Wasserführendes elektrisches Gerät und Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden elektrischen Geräts

Die Erfindung betrifft ein wasserführendes elektrisches Gerät und ein Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden elektrischen Geräts. Insbesondere betrifft die Erfindung ein wasserführendes elektrisches Gerät, das eine elektrochemische Zelle aufweist, sowie ein Verfahren zum Betreiben des wasserführenden elektrischen Geräts. Das wasserführende elektrische Gerät wird nachstehend der Einfachheit halber auch als Gerät bezeichnet.

Durch den Einbau der elektrochemischen Zelle in das Gerät ist der Bauraum im Gerät reduziert und sind die Herstellkosten erhöht. Es wäre daher vorteilhaft Bauraum und Kosten einzusparen.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein wasserführendes elektrisches Gerät und ein Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden elektrischen Geräts bereitzustellen, die kostengünstig sind und wenig Bauraum benötigen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein wasserführendes elektrisches Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben der Kostengünstigkeit darin, dass die elektrochemische Zelle nicht nur zur Herstellung von Elektrolytlösungen in Form der sauren Teillösung und der alkalischen Teillösung, sondern auch als Heizeinrichtung dient. Dadurch benötigt das Gerät keine separate, zusätzliche Heizeinrichtung, so dass eine üblicherweise in solchen Geräten vorhandene Komponente eingespart wird. Dadurch werden weiterhin Bauraum und Kosten eingespart. Vorteilhaft ist, dass zur Reinigung eine höhere Anwendungstemperatur durch die elektrochemische Zelle trotz nicht vorhandener separat eingebauter, zusätzlicher Heizeinrichtung einsetzbar ist.

Die Erfindung betrifft ein wasserführendes elektrisches Gerät mit

- einem Wasseraufnahmeelement, und

- einer elektrochemischen Zelle, die eine in einem Kathodenraum angeordnete Kathode und eine in einem Anodenraum angeordnete Anode aufweist, die räumlich getrennt sind, wobei die elektrochemische Zelle wahlweise mit Gleichspannung oder Wechselspannung betreibbar ist und ausgebildet ist, wenn sie ein Leitwertgeber- haltiges Mittel enthält und eine Gleichspannung an die Anode und die Kathode angelegt ist, eine alkalische Teillösung in dem Kathodenraum und getrennt davon eine saure Teillösung in dem Anodenraum zu erzeugen, und wenn eine Wechselspannung an sie angelegt ist, ein sich in dem Kathoden- und Anodenraum befindendes Fluid zu erhitzen.

Die elektrochemische Zelle weist Elektroden, d.h. eine Anode und eine Kathode, auf, an denen eine Gleichspannung anlegbar ist, um eine sich in ihr befindende wässrige Lösung einer Elektrolyse zu unterziehen. Durch die Elektrolyse können aus einer Leitwertgeberhaltigen Lösung wie Salz-haltigem Wasser saure und alkalische Teillösungen getrennt voneinander hergestellt werden, wobei an der Anode die saure Teillösung und an der Kathode die alkalische Teillösung entstehen. Um die Teillösungen getrennt herzustellen, weist die elektrochemische Zelle einen Kathodenraum, in dem die Kathode untergebracht ist, und einen davon räumlich getrennten Anodenraum auf, in dem die Anode angeordnet ist. Diese separat hergestellten Teillösungen stellen effektiv wirkende Reinigungslösungen dar, die für einen Reinigungsprozess in dem Gerät verwendbar sind.

