DE202004010572U1

DE202004010572U1 - Hygienischer Wasserspender

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Publication number: DE202004010572U1
Application number: DE202004010572U
Authority: DE
Original assignee: Kaehn Kurt Dr
Current assignee: Kaehn Kurt Dr
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2014-07-10

Abstract

Hygienischer Wasserspender mit Entkeimung des zulaufenden Wassers und Verkeimungsschutz der wasserführenden Teile,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem geräteseitigen Wasseranschluß (Hausinstallation oder die Wasserflasche) und der Zapfstelle / den Zapfstellen des Wasserspenders eine Elektrolyseeinheit installiert ist.
Die Elektrolyseeinheit besteht aus einer oder zwei speziellen Elektrolysezellen, einer Reaktionskammer und einer Katalysekammer. Die Elektrolysezellen bestehen aus zylindrischen, coaxial angeordneten Elektroden und einem ionenselektiven Diaphragma (2: a–c), das den Raum zwischen den Elektroden in einen Anodenraum (2: 1) und einen Kathodenraum (2: 2) unterteilt. Die Elektroden sind aus Titan gefertigt und mit Metalloxiden beschichtet, das Diaphragma besteht aus einem keramischen Gemisch von Metalloxiden. Anoden- und Kathodenraum verfügen je über einen Wasserein- und -auslaß. Bei Wasserfluß wird ein elektrischer Strom von größer 1 Ampere zugeschaltet und durch eine Steuerelektronik konstant gehalten. Dem Anodenraum der ersten Elektrolysezelle ist die Reaktionskammer nachgeschaltet, dahinter folgt die Katalysekammer (3A und 3B: 3, 4).
Der zulaufende...

Description

Wasserspender verschiedener Bauart haben Probleme mit der mikrobiologischen Qualität des gezapften Trinkwassers; es entspncht häufig nicht den Anforderungen der am 1.1.2003 in Kraft getretenen Trinkwasserverordnung 2001. Im Sinne dieser Verordnung sind Wasserspender Anlagen, aus denen Trinkwasser entnommen oder abgegeben wird. Das Wasser muß zum Zeitpunkt der Abgabe den mikrobiologischen Anforderungen an Wasser für den menschlichen Gebrauch entsprechen (§4 Absatz 2 und §5 Absatz 1 und 2). Das heißt konkret: Krankheitserreger dürfen nicht nachweisbar und die in keimbildenden Einheiten (KBE) gemessene Gesamtkeimbelastung muß kleiner 100 KBE pro Milliliter sein.
In den Zapfstellen von Wasserspendern bleibt nach jeder Betätigung Feuchtigkeit zurück. Keime (Bakterien, Sporen von Einzellern, Pilzen und Bakterien), die über die Luft oder bei Berührung über die Hände dort eindringen, finden ideale Lebensbedingungen und vermehren sich rasch. Sie dringen von der Zapfstelle aus weiter in die wasserführenden Leitungen vor (retrograde Verkeimung) und bilden einen festsitzenden Biofilm. Diese Vorgänge werden durch regelmäßige Stagnationszeiten (z.B. Nichtgebrauch über Nacht oder über das Wochenende) stark befördert. Der Biofilm gibt Keime in das Wasser ab, das dadurch mikrobiologisch kontaminiert wird.
Keime gelangen aber auch mit dem Wasser, mit dem der Wasserspender beschickt wird, in die wasserführenden Bauteile. Wasser, das der Hausinstallation entnommen oder als Quellwasser etc. in großen Flaschen (sogenannten Ballons) angeliefert wird, ist nicht steril (keimfrei). Wenn sich die vorhandenen Keime ablagern, können auch sie einen Biofilm in den wasserführenden Teilen des Wasserspenders ausbilden.
Gesundheitseinrichtungen sind besonders verpflichtet, die Qualität des Trinkwassers zu überwachen. Nachdem die mikrobiologische Problematik der Wasserspender in Fachkreisen diskutiert wird, werden auch zunehmend vorhandene Wasserspender in die Untersuchungen mit einbezogen. In einigen Einrichtungen wurden daraufhin alle Wasserspender entfernt.
Stand der Technik
Die Hersteller von Wasserspendern haben auf die Situation unterschiedlich reagiert – im folgenden eine Auswahl von Maßnahmen (können auch kombiniert vorkommen):

