(57)【要約】  本発明は浄水システムおよび蒸留ユニットに関する。浄水システム（３）は、水（２１）、特に水道水を蒸留ユニット（１）に供給する注入部（３１）と、蒸留水を生じさせる前記蒸留ユニット（１）とを備える。前記蒸留ユニットは、前記水（２１）を蒸発させて蒸気（２３）を生じさせる蒸発部（１２）と、前記蒸気（２３）を少なくとも部分的に凝縮して蒸留水を生じさせる凝縮部（１４）とを備える。前記システムは、前記蒸留水に化合物、特にミネラルを混合して可溶化物に富んだ蒸留水を生じさせることができるように配置および構成されている第１の混合ユニット（３２）、特にカートリッジと、前記可溶化物に富んだ蒸留水を取り分ける取り出し部（３３）とをさらに備える。前記蒸発部（１２）は第１のペルチェ効果デバイス（１０）の加熱可能側（１０１）近傍に設けられ、前記凝縮部（１４）は前記第１のペルチェ効果デバイス（１０）の冷却可能側（１０２）近傍に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水（２１）、特に水道水を蒸留ユニット（１）に供給する注入部（３１）と、
蒸留水を生じさせる前記蒸留ユニット（１）であって、前記水（２１）を蒸発させて蒸気（２３）を生じさせる蒸発部（１２）と、前記蒸気（２３）を少なくとも部分的に凝縮して蒸留水を生じさせる凝縮部（１４）とを備える前記蒸留ユニット（１）と、
前記蒸留水に化合物、特にミネラルを混合して可溶化物に富んだ蒸留水を生じさせることができるように配置および構成されており、特にカートリッジである第１の混合ユニット（３２）、
前記可溶化物に富んだ蒸留水を取り分ける取り出し部（３３）と
を備える浄水システム（３）において、
前記蒸発部（１２）は第１のペルチェ効果デバイス（１０）の加熱可能側（１０１）近傍に設けられ、前記凝縮部（１４）は前記第１のペルチェ効果デバイス（１０）の冷却可能側（１０２）近傍に設けられることを特徴とする浄水システム（３）。
【請求項２】
前記凝縮部（１４）の下流に配置される第２の混合ユニット（３４）を備えており、前記第２の混合ユニット（３４）は、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水に成分を混合することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の浄水システム（３）。
【請求項３】
前記第２の混合ユニット（３４）は、成分カプセルに閉じ込められた成分を混合するのに適していて、前記第２の混合ユニット（３４）は、前記成分カプセルを位置決めし、特に混合プロセス中に固定するためのカプセル位置決め要素を備えることを特徴とする請求項２に記載の浄水システム（３）。
【請求項４】
前記蒸留水および／または前記蒸気（２３）から気流に熱エネルギを移動させるのに適した第１の冷却ユニット（３５）を備えており、前記第１の冷却ユニット（３５）は、前記凝縮部（１４）の下流かつ、前記取り出し部（３３）の上流に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の浄水システム（３）。
【請求項５】
加熱可能なおよび／または冷却可能な熱伝達面（３６２）を備えた第２のペルチェ効果デバイス（３６１）を有する第２の冷却ユニット（３６）を備えていて、前記第２の冷却ユニット（３６）は、前記凝縮部（１４）の下流かつ、前記取り出し部（３３）の上流に配置され、前記熱伝達面は、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水に熱エネルギを移動させ、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水から熱エネルギを移動させるのに適することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の浄水システム（３）。
【請求項６】
前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水を溜める第１のタンク（３７）を備えていて、前記第１のタンク（３７）は前記凝縮部（１４）の下流に配置され、前記第２の冷却ユニット（３６）は、前記第１のタンク（３７）内の水温を上昇および低下させる、特に低下させることができるように配置および構成されていることを特徴とする請求項５に記載の浄水システム（３）。
【請求項７】
溶けた固形物の総量の定量のための少なくとも１つの第１のセンサ（８６）を備えていて、前記第１のセンサ（８６）は前記取り出し部（３３）の上流に配置され、かつ／または前記蒸発部（１２）内の液位を測定する第２のセンサ（８８）を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の浄水システム（３）。
【請求項８】
化合物の吸着除去のための吸着ユニットを備えており、特に、前記吸着ユニットは前記第１の混合ユニット（３２）に組み込まれることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の浄水システム（３）。
【請求項９】
前記蒸留ユニット（１）は請求項１０から１５のいずれか１項に記載の蒸留ユニット（１）であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の浄水システム（３）。
【請求項１０】
第１のペルチェ効果デバイス（１０）であって、
ｉ．原液（２０）を蒸発させて気相（２２）を生じさせる蒸発部（１２）を実現する加熱可能側（１０１）と、
ｉｉ．前記気相（２２）を部分的に凝縮して、蒸留液（２６）および前記気相（２２）を含む２相混合体（２４）を生じさせる凝縮部（１４）を設ける冷却可能側（１０２）と
を有する第１のペルチェ効果デバイス（１０）と、および、
蒸発前に前記原液（２０）を予熱する熱交換部（１６）と
を備える蒸留ユニット（１）において、
前記熱交換部（１６）は、熱エネルギが前記２相混合体（２４）から前記原液（２０）に移動可能であり、前記２相混合体（２４）に含まれる前記気相（２２）を少なくとも部分的に凝縮しつつ前記原液（２０）を予熱するように、配置および構成されていることを特徴とする蒸留ユニット（１）。
【請求項１１】
前記加熱可能側（１０１）は、特に、前記加熱可能側（１０１）の表面積を大きくする熱伝達要素（１２０）を備えており、前記熱伝達要素（１２０）は、前記加熱可能側（１０１）と前記原液（２０）との間の熱の受け渡しを確立することができるように配置および構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸留ユニット（１）。
【請求項１２】
前記熱交換部（１６）は、前記２相混合体（２４）に含まれる前記気相（２２）を前記凝縮部（１４）内で少なくとも部分的に凝縮することができるように前記凝縮部（１４）と熱的に接続されることを特徴とする請求項１０および１１のいずれか１項に記載の蒸留ユニット（１）。
【請求項１３】
前記熱伝達要素（１２０）は、フッ素ポリマー、サイアロン、金属酸化物、特に酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、フラン樹脂、酸化チタンから選択される少なくとも１つのコーティング材料から製造されるコーティング（１２１）を備えることを特徴とする請求項１１および１２のいずれか１項に記載の蒸留ユニット（１）。
【請求項１４】
前記蒸発部（１２）と前記凝縮部（１４）との間の流路を実現する接続要素（１８）が前記蒸発部（１２）と前記凝縮部（１４）との間に配置され、前記流路は前記蒸留ユニット（１）によって囲まれる空間の実質的に外に位置することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の蒸留ユニット（１）。
【請求項１５】
前記蒸発部（１２）と前記凝縮部（１４）との間の流路を実現する接続要素（１８）が前記蒸発部（１２）と前記凝縮部（１４）との間に配置され、前記流路は前記蒸留ユニット（１）によって囲まれる空間の実質的に内に位置し、特に、前記流路は、前記第１のペルチェ効果デバイス（１０）の平面に実質的に垂直に延びかつ／または前記蒸留ユニット（１）の実質的に中央で前記平面と交差することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の蒸留ユニット（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は浄水システムおよび蒸留ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
