CH625558A5 - Device for cathodic corrosion protection with impressed-current anode - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromanode, insbesondere für Warmwasserbehälter mit einer an der Innenwandung vorgesehenen passiven Korrosionsschutzschicht. The invention relates to a device for cathodic corrosion protection with an external current anode, in particular for hot water tanks with a passive corrosion protection layer provided on the inner wall.
Warmwasserbehälter kleineren Inhalts, d.h. insbesondere für Haushaltszwecke, hat man bisher praktisch nur mit einer passiven Korrosionsschicht, meistens aus Emaille, sowie mit einer Opferanode aus Magnesium versehen, wobei man die Magnesiumanode meistens durch einen Stutzen von oben in den Behälter schraubt, während die elektrische Heizung über einen Flansch im unteren Teil angeordnet ist. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass derartige Warmwasserbehälter schon nach wenigen Jahren durch Korrosion zerstört werden, und zwar im unteren, das Heizelement aufnehmenden Bereich. Small water heater, i.e. So far, especially for household purposes, practically only a passive corrosion layer, mostly made of enamel, as well as a sacrificial anode made of magnesium has been provided, whereby the magnesium anode is usually screwed into the container through a nozzle from above, while the electric heater is connected to a flange in the bottom Part is arranged. In practice, it has been shown that such hot water tanks are destroyed by corrosion after a few years, in the lower area receiving the heating element.
Ausführliche Untersuchungen mit Hilfe von Potential- und Strommessungen haben ergeben, dass bei derartigen Wasserbehältern das untere Drittel dann nicht mehr kathodisch geschützt ist, wenn der Heizflansch nicht gegen den Boiler isoliert ist, was aus elektrotechnischen Gründen meistens nicht der Fall ist. Die Verwendung von Magnesium-Opferanoden hat noch weitere Nachteile, nämlich zunächst, dass eine Magnesiumanode eine beträchtliche Eigenkorrosion zeigt, wodurch sie oft schon nach wenigen Jahren völlig zerstört bzw. aufgebraucht ist. Ferner entwickelt sich an einer Magnesiumanode eine nicht unerhebliche Menge Wasserstoffgas, das mit Sauerstoff zu einer Knallgasmischung führt und damit gefährlich ist. Extensive investigations with the help of potential and current measurements have shown that the lower third of such water tanks is no longer cathodically protected if the heating flange is not insulated from the boiler, which is usually not the case for electrical engineering reasons. The use of magnesium sacrificial anodes has further disadvantages, namely that a magnesium anode shows considerable self-corrosion, which means that it is often completely destroyed or used up after only a few years. Furthermore, a not inconsiderable amount of hydrogen gas develops on a magnesium anode, which leads to a detonating gas mixture with oxygen and is therefore dangerous.
Bei grösseren Behältern hat man daher bereits vorgeschlagen, an Stelle von Magnesium-Opferanoden fremdstrom-beaufschlagte Elektroden zu verwenden («Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes» von Baeckmann-Schwenk, Verlag Chemie GmbH, 1971, Kapitel XVI, Seiten 330 und 331), was jedoch deshalb noch zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt hat, weil die dafür bisher verwendeten fremd-strombeaufschlagten Elektroden immer nur auf einen Strom eingestellt waren, so dass bei sich ändernden Bedingungen im Behälter, z.B. beim Auftreten einer zusätzlichen Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht, das richtige Potential an der Behälterwand nicht mehr eingestellt ist. Ausserdem bringen die bisherigen fremdstrombeaufschlagten Elektroden keine Lösung für das Problem der besonderen Korrosionsgefährdung im Bereich des Heizelementes eines mit einem solchen ausgerüsteten Wasserbehälters. Die Schäden in diesem Bereich werden darauf zurückgeführt, dass die Flächen des Heizelementes als kathodischer Bereich wirken, an denen Sauerstoff reduziert wird und damit als Oxydationsmittel wirksam werden kann, so dass in diesem Bereich etwa auftretende Fehlstellen in der passiven Korrosionsschutzschicht besonders korrosionsgefährdet sind. In the case of larger containers, it has therefore already been proposed to use electrodes which are subjected to external current instead of magnesium sacrificial anodes (“Manual of Cathodic Corrosion Protection” by Baeckmann-Schwenk, Verlag Chemie GmbH, 1971, Chapter XVI, pages 330 and 331), but this has not yet led to a satisfactory result, because the electrodes used for this purpose so far have only ever been set to one current, so that in the case of changing conditions in the container, for example if an additional damage occurs in the passive corrosion protection layer, the correct potential on the container wall is no longer set. In addition, the current-applied electrodes have not brought a solution to the problem of the particular risk of corrosion in the area of the heating element of a water tank equipped with such a device. The damage in this area is attributed to the fact that the surfaces of the heating element act as a cathodic area, where oxygen is reduced and can thus act as an oxidizing agent, so that any defects in the passive corrosion protection layer that occur in this area are particularly at risk of corrosion.