Die elektrochemische Zelle ermöglicht daher, aus einem neutralen Ausgangsstoff wie der Leitwertgeber-haltigen Lösung eine saure Teillösung und eine alkalische Teillösung getrennt voneinander zu erzeugen, die mittels Anlegens einer Wechselspannung an die Anode und die Kathode aufgeheizt werden können beispielsweise auf eine vorbestimmte Anwendungstemperatur. Dadurch, dass die alkalische Teillösung und die saure Teillösung nacheinander und nicht gleichzeitig bei dem Reinigungsprozess einsetzbar sind, erhöht sich die Reinigungswirkung und können hygienische Vorteile erzielt werden. So weist die alkalische Teillösung eine höhere Reinigungswirkung auf, während die saure Teillösung Kalk lösen kann und Bauteile, die sie durchfließt, kalkfrei halten kann und insbesondere anorganische Verschmutzungen entfernt. Die sauren und alkalischen Teillösungen weisen jeweils eine höhere Säure- bzw. Basenkapazität auf und können eine bessere Reinigungswirkung erzielen. Durch die Möglichkeit, diese Teillösungen weiterhin in der elektrochemischen Zelle zu erhitzen, kann ihr Reinigungswirkung weiterhin erhöht werden.

Die elektrische Zelle ist ausgebildet, wahlweise mit Gleich- oder Wechselspannung betrieben zu werden. Bevorzugt weist das Gerät eine Steuereinheit mit einer Steuerelektronik auf, die ausgebildet ist, vor Anlegen von Spannung an die elektrochemische Zelle von Gleich- auf Wechselspannung und umgekehrt umzuschalten. Die Geometrie mit unterschiedlicher elektronischer Ansteuerung reduziert weiterhin den Bauraum und die Kosten. Durch die Umpolung der elektrochemischen Zelle von Gleichstrom zu Wechselstrom können sowohl elektrochemische Reaktionen durchgeführt werden als auch geheizt werden. Zur Durchführung elektrochemischer Reaktionen wird sich in der elektrochemischen Zelle befindendes Leitwertgeber-haltiges Wasser mittels Gleichstroms elektrochemisch in die saure Teillösung und die alkalische Teillösung gespalten. Mittels Anlegen von Wechselspannung an die Elektroden der elektrochemischen Zelle kann sich in ihr befindendes Fluid aufgeheizt werden.

Das wasserführende elektrische Gerät ist beispielsweise ein Haushaltsgerät, das gewerblich oder privat genutzt wird. Bevorzugt ist das Gerät eine Waschmaschine oder ein Geschirrspüler. Im Falle einer Waschmaschine ist das Wasseraufnahmeelement der Laugenbehälter.

Das Leitertgeber-haltige Mittel ist ein Mittel, das ausgebildet ist, den Leitwert bzw. die elektrische Leitfähigkeit von Wasser zu erhöhen. Das Leitwertgeber-haltige Mittel ist bevorzugt ein oder mehrere Salze. Das oder die Salze können ein Teil eines Waschmittels sein. Beispielsweise ist das Gerät eine Waschmaschine und die Gegenstände sind Textilien in Form von zu waschender Wäsche. Dann kann das Waschmittel ein üblicherweise zum Waschen oder zum Behandeln der Wäsche geeignetes Waschmittel wie Vollwaschmittel, Feinwaschmittel, Weichspüler, Fleckenmittel, Reinigungsmittel usw. sein. Neben dem Leitwertgeber enthält das Waschmittel weiterhin waschaktive Substanzen, so dass die Reinigungsleistung weiterhin erhöht wird.

Bevorzugt sind der Kathodenraum und der Anodenraum mittels einer lonentauschermembran voneinander räumlich getrennt. Dies ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit den Kathodenraum und den Anodenraum und die sich darin befindenden Teillösungen mit verschiedenen pH-Werten räumlich zu trennen.

