CH615227A5

CH615227A5 - Device for protection against corrosion of warm-water containers and piping and fittings downstream of said containers

Info

Publication number: CH615227A5
Application number: CH907475A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Dipl Chem Heinzelmann
Original assignee: Guldager Electrolyse
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1975-07-11
Publication date: 1980-01-15
Also published as: ATA638075A; DE2445903A1; FR2286207A1; FR2286207B1; DE2445903B1; AT336976B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Korrosionsschutz von warmwasserbefahrenen Behältern sowie 35 diesen Behältern nachgeschalteten Rohrleitungen und Armaturen mittels in den Behältern eingebauter, fremdstrombeaufschlagter Opferanoden aus Reinaluminium, welche von mindestens einer Gleichstromquelle gespeist sind. The invention relates to a device for the protection against corrosion of hot water containers as well as 35 pipelines and fittings downstream of these containers by means of sacrificial anodes made of pure aluminum which are supplied with external current and which are fed by at least one direct current source.

Einrichtungen dieser Art sind aus der DT-PS 2 144 514 40 bekannt. Dort werden in den Behälter von diesem elektrisch isolierte Reinaluminium-Anoden eingebaut, die mit dem Plus-Pol einer Gleichstromquelle verbunden werden. Der Behälter mit seinen üblicherweise aus unlegiertem, schwarzem oder unlegiertem, feuerverzinktem Stahl bestehenden, vor Korro-45 sion zu schützenden Wandungen und Einbauten ist an den Minus-Pol der Gleichstromquelle angeschlossen. Die Rohre bestehen vorzugsweise aus unlegiertem, feuerverzinktem Stahl. Die fremdstrombeaufschlagten Reinaluminium-Anoden dienen zwei Zwecken: Devices of this type are known from DT-PS 2 144 514 40. There, electrically insulated pure aluminum anodes are installed in the container, which are connected to the positive pole of a direct current source. The container with its walls and internals, which are usually made of unalloyed, black or unalloyed, hot-dip galvanized steel and are to be protected against corrosion, is connected to the negative pole of the direct current source. The pipes are preferably made of unalloyed, hot-dip galvanized steel. The pure aluminum anodes acted on by external current serve two purposes:

50 50

a) Dem kathodischen Korrosionsschutz des Behälters einschliesslich seiner Einbauten, a) the cathodic corrosion protection of the container including its internals,

b) der elektrolytischen Wasserbehandlung zum Korrosionsschutz der dem Behälter nachgeschalteten Rohrleitungen und b) the electrolytic water treatment for corrosion protection of the pipelines downstream of the container and

55 Armaturen. 55 fittings.

Die Begriffe «kathodischer Korrosionsschutz» und «elektrolytische Wasserbehandlung» werden nachstehend erläutert. The terms “cathodic corrosion protection” and “electrolytic water treatment” are explained below.

Kathodischer Korrosionsschutz 60 Die Korrosion von Metallen in einem Elektrolyten ist ein elektrochemischer Vorgang, bei dem es auf der Metalloberfläche unter Ausbildung von Potentialdifferenzen zu einem Stromfluss von den anodischen zu kathodischen Bereichen kommt. Nach der Publikation von J. Lepper im «Industrie-65 Anzeiger» Nr. 23, vom 20. März 1962, S. 11 ff., laufen entsprechend der thermodynamischen Darstellung anodische und kathodische Teilreaktionen ab. Eine typische anodische Teilreaktion ist die Metallauflösung: Cathodic protection against corrosion 60 Corrosion of metals in an electrolyte is an electrochemical process in which a current flow from the anodic to the cathodic regions occurs on the metal surface with the formation of potential differences. According to the publication by J. Lepper in "Industrie-65 Anzeiger" No. 23, from March 20, 1962, p. 11 ff., Anodic and cathodic partial reactions take place according to the thermodynamic representation. A typical anodic partial reaction is the metal dissolution:

3 3rd

615 227 615 227

Me—>Men+ + ne Metall (I) Me—> Men + + ne metal (I)

Wichtige kathodische Teilreaktionen sind die Reduktion von Sauerstoff und von Protonen: Important cathodic reactions are the reduction of oxygen and protons:

V2 O2 + H2O + 2e" -» 2 (OH)" (II) V2 O2 + H2O + 2e "-» 2 (OH) "(II)

H+ + e_->H (III) H + + e _-> H (III)

Durch äussere Zufuhr von Elektronen können die bei den kathodischen Teilreaktionen aufgenommenen Elektronen ergänzt und somit die anodischen Teilreaktionen, d. h. die Metallauflösung der Behälterwandungen und -einbauten verringert werden. Die Korrosion wird dann vollständig unterdrückt, wenn der von der Fremdstromquelle über eine in den Behälter eingebaute Hilfsanode auf die Behälterwandungen fliessende Strom seiner Grösse nach mindestens gleich der kathodischen Teilstromstärke ist. Diese Stromstärke wird daher als Mindestbetriebsstromstärke des kathodischen Korrosionsschutzes Ik bezeichnet. By externally supplying electrons, the electrons taken up in the cathodic partial reactions can be supplemented and thus the anodic partial reactions, i. H. the metal resolution of the container walls and internals can be reduced. Corrosion is completely suppressed when the current flowing from the external power source to the container walls via an auxiliary anode built into the container is at least equal in size to the cathodic partial current. This current strength is therefore referred to as the minimum operating current strength of the cathodic corrosion protection Ik.