Bekannt ist es weiterhin, bei grossen Objekten, z.B. Rohrleitungssystemen und Schiffen («Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes», Kapitel VI, Seiten 151-153), im Rahmen von Fremdstromschutzanlagen beim kathodischen It is also known for large objects, e.g. Pipe systems and ships («Manual of cathodic corrosion protection», Chapter VI, pages 151-153), as part of external current protection systems at the cathodic
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Korrosionsschutz potentiostatisch regelnde Gleichstromquellen zu verwenden, derart, dass bei sich ändernden Verhältnissen, z.B. beim Einflussbereich von Gleichstrombahnen liegenden Rohrleitungen oder beim Auftreten einer Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht eines Schiffsrumpfes der Schutzstrom automatisch der normalen Situation angepasst wird. Corrosion protection to use potentiostatically regulating direct current sources in such a way that when conditions change, e.g. in the area of influence of pipelines lying in direct current or when a damage occurs in the passive corrosion protection layer of a ship's hull, the protective current is automatically adapted to the normal situation.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer ganz allge- . mein verwendbaren Vorrichtung für einen kathodischen Korrosionsschutz, die zwar vorzugsweise für kleinere Warmwasserbehälter mit Heizelement, wie Haushaltsboiler, aber auch für andere Behälter und Einsatzzwecke, beispielsweise Behälter ohne elektrische Heizung oder andere zu schützende Flächen verwendbar ist, sowie einfach aufgebaut und mit geringem Personalaufwand, auch durch ungeübte Kräfte, montierbar ist. The object of the invention is to create a very general. my usable device for a cathodic corrosion protection, which can be used preferably for smaller hot water tanks with heating elements, such as household boilers, but also for other tanks and purposes, e.g. tanks without electrical heating or other surfaces to be protected, as well as simply constructed and with little personnel expenditure, too by inexperienced forces.
Bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Fremdstromanode und eine Bezugselektrode, die mittels eines Potentiostaten die Fremdstromanode auf ein optimales Potential einsteuert, an ein und derselben in eine Behälterwand einsetzbaren Halterung angeordnet sind, wobei die Bezugselektrode im Betriebszustand der Behälterwand nah benachbart angeordnet ist und zwischen dieser Bezugselektrode und der Fremdstromanode eine Isolierung vorgesehen ist. In a device of the type described in the introduction, this object is achieved according to the invention in that the external current anode and a reference electrode, which controls the external current anode to an optimal potential by means of a potentiostat, are arranged on one and the same holder which can be inserted into a container wall, the reference electrode is arranged closely adjacent to the container wall in the operating state and insulation is provided between this reference electrode and the external current anode.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Ausbildung und Anordnung auch relativ kleine Warmwasserbehälter mit relativ geringem Aufwand exakt potentiostatisch so geregelt und geschützt werden können, dass, sobald im Betrieb des Behälters eine Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht auftritt, der Schutzstrom automatisch erhöht und der neuen Situation angepasst wird. Vor allem hat sich auch herausgestellt, dass bei unmittelbarer Zuordnung der Fremdstromanode zum Heizelement die Wirkung desselben als kathodischer Bereich weitestgehend neutralisiert wird, so dass die Sauerstoffabscheidung in diesem Bereich kompensiert wird und folglich keine Korrosionsgefährdung an in diesem Bereich auftretenden Fehlstellen in der passiven Korrosionsschutzschicht mehr vorhanden ist, obschon ursprünglich gerade bei mit Heizelementen ausgerüsteten geschlossenen Behältern die bei freiliegenden Flächen, wie Schiffsrümpfen und Rohrleitungen nicht gegebene Befürchtung bestand, dass wegen der Entwicklung von Wasserstoff insbesondere am Heizelement und der Entwicklung von Sauerstoff an einer fremdstrombe-aufschlagten Anode erhöhte Knallgasgefahr gegeben sein würde. Durch die gemäss der Erfindung erfolgende Einstellung eines optimalen Potentials ist aber die Wasserstoffentwicklung im Behälter in Wirklichkeit noch geringer als in einem mittels einer Magnesium-Opferanode geschützten Behälter, so dass statt der gefürchteten Erhöhung der Knallgasgefahr bei Verwendung einer Fremdstromanode tatsächlich durch die Erfindung eine wesentliche Reduzierung dieser Gefahr erreicht wird. Ferner ergibt sich durch die Erfindung eine sehr einfache Ausbildung der Vorrichtung selbst und es braucht in der diese aufnehmenden Wandung nur eine Aufnahmeöffnung ausgebildet zu werden. Vor allem aber ist die Montage der Vorrichtung aufgrund der beschriebenen Ausbildung so einfach, dass diese auch von weniger qualifizierten Arbeitskräften in kurzer Zeit ausgeführt werden kann. It has been shown that with such a design and arrangement, even relatively small hot water tanks can be controlled and protected precisely and with little effort with a potentiostatic effect so that as soon as a damaged area occurs in the passive corrosion protection layer during operation of the tank, the protective current is automatically increased and the is adapted to the new situation. Above all, it has also been found that if the external current anode is directly assigned to the heating element, the effect of the same as the cathodic area is largely neutralized, so that the oxygen separation in this area is compensated for and consequently there is no longer any risk of corrosion at defects in the passive corrosion protection layer which occur in this area is, although originally, especially in the case of closed containers equipped with heating elements, there was no fear in exposed surfaces, such as ship hulls and pipelines, that there would be an increased risk of oxyhydrogen gas due to the development of hydrogen, in particular on the heating element, and the development of oxygen at an anode exposed to external current . Due to the setting of an optimal potential according to the invention, the hydrogen development in the container is in reality even lower than in a container protected by a magnesium sacrificial anode, so that instead of the feared increase in the oxyhydrogen gas risk when using an external current anode, the invention actually significantly reduces it this danger is reached. Furthermore, the invention results in a very simple design of the device itself and only one receiving opening needs to be formed in the wall receiving the device. Above all, however, the assembly of the device is so simple due to the training described that it can be carried out by less qualified workers in a short time.
