3), wobei der drehbare Hohlkörper (4) innerhalb des äußeren Hohlkörpers (2) angeordnet ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schaufelförmige Separator (5) zumindest eine Propellerschaufel oder Turbinenschaufel auf- weist. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu- mindest teilweise wasserdampfdurchlässige Dif- fusionsschicht (8) an einem radial äußeren Ende (11) des schaufelförmigen Separators (5) ange- ordnet ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu- mindest teilweise wasserdampfdurchlässige Dif- fusionsschicht (8) zumindest teilweise ein po- renförmiges Material aufweist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das porenförmige Material zumindest teilweise als Katalysator ausgebildet ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Poreneigenschaften des porenförmigen Materials an einen vordefinierten Separationsgrad angepasst sind. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu- mindest teilweise wasserdampfdurchlässige Dif- fusionsschicht (8) zumindest teilweise aus ei- nem Sinterwerkstoff hergestellt ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsschicht (8) ein Entweichen von Was- serdampf aus dem drehbaren Hohlkörper (4) ver- hindert . Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Elektrode (12, 13) zum Aufbauen eines elektri- schen Spannungsfeldes im aufzubereitenden Was- ser (3). Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (5) eine erste Elektrode (12) um- fasst und der äußere Hohlkörper (2) eine zweite Elektrode (13) umfasst. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem drehbaren Hohlkörper (4) verbundenen Antrieb (10) zum Hervorrufen von Kavitation im aufzu- bereitenden Wasser (3) durch Rotation des Se- parators (5). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensor

(14) zur Erfassung eines Parameters des aufzu- bereitenden Wassers (3). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Stellglied

(15) zur Förderung von Kavitation im aufzube- reitenden Wasser (3). Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, mit den Schritten : Rotatorisches Antreiben eines drehbaren Hohl- körpers (4) mit zumindest einem schaufelförmi- gen Separator (5), der zumindest teilweise eine wasserdampfdurchlässige Diffusionsschicht (8) aufweist, Umspülen der Diffusionsschicht (8) im aufzube- reitendem Wasser (3), Erzeugen von Kavitation im aufzubereitenden Wasser (3) zur Bildung von durch die Diffusi- onsschicht (8) diffundierendem Wasserdampf, und Sammeln von Wasserdampf im drehbaren Hohlkörper (4). Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Kondensieren des Wasserdampfs im drehbaren Hohlkörper (4) zu aufbereitetem Wasser (7), und Abführen des aufbereiteten Wassers (7).

Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, gekenn- zeichnet durch Aufbauen eines elektrischen Spannungsfeldes im aufzubereitenden Wasser (3). Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch Bestimmen einer Rotations- geschwindigkeit des drehbaren Hohlkörpers (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, gekennzeichnet durch Ausbilden eines Partial- dampfdruckgefälles im drehbaren Hohlkörper (4) zur Verhinderung eines Entweichens des Wasser- dampfs aus dem drehbaren Hohlkörper (4).

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Was- ser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden genutzt, um Trinkwasser aus nicht trinkbarem Wasser wie etwa Salzwasser oder verschmutztem bzw. mit gesundheits- schädlichen Stoffen belastetem Wasser zu gewinnen.

Bei derartigen Vorrichtungen und Verfahren kann es sich zum Beispiel um Kläranlagen handeln, in denen unter Anwendung von sehr komplexen Aufbereitungs- prozessen aus verschmutztem Wasser wieder Trinkwas- ser gewonnen wird.

Ferner sind Entsalzungsanlagen bekannt, in denen Trinkwasser aus Meerwasser gewonnen wird. Zwei Ver- fahren haben sich weltweit sehr verbreitet, die zur Bereitstellung des Trinkwassers in diesen Anlagen Anwendung finden, nämlich thermische Verfahren un- ter Einbeziehung von Destillation und Verdampfung des Meerwassers und Verfahren wie die Umkehrosmose, welche mit Membranen arbeiten. Jedoch erfordern beide Verfahren einen sehr hohen Energieeinsatz, weshalb der Betrieb derartiger Anlagen einerseits wirtschaftlich schwierig und andererseits aus Grün- den des Klimaschutzes problematisch ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vor- richtung und ein Verfahren für eine umweltscho- nende, leicht durchführbare und wirtschaftliche Aufbereitung von nicht trinkbarem Wasser vorzu- schlagen .