安全で安価な飲料水の製造は全世界で重要な目的である。様々な浄水プロセスが存在する。しかし、大多数のプロセスでは、化合物が溶けて水に残る。多くの地域で、水道水はさらに処理しなければ飲用に適さない。これは、水の味および／または匂いに影響を及ぼす物質が原因であったり、有害である可能性がある物質が原因であったりする場合がある。したがって、世界中の多くの場所および世帯で、現地の水道事業体によって提供される水道水の品質を向上させることが望まれている。
【０００３】
溶けた化合物を完全に除去するのに適するいくつかのプロセスが存在する。よく用いられるプロセスは蒸留である。しかし、このプロセスはエネルギを集中するプロセスであるので、家庭での浄水にはほとんど用いられない。また、蒸留水は日常的に人が消費するのには適さないので、当然さらなる処理がともなう。飲用に適する製品を製造するにはミネラルの添加が必要である。
【０００４】
特許文献１には、飲料の製造、特に家庭内製造のための装置および方法が開示されている。プロセスには、蒸留、殺菌および水溶性投入剤のミネラル補給が含まれる。ミネラル補給は、攪拌器を用いて予め定められたミネラル成分を含む可溶性タブレットを溶かすことによって行なわれる。
【０００５】
特許文献２には、飲料水を製造する同様のデバイスが記載されている。塩類を水溶液の形態で添加し、前記水の曝気を実現する攪拌手段を用いて混合する。
【０００６】
特許文献３には、垂直蒸気チムニーと前記水を予熱する内部に配置された水チムニーとを用いて蒸留水を製造する家庭用蒸留ユニットが開示されている。蒸留ユニットは、蒸気の凝縮のための空冷フィン・管型熱交換器を備える。電気発熱要素を用いて加熱を実現する。
【０００７】
特許文献４には、飲料水を製造する別の家庭用デバイスが記載されている。蒸留後、塩類を濃縮水溶液を用いて塩類供給システムおよび攪拌システムによって添加することができる。
【０００８】
さらに、異なる浄化プロセスを導入した解決手段が知られている。特許文献５は、同様の目的の装置が開示されている。ただし、ミネラル除去を蒸留ではなく分別晶出によって行なう。特許文献６には、水を脱気して１７５℃を超える温度まで過熱し、水を真空チャンバ内に向けて突沸（ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ）させるシステムを備える浄水ユニットが記載されている。その後、発生された蒸気を凝縮する。
【０００９】
上記のすべての解決手段は、蒸留のために単位水容積あたり大量のエネルギを必要とする。エネルギ消費がきわめて低い別のプロセスには、ペルチェ効果に基づく熱電デバイスを用いた蒸留が導入されている。特許文献７には、蒸留される水を加熱するのにペルチェ効果を用いる液蒸留プロセスが開示されている。上記の装置の設計には、凝縮水の高い温度を用いて蒸発させる水を予熱する熱交換器が導入されている。しかし、熱力学の原理により、また、ペルチェ要素が冷温よりもより多くの熱を発生させるので、熱の大部分がハウジングを通じて外部に散逸する場合にだけこのプロセスは実行可能である。散逸しない場合、蒸気の一部が残って気相として装置から流出する。
【００１０】
特許文献８には、凝縮させる蒸気に接触する冷熱接点部材から、蒸発させる水に接触する温熱接点部材に熱を移動させて前記蒸気を生じさせるペルチェヒートポンプを備える海水脱塩システムが開示されている。
【００１１】
特許文献９には、熱電モジュールを用いて液を浄化する方法および装置が記載されている。真水を前記モジュールの高温面上で蒸発させて、蒸気の一部を前記モジュールの冷温面上で凝縮させる。残りの蒸気は蒸発させる水を予熱するのに用いられ、水タンクの底部を形成するデバイスの上部にある熱交換器面に接触することで、残りの蒸気は凝縮する。蒸留ユニットの水流出部から蒸留水が流出する。しかし、この場合でも、熱の大部分が装置から側壁を通じて出て行く場合や、水蒸気混合物が装置から流出する場合にだけ、このプロセスは有効である。
【００１２】
特許文献１０には、加熱部、凝縮部およびペルチェ効果デバイスを備える蒸留装置が記載されている。ペルチェ効果デバイスは加熱部および凝縮部とそれぞれ隣接して接触しており、熱の凝縮部からの移動と、熱の加熱部への移動とをそれぞれ行なう。
【００１３】
特許文献１１には、発熱要素および予熱器を備える水蒸留装置が開示されている。これは、発生する蒸気の電気伝導率を検出するのに適する検出システムをさらに備える。
【００１４】
特許文献１２には、蒸気が凝縮しながら通過する中空空間に囲まれた内部チャンバの形状を持つ予熱器を含む水蒸留器構成が開示されている。特許文献１３には、凝縮させる蒸気によって、蒸発させる水を予熱する熱交換器を有する水蒸留装置が記載されている。特許文献１４には、同様に予熱器を備えるコンパクトな完全自動水蒸留ユニットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第９３／０２５４７８号
【特許文献２】国際公開第２００９／０３７６１０号
【特許文献３】米国特許第４８９４１２３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／０３００８６８号明細書
【特許文献５】米国特許第３７８５４９２号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０２０７８６９号明細書
【特許文献７】ＤＥ１１９４３７２
【特許文献８】米国特許第３２１２９９９号明細書
【特許文献９】米国特許第６８０５７７４号明細書
【特許文献１０】米国特許第６８９３５４０号明細書
【特許文献１１】米国特許第５４８４５１０号明細書
【特許文献１２】米国特許第４０８９７５０号明細書
【特許文献１３】米国特許第４３４２６２５号明細書
【特許文献１４】米国特許第４４１５０７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
解決する課題は、エネルギ効率にすぐれコスト的に有効である水の蒸留に好適な浄水システムおよび蒸留ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
課題は、請求項１に係る浄水システムと、請求項１０に係る蒸留ユニットとを用いて解決される。浄水システムの有効な実施の形態が従属請求項２から９に記載されており、蒸留ユニットの有効な実施の形態が従属請求項１１から１５に記載されている。
【００１８】
本発明の第１の態様は、水、特に水道水を蒸留ユニットに供給する注入部と、蒸留水を生じさせる前記蒸留ユニットとを備える浄水システムである。前記蒸留ユニットは、前記水を蒸発させて蒸気を生じさせる蒸発部と、前記蒸気を少なくとも部分的に凝縮して蒸留水を生じさせる凝縮部とを備える。前記システムは、前記蒸留水に化合物、特にミネラルを混合して可溶化物に富んだ蒸留水（ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ  ｗａｔｅｒ）を生じさせるのに有効なように配置および構成されている第１の混合ユニット、特にカートリッジと、前記可溶化物に富んだ蒸留水を取り分ける取り出し部とをさらに備える。前記蒸発部は第１のペルチェ効果デバイスの加熱可能側近傍に設けられ、前記凝縮部は前記第１のペルチェ効果デバイスの冷却可能側近傍に設けられる。
【００１９】
前記蒸発部および凝縮部が前記第１のペルチェ効果デバイス手段近傍に設けられることは、熱エネルギを移動させるために、前記加熱可能側と蒸発させる前記水との間と、前記冷却可能側と凝縮させる前記蒸気との間とに熱的な接続が実現可能であることを意味する。このことは、本発明に係る蒸留ユニットのそれぞれの仕様にも当てはまる。
【００２０】
ペルチェ効果デバイス、別名ペルチェ要素または熱電要素は、電流を印加すると、冷却可能部分から加熱可能部分に熱を移動させる、すなわちポンピングするのに好適である。第１のペルチェ効果デバイスは、冷却可能側に対して加熱可能側を加熱するように構成され、したがって、熱を凝縮させる蒸気から蒸発させる水にポンピングするように構成されている。これは、水を蒸発させることと、蒸気の凝縮に寄与することとを同時に行なう２重機能デバイスとして用いられる。第１のペルチェ効果デバイスは、いくつかの熱電要素の組み合せ、たとえば、直列に接続される熱電要素を備えることができる。少なくとも１つの蒸発部および少なくとも１つの凝縮部を設ける加熱可能側および冷却可能側を備えるペルチェ効果デバイスが１つ以上存在してもよい。