Bevorzugt weist das Gerät weiterhin einer Kammer auf, die ausgebildet ist, die saure Teillösung zu speichern. Die Kammer dient als Zwischenlagermöglichkeit für die saure Teillösung. Dadurch kann die saure Teillösung zu einem späteren Zeitpunkt in das Wasseraufnahmeelement geleitet werden, aber die gesamte elektrochemische Zelle steht zur Verfügung, so dass vermieden wird, dass eine Nutzung des Anodenraum durch sich in ihr befindender saurer Teillösung blockiert ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gerät eine Dosiereinheit auf, die ausgebildet ist, das Leitwertgeber-haltige Mittel in die elektrochemische Zelle zu dosieren. Die Dosiereinheit kann mehrere Kammern aufweisen, um weiterhin das Waschmittel oder verschiedene Waschmittel in die elektrochemische Zelle zeitglich oder zeitversetzt zu dosieren. Bevorzugt weist die Dosiereinheit eine Dosierpumpe auf, die ausgebildet ist, das Waschmittel von der Dosiereinheit in die elektrochemische Zelle zu pumpen. Das Leitwertgeber-haltige Mittel ist bevorzugt flüssig beispielsweise ein Salz-haltiges Flüssig- Waschmittel. Bevorzugt weist das Gerät ein Umflutungssystem auf, das ausgebildet ist, Fluid von einem Bereich des Wasseraufnahmeelements durch den Kathodenraum und/oder den Anodenraum in einen zweiten Bereich des Wasseraufnahmeelements zu fördern. Dadurch kann die alkalische Teillösung und/oder die saure Teillösung im Kreislauf durch das Wasseraufnahmeelement und die elektrochemische Zelle geleitet werden. Dadurch wird weiterhin eine Reinigungsleistung verbessert.

Bevorzugt ist das wasserführende elektrische Gerät mit einem Wasseranschluss verbindbar und ist eine Steuereinheit des Geräts konfiguriert, eine Wasserzufuhr aus dem Wasseranschluss in die elektrochemische Zelle automatisch zu steuern. Dadurch ist eine sich in der elektrochemischen Zelle befindende Lösung weiterhin verdünnbar. Das Leitwertgeberhaltige Mittel kann der elektrochemischen Zelle als Konzentrat zugeführt werden, das verdünnbar ist. Ferner können auch die alkalische Teillösung und/oder die saure Teillösung nach Bedarf weiterhin verdünnt werden. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist das wasserführende elektrische Gerät mit dem Wasseranschluss verbindbar und ist die Steuereinheit des Geräts konfiguriert, eine Wasserzufuhr aus dem Wasseranschluss in das Wasseraufnahmeelement automatisch zu steuern.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines wasserführenden elektrischen Geräts mit einem Wasseraufnahmeelement und einer elektrochemischen Zelle, die eine in einem Kathodenraum angeordnete Kathode und eine in einem Anodenraum angeordnete Anode aufweist, die räumlich getrennt sind, wobei das Verfahren folgenden Schritte aufweist a) Zuführen eines Leitwertgeber-haltigen Mittels in die elektrochemische Zelle, b) Erzeugen einer alkalischen Teillösung in dem Kathodenraum und einer sauren Teillösung in dem Anodenraum anhand des Leitwertgeber-haltigen Mittels unter Anlegen von Gleichspannung an die Anode und die Kathode, c) Anlegen von Wechselspannung an die Anode und die Kathode, um sich in der elektrochemischen Zelle befindendes Fluid zu erhitzen, und d) Fördern der alkalischen Teillösung in das Wasseraufnahmeelement, so dass eine Reinigung des Wasseraufnahmeelements und/oder sich darin befindenden Gegenständen durchgeführt wird.

Bevorzugt werden die Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt, wobei die Schritt c) und d) auch gleichzeitig durchgeführt werden können.

In dem Schritt a) wird das Leitwertgeber-haltige Mittel in die elektrochemische Zelle geleitet. Bevorzugt wird das Leitwertgeber-haltige Mittel der elektrochemischen Zelle in einer vorbestimmten Menge zugeführt. Das Leitwertgeber-haltige Mittel ist bevorzugt flüssig und kann ggf. durch Wasserzufuhr in die elektrochemische Zelle weiterhin verdünnt werden. Mittels des Leitwertgeber-haltigen Mittels kann die Leitfähigkeit des Wassers eingestellt werden. Vorteilhaft wird die Leitfähigkeit bzw. der Leitwert derart eingestellt, dass die elektrochemische Zelle unter konstanten Bedingungen betrieben werden kann.

In dem Schritt b) wird die wässrige Leitwertgeber-haltige Lösung der Elektrolyse unterzogen, wobei die saure Teillösung in dem Anodenraum und die alkalische Teillösung in dem Kathodenraum elektrochemisch erzeugt werden.