Bei der elektrodynamischen Darstellung geht man davon aus, dass auf der metallischen Behälteroberfläche geometrisch getrennte - in grober Näherung schachbrettartig angeordnete - anodische und kathodische Bezirke mit Potentialen Ua und Uk verteilt sind. Die Unterdrückung des durch die treibende Spannung The electrodynamic representation assumes that geometrically separated anodic and cathodic districts with potentials Ua and Uk are distributed on the metallic surface of the container - roughly arranged like a chessboard. The suppression of the driving tension

U = Ua - Uk (IV) U = Ua - Uk (IV)

zwischen den lokalen anodischen und kathodischen Bereichen hervorgerufenen Korrosionsstromes durch Fremdstrombeaufschlagung bedeutet, dass das Kathodenpotential Uk zumindest auf das Ruhepotential Ua der Anode gesenkt wird. Dies ist beim Schutz der Behälterwandung mittels Fremdstrom dann der Fall, wenn die Summe von Kathodenruhepotential und dem Spannungsabfall über dem Kathodenwiderstand gleich dem Ruhepotential der Anode ist. Mit Rk als Widerstand in der kathodischen Zone ergibt sich daher als Mindeststromstärke des kathodischen Korrosionsschutzes between the local anodic and cathodic regions caused by the external current applied means that the cathode potential Uk is at least reduced to the rest potential Ua of the anode. This is the case when protecting the container wall by means of external current when the sum of the cathode resting potential and the voltage drop across the cathode resistor is equal to the resting potential of the anode. With Rk as resistance in the cathodic zone, the minimum current strength of the cathodic corrosion protection is therefore obtained

Ik= (Ua —Uk)/Rk (V) Ik = (Ua —Uk) / Rk (V)

In der Praxis des Korrosionsschutzes wird weniger der absolute Wert der Mindeststromstärke Ik, vielmehr die sogenannte Mindestbetriebsstromdichte der Kathodisierung ik als Betriebs-grösse verwendet, welche den Quotienten aus Ik, gemessen in mA und der Behälteroberfläche F, gemessen in m2 darstellt. In the practice of corrosion protection, it is less the absolute value of the minimum current intensity Ik, rather the so-called minimum operating current density of the cathodization ik that is used as the operating variable, which represents the quotient of Ik, measured in mA and the container surface F, measured in m2.

Die Grösse ìk ist von einer ganzen Reihe von Variablen abhängig, beispielsweise von der elektrolytischen Leitfähigkeit, der Temperatur, dem pH-Wert, der Strömungsgeschwindigkeit usw. Sie weist dementsprechend ein beträchtliches Spektrum auf, besitzt jedoch für einen ganz bestimmten Fall auch einen ganz bestimmten Wert. Dieser lässt sich labormässig näherungsweise bestimmen und in der Praxis durch Untersuchung des geöffneten Behälters in gewissen Zeitabständen, mit beliebiger Genauigkeit ermitteln. The size ìk depends on a number of variables, for example on the electrolytic conductivity, the temperature, the pH value, the flow rate, etc. It accordingly has a considerable spectrum, but also has a very specific value for a very specific case . This can be approximately determined in the laboratory and determined in practice by examining the opened container at certain time intervals with any accuracy.

Für Wässer mittlerer Härte liegen die iK-Werte zwischen 100 mA/m2 und 250 mA/m2. For medium hardness water, the iK values are between 100 mA / m2 and 250 mA / m2.

Elektrolytische Wasserbehandlung Electrolytic water treatment

Die elektrolytische Wasserbehandlung ist Gegenstand der DT-PS 1 771 805. Während die Wirkungen des kathodischen Korrosionsschutzes auf den unmittelbaren Strombereich der Anoden innerhalb des Behälters beschränkt sind und somit angeschlossene Rohrleitungen und Armaturen nicht geschützt werden können, ermöglicht die elektrolytische Wasserbehandlung den Aufbau von Korrosionsschutzschichten in den Leitungen und Armaturen. Dieses Verfahren - in der Literatur auch mit «Guldager Electrolyse-Verfahren» bezeichnet -beruht auf dem folgenden Prinzip: Electrolytic water treatment is the subject of DT-PS 1 771 805. While the effects of cathodic corrosion protection are limited to the direct current area of the anodes inside the container and thus connected pipes and fittings cannot be protected, electrolytic water treatment enables the build-up of corrosion protection layers in the pipes and fittings. This process - also referred to in the literature as the "Guldager Electrolysis Process" - is based on the following principle:

In den Behälter eingebaute Reinaluminium-Anoden werden infolge des durch sie in den Elektrolyten fliessenden Stromes elektrolytisch aufgelöst. Die Reaktionsprodukte des so abgeschiedenen Aluminiums mit dem Elektrolyten werden zum Teil in die dem Behälter nachgeschalteten Rohrleitungen geschleust und bewirken durch kolloid-chemische Sekundärreaktionen mit dem Rohrleitungsmaterial die Ausbildung von Deckschichten, welche bei geeigneter Fremdstromdichte jeden weiteren Korrosionsangriff verhindern. Das bei der Auflösung des Aluminiums an der Reinaluminium-Anode gebildete hochvoluminöse, stark wasserhaltige Aluminiumhydroxidhydrat geht in kolloidaler Form in Lösung. Beim Passieren der Rohrleitungen bilden sich dann je nach Rohrleitungsmaterial Deckschichten, welche aus Mischkristallen von Aluminium-, Eisen- bzw. Zinkhydroxiden bestehen und in Abhängigkeit von der Wasserzusammensetzung auch Siliziumdioxid- und Kalk-Einlagerungen aufweisen. Pure aluminum anodes installed in the container are electrolytically dissolved as a result of the current flowing through them in the electrolyte. The reaction products of the aluminum deposited in this way with the electrolyte are in part introduced into the pipelines downstream of the container and, by means of colloid-chemical secondary reactions with the pipeline material, cause the formation of cover layers which, with a suitable external current density, prevent any further corrosion attack. The highly voluminous, strongly water-containing aluminum hydroxide hydrate formed on the dissolution of the aluminum at the pure aluminum anode dissolves in colloidal form. When passing through the pipelines, depending on the pipeline material, cover layers are formed, which consist of mixed crystals of aluminum, iron or zinc hydroxides and, depending on the water composition, also contain silicon dioxide and lime deposits.