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, mit einem in aufzuberei- tendem Wasser drehbaren Hohlkörper, wobei der dreh- bare Hohlkörper zumindest einen schaufelförmigen Separator umfasst, der mit dem drehbaren Hohlkörper einen zusammenhängenden Hohlraum zur Durchleitung von aufbereitetem Wasser umschließt, wobei der schaufelförmige Separator zumindest teilweise eine wasserdampfdurchlässige Diffusionsschicht aufweist und der drehbare Hohlkörper als Auffangbehälter für das aufbereitete Wasser dient, das durch Kondensa- tion im drehbaren Hohlkörper gewonnen wird.

Der drehbare Hohlkörper kann rohrförmig ausgebildet sein. Wird der drehbare Hohlkörper in Rotation ver- setzt, rotiert der schaufelförmige Separator mit dem drehbaren Hohlkörper mit. Dabei beschleunigt der schaufelförmige Separator das aufzubereitende Wasser. Entsprechend der Beschleunigung kann die Fließgeschwindigkeit, mit der das aufzubereitende Wasser am Separator vorbeifließt, reguliert werden. Je höher die Geschwindigkeit ist, desto geringer ist der statische Druck des aufzubereitenden Was- sers (Gesetz von Bernoulli). Das aufzubereitende Wasser kann auf eine derart hohe Fließgeschwindigkeit beschleunigt werden, dass der statische Druck unter den Verdampfungsdruck des aufzubereitenden Wassers fällt. Hierzu kann das aufzubereitende Wasser auf Fließgeschwindigkeiten von 14 Meter pro Sekunde oder schneller durch den schaufelförmigen Separator beschleunigt werden.

Als Folge wird eine Kavitation im Bereich des Sepa- rators hervorgerufen, so dass sich Dampfblasen, auch Kavitationsblasen genannt, im aufzubereitenden Wasser ausbilden. Die Dampfblasen werden durch die Strömung in Gebiete höheren Druckes mitgerissen. Mit dem erneuten Ansteigen des statischen Drucks über den Dampfdruck kondensiert der Dampf in den Hohlräumen schlagartig, und die Kavitationsblasen implodieren nach kurzer Zeit. Dadurch entstehen im aufzubereitenden Wasser sehr hohe Druckstöße bzw. Druckwellen. Aufgrund der sich im aufzubereitenden Wasser ausbildenden hohen Drücke dringen die sich an der wasserdampfdurchlässigen Diffusionsschicht des Separators befindlichen Dampfblasen durch die Diffusionsschicht in den drehbaren Hohlkörper ein.

Wird nun der im drehbaren Hohlkörper befindliche Wasserdampf kondensiert, wird reines, aufbereitetes Wasser gewonnen, das mittels des Separators aus dem aufzubereitenden Wasser abgeschieden wird. Der drehbare Hohlkörper dient zugleich als Sammel- bzw. Auffangbehälter für das frisch aufbereitete Wasser.

Der drehbare Hohlkörper kann ein geschlossenes Ge- häuse zur Trennung des aufzubereitenden Wassers von dem aufbereiteten Wasser umfassen. So kann verhindert werden, dass das aufbereitete Wasser mit dem aufzubereitenden Wasser in Kontakt gerät oder durch dieses wieder verschmutzt bzw. kontaminiert wird.

Die Vorrichtung zur Aufbereitung des Wassers kann einen äußeren Hohlkörper zur Durchleitung des auf- zubereitenden Wassers umfassen, wobei der drehbare Hohlkörper innerhalb des äußeren Hohlkörpers ange- ordnet ist. Der äußere Hohlkörper kann rohrförmig ausgebildet sein. Ferner kann der äußere Hohlkörper verhindern, dass das aufzubereitende Wasser aus der Vorrichtung entweicht. Zudem begünstigt der äußere Hohlkörper die Umströmung des Separators mit dem aufzubereitenden Wasser, da das Wasser durch den äußeren Hohlkörper zum Separator gedrängt wird.