【００２１】
注入部は、蒸留ユニットに水を供給するのに好適な任意のデバイス、たとえば、水道網と接続される注入タンクや注入水供給ラインであってもよい。それは、バルブなどの好適な注入圧力調整デバイスを備えてもよい。粒子除去のためのフィルタを注入部と蒸留ユニットとの間に配置してもよい。蒸留ユニット内に水を制御して注入するのにポンプを用いてもよい。
【００２２】
蒸発部は、水を蒸発させて蒸気を生じさせるのに適する。したがって、蒸発部は、前記加熱可能側と蒸発させる水との間の熱の受け渡しを確立することができるように配置および構成されている。蒸発部を蒸発室として形成してもよい。特に、前記蒸発部は、２つの流路と接続される隔離された空間である。蒸発部は前記注入部と流体接続してもよいし、該当する場合には、蒸発させる水すなわち流体の流入を実現するために前記蒸留のユニットの熱交換部と流体接続してもよい。これに加えて、生じた蒸気すなわち気相が前記蒸発部から流出して、凝縮させるために前記凝縮部内に流入することができるように、蒸発部は前記凝縮部と流体接続してもよい。前記第１のペルチェ効果デバイスの前記加熱可能側は、蒸発させる前記水すなわち流体との熱的な接続を確立することができるように配置される。特に、この加熱可能側は、前記蒸発部内に配置されかつ／または前記蒸発部を画定する壁の少なくとも部分を形成する。凝縮部は、前記蒸気が前記蒸発部から前記凝縮部に流れることができるように前記蒸発部と接続される。たとえば凝縮室として設けられる前記凝縮部は、蒸気から前記第１のペルチェ効果デバイスの冷却可能側に熱を移動させて前記蒸気を少なくとも部分的に凝縮するように設けてもよい。凝縮部は前記冷却可能側と熱的に接続可能であるか、前記冷却可能側と接続される。凝縮部は、蒸気の一部を凝縮して、蒸発させる水および蒸気を含む２相混合体を生じさせるように構成してもよい。特に、前記凝縮部は、２つの流路と接続される隔離された空間である。一方で、凝縮部は、上記のように凝縮させる前記蒸気すなわち気相の流入を実現するために前記蒸発部と流体接続してもよい。他方で、前記蒸留流体、たとえば水または前記２相混合体の流出を実現するために、凝縮部を蒸留ユニット流出部または前記第１の混合ユニットと流体接続してもよい。前記第１のペルチェ効果デバイスの前記冷却可能側は、少なくとも部分的に凝縮させる蒸気すなわち気相と熱的に接続するように配置される。特に、この冷却可能側は、前記凝縮部内に配置されかつ／または前記凝縮部を画定する壁の少なくとも部分を形成する。典型的には、前記蒸発部も前記凝縮部も、前記液および／または気相を溜める役割を持たない。
【００２３】
典型的には、浄水システムの前記蒸留ユニットの前記蒸発部と前記凝縮部との間の流路を実現する接続要素が前記蒸発部と前記凝縮部との間に配置される。前記流路により、発生した蒸気が前記凝縮部に流入することが可能になる。
【００２４】
蒸発部は、安定した沸騰を実現するために、突沸防止細粒、たとえば不活性固形材料の微小片を備えてもよい。
【００２５】
混合ユニットは、特に、前記蒸留水の標準ミネラル水化用のカートリッジである。混合ユニットは、固形のミネラルを溶かすための貫流型カートリッジ（耐用水量は１００リットル以上）であってもよい。
【００２６】
典型的には、本発明に係る浄水システムは家庭での使用に好適である。この浄水システムを家庭用デバイスとして構成してもよい。この浄水システムは、５リットル／日を越える蒸留水、特に１２〜３０リットル／日の蒸留水を製造するのに好適である場合がある。蒸留ユニットは、毎時０．１リットルから毎時２リットル、特に、毎時０．３リットルから毎時１リットルを製造するように設計してもよい。このシステムは、２分以内に１リットルの蒸留水または可溶化物に富んだ蒸留水を供給することが可能であってもよい。
【００２７】
第１のペルチェ効果デバイスを用いることで、きわめて効果的な蒸発および凝縮が可能になり、したがって、浄水システムがきわめて効率的な浄水プロセスを行なうことが可能になる。必要な形状および仕様を有するペルチェ効果デバイスは規格品である。
【００２８】
一実施の形態では、浄水システムは、水からカルシウムおよび／またはマグネシウムを除去するために、たとえば合成樹脂を含む脱カルシウム手段、特にイオン交換体を備える。前記脱カルシウム手段は、蒸留前に前記水中のカルシウムおよび／またはマグネシウム濃度を下げるために、前記蒸留ユニットの上流、特に前記蒸発部の上流に配置される。脱カルシウム手段を前記浄水システムの原水タンクや第２のタンク内に配置してもよい。
【００２９】
脱カルシウム手段は、カルシウムおよび／またはマグネシウム濃度を下げるのに好適な任意の手段であってもよい。イオン交換体は、たとえば、カルシウムおよび／またはマグネシウムイオンをナトリウムイオンと交換するのに好適である場合がある。カルシウムおよび／またはマグネシウム濃度を下げることで、蒸発部のカルシウム沈着が防止される。前記脱カルシウム手段は、特に、水に溶かしたナトリウムを用いることで再生するように構成してもよい。
【００３０】
一実施の形態では、浄水システムは、前記凝縮部の下流に配置される第２の混合ユニットを備える。前記第２の混合ユニットは、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水に成分を混合するのに有効なように構成されている。
【００３１】
特に、第２の混合ユニットは、それぞれの水に添加ミネラル、ビタミンおよび／または調味化合物を添加するのに好適である。これは、規定の水量に好適である使い切りカプセルを用いた貫流型システム中で実現してもよい。特に、前記カプセルには使用後に健康増進剤および／または香味成分などの粉末成分を入れてもよい。
【００３２】
第２の混合ユニットは前記凝縮部の下流に配置されるので、特に、成分を混合するのに蒸留水が用いられる。
【００３３】
別の実施の形態では、前記第２の混合ユニットは、成分カプセルに閉じ込められた成分を混合するのに適していて、前記第２の混合ユニットは、混合プロセス中に前記成分カプセルを位置決め、特に固定するカプセル位置決め要素を備える。
【００３４】
特に、第２の混合ユニットは、それぞれの水の複数の容積単位に複数の成分カプセルを逐次的に混合するのに好適である。第２の混合ユニットは、前記成分カプセルをシステムに挿入する供給デバイスと、混合プロセスのために前記カプセルを位置決めする位置要素とを備えてもよい。特に、前記第２の混合ユニットは、前記成分カプセルを取り外す取り外しユニットをさらに備える。
【００３５】
さらなる実施の形態では、浄水システムは、前記蒸留水および／または前記蒸気から気流に熱エネルギを移動させるのに適する第１の冷却ユニットを備える。前記第１の冷却ユニットは、前記凝縮部の下流に配置され、前記取り出し部の上流に配置される。
【００３６】
一般的に、熱力学の原理により、また、ペルチェ要素が冷温よりもより多くの熱を発生させるので、凝縮部の凝縮は不完全状態に留まる。これは、特に、エネルギ効率の目的で望まれるよく断熱された蒸留ユニットに当てはまる。特に、システムは、蒸留ユニットの少なくとも一部を断熱部に実質的に一体化させるのに好適な断熱体を備える。蒸留水と蒸気との混合体が凝縮部から流出することができ、残りの蒸気の一部または残りの蒸気全体を第１の冷却ユニット内で凝縮することができる。したがって、第１の冷却ユニットは浄水システムの全体効率を上げるのに好適である。
【００３７】
前記第１の冷却ユニットを前記凝縮部の下流に配置することは、第１の冷却ユニットが前記凝縮部のプロセスに影響しない分離されたデバイスであることを特に意味する。第１の冷却ユニットは、前記凝縮部から流入する前記蒸留水および／または前記蒸気の熱エネルギを下げるために配置される。
【００３８】
しかし、特定の状況では、凝縮が凝縮部で完全に実行されることがあり得る場合がある。たとえば、これは、蒸留率がきわめて低く、原液がきわめて低温であるときに当てはまる場合がある。
【００３９】