Die für die Ausbildung porenfreier und dichter Schutzschichten notwendigen Stromdichten übertreffen die Mindestbetriebsstromdichte des kathodischen Korrosionsschutzes ìk beträchtlich. The current densities required for the formation of pore-free and dense protective layers considerably exceed the minimum operating current density of the cathodic corrosion protection ìk.

Ein funktionaler Zusammenhang zwischen Mindestbetriebsstromdichte des kathodischen Korrosionsschutzes ìk und der Stromdichte der elektrolytischen Wasserbehandlung iw ist in der genannten DT-PS 1 771 805 angegeben. Hiernach muss ìk um 50% bis 300%, vorzugsweise um 100% bis 200%, A functional relationship between the minimum operating current density of the cathodic corrosion protection ìk and the current density of the electrolytic water treatment iw is specified in the aforementioned DT-PS 1 771 805. According to this, ìk must be 50% to 300%, preferably 100% to 200%,

erhöht werden, d. h. be increased, d. H.

iw = 1,5 k ... 4 ìk (VI) iw = 1.5 k ... 4 ìk (VI)

vorzugsweise iw = 2 ìk ... 3 k, (VII) preferably iw = 2 ìk ... 3 k, (VII)

wobei der Vorzugsbereich im allgemeinen für Warmwasseranlagen gilt. the preferred range generally applies to hot water systems.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Einrichtungen zur elektrolytischen Wasserbehandlung in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht zu optimieren. It is an object of the invention to optimize the known devices for electrolytic water treatment in economic and technical terms.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zum Korrosionsschutz der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss das Anodenmaterial so verteilt ist, dass ausser den überwiegend in einem ersten Teil des Behälters angeordneten Opferanoden aus Reinaluminium überwiegend in einem zweiten Teil des Behälters angeordnete an einem Gleichstromkreis angeschlossene Inertanoden vorgesehen sind. This object is achieved in a device for corrosion protection of the type mentioned at the outset in that, according to the invention, the anode material is distributed such that, apart from the sacrificial anodes made of pure aluminum, which are predominantly arranged in a first part of the container, inert anodes predominantly arranged in a second part of the container and connected to a direct current circuit are provided.

Auf diese Weise ausgebildete Einrichtungen zum Korrosionsschutz weisen eine Reihe von technischen und wirtschaftlichen Vorteilen auf. Dies geht aus folgendem hervor: Corrosion protection devices designed in this way have a number of technical and economic advantages. This follows from the following:

Durch den erfindungsgemässen Einsatz von Inertanoden, die sich unter dem Stromeinfluss praktisch nicht auflösen, gelingt es, die Schlammerzeugung im unteren Behälterteil auf ein Minimum zu senken. By using inert anodes according to the invention, which practically do not dissolve under the influence of current, the sludge generation in the lower part of the container can be reduced to a minimum.

Eingehende experimentelle und theoretische Untersuchungen führten nämlich zu der überraschenden Erkenntnis, dass die im unteren Teil des Behälters angeordneten Reinaluminium-Anoden nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur Erzeugung von deckschichtaktiven Aluminium-Verbindungen leisten, und dass das dort erzeugte Aluminiumhydroxidhydrat zum überwiegenden Teil, nämlich zu etwa 90%, als deckschichtinaktiver Anodenschlamm sich auf dem Behälterboden absetzt. Dies behebt die Erfindung. In-depth experimental and theoretical investigations led to the surprising finding that the pure aluminum anodes arranged in the lower part of the container make only a negligible contribution to the production of cover layer-active aluminum compounds, and that the aluminum hydroxide hydrate produced there for the most part, namely about 90 % when anode sludge is inactive on the cover layer and settles on the tank bottom. This corrects the invention.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Einbauten, z. B. Heizvorrichtungen, Temperatur-Messeinrichtungen und dgl., weniger der Schlammablagerung ausgesetzt sind. So konnte es s Another advantage is that internals, e.g. B. heaters, temperature measuring devices and the like., Less exposed to the sludge deposit. So it could

1« 1"

15 15

20 20th

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unter besonders ungünstigen Umständen geschehen, dass der Wirkungsgrad eingebauter Heizvorrichtungen ganz wesentlich herabgesetzt worden ist. under particularly unfavorable circumstances, the efficiency of built-in heating devices has been reduced significantly.

Ein beträchtlicher Teil der dem Behälter zur elektrolytischen Wasserbehandlung zugeführten elektrischen Energie, der früher der Erzeugung nahezu nutzlosen Aluminiumhydroxid-Schlamms diente, kann nunmehr eingespart werden. A significant portion of the electrical energy supplied to the electrolytic water treatment tank, which used to produce almost useless aluminum hydroxide sludge, can now be saved.

Mit dieser Einsparung an elektrischer Energie geht eine Reduzierung des kostspieligen Opferanodenmaterials, das in mehrjährigen Abständen erneuert werden muss, einher. This saving in electrical energy is accompanied by a reduction in the costly sacrificial anode material, which has to be replaced at intervals of several years.