Der schaufelförmige Separator kann zumindest eine Propellerschaufel oder eine Turbinenschaufel auf- weisen. Wird der Separator in Rotation versetzt, dann kann eine Sogwirkung erzeugt werden, um das aufzubereitende Wasser in Richtung zum Separator hin anzuziehen. Entsprechend der jeweiligen Geomet- rie der Schaufeln kann die Sogwirkung und damit die Strömung des aufzubereitenden Wassers beeinflusst werden, z. B. hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Strömungsrichtung. So kann eine Geometrie für den schaufelförmigen Teil des Separators gewählt werden, die das Hervorrufen der Kavitation im Be- reich der wasserdampfdurchlässigen Diffusions- schicht des Separators begünstigt.

Die wasserdampfdurchlässige Diffusionsschicht kann an denjenigen Stellen des schaufelförmigen Separators angeordnet sein, an denen das Auftreten der Kavitation am wahrscheinlichsten ist, wie z. B. an einem radial äußeren Ende des schaufelförmigen Separators. Es können aber auch andere Stellen des Separators mit einer wasserdampfdurchlässigen Dif- fusionsschicht versehen sein, bzw. der Separator kann vollständig aus einer Diffusionsschicht ausge- bildet sein.

Die Diffusionsschicht kann zumindest teilweise ein porenförmiges Material aufweisen. Die Kavitations- blasen können das Porenmaterial passieren. Nachdem die Kavitationsblasen das Porenmaterial durchdrun- gen haben, schlagen sie sich als winzige Was- sertröpfchen im Inneren des Separators nieder.

Das Porenmaterial kann mithilfe additiver Ferti- gungsverfahren, wie z. B. 3D-Druckverfahren, herge- stellt werden. Das Porenmaterial kann auch Kunst- stoff- oder Metallgewebe umfassen. Das Porenmate- rial kann auch ein nanoporöses Material umfassen, zum Beispiel mit Hohlräumen in einer Größe von ca. 5 bis 50 Nanometer.

Das porenförmige Material kann zumindest teilweise als Katalysator ausgebildet sein und zumindest ei- nes der folgenden Katalysatormaterialien aufweisen, wie etwa Aluminium, Silber, Gold, Kobalt, Kupfer, Eisen, Iridium, Molybdän, Nickel, Palladium, Pla- tin, Rhodium, Ruthenium oder Titan. Somit kann das aufzubereitende Wasser zusätzlich chemisch gerei- nigt bzw. aufbereitet werden. Je nachdem mit wel- chen Stoffen das aufzubereitende Wasser verunrei- nigt ist, kann ein passendes Katalysatormaterial ausgewählt werden. Um zumindest eines der Katalysa- tormaterialien als porenförmiges Material auszubil- den, kann wiederum ein additives Fertigungsverfah- ren (z. B. 3D-Druck) oder ein Sinterverfahren zur Anwendung kommen. Es ist auch möglich, die Kataly- satormaterialien in Form einer Legierung auf das porenförmige Material aufzubringen. Das porenför- mige Material kann auch als Multielement-Material ausgebildet werden. Beispielsweise kann das poren- förmige Material ganz oder teilweise aus Keramik bestehen .

Die Poreneigenschaften des porenförmigen Materials können an einen vordefinierten Separationsgrad an- gepasst sein. Dabei bestimmt der Separationsgrad das Verhältnis von reinem destilliertem Wasser zum anteiligen Salz- oder Brauchwassergehalt.

Die Diffusionsschicht kann zumindest teilweise aus einem Sinterwerkstoff hergestellt sein. Somit kann die Diffusionsschicht mithilfe eines Sinterverfah- rens hergestellt werden. Als Sinterwerkstoff können feinkörnige keramische oder metallische Stoffe, auch in Kombination, verwendet werden.