たとえば、高温流体から冷気流への熱伝達を増大させる熱交換器およびファンを用いて冷却を実現する。上記に代わって、第１の冷却ユニットを第１または第２の混合ユニットの下流に配置してもよい。第１の冷却ユニットは、それぞれの水を、飲水に望ましい温度に冷却するのに好適である場合がある。
【００４０】
一実施の形態では、浄水システムは、加熱可能および／または冷却可能熱伝達面を有する第２のペルチェ効果デバイスを有する第２の冷却ユニットを備える。前記第２の冷却ユニットは、前記凝縮部の下流に配置され、前記取り出し部の上流に配置される。前記熱伝達面は、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水に熱エネルギを移動させ、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水から熱エネルギを移動させるのに適する。
【００４１】
前記熱伝達面は特に加熱および冷却可能である。したがって、前記第２の冷却ユニットは、第２の混合ユニットの前または後で、前記蒸留水または前記可溶化物に富んだ蒸留水をそれぞれ冷却または加熱するように特に構成されている。第２の冷却ユニットは所望の温度および実際の温度に応じて４〜５０℃の温度を実現するのに好適である場合がある。
【００４２】
言い換えると、１つの熱伝達面を用いて冷却および加熱を実現することができる。これを、単一の第２のペルチェ効果デバイスを用いて実現してもよい。この機能は電流の方向によって制御される。特に、それぞれの水を冷却するとき、それぞれの水から、第２の冷却ユニットの加熱部分に接触する気流に熱エネルギを移動させることができる。したがって、第２のペルチェ効果デバイスはヒートポンプを構成し、電気で加熱部分から冷却部分に熱を移動させる。
【００４３】
特に、浄水システムは、少なくとも第１のペルチェ効果デバイスを制御する制御デバイスと、情報を入力するための入力ユニットであって、入力デバイスは制御デバイスに電気的または電子的に接続可能であるか接続される、入力ユニットと、情報を表示する出力ユニットであって、出力ユニットは制御デバイスに電気的または電子的に接続可能であるか接続される、出力ユニットとをさらに備える。たとえば、出力ユニットは、以下で説明されている少なくとも１つのセンサによって測定される値を出力するように構成してもよい。出力ユニットは、選択温度に関する情報、ミネラル水化カートリッジおよび／または入れられているミネラル水化成分の低レベル警告などの第１および／または第２の混合ユニットの状態に関する情報を提供してもよい。出力ユニットを対話型インタフェースとして実現してもよい。
【００４４】
浄水システムはアプリケーションを通じて制御可能であってもよい。前記アプリケーションは、システムの開始、蒸発および凝縮を含む浄水プロセスの開始、ならびに／または混合および／または取り分けプロセスの開始などの様々な機能の開始を実現するように構成してもよい。したがって、アプリケーションは、携帯電子デバイスなどの適切なデバイスに対する特に無線での適切な接続を確立するように構成されている。
【００４５】
さらなる実施の形態では、浄水システムは前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水を溜める第１のタンクを備えていて、前記第１のタンクは前記凝縮部の下流に配置される。前記第２の冷却ユニットは、前記第１のタンク内の水温を上昇および低下させることが可能なように配置および構成されている。
【００４６】
さらなる実施の形態では、浄水システムは前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水を溜める第１のタンクを備えていて、前記第１のタンクは前記凝縮部の下流に配置される。前記第２の冷却ユニットは、前記第１のタンク内の水温を低下させることが可能なように配置および構成されている。
【００４７】
第２の冷却ユニットの冷却部分は、入れられた蒸留水および／またはミネラル補給済み蒸留水に接触するように第１のタンク内に配置してもよい。これの代わりに、第１のタンクの流入部分に配置してもよいし、あるいは、たとえば、第１のタンクを始端として第１のタンクで終端する冷却サイクルに配置してもよい。特に、第１のタンクは、第１の混合ユニットから流出した後の前記可溶化物に富んだ蒸留水を溜めるように配置および構成されている。
【００４８】
前記第２の冷却ユニットは、前記第１のタンク内の水温を上昇させるのに適する場合もある。上述のように、温度の上昇および低下を電流の方向を逆転させることによって単一の熱伝達面を用いて実現可能である場合がある。したがって、幅広い範囲の任意の所望の温度を選択することができる。本実施の形態では、第２の混合ユニットは前記第１のタンク内で規定の温度を維持するのに好適である。
【００４９】
前記第１のタンクは、ＮＡＳ（スチレン系プラスチック）、ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル）、ＰＥＸ（架橋ポリエチレン）、ガラス（特にＢＰＡフリー）またはステンレス鋼（たとえば３０４型もしくは３１６型）から製造してもよい。特に、ＰＰ−ＨＪ７３０のような堅牢性が高く耐熱性が高い食品に用いても安全なポリプロピレンを用いてもよい。
【００５０】
一実施の形態では、浄水システムは、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水を加熱する加熱ユニット、特に貫流型ヒータを備える。前記加熱ユニットは前記出力ユニットの上流に配置され、特に、前記第１のタンクの下流に配置される。本実施の形態では、取り分ける前記可溶化物に富んだ蒸留水の温度をユーザの要求にしたがって選択することができる。
【００５１】
一実施の形態では、浄水システムの前記注入部は、水、特に水道水を溜める第２のタンクをさらに備えていて、前記第２のタンクは前記蒸発部の上流に配置される。前記浄水システムは、前記第２のタンクに溜められた水の量を測定するロードセルなどのセンサをさらに備えてもよい。これの代わりに、溜められた水の量を定量するのに任意の種類のセンサを用いてもよい。たとえば、浮遊する磁石と対応する磁石スイッチとに基づく漸増型水位センサを用いてもよい。
【００５２】
第１および／または第２のタンクは１〜１０リットル、特に２〜８リットルの容積を備えてもよい。
【００５３】
別の実施の形態では、浄水システムは、溶けた固形物の総量の定量のための少なくとも１つの第１のセンサを備えていて、前記第１のセンサは前記取り出し部の上流に配置される。
【００５４】
たとえば、電気伝導率の測定に基づく第１のセンサを用いてもよい。第１のセンサは蒸留水の品質を決めるのに特に好適である。第１のセンサは、蒸気の凝縮後の溶けている全固形物の濃度を測定するように配置および構成してもよい。これに加えてまたはこれの代わりに、このような第１のセンサを、可溶化物に富んだ蒸留水および／または原水の品質を測定するようにも配置してもよい。
【００５５】
上記の浄水システムを激しく汚濁した水の浄化にも用いてもよい。これは、含まれる蒸留ユニットは高比率で含有する前記汚濁物質すべてを除去するからである。この目的で、たとえば、雨水、または河川の水、湖沼の水または海水などの地表水の浄化向けに、システムは、蒸発部の上流に配置される適宜に設計されたさらなるフィルタを備えてもよい。このフィルタは、含有する可能性のある特定の物質の大部分を除去するように特に構成され、長期使用および／または永続使用を実現するために、逆流洗浄、洗浄および／または内容物排出に好適である場合がある。このような浄水システムの寸法を、上記の家庭での使用向けのシステムよりも大幅に大きくしてもよい。
【００５６】
蒸留水の他に、一般的には蒸留ユニットでは高濃度の水成分を含む濃縮液が生じる。濃縮液を下水に至る適切な接続、たとえばシンクに至る管によって排出してもよい。浄水システムは、蒸留ユニットによって生じる前記濃縮液を溜める第３のタンクをさらに備えてもよい。蒸留ユニットは、たとえば、定期的に前記濃縮液を排出するか、あるいは、加熱可能側などの蒸留ユニットの仕切りでの水位が規定の閾値水位を超える場合に、管または第３のタンクに前記濃縮液を排出する手段を備えてもよい。前記濃縮液を排出する前記手段は磁石バルブのような駆動型バルブを備えてもよい。特に、前記バルブは湯アカを機械的に除去するために高速開閉に好適である。前記蒸留ユニットは、前記湯アカを除去するための前記駆動型バルブの高速開閉を特に定期的に開始する運転ユニットを備えてもよい。