Inertanoden allein sind im Hinblick auf die Knallgasbildung, insbesondere bei Warmwasseranlagen, als problematisch zu bezeichnen. Das dort sich stets bildende Knallgasgemisch, das sich in der oberen Kümpelung der Behälter sammelt, muss in regelmässigen Abständen unter Einhaltung strengster Sicher-heitsmassnahmen unschädlich gemacht werden. Darüber hinaus gelangen zwangsläufig auch Teile des Knallgasgemisches in die nachgeschalteten Rohrleitungen, stellen somit für die Gebäude, in denen derartige Anlagen installiert sind, ein Betriebsrisiko dar. Diese Tatsachen bewogen die Fachwelt, Inertanoden ungern bzw. im Hinblick auf die bestehenden Sicherheitsvorschriften überhaupt nicht einzusetzen. Inert anodes alone can be described as problematic with regard to the formation of oxyhydrogen, especially in hot water systems. The oxyhydrogen mixture that always forms there and collects in the upper cavity of the container must be made harmless at regular intervals while adhering to the strictest safety measures. In addition, parts of the oxyhydrogen mixture inevitably get into the downstream pipelines and thus represent an operational risk for the buildings in which such systems are installed. These facts persuaded experts to be reluctant to use inert anodes or not to use them at all in view of the existing safety regulations.

Völlig anders liegen die Verhältnisse bei einer Korrosionsschutzeinrichtung gemäss der Erfindung: Der sich auch hier infolge der Inertanoden bildende Sauerstoff gelangt erst gar nicht in die obere Kümpelung des Behälters, wo er mit dem erzeugten Wasserstoff das gefährliche Knallgasgemisch bilden könnte. Das anodisch sich auflösende Aluminium der Opferanoden bindet nämlich den Sauerstoff; darüber hinaus unterstützt der Sauerstoff sogar noch die Bildung von deckschichtaktiven Aluminium-Verbindungen. The situation is completely different for a corrosion protection device according to the invention: here, too, the oxygen which forms as a result of the inert anodes does not even get into the upper cavity of the container, where it could form the dangerous detonating gas mixture with the hydrogen generated. The anodically dissolving aluminum of the sacrificial anodes binds the oxygen; In addition, the oxygen even supports the formation of cover layer-active aluminum compounds.

Ein weiterer überraschender Effekt der Erfindung wird aus folgendem deutlich: Wissenschaftliche Untersuchungen des Schlamms haben ergeben, dass in besonderen Fällen, insbesondere, wenn dieser Schlamm nicht regelmässig abgelassen wird, infolge der Sauerstoffverarmung des Wassers Bedingungen für anaerobes Bakterienwachstum geschaffen werden, was zu übelriechendem Wasser führen kann. Der unter dem Einfluss der Inertanoden sich bildende Sauerstoff verhindert dies gänzlich, ohne dem Korrosionsschutz entgegenzuwirken. Another surprising effect of the invention is clear from the following: Scientific studies of the sludge have shown that in special cases, in particular if this sludge is not regularly drained, conditions for anaerobic bacterial growth are created as a result of the oxygen depletion of the water, which leads to malodorous water can. The oxygen that forms under the influence of the inert anodes prevents this completely without counteracting the corrosion protection.

Die Vorteile der Erfindung bestehen somit insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht darin, dass a) Aluminium-Anodenmaterial eingespart wird, The advantages of the invention are therefore, in particular in economic terms, that a) aluminum anode material is saved,

b) der Aufwand an elektrischer Energie fällt, b) the expenditure of electrical energy falls,

und in technischer Hinsicht darin, dass c) die Schlammerzeugung auf ein Minimum sinkt, and technically in that c) sludge production is reduced to a minimum,

d) der Zeitraum zwischen der Entschlämmung nicht mehr kritisch ist, d) the period between the desludging is no longer critical,

e) der Wirkungsgrad von Heiz- und Messvorrichtungen nicht beeinträchtigt wird, e) the efficiency of heating and measuring devices is not impaired,

f) eine Knallgasbildung verhindert werden kann und g) sich anaerobes Bakterienwachstum, was zur Minderung der Wasserqualität führt, ausschalten lässt. f) detonating gas formation can be prevented and g) anaerobic bacterial growth, which leads to a reduction in water quality, can be switched off.

Bei üblichen Warmwasserbereitern oder Heizkesseln liegt der Warmwasseraustritt in der Nähe der oberen Kümpelung des Behälters, der Kaltwassereintritt in der Nähe der unteren Kümpelung. Zweckmässigerweise werden die Inertanoden in dem der Kaltwassereintrittsstelle benachbarten, und dem mittigen die Reinaluminium-Anoden im mittigen und dem der Warmwasseraustrittsstelle benachbarten oberen Behälterteil angeordnet, wobei jeder Behälterteil einem Drittel des Behältervolumens entspricht, welches zwischen Kaltwassereintrittsstelle und Warmwasseraustrittsstelle vorhanden ist. With conventional water heaters or boilers, the hot water outlet is close to the upper bowl of the tank, the cold water inlet is near the lower bowl. The inert anodes are expediently arranged in that adjacent to the cold water entry point and in the middle the pure aluminum anodes in the middle and the upper container part adjacent to the hot water exit point, each container part corresponding to one third of the container volume which is present between the cold water entry point and the hot water exit point.

Sind Heizvorrichtungen oder sonstige Einbauten im Behälter vorgesehen, so ordnet man diesen ebenfalls Inertanoden zu, da sich derartige Einbauten überwiegend im unteren Teil des Behälters befinden. If heating devices or other internals are provided in the container, these are also assigned inert anodes, since such internals are predominantly located in the lower part of the container.

Es empfiehlt sich, zur Erreichung einer optimalen Schutzwirkung, die Verteilung der gesamten Anodenmaterialmenge so zu treffen, dass mindestens 33'/,%, vorzugsweise 33V3 bis 50% der Anodenmaterialmenge aus Reinaluminium bestehen, wobei das dem Schutz der Einbauten dienende Anodenmaterial nicht eingerechnet ist. To achieve an optimal protective effect, it is recommended to distribute the total amount of anode material in such a way that at least 33%, preferably 33V3 to 50% of the amount of anode material consists of pure aluminum, not counting the anode material used to protect the internals.