Die Diffusionsschicht kann derart ausgebildet sein, dass sie ein Entweichen von Wasserdampf aus dem drehbaren Hohlkörper verhindert. Beispielsweise kann die Diffusionsschicht derart ausgebildet sein, dass sie ein Druckgefälle begünstigt, das den Was- serdampf in den Separator bzw. den drehbaren Hohl- körper zieht. Die Diffusionsschicht kann auch der- art ausgebildet sein, dass sie eine Art Kamineffekt erzeugt, die den Wasserdampf in den Separator bzw. den drehbaren Hohlkörper zieht.

Neue Materialien wie z. B. poröser Graphenschaum (auch Aerographen genannt) können ebenso für die Diffusionsschicht verwendet werden. Dieser Graphen- schaum kann elektrisch kontrollierbare Druckluft- schübe erzeugen, indem das Geflecht aus Graphen- Röhrchen bei Stromzufuhr erhitzt wird. Der in den porösen Graphenschaum eingedrungene Wasserdampf wird explosionsartig ausdehnt. Die so erzeugten zu- sätzlichen Druck- und Temperaturerhöhungen lassen sich nutzen, um beispielsweise die Kavitation bzw. das Partialdampfdruckgefälle zu unterstützen bzw. zu beschleunigen

Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser kann zumindest eine Elektrode zum elektrischen Aufladen des aufzubereitenden Wassers aufweisen.

Eine erste Elektrode kann innerhalb des äußeren Hohlkörpers und eine zweite Elektrode außerhalb des äußeren Hohlkörpers angeordnet sein. Beispielsweise kann der Separator die erste Elektrode umfassen. Der äußere Holkörper kann die zweite Elektrode umfassen. Die zweite Elektrode kann an der Außenwand des äu- ßeren Hohlkörpers angebracht sein. Alternativ kann die zweite Elektrode an der Innenwand des äußeren Hohlkörpers angebracht sein. Die erste Elektrode kann negativ und die zweite Elektrode kann positiv geladen sein. Mithilfe der ersten und zweiten Elekt- rode kann somit innerhalb des äußeren Hohlkörpers ein elektrisches Spannungsfeld aufgebaut werden, durch welches das aufzubereitende Wasser hindurchfließt. Die elektrische Spannung kann zudem pulsieren, um eine Schock-Elektrodialyse hervorzu- rufen. Daraufhin können die aufgeladenen Was- sertröpfchen abgelenkt werden, so dass die positiv geladenen Ionen von der negativ geladenen Elektrode angezogen werden. Die negativ geladenen Ionen werden zur Gegenseite gedrängt und gelangen somit erst gar nicht zum Separator. Auf diese Weise kann eine elekt- rolytische Separation realisiert werden, welche in einer Art Messerscheide aus dem aufzubereitenden Wasser einen Strom von aufbereitetem Wasser ab- zweigt.

Die elektrolytische Separation kann zudem mit der zuvor erläuterten chemischen bzw. katalytischen Se- paration kombiniert werden, um als Synergieeffekt eine elektrochemische Separation umzusetzen.

Der drehbare Hohlkörper kann mit einem Antrieb zum Hervorrufen von Kavitation im aufzubereitenden Was- ser durch Rotation des Separators verbundenen sein. Der Antrieb kann unterschiedlichen Typs sein wie z. B. ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder eine Verbrennungskraftmaschine.

Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser kann einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung eines Pa- rameters des aufzubereitenden Wassers aufweisen. Beispielsweise können Druck, Fließgeschwindigkeit und Temperatur des Wassers sowie Lautstärke und Tonlage der Explosionen erfasst werden, wie auch die Drehzahl des Separators. Die Parameter können mit Sollwerten verglichen werden und im Falle einer Abweichung von einem Sollwert entsprechend korrigiert werden. Fällt die Fließgeschwindigkeit des aufzubereitenden Wassers beispielsweise unter einen erlaubten Sollwert, kann der Separator be- schleunigt werden, um die Fließgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Beschleunigung des Separators kann wiederum an der sich erhöhenden Drehzahl ermittelt werden.

Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser kann ein Stellglied zur Förderung von Kavitation im auf- zubereitenden Wasser aufweisen. Beispielsweise kann das Stellglied ein Regler für den Antrieb zur An- passung von Drehzahl und / oder Drehmoment des An- triebs sein. Die Rotationsgeschwindigkeit des dreh- baren Hohlkörpers und ein am drehbaren Hohlkörper anliegendes Drehmoment können sensorisch erfasst werden, z. B. durch einen im Antrieb integrierten Drehgeber oder Drehmomentsensor oder durch einen im Wasser oder außerhalb des Förderelementes angeord- neten Durchflusssensor. Bei Vorliegen einer Abwei- chung der Rotationsgeschwindigkeit oder des Drehmo- ments von einem (variablen) Sollwert kann das Stellglied die Rotationsgeschwindigkeit oder das Drehmoment an den jeweiligen Sollwert anpassen, wo- bei die Sollwerte auf einen Wert eingestellt sind, bei dem eine Kavitation im aufzubereitenden Wasser zu erwarten ist.

Der drehbare Hohlkörper und der zumindest eine schaufelförmige Separator können als eine Einheit mit Antrieb und Steuerung bzw. Regelung ausgeführt werden. Die Vorrichtung kann auch als Batterie (Mehrfach- system) kombiniert werden, indem zumindest zwei Vorrichtungen parallel oder seriell angeordnet wer- den. So können beispielsweise zwei Separatoren in einem gemeinsamen äußeren Hohlkörper angeordnet werden. Werden die Separatoren nacheinander bzw. seriell angeordnet, können sie von einem gemeinsa- men Antrieb angetrieben werden. Bei paralleler An- ordnung könnten die einzelnen Separatoren über ein Sammelgetriebe miteinander verbunden und dann eben- falls von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, mit den Schritten: Rotatorisches Antreiben eines drehbaren Hohlkörpers mit zumindest einem schaufelförmigen Separator, der zumindest teilweise eine wasser- dampfdurchlässige Diffusionsschicht aufweist, Um- spülen der Diffusionsschicht im aufzubereitendem Wasser), Erzeugen von Kavitation im aufzubereiten- den Wasser zur Bildung von durch die Diffusions- schicht diffundierendem Wasserdampf und Sammeln von Wasserdampf im drehbaren Hohlkörper.

Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte aufweisen: Kondensieren des Wasserdampfs im drehba- ren Hohlkörper zu aufbereiteten Wasser, und Abfüh- ren des aufbereiteten Wassers. Somit kann das auf- bereitete Wasser von dem aufzubereitenden Wasser separiert werden, indem aus dem aufzubereitendem Wasser Wasserdampf entzogen wird, der in dem dreh- baren Hohlkörper wieder zu Wasser umgewandelt wird. Da der Wasserdampf frei von Schmutz oder Schadstoffen ist, verbleiben diese im aufzuberei- tenden Wasser.

Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte aufweisen: Aufbauen eines elektrischen Feldes im aufzubereitenden Wasser. Wie zuvor erläutert, kön- nen zwei Elektroden genutzt werden, um eine elekt- rische Spannung innerhalb des äußeren Hohlkörpers zu erzeugen. Fließt das aufzubereitende Wasser durch das elektrische Feld, wird es elektrisch auf- geladen und kann elektrolytisch separiert werden.

Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte aufweisen: Bestimmen einer Rotationsgeschwindigkeit des drehbaren Hohlkörpers. Die Rotationsgeschwin- digkeit kann durch einen im Antrieb verbauten Dreh- geber erfasst werden.

Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte aufweisen: Ausbilden eines Partialdampfdruckgefäl- les im drehbaren Hohlkörper zur Verhinderung eines Entweichens des Wasserdampfs aus dem drehbaren Hohlkörper.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh- rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefüg- ten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vor- richtung zur Aufbereitung von Wasser in einer seitlichen Schnittansicht; Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstel- lung der Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser in einer frontalen Schnittansicht;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Vorrichtung zur Aufbereitung von Was- ser;

Fig. 4 einen drehbaren Hohlkörper mit drei Sepa- ratoren in einer Vorderansicht;

Fig. 5 einen drehbaren Hohlkörper mit vier Sepa- ratoren in einer Vorderansicht;

Fig. 6 ein Ablaufdiagram für ein Verfahren.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch eine Vorrich- tung 1 zur Aufbereitung von Wasser mit einem äuße- ren Hohlkörper 2, durch den aufzubereitendes Wasser 3 geleitet werden kann, und einen im äußeren Hohl- körper 2 angeordneten und im aufzubereitenden Was- ser 3 um eine Rotationsachse 16 drehbaren Hohlkör- per 4 mit zumindest einem schaufelförmigen Separa- tor 5, hier vier Separatoren 5 (wie in Fig. 2 ge- zeigt). Die schaufelförmigen Separatoren 5 sind ebenfalls hohl und sind mit dem drehbaren Hohlkör- per 4 fest verbunden. Die schaufelförmigen Separa- toren 5 und der drehbare Hohlkörper 4 schließen ei- nen zusammenhängenden Hohlraum 6 zur Durchleitung von aufbereitetem Wasser 7 ein. D. h. die Separato- ren 5 und der drehbare Hohlkörper 4 bilden einen einheitlichen Hohlkörper. An einem radial äußeren Ende 11 weist jeder Separator 5 eine wasserdampf- durchlässige Diffusionsschicht 8 auf. Der drehbare Hohlkörper 4 weist ein geschlossenes Gehäuse 9 auf, das das aufbereitete Wasser 7 vom aufzubereitendem Wasser 3 trennt, damit beide Flüs- sigkeiten sich nicht vermischen können.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das linke Ende des dreh- baren Hohlkörpers 4 verschlossen, damit das aufbe- reitete Wasser 7 nicht entweichen kann. Am rechten

Ende des drehbaren Hohlkörpers 4 ist ein Antrieb 10 angebracht, der den drehbaren Hohlkörper 4 rotato- risch antreiben kann.

Die Diffusionsschicht 8 weist im Bereich des radial äußeren Endes 11 eines jeden Separators 5 ein po- renförmiges Material auf. Das porenförmige Material kann aus einem Sinterwerkstoff hergestellt und / oder mit einer Legierung versehen sein, die kataly- tische Eigenschaften zur chemischen Reinigung des aufzubereitenden Wassers 3 aufweist. Die Größe der

Poren kann teilweise im Nanometerbereich liegen.

Die Poreneigenschaften des porenförmigen Materials bestimmen somit einen vordefinierten Separations- grad.

Wie in Fig. 3 vergrößert dargestellt, ist am radial äußeren Ende 11 eines der Separatoren 5 eine erste Elektrode 12 angeordnet bzw. integriert. Neben dem in Fig. 3 gezeigten Separator 5 können auch die üb- rigen Separatoren 5 des drehbaren Hohlkörpers 4 eine Elektrode 12 aufweisen. Eine zweite Elektrode

13 ist auf der Außenwand des äußeren Hohlkörpers 2 angeordnet. Die erste Elektrode 12 ist negativ ge- polt, die zweite Elektrode 13 positiv. Somit wird zwischen den beiden Elektroden 12 und 13 ein elekt- risches Spannungsfeld aufgebaut. Die aufgeladenen Wassertröpfchen des aufzubereitenden Wassers 3 kön- nen dann entsprechend der Polarisierung der Ionen abgelenkt werden, so dass die positiv geladenen Io- nen von der negativ geladenen Elektrode 12 angezo- gen werden. Die negativ geladenen Ionen werden zur positiv geladenen Elektrode 13 und damit zur Gegen- seite gedrängt. Die positiv geladenen Wassertröpf- chen fließen somit am Separator 5 vorbei.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an der Innenwand des äu- ßeren Hohlkörpers 2 zumindest ein Sensor 14 zur Er- fassung eines Parameters des aufzubereitenden Was- sers 3 befestigt. Der Sensor 14 kann zumindest die Geschwindigkeit und / oder den Druck des aufzube- reitenden Wassers 3 bestimmen. Optional können die Temperatur des aufzubereitenden Wassers 3 erfasst und sich im aufzubereitenden Wasser 3 ausbreitende Schallwellen ausgewertet werden, wie z. B. die Lautstärke und die Tonhöhe.