【００５７】
浄水システムは、銀、特に銀イオンを用いて前記水、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水の汚濁を除去する少なくとも１つの汚濁除去手段を備えてもよい。銀イオンは流体の微生物汚濁除去の接触触媒として機能することができる。典型的には前記汚濁除去手段は、汚濁する流体に接触する接触面を提供しかつ／または前記流体中に銀イオンを放出する。前記汚濁除去手段は、たとえば、ワイヤ状であってもよいし、意図した浄水システムの使用中に、上記の流体のいずれもが貫流する少なくとも１つの管に前記汚濁除去手段を挿入してもよい。一実施の形態では、汚濁除去手段は、前記蒸留水および／または前記可溶化物に富んだ蒸留水を消毒するための過酸化水素を発生するのに好適である。
【００５８】
浄水システムは蒸発部内の液位を定量する第２のセンサを備えてもよい。
【００５９】
特に、第２のセンサは水位を測定するのに好適である。システムは、蒸発部への流入を調整する調整デバイス、たとえば適切なバルブまたはポンプをさらに備えてもよい。前記第２のセンサおよび前記調整デバイスは、蒸発部内の流体レベルを制御する、たとえば、流体レベルを一定に保つ適切な制御デバイスに接続してもよい。
【００６０】
一実施の形態では、システムは蒸発部から流体、特に濃縮液を排出する排出手段、たとえばバルブをさらに含む。排出手段は濃縮液の過度の濃縮を防止するのに有用であり、したがって、これによりプロセスが効率的で安全な状態に保たれる。
【００６１】
別の実施の形態では、システムは、蒸発部内の温度を定量するのに適する温度センサを備える。温度センサは、温度が規定の値を超える場合に第１のペルチェ効果デバイスをオフに自動的に切り替えるのに有効である制御デバイスに接続してもよい。過熱が防止されるので、これによってシステムがより安全になる。
【００６２】
一実施の形態では、浄水システムは、化合物の吸着除去のための吸着ユニットを備えており、特に、前記吸着ユニットは前記第１の混合ユニットに組み込まれる。
【００６３】
吸着ユニットは、含まれた吸着剤、たとえば活性炭を液体または気相、たとえば前記水および／または前記蒸留水と接触させるように構成されているユニットである。溶けた有機化合物または揮発性有機化合物などの水化合物を吸着プロセスにより除去して吸着剤上に蓄積させることができる。典型的には吸着ユニットは凝縮部の下流に配置される。
【００６４】
特に、前記吸着ユニットは、カートリッジとすることが可能な前記第１の混合ユニットに組み込まれる。したがって、前記カートリッジは、混合部と、たとえば活性炭が充填された吸着部とを備えてもよい。混合部と吸着部とを重ねてもよいし、かつ／または複合した混合／吸着部として実現してもよい。蒸留ユニットを通過する可能性がある場合がある揮発性有機化合物を安全かつ容易に除去することができるので、本実施の形態は有効である。混合される化合物を使い切った後のカートリッジを交換することによって、ユーザは新鮮な活性炭も加える。したがって、同時に吸着能力も再生させることができる。
【００６５】
一実施の形態では、浄水システムは、蒸発部の上流に配置される第１のワンウェイバルブ、特に第１のチェックバルブ、および／または蒸発部の下流に配置される第２のワンウェイバルブ、特に第２のチェックバルブを備える。
【００６６】
一実施の形態では、浄水システムは、蒸留ユニットの熱交換部と前記注入部との間に配置され、前記熱交換部から前記注入部の方向への予熱された水の逆流を防止する第１のチェックバルブを備える。逆流とは、意図した使用中の所望の流れ方向とは異なる方向の流れである。
【００６７】
別の実施の形態では、浄水システムは、前記凝縮部と前記第１の冷却ユニットとの間に配置され、前記第１の冷却ユニットから前記凝縮部の方向への前記蒸留水および／または前記蒸気の逆流を防止する第２のチェックバルブを備える。
【００６８】
さらに別の実施の形態では、浄水システムは、前記凝縮部と流体接続し、負圧を補償するために周囲の空気を流入させることができるように周囲環境に開放されている第３のワンウェイバルブ、特に第３のチェックバルブを備える。前記凝縮部に接続される任意の部位に含まれるどの媒体の流出も防止される。前記第３のチェックバルブを前記第１の冷却ユニット、前記凝縮部および／または前記蒸発部に配置してもよい。特に、前記凝縮部と前記第１の冷却ユニットとの間に配置される。一実施の形態では、前記凝縮部と前記第２のチェックバルブとの間に配置される。
【００６９】
さらに別の実施の形態では、前記浄水システムは、前記蒸発部と流体接続され、圧力解放バルブとして用いられる第４のワンウェイバルブ、特に第４のチェックバルブを備える。前記第３および第４のワンウェイバルブを組み合わせて複合バルブにしてもよい。前記第３および／または第４のワンウェイバルブは、前記蒸発部のカバーや壁に配置してもよい。
【００７０】
特に、浄水システムがオフに切り替えられ、蒸発部が冷め、したがって、前記蒸発部および／または前記凝縮部内に含まれた蒸気が凝縮するときに負圧が生じる場合がある。前記負圧によって注入部、蒸留ユニットおよび／または凝縮部の熱交換部から水が凝縮部に吸い込まれることが前記第３のチェックバルブによって防止される。したがって、取り出し部に未処理水が至ることが効果的に防止されるので、システムの安全性はさらに高まる。
【００７１】
浄水システムのさらなる実施の形態では、前記蒸留ユニットは本発明に係る蒸留ユニットである。したがって、浄水システムは、コスト的に有効でありエネルギ効率にすぐれた手法で蒸留水を製造することができる。
【００７２】
本発明の第２の態様は、第１のペルチェ効果デバイスを備える蒸留ユニットである。前記第１のペルチェ効果デバイスは、原液を蒸発させて気相を生じさせる蒸発部を設ける加熱可能側と、前記気相を部分的に凝縮して、蒸留液および前記気相を含む２相混合体を生じさせる凝縮部を設ける冷却可能側とを有する。蒸留ユニットは、蒸発前に前記原液を予熱する熱交換部をさらに備える。前記熱交換部は、熱エネルギが前記２相混合体から前記原液に移動可能であり、前記２相混合体に含まれる前記気相を少なくとも部分的に凝縮しつつ前記原液を予熱するように配置および構成されている。
【００７３】
本態様は、本発明に係る浄水システムに使用するのに特に好適であるペルチェ効果デバイスを有する蒸留ユニットをカバーする。
【００７４】
熱交換部は、２相混合体の蒸発に関与しつつ、浄化される液である原液を予熱するのに好適である。上述のように、前記混合体に含まれる前記気相の凝縮は典型的には部分的である。
【００７５】
前記熱交換部は典型的には内空であり、すなわち、言い換えると、予熱される原液を受け入れる隔離された空間である。特に、予熱される前記原液は前記熱交換部を貫流する。特に、前記熱伸長部は予熱される前記原液を溜めるのに用いられない。前記熱交換部は、前記凝縮部で生じた前記２相混合体から前記原液に熱エネルギが移動可能であるように配置および構成されている。
【００７６】
典型的には前記熱交換部は、前記２相混合体から前記原液に前記熱エネルギを移動させるために前記凝縮部と熱的に接続される。熱交換部を熱交換壁などの熱交換要素によって前記凝縮部から隔ててもよい。典型的には、原液が前記熱交換部に流入するための第１の流路と、前記熱交換部と前記蒸発部との間にあり、前記予熱された原液を前記蒸発部に導く第２の流路とが存在する。適切な流体接続を形成するために、前記流路によって前記熱交換部がそれぞれの部位またはユニットに接続される。
【００７７】
前記蒸留ユニットが浄水システムの一部である場合、典型的には第１の流路によって前記浄水システムの前記注入部が前記蒸留ユニット、すなわち前記熱交換部に接続される。
【００７８】
前記蒸発部および前記凝縮部の仕様は、前記浄水システムを対象とした上記の記載で説明されている。前記浄水システムの部分のすべての仕様および実施の形態は前記蒸留ユニットのそれぞれの部分にも当てはまり、逆も当てはまる。
【００７９】
本発明に係る蒸留ユニットを用いた典型的な蒸留プロセスでは、原液が熱交換部を貫流する。この原液はほぼ１００℃まで予熱されて蒸発部まで流れ、第１のペルチェ効果デバイスの加熱可能側を経由して蒸発する。生じた気相は接続要素を用いて凝縮部に供給される。蒸発室として実現することができる蒸発部と、接続要素の流入部分との間には、原液の液滴が凝縮部に入るのを防止するために液滴分離器を配置してもよい。前記液滴分離器は網またはふるいまたはサイクロン式分離用のデバイスであってもよい。凝縮部では、第１のペルチェ効果デバイスの冷却可能側によって生じる冷温状態により、また、部分的には熱交換面によって隔てられた原液流動の冷温により、気相は部分的に凝縮する。