Hinsichtlich der Gesamtmenge des Anodenmaterials, seiner Relation zur Behälteroberfläche bzw. Behältervolumen gelten die im Rahmen des deutschen Patents 2 144 514 gegebenen Dimensionierungsvorschriften, wobei zu beachten ist, dass die sich jeweils aus Opfer- und Inertanoden zusammensetzenden Anodensysteme mit den entsprechenden Grössen in Relation zu setzen sind. With regard to the total amount of the anode material, its relation to the container surface or container volume, the dimensioning regulations given in the German patent 2 144 514 apply, whereby it should be noted that the anode systems composed of sacrificial and inert anodes are put in relation to the corresponding sizes are.

Zur Erzielung einer optimalen Schutzwirkung und zur Vermeidung von Nebenwirkungen werden sowohl Inertanodensy-stem als auch Opferanodensystem aus getrennten Schutzstromkreisen gespeist, wobei die wirksame Stromdichte der Inertanoden etwa der Mindestbetriebsstromdichte des kathodischen Korrosionsschutzes ik entspricht. Die Reinaluminium-Anoden werden entsprechend der Lehre des deutschen Patents 1 771 805 mit der für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Betriebsstromdichte der elektrolytischen Wasserbehandlung iw gespeist. In order to achieve an optimal protective effect and to avoid side effects, both the inert anode system and the sacrificial anode system are fed from separate protective circuits, the effective current density of the inert anodes approximately corresponding to the minimum operating current density of the cathodic corrosion protection ik. The pure aluminum anodes are fed in accordance with the teaching of German patent 1 771 805 with the optimum operating current density of the electrolytic water treatment for the respective application.

Während es für die Stromversorgung der Inertanoden genügt, eine einstellbare Stromquelle, z. B. einen Stelltransfor-mator mit nachgeschaltetem Gleichrichter, bereitzustellen, sollte die Stromquelle für die Opferanoden derart ausgelegt sein, dass sie sich selbsttätig unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpasst. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass iw insbesondere in Abhängigkeit von der Durchflussmenge variiert wird. While it is sufficient for the power supply of the inert anodes, an adjustable current source, e.g. B. to provide a variable transformer with a downstream rectifier, the power source for the sacrificial anodes should be designed such that it automatically adapts to different operating conditions. This can be achieved, for example, by varying in particular as a function of the flow rate.

Als Anodenmaterial für die Opferanoden ist - entsprechend der DT-PS 1 771 805 bzw. der DT-PS 2 144 514 Reinaluminium vorgesehen, d. h. Aluminium mit geringstmöglicher Verunreinigung durch andere Metalle oder Metallverbindungen, da solche die Eigenkorrosion der Anoden erheblich beschleunigen, so dass deren Betriebszeit stark herabgesetzt und damit die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt wird. Als Anodenmaterial für die Inertanoden empfiehlt sich ein Edelmetall oder ein mit einem Inertmaterial beschichteter Metallkern. Hierbei kann der Metallkern aus einem oder mehreren der Metalle Titan, Tantal, Zirkon oder Niob, oder aus einer Legierung aufgebaut sein, die hauptsächlich aus mindestens einem dieser Metalle besteht. Als Inertmaterial ist eine ca. 2,5 bis 10 um dicke Beschichtung aus Platin, Iridium, Rhodium, Palladium, Ruthenium oder Osmium bzw. aus deren Legierungen oder aus irgendeinem Oxyd der vorangenannten Platinmetalle und Platinmetall-Legierungen, vorzugsweise mit einem Nichtedelmetalloxydzusatz bis zu 50 Gewichtsprozenten, zu empfehlen. As anode material for the sacrificial anodes - in accordance with DT-PS 1 771 805 or DT-PS 2 144 514, pure aluminum is provided, i.e. H. Aluminum with the least possible contamination from other metals or metal compounds, as these significantly accelerate the self-corrosion of the anodes, so that their operating time is greatly reduced and the economic viability is questioned. A noble metal or a metal core coated with an inert material is recommended as the anode material for the inert anodes. Here, the metal core can be constructed from one or more of the metals titanium, tantalum, zircon or niobium, or from an alloy which mainly consists of at least one of these metals. An inert material is an approximately 2.5 to 10 μm thick coating of platinum, iridium, rhodium, palladium, ruthenium or osmium or from their alloys or from any oxide of the aforementioned platinum metals and platinum metal alloys, preferably with a base metal oxide additive of up to 50 Weight percent, recommended.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere vorteilhafte Elektrodenkonfigurationen und Einzelheiten der Schutzstromkreise v/erden nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Further details of the invention, in particular advantageous electrode configurations and details of the protective circuits are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.

Hierbei zeigt: Here shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Warmwasserbehälter mit eingebauten Inert- und Reinaluminiumanoden, 1 shows a longitudinal section through a hot water tank with built-in inert and pure aluminum anodes,

Fig. 2 einen Querschnitt in Richtung A durch den oberen Behälterteil des in Fig. 1 dargestellten Warmwasserbehälters, 2 shows a cross section in direction A through the upper part of the container of the hot water container shown in FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt in Richtung B durch den unteren Behälterteil des in Fig. 1 dargestellten Warmwasserbehälters und Fig. 3 shows a cross section in direction B through the lower container part of the hot water tank shown in Fig. 1 and

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Speisung der in dem Warmwasserbehälter nach den Fig. 1-3 eingebauten Inert- und Reinaluminiumanoden. Fig. 4 shows an embodiment of a circuit arrangement for supplying the inert and pure aluminum anodes installed in the hot water tank according to Figs. 1-3.