Am Antrieb 10 ist ein Stellglied 15 angeordnet. Das Stellglied 15 kann die Sensorsignale des zumindest einen Sensors 14 auswerten und in Reaktion darauf die Rotationsgeschwindigkeit oder das Drehmoment des Antriebs 10 anpassen. Das Stellglied 15 kann in Form eines integrierten Schaltkreises oder eines Microcontrollers ausgebildet sein. Der Antrieb 10 ist hier als ein Elektromotor ausgeführt, wenn- gleich alternative Motortypen wie etwa ein Verbren- nungsmotor möglich sind. Am rechten Ende der Vorrichtung 1 ist ein Auslass

17 angeordnet, aus dem das aufbereitete Wasser 7 aus dem drehbaren Hohlkörper 4 in ein Sammelbecken

18 abfließen kann.

Fig. 4 zeigt beispielhaft einen drehbaren Hohlkör- per 4 mit drei Separatoren 5. Alternativ dazu zeigt Fig. 5 beispielhaft einen drehbaren Hohlkörper 4 mit vier Separatoren 5. Beide Varianten der drehba- ren Hohlkörper 4 können in der Vorrichtung 1 einge- setzt werden. Alternativ kann ein drehbarer Hohl- körper 4 mit einer von drei oder vier abweichenden Anzahl von Separatoren verwendet werden. Die Geo- metrie der Separatoren 5 ist schaufelförmig und gleicht einem Propeller. Alternativ sind auch tur- binenähnliche Schaufelgeometrien möglich.

Fig. 6 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Aufbereitung von aufzubereitendem Wasser 3. Das Verfahren kann mit der zuvor darge- stellten Vorrichtung 1 ausgeführt werden. Das Ver- fahren startet mit dem Schritt Si. Mit jedem weite- ren Schritt erhöht sich der Index des jeweiligen Schrittes um 1. So folgt auf Schritt Si der Schritt S2, dann folgt Schritt S3, usw., bis das Verfahren mit seinem letzten Schritt S n endet. Der Index n entspricht dann der Gesamtzahl der Schritte.

Nachdem das Verfahren mit dem ersten Schritt ge- startet wurde, beginnt als nächster Schritt der An- trieb 10 zu rotieren und treibt den drehbaren Hohl- körper 4 an, so dass sich dieser um die Rotations- achse 16 dreht. Die Drehgeschwindigkeit und das Drehmoment des Antriebs 10 werden von dem Stellglied 15 vorgegeben. Zugleich rotiert der zu- mindest eine mit dem drehbaren Hohlkörper 4 verbun- dene Separator 5 mit. Aufgrund der schaufelförmigen Geometrie des zumindest einen schaufelförmigen Se- parators 5 wird dadurch das sich im äußeren Hohl- körper 2 befindliche aufzubereitende Wasser 3 auf eine Fließgeschwindigkeit vi beschleunigt, die hoch genug ist, dass sich im aufzubereitenden Wasser 3 Kavitationsblasen ausbilden können.

In einem weiteren Schritt wird die wasserdampf- durchlässige Diffusionsschicht 8 des zumindest ei- nen schaufelförmigen Separators 5 vom aufzuberei- tendem Wasser 3 umspült. Der zumindest eine Separa- tor 5 rotiert dabei im aufzubereitendem Wasser 3 bzw. wird in das aufzubereitende Wasser 3 einge- taucht. Infolge dessen fließt das aufzubereitende Wasser 3 am Separator 5 vorbei.