– Es werden weiterhin keine besonderen Reinigungsmaßnahmen empfohlen.
– Es wird eine tägliche Reinigung der Zapfstelle empfohlen.
– Es wird eine tägliche Sprühdesinfektion der Zapfstelle empfohlen.
– Es wird gefordert, die Zapfstelle morgens und abends zu desinfizieren und zusätzlich die regelmäßige Reinigung nach den Technischen Regeln für Getränkeschankanlagen (TRSK 501 §11) vorzunehmen.
– Es wird eine turnusmäßige Hygiene-Inspektion durch Fachpersonal angeboten.
– Der Raum um die Zapfstelle wird mit UV-Licht bestrahlt.
– Es werden im Gerät Bakterienfilter oder UV-Strahler verwendet.

Für die Lösung desselben Problems werden also sehr unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen, die sich stark in ihrer Wirksamkeit unterscheiden. Die einzelnen Reinigungsschritte sind hinsichtlich ihrer hygienischen Relevanz oft wenig spezifiziert. Im Gerät vor der Zapfstelle eingebaute Bakterienfilter und UV-Strahler können nicht die Keime erfassen, die über die Zapfstelle von außen eindringen und Biofilm in der auslaufnahen Wasserleitung bilden. Die UV-Bestrahlung der Zapfstelle erfaßt nicht die Keime, die über den Wasserzulauf eindringen.
Insgesamt erschwert die baulich-konstruktive Ausführung der Wasserspender hygienische Reinigungsmaßnahmen.
Die Keimbelastung ist auch abhängig vom Standort (Büro, Artpraxis, Baumarkt etc.) und der Befolgung und Kontrolle der Hygiene- und Reinigungsanweisungen des Betreibers. In der Regel existieren hier keinerlei Vorgaben.
Erläuterung zur Ausführung „Hygienischer Wasserspender"
Unter den Begriff „Wasserspender" im Sinne dieses Antrages fallen Trinkbrunnen, Trinkwasserbrunnen, Trinkwasseranlagen, Tafelwasseranlagen, Water Cooler etc., aus denen gekühltes und/oder ungekühltes und/oder erhitztes Wasser in Form von stillem Wasser und/oder kohlensäurehaltigem Wasser und/oder sauerstoffhaltigem Wasser für den menschlichen Gebrauch entnommen oder abgegeben wird.
Der Einbauort und die Anzahl der notwendigen Elektrolyseeinheiten wird von der Art des Wasserspenders bestimmt (gekühltes / erhitztes / stilles / kohlensäurehaltiges / sauerstoffangereichertes Wasser). Ein einfaches Ausführungsbeispiel zeigt die 1 (Wasserspender für gekühltes stilles und kohlensäurehaltiges Wasser mit Anschluß an die Hausinstallation).
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die mikrobiologische Qualität des Wassers aus Wasserspendern entsprechend den Anforderungen der Trinkwasserverordnung 2001 sicherzustellen. Dieses Problem wird mit den in Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß aus dem Wasserspender stets Wasser von Trinkwasserqualität entnommen werden kann – unabhängig von der Keimbelastung der Umgebung, des zulaufenden Wassers und der Wasserzuleitungen und unabhängig von der strikten Einhaltung von Reinigungsintervallen und kurzen Stagnationszeiten (Wochenenden). Im Anodenraum (2: 1) entstehen starke Oxidantien, die Keime abtöten und im Wasser ein positives Redoxpotenzial erzeugen. Die Einwirkzeit der Oxidantien wird in einer Reaktionskammer (3A und 3B: 3) verlängert. Ein Durchflußsensor schaltet den elektrischen Strom ein und aus, so daß nur strömendes Wasser elektrolytisch behandelt wird. Abhängig von der Qualität des zulaufenden Wassers wird eine Elektrolyseeinheit gemäß 3A oder 3B verwendet.
Die Elektrolysezelle zeichnet sich durch eine Membran (Diaphragma) aus, die den Elektrodenraum in Anoden- und Kathodenraum trennt (2: b) und eine Durchmischung der beiden Wasserteilströme verhindert. Aus der ersten Elektrolysezelle gelangt nur der Wasserteilstrom aus dem Anodenraum zur Zapfstelle, der Wasserteilstrom aus dem Kathodenraum wird verworfen (3A und 3B: c). Die Zelle läßt sich so ansteuern, daß der Keimgehalt des Wassers immer den Anforderungen der Trinkwasserverordnung entspricht. Bei Durchströmung des Anodenraumes erhält das Wasser ein positives Redoxpotenzial von bis zu + 800 mV. Dieses Redoxpotenzial ist auch bei Stagnation (Nichtbetrieb) ausreichend stabil, um über einige Tage alle Anflug- und Hautkeime an der Zapfstelle sicher abzutöten. Dadurch wird eine retrograde Kontamination des Wasserspenders über die Zapfstelle und die Bildung von Biofilm verhütet.
Mit der Elektrolyseeinheit werden nicht nur Keime, sondern auch Giftstoffe aus dem Wasser entfernt:

– Die im Schutzanspruch 2 aufgeführte Katalysekammer mit Katalysator-Granulat steigert und vervollständigt den durch die Oxidantien initiierten Abbau organisch-chemischer Verbindungen. Dadurch werden beispielsweise Rückstände von Arzneimitteln oder von Pestiziden zerstört. Der Katalysator wird dabei nicht verbraucht und muß nicht regeneriert oder ausgetaucht werden.
– Durch das im Schutzanspruch 4 aufgeführte ionenselektive Diaphragma lassen sich giftige Schwermetalle im Kathodenraum sammeln, ausfällen und schließlich abführen. Im Kathodenraum entstehen starke Reduktionsmittel, die Metallionen entweder als Metallhydroxide oder als neutralisierte Metallatome ausfällen. Das ionenselektive Diaphragma (2: b) sorgt dafür, daß giftige Metalle im Kathodenraum konzentriert und Mineralstoffe im Anodenraum zurückgehalten werden. Der Wasserteilstrom aus dem Kathodenraum der ersten Elektrolysezelle wird verworfen (Drainage, siehe 1: b und 3A und 3B: c) und giftige Metalle somit entfernt.

Das im Schutzanspruch 3 aufgeführte sauerstoffreiche Wasser entsteht aus dem Zusammenwirken mehrerer Faktoren. Der Sauerstoff entsteht vorwiegend im Anodenraum der ersten Elektrolysezelle. Unter der Vielzahl der dort gebildeten Oxidantien ist der Sauerstoff relativ stabil und reaktionsträge. Er wird bei den oxidativen Prozessen in der Reaktions- und Katalysekammer nicht verbraucht und reichert sich daher im Wasser an.
Die im Schutzanspruch 5 aufgeführte Restrukturierung des Wassers ist ein Kombinationseffekt aus starkem elektromagnetischen Feld und starken Scherkräften in den Elektrolysezellen. Flüssiges Wasser hat eine Struktur, die durch den Dipolcharakter (ungleiche Ladungsverteilung) und die asymmetrische Form der Wassermoleküle bedingt ist. Bis zu über hundert Wassermoleküle bilden dabei käfigartige Moleküle (Cluster). Diese werden aufgebrochen und ordnen sich neu, wobei vorwiegend kleinere Wassermolekül-Cluster entstehen, was die Transportfähigkeit der Wassers für kleine Moleküle wie z.B. Gase erhöht.
Die Vorteile der Kombination Wasserspender plus Elektrolyseeinheit

– Die mikrobiologische Qualität des gezapften Wassers entspricht stets der Trinkwasserverordnung 2001.
– Die keimabtötende Wirkung des Redoxpotenzials macht die regelmäßige Desinfektion der Zapfstelle überflüssig.
– Der Unterhaltsaufwand zur Trinkwasserhygiene durch den Betreiber ist gering.
– Hoher hygienischer Sicherheitsstandard wird mit wenig Aufwand hergestellt.
– Das Wasser wird zusätzlich mit Sauerstoff angereichert.
– Organische Schadstoffe wie Halogenmethane, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Arzneimittel, Pestizide und andere werden zerstört.
– Giftige Schwermetallionen wie Blei oder Cadmium werden entfernt.
– Die Transportkapazität des Wassers (z.B. für Sauerstoff) wird durch Änderung der Clusterstruktur erhöht.