【００８０】
蒸発部は、毎時０．１〜２キログラム、特に毎時０．２〜１キログラムでの製造に好適である場合がある。
【００８１】
上記の熱交換は高効率に寄与する。２相混合体からの熱伝達によって、効率の上昇も起こり、その後の蒸留液の冷却にはほとんど注力する必要はない。したがって、上記の熱交換部によってプロセスはきわめて効率的になる。
【００８２】
典型的には、前記蒸留ユニットの前記蒸発部と前記凝縮部との間の流路を実現する接続要素が前記蒸発部と前記凝縮部との間に配置される。前記流路により、生じた気相が前記凝縮部に流入することが可能になる。
【００８３】
蒸留ユニットの一実施の形態では、前記加熱可能側は、熱伝達要素、特に、前記加熱可能側の表面積を大きくする熱伝達要素を備えており、この熱伝達要素は、前記加熱可能側と前記原液との間の熱の受け渡しを確立することができるように配置および構成されている。
【００８４】
一実施の形態では、前記蒸留ユニットは、前記加熱可能側から前記原液に熱エネルギを移動させる熱伝達要素を備える。前記熱伝達要素は前記第１のペルチェ効果デバイスの前記加熱可能側と熱的に接続し、特に、前記加熱可能側の表面積を大きくする。前記熱伝達要素は、前記加熱可能側と前記原液との間の熱の受け渡しを確立することができるように配置および構成されている。熱伝達要素を前記加熱可能側と前記蒸発部の空間との間に配置してもよい。
【００８５】
したがって、熱が前記原液に移動可能であるように、熱伝達要素には原液が少なくとも部分的に接触可能である。特に、熱伝達要素は前記第１のペルチェ効果デバイスの前記加熱可能側と熱的に接続され、小さい構成容積で原液に対する熱伝達量を増大させるために前記加熱可能側の表面積を大きくすることができる。これはたとえば熱交換フィンを用いることで可能である。したがって、きわめて効果的な熱伝達と組み合わせたコンパクトで省スペースの蒸留ユニットの設計が可能である。熱伝達要素は最大表面積を実現するために熱伝達フィンおよび／または適切な微小構造、たとえば、同様にフィンを備える微小構造を備えてもよい。
【００８６】
これに加えて、くねりの方向の形状による大きい慣性モーメントを実現することによって機械的安定性を確保するように熱伝達要素を設計してもよい。第１のペルチェ効果デバイスの加熱可能側に熱伝達要素を取り付けるときに前記くねりが生じる場合がある。すなわち、熱伝達要素の側が最大の接触面で加熱可能側に接触するように設計されているので、固定接続が確立されることになり、くねりをもたらす場合がある。したがって、熱伝達要素によって蒸留ユニット全体の安定性が高まる。したがって、蒸留ユニットの部分のいずれにおいても湾曲を生じさせずに蒸留ユニットの部分を取り付けることができる。前記熱伝達要素は、機械的剛体要素として機能する。
【００８７】
一実施の形態では、前記凝縮部は前記冷却可能側と熱的に接続可能であるか接続される冷却要素を備える。特に前記冷却要素によって前記冷却可能側の表面積が大きくなり、熱エネルギが前記冷却要素を通じて前記蒸気または前記混合体から前記冷却可能側に移動可能であるように前記冷却要素に前記蒸気または前記２相混合体が少なくとも部分的に接触可能である。上記の熱伝達要素に類似するかこれと同様に前記冷却要素を製造してもよい。
【００８８】
少なくとも部分的に凝縮される蒸気用の空間が凝縮部によって設けられ、前記空間は、一方側では、流入水室の方の仕切り壁によって画定される。別の側では、第１のペルチェ効果デバイスの前記冷却可能側によって画定され、または、該当する場合には、前記冷却可能側に熱的に接続される前記冷却要素までによって画定される。熱伝達要素について与えられるすべての仕様は、冷却要素にも当てはまる場合がある。
【００８９】
予熱部は流入水室であってもよく、流入水室は平坦な内空、たとえば高さわずか０．５〜２ｍｍであってもよい。水は薄膜内の前記内空を貫流してもよく、したがって効果的に予熱することができる。
【００９０】
別の実施の形態では、前記熱交換部は、前記２相混合体に含まれる前記気相を前記凝縮部内で少なくとも部分的に凝縮することができるように前記凝縮部と熱的に接続される。
【００９１】
特に、前記凝縮部は、前記第１のペルチェ効果デバイスの前記冷却可能側と熱的に接続されるか、あるいは、該当する場合には、前記冷却要素と熱的に接続される隔離された空間である。これに加えて、本実施の形態では、前記凝縮部は前記熱交換部と熱的に接続される。特に、前記熱伸長部と、前記第１のペルチェ効果デバイスの前記加熱可能側、すなわち前記熱伝達要素とは前記凝縮部の両側に配置される。典型的には前記両側は前記凝縮部の壁として形成され、外部に対する前記凝縮部の前記空間を部分的に画定する。凝縮部は、蒸発した液と冷却可能側との間の熱の受け渡しを確立することができるように配置および構成されている。前記残りの気相から前記原液に熱エネルギを移動させる際に、残りの気相の少なくとも一部が凝縮して蒸留液を形成する。典型的には、凝縮部内の温度は約１００℃で実質的に一定を保つ。熱エネルギを前記蒸気から隣接する冷却要素に直接移動させてもよい。
【００９２】
蒸発部が熱を蒸気から第１のペルチェ効果デバイスと流入する原水とに移動させる２重機能空間として実現されるので、本実施の形態により大幅に省スペース化される一体的設計が実現される。このようにして、たとえば前記空間の両側を熱伝達に用いることができる。これもエネルギ効率に関する効果をもたらす。
【００９３】
蒸発させる水は、蒸留ユニットの外壁と、凝縮部と熱交換部との間の熱交換壁とによって形成される平坦な内空として実現される熱交換部を通過してもよい。前記熱交換部は意図した使用中に凝縮部の下で蒸留ユニットの下側に位置してもよい。この中空空間では、凝縮させる蒸気または凝縮させる蒸気を含む２相混合体によって提供される熱を用いて流入する水が加熱される。
【００９４】
その後、予熱された水は、意図した使用中に第１のペルチェ効果デバイスの上側に位置する蒸発部に導かれる。この水は第１のペルチェ効果デバイスの加熱可能側により加熱される熱伝達要素との接触を通じて蒸発する。前記蒸発部と前記凝縮部とを接続する接続要素が配置されている箇所である水面上に蒸気が上がる。この蒸気は凝縮部に導かれ、冷却要素に接触して、熱を第１のペルチェ効果デバイスの冷却可能側に移動させる。さらには、特に、これと同時にこの蒸気により熱交換部を有する熱交換壁を通じて熱が原水に移動する。
【００９５】
管は、ＰＥＸ（架橋ポリエチレン）、ポリオキシメチレン、ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、アセタール、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロエーテル、フッ化エチレン・プロピレン、ステンレス鋼、から製造してもよい。継手には、ポリプロピレン、ステンレス鋼、フッ化ポリビニリデンおよび／またはエチレン・プロピレン・ジエン・モノマーＭ−クラスゴムを用いてもよい。シール剤には、ポリテトラフルオロエチレンを用いてもよい。
【００９６】
特に、蒸気による流入水の予熱と、蒸気から流入水への潜熱の移動と、冷却可能側による蒸気の凝縮とが同時に実現される。流入する水を約１００℃以下の温度まで加熱することができ、凝縮部に存在する２相混合体に含まれる蒸気の大部分を凝縮することができる。
【００９７】
本実施の形態により構成寸法が一層小さくなり、コスト的に有効である蒸留ユニットの設計が可能になる。
【００９８】
一実施の形態では、蒸留ユニットは、前記凝縮部および／または前記熱交換部から前記蒸留液を除去可能であるように構成されている。
【００９９】
一実施の形態では、前記熱伝達要素は金属部品、特にアルミニウム製の金属部品として実現される。この熱伝達要素は、複数のフィン、特にフライス加工および／または切削によって形成される複数のフィンを有する成形金属ブロックを備える。当該フィンは成形金属ブロックの第１の側から突出し、実質的に平坦であって、前記フィン間に複数の窪みを備える外側の第２の側を形成する。第１の側は第１のペルチェ効果デバイスの加熱可能側に接触し、これにより、水が前記フィン間に位置するので、生じた熱が効果的に分散して、蒸発させる水に散逸する。