In dem Schritt c) wird eine Wechselspannung an die Anode und die Kathode angelegt, um sich in der elektrochemischen Zelle befindendes Fluid zu erhitzen. Der Schritt c) wird bevorzugt durchgeführt, sobald die chemische Reaktion bei der Elektrolyse abgelaufen ist, d.h. der Schritt b) beendet ist.

In dem Schritt d) wird eine Reinigung des Wasseraufnahmeelements und/oder sich darin befindenden Gegenständen durchgeführt. Dazu wird in dem Schritt d) die dem Schritt c) unterzogene oder sich unterziehende alkalische Teillösung bevorzugt mit Wasser verdünnt, das der elektrochemischen Zelle und/oder dem Wasseraufnahmeelement zugeführt wird. In dem Schritt d) werden die alkalische Teillösung und das Wasser bevorzugt im Kreislauf geführt. Durch die Strömung wird dabei das Wasser in der elektrochemischen Zelle verwirbelt und die alkalische Teillösung vermischt sich mit dem Wasser im Kreislauf. Dies kann durch das Umflutungssystem realisiert werden. Durch die Vermischung der sich in der elektrochemischen Zelle befindenden konzentrierten alkalischen Teillösung mit dem Wasser wird die Leitfähigkeit der Lösung geringer, so dass beim Anlegen der Wechselspannung aus dem Netz an die Anode und die Kathode der elektrochemischen Zelle eine benötigte Heizleistung entsteht. Das Leitwertgeber-haltige Mittel, das entsprechend der Zellengröße der elektrochemischen Zelle in dem Schritt a) zugeführt wird, sorgt in Anwendungskonzentration für die benötigte Leitfähigkeit in dem Schritt b). Diese ist höher als die maximale Leitfähigkeit von Trinkwasser, so dass die individuellen Eigenschaften des verwendeten Wassers keine Rolle spielen. Durch Anlegen von Wechselspannung an die Anode und Kathode werden sich in der elektrochemischen Zelle befindende Fluide wie die alkalische Teillösung aufgeheizt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Anschluss an den Schritt d) ein Schritt e) durchgeführt, in dem die alkalische Teillösung aus dem Wasseraufnahmeelement abgepumpt und aus dem Gerät gefördert wird. Danach kann das Wasseraufnahmeelement einer weiteren Reinigung oder einem Spülschritt unterzogen werden.

Bevorzugt wird im Anschluss an den Schritt e) ein Schritt f) durchgeführt, in dem dem Wasseraufnahmeelement die saure Teillösung und optional Wasser zugeführt werden, so dass eine weitere Reinigung des Wasseraufnahmeelements und/oder sich darin befindenden Gegenständen durchgeführt wird. Dadurch können säurelösliche Verschmutzungen und Ablagerungen sowohl an dem Wasseraufnahmeelement als auch von in ihm befindlichen Gegenständen entfernt werden.

Bevorzugt werden im Anschluss an den Schritt f) das optionale Wasser und die saure Teillösung aus dem Wasseraufnahmeelement abgepumpt und aus dem Gerät gefördert. Anschließend kann das Wasseraufnahmeelement und/oder die elektrochemische Zelle ein- oder mehrmals mit Wasser gespült werden.