Abbildung 1
Anordnung von Bauelementen in einem Wasserspender für stilles und kohlensäurehaltiges Wasser mit Anschluß an die Hausinstallation und Elektrolyseeinheit nach dem Wassereingang.

a: Wasserzulauf
b: Drainage
c: Zapfstelle für kohlensäurehaltiges Wasser
d: Zapfstelle für stilles Wasser
e: Zugang Kohlendioxid
1: Elektrolyseeinheit mit elektronischer Steuerung und Durchflußsensor, wahlweise
: kombiniert mit Druckminderer und Wassermangelsicherung
2: Pumpe
3: Karbonatortopf mit Niveauregler
4: Kühlschlangen
5: Ablaßventil
6: Rückschlagventil
7: Gasventil mit Druckminderer

Abbildung 2
Querschnitt durch eine Elektrolysekammer

a: Anode
b: Diaphragma
c: Kathode
1: Anodenraum
2: Kathodenraum

Abbildung 3A und 3B
Aufbau einer Elektrolyseeinheit – wassertührende Teile 3A mit zwei Elektrolysezellen, 3B mit einer Elektrolysezelle

a: Wasserzulauf
b: gereinigtes Wasser
c: Drainage (Wasserverwurf)
1: Elektrolysezelle 1
2: Elektrolysezelle 2
3: Reaktionskammer
4: Katalysekammer mit Katalysator-Granulat
5: regelbares Durchflußventil

Claims

Hygienischer Wasserspender mit Entkeimung des zulaufenden Wassers und Verkeimungsschutz der wasserführenden Teile, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem geräteseitigen Wasseranschluß (Hausinstallation oder die Wasserflasche) und der Zapfstelle / den Zapfstellen des Wasserspenders eine Elektrolyseeinheit installiert ist. Die Elektrolyseeinheit besteht aus einer oder zwei speziellen Elektrolysezellen, einer Reaktionskammer und einer Katalysekammer. Die Elektrolysezellen bestehen aus zylindrischen, coaxial angeordneten Elektroden und einem ionenselektiven Diaphragma (2: a–c), das den Raum zwischen den Elektroden in einen Anodenraum (2: 1) und einen Kathodenraum (2: 2) unterteilt. Die Elektroden sind aus Titan gefertigt und mit Metalloxiden beschichtet, das Diaphragma besteht aus einem keramischen Gemisch von Metalloxiden. Anoden- und Kathodenraum verfügen je über einen Wasserein- und -auslaß. Bei Wasserfluß wird ein elektrischer Strom von größer 1 Ampere zugeschaltet und durch eine Steuerelektronik konstant gehalten. Dem Anodenraum der ersten Elektrolysezelle ist die Reaktionskammer nachgeschaltet, dahinter folgt die Katalysekammer (3A und 3B: 3, 4). Der zulaufende Wasserstrom wird nach Durchströmung des Anodenraums der ersten Elektrolysezelle durch ein regelbares Durchflußventil (3A und 3B: 5) aufgeteilt in einen Drainagestrom (Verwurf) und einen Trinkwasserstrom zur Zapfstelle.
Hygienischer Wasserspender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß organisch-chemische Verunreinigungen des Wassers durch elektrolytisch erzeugte Oxidantien zerstört werden. Die Effektivität dieser Prozesse wird durch eine Katalysekammer mit Katalysator-Granulat (3A und 3B: 4) potenziert, die der Reaktionskammer nachgeschaltet ist.
Hygienischer Wasserspender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch Elektrolyse zusätzlich mit Sauerstoff angereichert wird. Die Sauerstoffbildung erfolgt hauptsächlich im Anodenraum (2: 1) der ersten Elektrolysezelle (3A und 3B: 1).
Hygienischer Wasserspender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schwermetallionen durch das ionenselektive Diaphragma in den Kathodenraum (2: 2) der ersten Elektrolysezelle überführt werden (3A und 3B: 1) und somit in den Drainagestrom gelangen.
Hygienischer Wasserspender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Wassers (Größenverteilung der Wassermolekül-Cluster) in den beiden Elektrolysezellen (3A und 3B: 1,2) elektrolytisch verändert wird.