Das in den Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt einen Warmwasserbehälter dar, bei dem alle für das unmittel5 The embodiment shown in Figs. 1-3 represents a hot water tank in which all for the immediate

10 10th

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bare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Einzelheiten fortgelassen wurden. Dieser Behälter kann als Warmwasserspeicher dienen, ist aber bei Inbetriebnahme der in den Figuren nicht dargestellten, eingebauten Heizvorrichtungen ebenfalls als Warmwasserbereiter zu verwenden. Der Aufbau der Heizvorrichtungen von Warmwasserbereitern mit Reinaluminiumanoden ist beispielsweise den Fig. 4, 5, 9,10 und 14 der DT-PS 2 144 514 zu entnehmen. bare understanding of the invention not essential details have been omitted. This container can serve as a hot water tank, but is also to be used as a water heater when the built-in heating devices (not shown in the figures) are started up. The structure of the heating devices of water heaters with pure aluminum anodes can be found, for example, in FIGS. 4, 5, 9, 10 and 14 of DT-PS 2 144 514.

Der Behälter besteht aus einem im wesentlichen zylinderförmigen Mittelteil 1, an den sich eine untere Kümpelung 2 und eine obere Kümpelung 3 anschliessen. Der Behälter ist mit einem Halsstutzen 4, der durch einen Mannlochdeckel 5 abgeschlossen ist und mit einem als Kaltwassereintrittsstelle 6 dienenden Stutzen versehen. In der oberen Kümpelung befinden sich ein Warmwasseraustritt 7 und ein Entlüftungsventil 8. Am Boden des Behälters ist in der unteren Kümpelung ein Entschlammungsstutzen 9 angebracht. The container consists of an essentially cylindrical middle part 1, to which a lower pellet 2 and an upper pellet 3 are connected. The container is provided with a neck piece 4, which is closed off by a manhole cover 5, and with a piece serving as a cold water entry point 6. A hot water outlet 7 and a venting valve 8 are located in the upper granulation. At the bottom of the container there is a sludge connection 9 in the lower granulation.

An vier Durchführungen 10,11,12 und 13 (die Durchführungen 11 und 13 sind aus den Figuren nicht ersichtlich; ihre Lage wird durch die Bezugsziffern nur angedeutet) ist ein aus Reinaluminium bestehender Anodenkäfig mit den Elektroden A, B und C angeordnet, dessen zur Kopfseite gehörender Durchmesser gleich oder grösser ist als der zur Längsachse gehörende Durchmesser und dessen Längsache mit der Längsachse des Behälters zusammenfällt. Die der oberen Kümpelung zugewandten Enden der Anoden A sind durch Anodenstücke B miteinander verbunden. Es ist zweckmässig, den Anodenkäfig im Bereich der Befestigungsstelle an den Durchführungen 10-13 durch zumindest teilweise abgewinkelte Anodenverstärkungsstücke C aus Reinaluminium zusätzlich zu verfestigen. Eine weitere Versteifung des Reinaluminiumkäfigs kann auch durch einen, in den Figuren nicht dargestellten, eiförmigen Reinaluminiumring bewirkt werden, welcher die der unteren Kümpelung zugewandten Enden der Anoden A miteinander verbindet. On four bushings 10, 11, 12 and 13 (bushings 11 and 13 cannot be seen from the figures; their position is only indicated by the reference numbers), an anode cage made of pure aluminum with the electrodes A, B and C is arranged, the latter for Diameter belonging to the head side is equal to or larger than the diameter belonging to the longitudinal axis and the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the container. The ends of the anodes A facing the upper piling are connected to one another by anode pieces B. It is expedient to additionally solidify the anode cage in the area of the fastening point on the bushings 10-13 by at least partially angled anode reinforcing pieces C made of pure aluminum. A further stiffening of the pure aluminum cage can also be brought about by an egg-shaped pure aluminum ring, not shown in the figures, which connects the ends of the anodes A facing the lower pelletizing.

An den weiteren vier Durchführungen 14,15,16 und 17 ist eine zylinderförmige Inertanodenanordnung, welche die Anoden D, E, F umfasst, angebracht. G ist eine weitere Inertanode. Die sich parallel und symmetrisch zur Längsachse des Behälters erstreckenden Anoden D werden hierbei durch die ringförmigen Anoden E und F fest miteinander verbunden, so dass sich eine starre und verwindungsfreie Konstruktion ergibt. A cylindrical inert anode arrangement, which comprises the anodes D, E, F, is attached to the further four bushings 14, 15, 16 and 17. G is another inert anode. The anodes D, which extend parallel and symmetrically to the longitudinal axis of the container, are firmly connected to one another by the ring-shaped anodes E and F, so that a rigid and torsion-free construction results.

Die Opferanoden können auch die Form eines symmetrisch zur Behälterlängsachse liegenden Radkranzes mit mindestens einer Speiche aufweisen. The sacrificial anodes can also have the shape of a wheel rim lying symmetrically to the longitudinal axis of the container with at least one spoke.

Als Material sowohl für Reinaluminium als auch Inertan-oden werden Flachstäbe mit einem Querschnitt von 20 X 60 mm2 eingesetzt. Es ist aber auch denkbar, Draht mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm, Rundstäbe bis max. 50 mm Durchmesser und Flachstäbe bis 90 mm Kantenlänge als Inertanodenmaterial zu verwenden. Flat bars with a cross section of 20 X 60 mm2 are used as the material for both pure aluminum and inert anodes. But it is also conceivable to wire with a diameter of preferably 0.5 to 1.5 mm, round rods up to max. 50 mm diameter and flat bars up to 90 mm edge length can be used as inert anode material.