Bevorzugt wird vor und/oder während der Schritte a), c) und/oder d) der elektrochemischen Zelle Wasser zugeführt. Alternativ kann das Wasser in den Schritten c) und/oder d) auch dem Wasseraufnahmeelement zugeführt werden. Dadurch kann die alkalische Teillösung auf eine vorbestimmte Konzentration verdünnt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird sich in der elektrochemischen Zelle und dem Wasseraufnahmeelement befindendes Fluid im Kreislauf gefördert, so dass es mehrmals durch die elektrochemische Zelle und das Wasseraufnahmeelement strömt. Dadurch kann weiterhin eine Reinigungswirkung verbessert werden, wenn beispielsweise die alkalische Teillösung oder die saure Teillösung im Kreislauf gefördert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Schritt b) die saure Teillösung in einer Kammer des Geräts gespeichert. Die saure Teillösung wird zur späteren Verwendung außerhalb der elektrochemischen Zelle zwischengelagert. Dadurch kann die gesamte elektrochemische Zelle bei der Förderung der alkalischen Teillösung im Kreislauf verwendet werden. Wenn das Gerät keine Kammer aufweist, kann die Förderung der alkalischen Teillösung im Kreislauf nur unter Verwendung des Kathodenraums durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leitwertgeber-haltige Mittel ein Salz-haltiges Flüssig-Waschmittel. D.h., neben dem Leitwertgeber enthält das Mittel noch weitere waschaktive Substanzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem Verfahren wird zunächst ein Schritt 21 durchgeführt, in dem ein Leitwertgeber-haltiges Mittel in Form einer Salz-haltigen Lösung in der elektrochemischen Zelle 3 durch Zuführen bereitgestellt wird, die eine Kathode (nicht gezeigt) in einem Kathodenraum 1 und eine Anode (nicht gezeigt) in einem Anodenraum 2 aufweist. Der Anodenraum 2 und der Kathodenraum 1 sind durch eine lonenaustauschmembran 4 räumlich getrennt. Anschließend wird ein Schritt 22 durchgeführt, in dem eine Gleichspannung an die Anode und die Kathode angelegt wird, wodurch eine alkalische Teillösung in dem Kathodenraum 1 und eine saure Teillösung in dem Anodenraum 2 anhand des Leitwertgeber-haltigen Mittels erzeugt wird. In einem weiteren Schritt 24 wird die saure Teillösung in einer Kammer (nicht gezeigt) gespeichert, während die alkalische Teillösung einem Schritt 23 unterzogen wird, in dem sie mit Wasser verdünnt wird.

In einem sich an den Schritt 23 anschließenden Schritt 25 wird eine Wechselspannung an die Anode und Kathode der elektrochemischen Zelle 3 angelegt, um sich in der elektrochemischen Zelle 3 befindendes Fluid insbesondere die alkalische Teillösung und das ihr zugeführte Wasser zu erhitzen. In einem Schritt 26, der dem Schritt 25 nachgeschaltet ist oder zeitgleich erfolgt, wird ein Reinigungsschritt durchgeführt wird entweder von dem Wasseraufnahmeelement selber und/oder sich darin befindenden Gegenständen, wobei die erhitzte alkalische Teillösung dem Wasseraufnahmeelement zugeführt wird und im Kreislauf durch die elektrochemische Zelle und das Wasseraufnahmeelement geleitet wird. In einem sich an den Schritt 26 anschließenden Schritt 28 werden die alkalische Teillösung und das Wasser aus dem Wasseraufnahmeelement abgepumpt und aus dem Gerät entfernt. In einem Schritt 27 wird die in dem Schritt 24 in der Kammer gespeicherte saure Teillösung mit Wasser verdünnt. Dieser Schritt kann bei und/oder nach dem Speichern durchgeführt werden. In einem an den Schritt 27 sich anschließenden Schritt 29 wird ein weiterer Reinigungsschritt oder ein Spülschritt durchgeführt, in dem die saure Teillösung dem Wasseraufnahmeelement zugeführt wird. In einem sich an den Schritt 29 anschließenden Schritt 28 werden die saure Teillösung und das Wasser aus dem Wasseraufnahmeelement abgepumpt und aus dem Gerät entfernt.

Bezugszeichenliste

1 Kathodenraum

2 Anodenraum

3 elektrochemische Zelle 4 lonentauschermembran

21 Zuführen des Leitwertgeber-haltigen Mittels

22 Anlegen von Gleichspannung

23 Verdünnung der alkalischen Teillösung

24 Speichern der sauren Teillösung 25 Anlegen von Wechselspannung

26 Reinigung

27 Abpumpen

28 Verdünnung der weitere Elektrolytlösung

29 Reinigung oder Spülung