【０１００】
前記熱伝達要素は、フッ素ポリマー、サイアロン、金属酸化物、特に酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、フラン樹脂、酸化チタンから選択される少なくとも１つのコーティング材料から製造されるコーティングを備えてもよい。
【０１０１】
フッ素ポリマーは複数の強い炭素‐フッ素結合を有するフルオロカーボン系ポリマーであり、特に、溶媒、酸および塩基に対する高い耐性を有する。特に、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＶＤＦ（フッ化ポリビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ・ポリマー）、ＦＥＰ（フッ化エチレン・プロピレン）、ＥＴＦＥ（ポリエチレン・テトラフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（エチレン・クロロトリフルオロエチレンまたはポリエチレン・クロロトリフルオロエチレン）、ＦＦＰＭ／ＦＦＫＭ（完全フッ素化エラストマまたはパーフルオロエラストマ）、ＦＰＭ／ＦＫＭ（フルオロカーボンまたはクロロトリフルオロエチレン・フッ化ビニリデン）、ＦＥＰＭ（フルオロエラストマまたはテトラフルオロエチレン・プロピレン）、ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）、ＰＦＳＡ（パーフルオロスルホン酸）、パーフルオロポリオキセタンが挙げられる。特に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＣＴＦＥおよび／またはＦＥＰ、あるいは、これの代わりに、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）を用いてもよい。
【０１０２】
サイアロン（別名ＳｉＡｌＯＮ）は、シリコン、アルミニウム、酸素および窒素を主成分としたセラミックスである。これは高温および熱衝撃に耐性を示し、高い堅牢性と、濡れおよび腐食に対する優れた耐性とを有する。
【０１０３】
一般的に、アルミニウムから製造することができる前記熱伝達要素のような金属物上で食品に用いても安全なコーティングを実現するのにセラミックスコーティングが特に用いられる。金属イオンが水、蒸留水または蒸気相のいずれかに溶け出すのを防止するのに前記コーティングが特に用いられる。
【０１０４】
さらに、酸化アルミニウムなどの金属酸化物を用いてもよい。形成された酸化物層、たとえば母材を主成分とする酸化物層に、高温耐性および低摩擦特性を有するフッ素ポリマーなどのミクロン以下のサイズの粒子のポリマーなどのポリマーを注入してもよい。
【０１０５】
これの代わりに、前記熱伝達要素および／または前記冷却要素は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウム製であってもよい。
【０１０６】
フラン樹脂は、たとえば、その配合組成においてホルムアルデヒドをフルフラールと置換して、たとえば、フルフラールおよびフェノールを主成分とすることによってフェノール・ホルムアルデヒド樹脂と同様に得ることができる。
【０１０７】
典型的には、加熱可能側と、冷却可能側と、熱伝達要素および／または冷却要素（該当する場合）とは、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、および／または２つの材料の少なくとも一方を含む合金製である。汚濁および／または再汚濁を防止し、さらに、効果的な熱伝達を実現するために、決められた材料の１つ以上をコーティング、特に非付着性コーティングに用いる。一実施の形態では、前記蒸発部、前記凝縮部および前記熱交換部（該当する場合）のすべての内壁は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、および／または前記材料の少なくとも１つを含む合金製である。
【０１０８】
フッ素ポリマーの群のうち、コーティングは、エチレン・クロロトリフルオロエチレン、エチレン・テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ・アルカン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレン・プロピレン、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ペルフルオロオクタン酸のうちの１つ以上から製造することができる。
【０１０９】
特に、水蒸留ユニットの蒸発部および凝縮部を形成するすべての要素、たとえば、原液、気相、２相混合体および／または蒸留液に接触する可能性のあるすべての部分は、前記コーティングを備える。
【０１１０】
さらなる実施の形態では、前記蒸発部と前記凝縮部との間の流路を実現する接続要素が前記蒸発部と前記凝縮部との間に配置される。前記流路は前記蒸留ユニットによって囲まれた空間の実質的に外に位置する。
【０１１１】
特に、蒸発部から凝縮部に前記気相、特に蒸気を導く密閉流路が設けられる。ここで、流路はホースや管などの外部構造によって実現される。言い換えると、前記接続要素は、前記囲まれた空間の実質的に外に位置する。これは、必要な接続を実現する単純でコスト的に有効である手法である。
【０１１２】
他の実施の形態では、前記蒸発部と前記凝縮部との間の流路を実現する接続要素が前記蒸発部と前記凝縮部との間に配置される。前記流路は前記蒸留ユニットによって囲まれる空間の実質的に内に位置する。特に、前記流路は、前記第１のペルチェ効果デバイスの平面に実質的に垂直に延びかつ／または前記蒸留ユニットの実質的に中央で前記平面と交差する。
【０１１３】
特に、蒸留ユニット内で蒸発部から凝縮部に直接通じる密閉流路が提供される。特に、流路は、それぞれの部位とともに製造される中空空間である。この流路は、意図した使用中に蒸発部内の水位によって定まる平面より上で突出するパイプ部を備えてもよく、これにより、液が凝縮部に流入することが防止される。突出の長さは、２センチメートルを超えてもよく、特に５センチメートルを超えてもよい。パイプ部を蒸発部の中央に配置してもよく、特に、蒸発部によって形成される液仕切りの中央に配置してもよい。これにより、蒸留ユニットまたは前記ユニットを備える浄水システムの大部分の位置で液が凝縮部に流入することが防止される。
【０１１４】
さらなる実施の形態では、蒸留ユニットは２つの温度センサを備える。第１の温度センサは蒸発部内の液の温度を測定するように構成され、第２の温度センサは前記熱伝達要素の温度を測定するように構成されている。生じた温度差の増大は、湯アカを除去するプロセスを開始するのに用いることができる前記熱伝達要素の湯アカ除去の指標である。
【０１１５】
本発明では、蒸留ユニットから湯アカ、特に酸化カルシウムを含む湯アカを除去するプロセスも提供する。このプロセスは、本発明に係る蒸留ユニットを用意する工程と、蒸発部に５０℃未満の温度の液、特に、５℃〜３５℃の温度の前記原液を導く工程とを備える。液は特に６０℃を超える温度に加熱され、さらには特に８０℃を超える温度に加熱される。これにより、湯アカが除去され、剥離片が形成される。その後、前記液に含まれる前記剥離片は、液を排出することによって蒸発部から回収される。上述のように、設けることが可能な排出手段を用いてこれを実現してもよい。必要に応じてこのプロセスを数回繰り返して、前記湯アカの除去有効性を高めてもよい。上記の温度センサを前記プロセスの温度プロファイルを制御するのに用いてもよい。
【０１１６】
特に、低温の液を前記蒸発部に流入させる前に、蒸発部内に含まれた高温の水が除去される。形成された剥離片を効果的に除去するために１回以上の水洗工程を実行してもよい。上記のプロセスのすべての工程を制御デバイスによって制御して自動的に実行してもよい。
【０１１７】
本発明の別の態様は、デジタルコンピュータの内部メモリ、特に不揮発性メモリにロードすることができ、前記デジタルコンピュータ上で実行される場合に本発明に係る浄水システムによって実行される工程を実現するソフトウェアコードの部分を備えるコンピュータプログラム、特にアプリケーションである。
【０１１８】