Bei dem ca. 2 m3 Wasser aufnehmenden Behälter des Ausführungsbeispiels sind ca. 25 g Reinaluminium pro Liter Behältervolumen eingebaut. Bei Behältern grösser als 3 m3 Inhalt wird weniger Material pro Volumeneinheit benötigt. Es reichen dann meistens schon 18 g Reinaluminium pro Liter Behältervolumen aus. Das Anodenmaterial ist bei allen Behältern jedoch stets so verteilt, dass die Inertanoden D, E und F in dem der Kaltwassereintrittsstelle 6 benachbarten unteren, und dem mittigen die Reinaluminiumanoden A, B und C im mittigen und dem der Warmwasseraustrittsstelle 7 benachbarten oberen Behälterteil angeordnet sind. In the approx. 2 m3 water-absorbing container of the exemplary embodiment, approx. 25 g pure aluminum per liter container volume are installed. With containers larger than 3 m3, less material is required per unit volume. Usually 18 g of pure aluminum per liter of container volume are sufficient. However, the anode material is always distributed in all containers so that the inert anodes D, E and F are arranged in the lower part of the container adjacent to the cold water entry point 6, and the middle the pure aluminum anodes A, B and C in the middle and the upper part of the container adjacent to the hot water exit point 7.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 weist im wesentlichen zwei voneinander getrennte Stromkreise auf: The circuit arrangement according to FIG. 4 essentially has two separate circuits:

Der erste Stromkreis - gespeist von der Sekundärwicklung I des Transformators 101 - versorgt über den Gleichrichter 102 und eine Sicherung 103 die Inertanoden D, E, F, der zweite Stromkreis - gespeist von der Sekundärwicklung II - versorgt über einen Stromsteller Si, einen Gleichrichter 104 und eine Sicherung 105 die Reinaluminiumanoden A, B, C. Eine dritte Sekundärwicklung III dient der Stromversorgung einer noch näher zu erläuternden Steuereinrichtung S. Die Sekundärwicklung I weist verschiedene Abgriffe Ii, I2,..., In auf, zur Variierung der Schutzstromdichte ik des Inertanodensystems. Ein einstellbarer Widerstand 106 ermöglicht eine Feineinstellung der Schutzstromdichte ik. Der insgesamt fliessende Schutzstrom des Inertanodensystems kann an einem Strommesser 107, der für die Opferanoden an einem Strommesser 107' abgelesen werden. The first circuit - fed by the secondary winding I of the transformer 101 - supplies the inert anodes D, E, F via the rectifier 102 and a fuse 103, the second circuit - fed by the secondary winding II - supplied via a current regulator Si, a rectifier 104 and a fuse 105 the pure aluminum anodes A, B, C. A third secondary winding III is used to supply power to a control device S to be explained in more detail. The secondary winding I has different taps Ii, I2, ..., In, for varying the protective current density ik of the inert anode system . An adjustable resistor 106 enables fine adjustment of the protective current density ik. The total flowing protective current of the inert anode system can be read from an ammeter 107, that for the sacrificial anodes from an ammeter 107 '.

Etwas umfangreicher gestaltet sich der Stromkreis für die Reinaluminiumanoden A, B, C. Zur Anpassung der Stromdichte der elektrolytischen Wasserbehandlung iw an die jeweiligen Betriebsverhältnisse ist dieser Stromkreis mit einem Stromsteller Si versehen, der seinerseits an die Steuereinrichtung S angeschlossen ist. Stromsteller und Steuereinrichtung sind so ausgelegt, dass damit der intermittierende Wasserverbrauch bzw. die erforderliche Stromdichte iw der elektrolytischen Wasserbehandlung berücksichtigt werden kann. Um beispielsweise der relativ geringen Wasserentnahme während der Nachtstunden Rechnung zu tragen, weist das Steuergerät S eine Zeitschaltuhr Z auf, die derart wirkt, dass in bestimmten, einstellbaren Zeiten die Stromdichte iw herabgesetzt wird. Eine weitere Art der Einflussnahme auf die Schutzstromdichte iw besteht darin, den die Reinaluminiumanoden A, B, C speisenden Strom direkt vom Wasserverbrauch abhängig zu steuern. Zu diesem Zweck ist in der (schematisch angedeuteten) Rohrleitung 108 ein Strömungswächter SW vorgesehen. Wird an einer Stelle des Rohrleitungsnetzes Wasser entnommen, The circuit for the pure aluminum anodes A, B, C is somewhat more extensive. To adapt the current density of the electrolytic water treatment iw to the respective operating conditions, this circuit is provided with a current regulator Si, which in turn is connected to the control device S. Power controller and control device are designed so that the intermittent water consumption or the required current density iw the electrolytic water treatment can be taken into account. In order to take into account, for example, the relatively low water withdrawal during the night, the control device S has a timer Z, which acts in such a way that the current density iw is reduced in certain, adjustable times. Another way of influencing the protective current density iw is to control the current feeding the pure aluminum anodes A, B, C directly depending on the water consumption. For this purpose, a flow switch SW is provided in the pipe 108 (indicated schematically). If water is drawn from one point in the pipeline network,

spricht der Strömungswächter an und bewirkt über das Steuergerät S eine Erhöhung der Stromdichte iw. Um kurzzeitigen Wasserentnahmen, die an sich eine Stromdichteerhöhung von iw nicht erfordern, Rechnung zu tragen, kann zwischen Strömungswächter SW und dem Steuergerät eine an sich bekannte Verzögerungsschaltung VZ angeordnet sein. Auf der anderen Seite hat es sich als vorteilhaft erwiesen, stets dann, wenn eine Wasserentnahme stattgefunden hat, die Stromdichte der elektrolytischen Wasserbehandlung iw nicht sofort wieder zu erniedrigen, sondern sie eine gewisse, einstellbare Zeit in der vorherigen, dem erhöhten Verbrauch entsprechenden Höhe beizubehalten. Zu diesem Zweck weist die Steuereinrichtung eine Abschaltverzögerung für den Stromsteller Si auf, die mit der vorgenannten Einschaltverzögerungsschaltung in einer Baueinheit zusammengefasst sein kann. the flow monitor responds and causes an increase in the current density iw via the control unit S. In order to take into account short-term water withdrawals, which in themselves do not require an increase in current density of iw, a delay circuit VZ known per se can be arranged between the flow switch SW and the control device. On the other hand, it has proven to be advantageous not to immediately lower the current density of the electrolytic water treatment when a water has been drawn off, but rather to maintain it for a certain, adjustable time in the previous amount corresponding to the increased consumption. For this purpose, the control device has a switch-off delay for the current controller Si, which can be combined in one structural unit with the aforementioned switch-on delay circuit.

