Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten.

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die Kavitationseffekte zur Behandlung strömender Flüssigkeiten einsetzen. Beispielsweise können durch derartige Vorrichtungen Keime oder anderweitige Verunreinigungen in Wasser reduziert oder neutralisiert werden.

Kavitation bezeichnet die Bildung von gas- bzw. dampfgefüllten Hohlräumen in Flüssigkeiten, hervorgerufen durch abrupte Änderungen von Strömungsgeschwindigkeit und statischem Flüssigkeitsdruck. Derartige Effekte treten beispielsweise an Strömungskanten auf. Im Bereich einer Strömungskante kommt es zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch gleichzeitig der statische Druck in der Flüssigkeit abnimmt. Dies führt zur Bildung von Dampfblasen. Nach der Strömungskante verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit und der statische Druck steigt an, was eine Implosion der zuvor erzeugten Kavitationsblasen bewirkt. Dadurch entstehen lokal hohe Druckspitzen, die zu physikalischen und chemischen Änderungen von in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen führen können.

Bekannte Vorrichtungen, die für derartige Zwecke geeignet sind, weisen üblicherweise einen komplexen Aufbau auf und sind oft nicht ausreichend kompakt, um in haushaltsüblichen Vorrichtungen, wie etwa einem Brausekopf, verwendet zu werden. Auf dem Prinzip der Kavitation basierende Vorrichtungen sind unter anderem vorteilhaft, da sie eine Behandlung von Flüssigkeiten ohne den Einsatz weiterer chemischer Stoffe sowie ohne externen Energieeintrag ermöglichen. Daher wäre es vorteilhaft, die Anwendbarkeit derartiger Vorrichtungen zu erleichtern und ein breiteres Einsatzspektrum zu ermöglichen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann daher darin gesehen werden, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine kompaktere und/oder einfachere Bauweise im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen aufweist. Eine weitere Aufgabe kann gegebenenfalls darin gesehen werden, die Behandlungswirkung, insbesondere in Bezug auf die Keimzahlreduktion in Flüssigkeiten zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Keimzahlreduktion in Flüssigkeiten, bevorzugt Wasser. Die Vorrichtung umfasst gegebenenfalls einen zwischen einer Einströmöffnung und einer Ausströmöffnung angeordneten Durchströmbereich, wobei im Durchströmbereich wenigstens ein den Strömungsquerschnitt verringernder Durchströmspalt vorgesehen ist. Gegebenenfalls ist der Durchströmbereich durch ein Gehäuse der Vorrichtung gebildet und/oder in einem Gehäuse angeordnet.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Durchströmspalt zwischen dem äußeren Umfang eines ersten Kavitationselements und dem inneren Umfang eines zweiten Kavitationselements gebildet ist.

Im Rahmen der konstruktiven Gestaltung der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Bereitstellung eines Durchströmspalts die Fierstellung einer Kavitationswirkung ermöglicht, die für die Behandlung von Flüssigkeiten geeignet ist. Der Durchströmspalt weist insbesondere einen geringeren Strömungsquerschnitt auf als der restliche Durchströmbereich, wodurch es am Durchströmspalt zu einer drastischen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit kommt. Dadurch wird die erfindungsgemäße Kaviationswirkung ermöglicht. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der äußere Umfang des ersten Kavitationselements und der innere Umfang des zweiten Kavitationselements zueinander konzentrische geometrische Formen bilden. Die konzentrisch angeordneten Konturen der Kavitationselemente sind insbesondere dazu geeignet, einen Durchströmspalt bereitzustellen, der eine gleichmäßige Größe aufweist. „Konzentrisch“ bezeichnet in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere geometrische Formen, die denselben Schwerpunkt aufweisen. Dies ist nicht auf kreisförmige Geometrien beschränkt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Durchströmspalt eine im Wesentlichen konstante Spaltbreite aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass der Normalabstand zwischen dem äußeren Umfang des ersten Kavitationselements und dem inneren Umfang des zweiten Kavitationselements im Wesentlichen konstant ist. „Im Wesentlichen“ kann eine Toleranz von kleiner gleich 10%, gegebenenfalls von kleiner gleich 5%, einschließen.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Kavitationselement an einem Aufspanndorn angeordnet ist, der entlang der Mittenlängsachse des Durchströmbereichs verläuft. Dadurch ist eine mittige Flalterung des ersten Kavitationselements in der Vorrichtung möglich. Gegebenenfalls ist das erste Kavitationselement integral mit dem Aufspanndorn ausgebildet.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das zweite Kavitationselement durch ein den Durchströmbereich umschließendes Gehäuse der Vorrichtung gebildet ist. In dieser Ausführungsvariante kann der Durchströmspalt somit zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem äußeren Umfang des ersten Kavitationselements gebildet sein. Diese Ausführung erlaubt eine besonders einfache Konstruktion.