本発明は、さらなる実施の形態および効果を引き出すことができるいくつかの例を示す以下の図によってさらに示され特徴づけられる。これらの図は、本発明を図示するが、その範囲を限定しないようにしている。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明に係る浄水システムの一部切り欠き斜視図を示す。
【図２】同浄水システムの後面図を示す。
【図３】本発明に係る蒸留ユニットの断面図を示す。
【図４】本発明に係る浄水システムにおいて実行される浄化プロセスの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１２０】
図１は注入部３１を備える浄水システム３を示し、注入部３１は、側方から見てＴ字形であり、蓋６２によってカバーされる原水タンク４４として実現されている。前記注入部３１の裏には第１の混合ユニット３２が配置され、前記注入部３１の表には廃水タンク７２が配置されて別の蓋６２によってカバーされる。蒸留ユニット１が左側で第１の冷却ユニット３５の熱伝達領域の上に配置され、第１の冷却ユニット３５は、気流路を形成する給排気部６１によって囲まれている。生じる濃縮液を定期的に除去するために、蒸留ユニット１の蒸発部１２（図示せず）と、別の蓋６２の裏に配置される廃水タンク７２との間に第１の管６５が配置され、前記第１の管６５中のバルブ７０によって制御される。
【０１２１】
即使用可能な製造物が取り出し部３３を用いて取り分けられる。インタフェース４２上のノブとして実現されている入力ユニット４０を用いることで、可溶化物に富んだ蒸留水の取り分けを手動で開始することが可能である。いくつかのノブにより、規定量の蒸留した可溶化物に富んだ水を取り分けるおよび／または設定可能な量の蒸留した可溶化物に富んだ水を取り分けるなどの機能が実現される。前記インタフェース４２に備えられるＬＥＤ（図示せず）が情報を表示する出力ユニットとして用いられる。
【０１２２】
左側の上部には、可溶化物に富んだ蒸留水を溜める第１のタンク３７が位置する。これは第２の混合ユニット３４の周囲に配置され、別の蓋６２によってカバーされる。浄水システム３の主要なモジュールの前には、受け皿６４が配置される。
【０１２３】
よく見えるようにするために、この図では、機能モジュールのほとんどを囲むハウジング６０が部分的に切り欠かれている。
【０１２４】
図２に示されている浄水システム３の後部には、第１の混合ユニット３２が左側に見える。これはカートリッジ交換機構８０に接続される多用途カートリッジとして実現されている。前記カートリッジの裏に原水タンク４４が配置されている。前記カートリッジは、第１の冷却ユニット３５（この図には図示されていない）および第１のタンク３７に第２の管６６および第３の管６７を介してそれぞれ接続される。第４の管６８が蒸留ユニット１を原水タンク４４（双方ともこの図には図示されていない）と接続している。
【０１２５】
空気流を生じさせるファン７４が示されている。前記空気流は、対向流の原理でもって第２の冷却ユニット３６および第１の冷却ユニット３５から廃熱を取る。ファン７４の裏には冷却フィン７６が見え、冷却フィン７６は、見えている第２の冷却ユニット３６に接続されている。前記第２の冷却ユニット３６は、ファン７４の上でボックス内に配置され、廃熱を第２のペルチェ効果デバイス３６１の第２の側から移動させるのに用いられる。典型的には前記第２の側は、前記可溶化物に富んだ蒸留水を冷蔵するために熱伝達面３６２を冷却しつつ、発生する熱を散逸させるのに用いられる。
【０１２６】
右側には電源ユニット７８が位置する。
【０１２７】
図３は、加熱可能側１０１および冷却可能側１０２を有する第１のペルチェ効果デバイス１０を備える蒸留ユニット１の断面を示す。前記第１のペルチェ効果デバイス１０は、上側に配置されている、蒸発部１２として形成された２つの内空と、下側に配置されている凝縮部１４との間に配置される。凝縮部１４の下に配置されている狭小水平ギャップは、蒸発前に原液２０を予熱する熱交換部１６である。したがって、熱交換部１６は冷却可能側１０２と凝縮部１４との双方に熱的に接続されている。
【０１２８】
予熱後、原液２０は前記蒸発部１２に導かれる。これは蒸発させられて気相２２が生じ、接続要素１８を介して凝縮部１４に導かれる。前記接続要素１８は前記蒸留ユニット１によって囲まれた空間内に位置し、前記第１のペルチェ効果デバイス１０の平面に垂直に延びて前記蒸留ユニット１の中央で前記平面と交差する。凝縮部１４では、蒸留液２６および前記気相２２を含む２相混合体２４を生じさせる。前記２相混合体２４は凝縮部１４の右上から流出して、第１の冷却ユニット（図示せず）に導かれる。
【０１２９】
加熱可能側１０１は、その表面積を大きくする熱伝達要素１２０を備え、熱伝達要素１２０には、前記熱伝達要素１２０のすべての部分を取り囲み、液と接触状態になってもよい食品に用いても安全なコーティング１２１が施されている。冷却可能側１０２は第２の熱伝達要素５０を備える。
【０１３０】
図４は、注入部３１として用いられる原水タンク４４中の原水２１から、添加成分を含み、取り出し部３３から取り分けられる完成した可溶化物に富んだ蒸留水への流路を示す。
【０１３１】
原水２１は、第１のポンプ８２を用いて蒸留ユニット１に汲み出される。この原水は予熱部１６に流入し、隣接する凝縮部１４内の２相混合体の余熱によって予熱される。予熱された原水２１は蒸発部１２に導かれて蒸発させられる。蒸気２３が生じる。前記蒸発部１２内の液位を定量して前記第１のポンプ８２を制御することによって液位を制御する第２のセンサ８８が前記蒸発部１２内に配置されている。濃縮液ライン９０が蒸発部１２を廃水タンク７２と接続している。
【０１３２】
生じた蒸気２３は凝縮部１４に導かれ、凝縮部１４では、熱がペルチェ効果デバイス１０の冷却可能側１０２（図示せず）に移動させられ、また、熱が予熱部１６内の原水２１に移動させられる。水および蒸気を備える２相混合体が生じる。前記混合体は第１の冷却ユニット３５に導かれ、含まれた残りの蒸気が蒸留水に凝縮される。ファン７４を用いて余熱を気流に移動させる。生じた高温の蒸留水は第１の混合ユニット３２に導かれ、浄化された飲料水を生成するためにミネラルが添加されて第１のタンク３７に導かれる。前記第１のタンク３７には冷却回路が取り付けられており、冷却回路は、熱伝達面３６２を備える第２のペルチェ効果デバイス３６１と、ファン７４によって生じさせられる気流に上記と同様に熱的に接続される第２の側とを有する第２の冷却ユニット３６を備える。この冷却回路を用いて、第１のタンク３７内の水温を制御することができる。溶けた固形物の総量の定量のための第１のセンサ８６を配管の第１のタンク３７の近傍に配置して蒸留プロセスを制御している。
【０１３３】
香味成分が添加される第２の混合ユニット３４に第２のポンプ８４を用いて軟化した水が汲み出さる。これは取り出し部３３に導かれる。第１のタンク３７は、溢れ出し８９という形を取って、廃水タンク７２に対する流体接続をさらに備える。
【符号の説明】
【０１３４】
１  蒸留ユニット
１０  第１のペルチェ効果デバイス
１０１  加熱可能側
１０２  冷却可能側
１２  蒸発部
１２０  熱伝達要素
１２１  コーティング
１４  凝縮部
１６  熱交換部
１８  接続要素
２０  原液
２１  水
２２  気相
２３  蒸気
２４  ２相混合体
２６  蒸留液
３  浄水システム
３１  注入部
３２  第１の混合ユニット
３３  取り出し部
３４  第２の混合ユニット
３５  第１の冷却ユニット
３６  第２の冷却ユニット
３６１  第２のペルチェ効果デバイス
３６２  熱伝達面
３７  第１のタンク
４０  入力ユニット
４２  インタフェース
４４  原水タンク
５０  第２の熱伝達要素
６０  ハウジング
６１  給排気部
６２  蓋
６４  受け皿
６５  第１の管
６６  第２の管
６７  第３の管
６８  第４の管
７０  バルブ
７２  廃水タンク
７４  ファン
７６  冷却フィン
７８  電源ユニット
８０  カートリッジ交換機構
８２  第１のポンプ
８４  第２のポンプ
８６  第１のセンサ
８８  第２のセンサ
８９  溢れ出し
９０  濃縮液ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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