Üblicherweise sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Speisewässer für bestimmte Anlagen gleichbleibend. Umstellungen der Wasserversorgung können jedoch nicht zu vernachlässigende Änderungen der Schutzstromdichte der Kathodisierung ik und damit der Schutzstromdichte der elektrolytischen Wasserbehandlung iw nach sich ziehen. Um diesen Veränderungen Rechnung zu tragen, sieht die Erfindung vor, im Zuge der Rohrleitungen oder im Behälter selbst geeignete Detektoren Di, D2,... für die genannten Grössen anzuordnen. Diese Detektoren wiederum wirken zusammen mit dem Steuergerät S auf den Stromsteller Si und ermöglichen somit eine Steuerung der Stromstärke bzw. der Schutzstromdichte in Abhängigkeit dieser Grössen. Usually the physical and chemical properties of the feed water are constant for certain systems. However, changes in the water supply can result in not negligible changes in the protective current density of the cathodization ik and thus in the protective current density of the electrolytic water treatment iw. In order to take these changes into account, the invention provides for suitable detectors Di, D2,... To be arranged in the course of the pipelines or in the container itself for the sizes mentioned. These detectors in turn act together with the control unit S on the current controller Si and thus enable the current intensity or the protective current density to be controlled as a function of these variables.

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

b b

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

615 227

2nd

PATENT CLAIMS

1.Device for the corrosion protection of hot water tanks as well as pipelines and fittings downstream of these tanks by means of sacrificial anodes made of pure aluminum which are supplied with external current and which are fed by at least one direct current source, characterized in that the anode material is distributed in such a way that, apart from the predominantly Sacrificial anodes (A, B, C) made of pure aluminum arranged in a first part of the container, predominantly arranged in a second part of the container and connected to a direct current circuit, are provided inert anodes (D, E, F, G).

2. Device according to claim 1, characterized in that the inert anodes (D, E, F, G) in the lower, the cold water entry point (6) adjacent, and the center, the pure aluminum anodes (A, B, C) in the middle and the hot water outlet (7) adjacent upper container part are arranged, each of said container parts corresponding to a third of the container volume that is present between the cold water inlet point (6) and the hot water outlet point (7).

3. Device according to claim 1, characterized in that inert anodes are arranged in the vicinity of internals.

4. Device according to claim 1, characterized in that at least 33 '/ 3%, preferably 33V3 to 50% of the total amount of anode material consist of pure aluminum, the anode material serving to protect the internals not being included.

5. Device according to claim 1, characterized in that for containers up to 3m3 content a maximum of 25 g pure aluminum per liter container volume are provided as sacrificial anode material.

6. Device according to claim 1, characterized in that for containers with a content greater than 3 m3, a maximum of 18 g pure aluminum per liter container volume are provided as sacrificial anode material.

7. Device according to claim 1, characterized in that the sacrificial anodes (A, B, C) are arranged in the form of a cage whose diameter belonging to the head side is equal to or larger than the diameter belonging to the longitudinal side and its longitudinal axis with the longitudinal axis of the container coincides, and that the inert anodes (D, E, F), if they are not used for the cathodic protection of possible internals, are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the container.

8. Device according to claim 1, characterized in that the sacrificial anodes (A, B, C) are arranged in the form of a wheel rim lying symmetrically to the longitudinal axis of the container with at least one spoke.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the anode material made of wire with a diameter of preferably 0.5 to 1.5 mm, from round rods to max. 50 mm diameter or flat bars up to a maximum of 90 mm edge length.

10. Device according to claim 1, characterized in that the surface of the inert anodes (D, E, F, G) consists of a noble metal, preferably a noble metal of the platinum group.

11. The device according to claim 1, characterized in that the inert anodes consist of metal cores which are coated with preferably 2.5 to 10 u thick inert materials.

12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the inert material made of platinum, iridium, rhodium, palladium, ruthenium or osmium or from their alloys or from an oxide of these platinum metals and platinum metal alloys, preferably with a non-noble

metal oxide addition of at most 50 percent by weight.

13. The device according to claim 11, characterized in that the core of the inert anode made of one of the metals titanium,

s tantalum, zirconium, niobium or an alloy consisting mainly of at least one of these metals.

14. The device according to claim 1, characterized in that sacrificial anodes and inert anodes are fed from separately adjustable circuits.

15. Device according to claim 14, characterized in that the feeding of the sacrificial anodes is such that the current density effective in the associated container part corresponds to the operating current density iw of the electrolytic water treatment and that the feeding of the inert anodes is such that

15 the current density effective in the associated container part corresponds to the operating current density of the cathodic corrosion protection ik.

16. The device according to claim 14 or 15, characterized in that both circuits switching means for

20 Have control of their output current.

17. The device according to claim 16, characterized in that at least the circuit for the sacrificial anodes has switching means for controlling the output current as a function of the water withdrawal.

25 18. Device according to claim 17, characterized in that the switching means are designed and arranged such that the flow density of the electrolytic water treatment effective in the container is increased at flow speeds greater than 0.3 m / sec in the pipes.