Gegebenenfalls ist alternativ vorgesehen, dass das zweite Kavitationselement ein im Durchströmbereich angeordnetes Kavitationselement ist. In dieser Ausführungsvariante kann das zweite Kavitationselement beispielsweise in ein den Durchströmbereich bildendes Gehäuse eingesetzt sein, beispielsweise als Platte. Diese Ausführung erlaubt eine variablere Anpassung der Geometrie der Konturen bzw. Umfänge. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Durchströmspalt eine Spaltbreite von weniger als 1 ,0 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, aufweist. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Wirksamkeit der Vorrichtung erreicht. Die Spaltbreite kann jedoch insbesondere an andere Betriebsparameter angepasst werden, beispielsweise die angestrebte Durchflussmenge.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Strömungsquerschnitt des Durchströmbereichs im Bereich des oder eines Durchströmspalts zwischen 5 und 30 mm ² , insbesondere zwischen 10 und 20 mm ² , beträgt.

Bereiche ohne Durchströmspalt, insbesondere Bereiche zwischen zwei Durchströmspalten, können gemäß ihrer strömungsdynamischen Wirkung auch als Expansionsbereiche bezeichnet werden. Durchströmspalte können gemäß ihrer strömungsdynamischen Wirkung auch als Kompressionsbereiche bezeichnet werden.

Allgemeiner ausgedrückt kann vorgesehen sein, dass der Strömungsquerschnitt des Durchströmbereichs im Bereich des Durchströmspalts um einen Faktor zwischen 5 und 10, insbesondere um einen Faktor von etwa 7, kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Durchströmbereichs im Bereich ohne Durchströmspalt. Der genannte „Bereich ohne Durchströmspalt“ ist insbesondere ein Bereich, der in Strömungsrichtung nach einem Durchströmspalt liegt, oder ein Bereich, der zwischen zwei Durchströmspalten liegt. Es kann somit gegebenenfalls vorgesehen sein, dass der Strömungsquerschnitt in einem Kompressionsbereich um einen Faktor zwischen 5 und 10, insbesondere um einen Faktor von etwa 7, kleiner ist als der Strömungsquerschnitt in einem Expansionsbereich.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Spaltlänge zwischen 1 und 5 mm beträgt. Die Spaltlänge ist gegebenenfalls durch die Dicke des ersten und/oder des zweiten Kavitationselements bestimmt.

Die Strömungsrichtung verläuft insbesondere von der Einströmöffnung in Richtung der Ausströmöffnung. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Durchströmbereich mehr als fünf nacheinander angeordnete Durchströmspalte angeordnet sind, wobei vorzugsweise alle Durchströmspalte im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Dies erhöht die Behandlungswirkung der Vorrichtung. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass gleich oder weniger als fünfzehn Durchströmbereiche vorgesehen sind.

Gegebenenfalls wechseln sich in der Vorrichtung Kompressionsbereiche und Expansionsbereiche ab.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Kavitationselement und/oder das zweite Kavitationselement als Scheiben ausgebildet ist/sind, deren Schwerpunkt(e) entlang der Mittenlängsachse des Durchströmbereichs angeordnet ist/sind. Scheiben können besonders einfach gefertigt und in die Vorrichtung integriert werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zwischen den Durchströmspalten zur Halterung der zweiten Kavitationselemente Distanzhalter vorgesehen sind. Die Distanzhalter sind beispielsweise als Distanzhülsen ausgebildet und bilden so eine Expansionskammer aus.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Brausekopf, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Es wurde festgestellt, dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft für die in Privathaushalten herrschenden Anforderungen verwendet werden können, wodurch sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung gut zur Verwendung in einem Brausekopf eignet.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Rohrleitungssystem, insbesondere in einem Wasserleitungssystem Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Keimzahlreduktion in Wasser.

Gegebenenfalls wird in diesem Verfahren eine erfindungsgemäße Vorrichtung, eine erfindungsgemäße Anordnung oder ein erfindungsgemäßer Brausekopf eingesetzt. Gegebenenfalls beträgt die Flussgeschwindigkeit der in die Einströmöffnung einströmenden Flüssigkeit zwischen 5 und 150 L/min, insbesondere zwischen 7 und 120 L/min, bevorzugt etwa 9 L/min, je nach Baugröße der Vorrichtung. Gegebenenfalls beträgt der Druck der in die Einströmöffnung einströmenden Flüssigkeit zwischen 1 und 10 bar, insbesondere zwischen 1 ,5 und 6 bar.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels im Detail erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel entlang der Mittenachse;

Fig. 2: eine weitere schematische Schnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 quer zur Mittenachse;

Fig. 3: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel quer zur Mittenachse; und Fig. 4: eine schematische Schnittansicht einer dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Vorrichtung mit einem Brausekopf.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Schnittebene verläuft entlang der Mittenlängsachse 11.

Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 9, das einen zwischen einer Einströmöffnung 1 und einer Ausströmöffnung 2 verlaufenden Durchströmbereich 3 umschließt. Im Bereich von Einströmöffnung 1 und Ausströmöffnung sind Gewinde 14 angeordnet, die die Einbindung der Vorrichtung in bestehende Leitungssysteme erlauben.