In einem weiteren optionalen Schritt wird zwischen der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 13 ein elektrisches Spannungsfeld aufgebaut. Die erste Elektrode 12 wird negativ gepolt, die zweite Elektrode 13 positiv. Durch die Rotation des zumin- dest einen Separators 5 wird das aufzubereitende Wasser 3 durch das elektrische Spannungsfeld gelei- tet bzw. aufgrund einer sich einstellenden Sogwir- kung durch das elektrische Spannungsfeld gezogen. Daraufhin erfolgt eine elektrolytische Separation des aufzubereitenden Wassers 3, bei der die positiv geladenen Ionen des aufzubereitenden Wassers 3 zum Separator 5 hingezogen werden, und die negativ ge- ladenen Ionen des aufzubereitenden Wassers 3 zur positiv geladenen Elektrode 13 am äußeren Hohlkör- per 2, wie auch in Fig. 3 gezeigt.

In einem weiteren optionalen Schritt wird die Rota- tionsgeschwindigkeit des drehbaren Hohlkörpers 4 bestimmt. Dieser Schritt dient der Kontrolle, dass die Fließgeschwindigkeit des aufzubereitenden Was- sers 3 hoch genug bleibt (also größer gleich vi), so dass sich Kavitationsblasen im aufzubereitenden Wasser 3 bilden können. Fällt die Fließgeschwindig- keit des aufzubereitenden Wassers 3 unter einen Grenzwert, wird dieser Umstand vom Sensor 14 er- kannt und das Stellglied 15 erhöht die Rotationsge- schwindigkeit des drehbaren Hohlkörpers 4 durch Be- schleunigen des Antriebs 10 automatisch auf einen passenden Wert. Das Stellglied 15 kann zur Einstel- lung der Rotationsgeschwindigkeit des drehbaren Hohlkörpers 4 weitere Parameter des aufzubereiten- den Wassers 3 berücksichtigen, wie etwa Druck, Tem- peratur und Schallwellen.

Folglich werden in einem weiteren Schritt Kavitati- onsblasen im aufzubereitenden Wasser 3 gebildet.

Die an dem zumindest einen Separator 5 befindlichen Dampfblasen diffundieren durch die wasserdampf- durchlässige Diffusionsschicht 8 bzw. werden auf- grund der hohen Drücke, die durch die Kavitation entstehen, durch die Diffusionsschicht 8 gedrückt. D. h. aus dem aufzubereitenden Wasser 3 erzeugter Wasserdampf passiert die Diffusionsschicht 8 des Separators 5. In einem weiteren Schritt wird der durch die Diffu- sionsschicht diffundierte Wasserdampf im drehbaren Hohlkörper 4 gesammelt.

Durch Ausbilden eines Partialdampfdruckgefälles im drehbaren Hohlkörper 4 wird verhindert, dass Was- serdampf aus dem drehbaren Hohlkörper 4 entweicht.

In einem weiteren Schritt wird der im drehbaren Hohlkörper 4 befindliche Wasserdampf zu aufbereite- tem Wasser 7 kondensiert. Somit wird aus dem aufzu- bereitenden Wasser 3 sauberes Wasser gewonnen.

In einem weiteren Schritt wird das aufbereitete Wasser 7 mit einer Fließgeschwindigkeit V 2 aus dem drehbaren Hohlkörper 4 abgeführt. D. h. der dreh- bare Hohlkörper 4 mit seinem zumindest einen schau- felförmigen Separator 5 dient der Förderung des aufzubereitenden Wassers 3 und des aufbereiteten Wassers 7 gleichermaßen.

In einem weiteren Schritt kann das aufbereitete Wasser 7 aus dem Auslass 17 ausgelassen und im Sam- melbecken 18 aufgefangen werden.

Die Schritte des zuvor erläuterten Verfahrens kön- nen in der angegeben Reihenfolge ausgeführt werden. Abweichend davon kann die Reihenfolge von einem oder mehreren Schritten vertauscht werden oder es können ein oder mehrere Schritte entfallen. BezugsZeichen