Im Durchströmbereich 3 der Vorrichtung ist eine Kavitationsanordnung eingerichtet, die eine Abfolge von mehreren Durchströmspalten 4 umfasst. Die Durchströmspalte 4 sind zwischen dem äußeren Umfang 5 eines ersten Kavitationselements 6 und dem inneren Umfang 7 eines zweiten Kavitationselements 8 angeordnet, wobei die beiden Umfänge 5, 7 der Kavitationselemente 6, 8 zueinander konzentrische Kreise bilden.

Die Kavitationselemente 6, 8 sind als Scheiben ausgebildet. Die ersten Kavitationselemente 6 sind an einem Aufspanndorn 10 gehalten, der entlang der Mittenlängsachse 11 des Durchströmbereichs 3 verläuft. Die zweiten Kavitationselemente 8 sind zwischen Distanzhaltern 13 nahe der Innenwand des Gehäuses 9 angeordnet.

In diesem Ausführungsbeispiel sind neun Durchströmspalten 4 vorgesehen, deren Geometrie im Wesentlichen identisch ausgebildet ist. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann eine unterschiedliche Anzahl an Durchströmspalten 4 vorgesehen sein.

Die Breite der Durchströmspalten 4 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,2 mm, wodurch sich ein Strömungsquerschnitt von 10 mm ² ergibt. Die Breite des Durchströmbereichs 3 im Bereich ohne Durchströmspalten 4, insbesondere zwischen zwei Durchströmspalten 4, beträgt in diesem Beispiel X mm, wodurch sich ein Strömungsquerschnitt von 70 mm ² ergibt. Die Durchströmspalten 4 können auch als Kompressionsbereiche bezeichnet werden, während die Bereiche zwischen den Durchströmspalten 4 auch als Expansionsbereiche bezeichnet werden können. Somit ist der Strömungsquerschnitt in den Kompressionsbereichen um einen Faktor 7 kleiner als der Strömungsquerschnitt in den Expansionsbereichen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 quer zur Mittenlängsachse 11 , entlang der Schnittebene A-A. Diese Ansicht verdeutlicht die Positionierung der Durchströmspalte 4 zwischen den beiden Kavitationselementen 6, 8. Die Komponenten entsprechen jenen aus Fig. 1 und werden daher an dieser Stelle nicht im Detail erörtert.

Die Funktion dieser Vorrichtung ist wie folgt: Am Einströmbereich 1 wird eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in den Durchströmbereich 3 eingeleitet. Der Durchfluss beträgt in einem Beispiel etwa 9 L/min und der Druck beträgt etwa 4 bis 5 bar, was den üblichen Parametern in Privathaushalten entspricht.

Beim Durchströmen des Durchströmbereichs 3 trifft die Flüssigkeit zuerst auf jenen Durchströmspalt 4, der der Einströmöffnung 1 in Strömungsrichtung gesehen am nächsten liegt. Durch die Reduktion des Strömungsquerschnitts kommt es zu einer Kompression der Flüssigkeit und einer Erhöhung der Fließgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Reduktion des statischen Drucks, was zur Bildung von Kavitationsbläschen führt. Nach Durchströmen des Durchströmspalts 4 wird der Strömungsquerschnitt wieder größer und es kommt zu einer Reduktion der Fließgeschwindigkeit, wodurch die gebildeten Kavitationsbläschen implodieren. Die auftretenden Kräfte zerstören insbesondere bakterielle Verunreinigungen in der Flüssigkeit. Der beschriebene Ablauf wiederholt sich an jedem Durchströmspalt, wodurch eine Erhöhung der Behandlungseffizienz erreicht wird. Nach Durchströmen des letzten Durchströmspalts 4 tritt die Flüssigkeit an der Ausströmöffnung 2 aus der Vorrichtung aus und kann für den gewünschten Zwecke weiterverwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel quer zur Mittelachse, im Wesentlichen analog zu Fig. 2. Der einzige Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Geometrie des Durchströmspalts 4, der hier in Form eines Sternpolygons mit stumpfen Zacken ausgebildet ist. Der Strömungsquerschnitt im Bereich der Durchströmspalten 4 beträgt daher in diesem Beispiel 20 mm ² .

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Vorrichtung mit einem Brausekopf 15. Die Vorrichtung ist im Handgriff 12 des Brausekopfs 15 angeordnet und funktioniert wie oben erläutert. Bezugszeichenliste

1 Einströmöffnung

2 Ausströmöffnung

3 Durchströmbereich

4 Durchströmspalt

5 äußerer Umfang

6 erstes Kavitationselement

7 innerer Umfang

8 zweites Kavitationselement

9 Gehäuse

10 Aufspanndorn

11 Mittenlängsachse

12 Handgriff

13 Distanzhalter

14 Gewinde

15 Brausekopf