Die Isolierung zwischen Fremdstromanode und Bezugselektrode kann als ein mit der Halterung einteiliges Isolierstück ausgebildet werden, das eine Erstreckung im wesentlichen senkrecht zur Behälterwand aufweist, die mindestens ein Mehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode von der Behälterwand beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass von der Bezugselektrode das Potential an der Behälterwand ungestört durch von der Fremdstromanode ausgehende Einflüsse gemessen wird, indem sich die Bezugselektrode ausserhalb des sogenannten Potentialtrichters der Fremdstromanode befindet. The insulation between the external current anode and the reference electrode can be formed as an insulating piece which is in one piece with the holder and has an extension substantially perpendicular to the container wall, which is at least a multiple of the distance between the free end of the reference electrode and the container wall. This ensures that the potential on the container wall is measured undisturbed by influences from the external current anode by the reference electrode being located outside the so-called potential funnel of the external current anode.
Eine konstruktiv günstige Ausbildung ergibt sich dabei, wenn die Fremdstromanode sich zentrisch durch das Isolierstück erstreckt, vor allem dann, wenn weiterhin die Bezugselektrode wendel- bzw. ringförmig in einer ringförmigen Ausnehmung des Isolierstückes angeordnet ist, wobei die Ausnehmung von einer strömungsverhindernden Umhüllung abgedeckt ist. Durch letzteres wird die Lebensdauer der meist aus Ag/AgCl bestehenden Bezugselektrode wesentlich verlängert. A structurally advantageous design results if the external current anode extends centrally through the insulating piece, especially if the reference electrode is also arranged in a helical or annular manner in an annular recess in the insulating piece, the recess being covered by a flow-preventing sheath. The latter significantly extends the service life of the reference electrode, which usually consists of Ag / AgCl.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung von einer zylindrischen Hülse mit geschlossener Mantelfläche gebildet ist und zwischen der Behälterwand und dem Anfang der Hülse ein Ringspalt zu der Ausnehmung im Isolierstück verbleibt. Dadurch wird nämlich bei Verhinderung einer Flüssigkeitsströmung um die Bezugselektrode die Funktion derselben durch die Nähe des Ringspaltes zur Behälterwand vorteilhaft beein-flusst. It is advantageous if the covering is formed by a cylindrical sleeve with a closed jacket surface and an annular gap to the recess in the insulating piece remains between the container wall and the beginning of the sleeve. When a liquid flow around the reference electrode is prevented, the function of the latter is advantageously influenced by the proximity of the annular gap to the container wall.
In Weiterbildung der Erfindung ist es besonders günstig, den Potentiostaten am Kopf der Halterung fest anzubauen und die elektrischen Verbindungen zwischen dem Potentiostaten und der Bezugselektrode sowie der Fremdstromanode in diesem Kopf fest anzuordnen, was naturgemäss zu der vorerwähnten Montagevereinfachung noch vorteilhaft beiträgt. In a further development of the invention, it is particularly favorable to firmly mount the potentiostat on the head of the holder and to firmly arrange the electrical connections between the potentiostat and the reference electrode and the external current anode in this head, which naturally contributes advantageously to the aforementioned simplification of assembly.
Dem gleichen Ziel dient es, wenn am Kopf der Halterung zwischen dem Potentiostaten und der Behälterwand eine elektrische Verbindung vorgesehen ist. The same goal is achieved if an electrical connection is provided on the head of the holder between the potentiostat and the container wall.
Ferner kann man einen oder mehrere zusätzliche Anschlüsse für eine oder mehrere weitere Fremdstromanoden am Potentiostaten vorsehen, da es in vielen Fällen zweckmässig ist, eine weitere Fremdstromanode in einem anderen Bereich des Behälters anzordnen, beispielsweise wenn man eine Fremdstromanode in der Nähe einer im unteren Teil eines Behälters angeordneten Heizung anbringen will und eine weitere Fremdstromanode im oberen Bereich eines im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Behälters. Furthermore, one or more additional connections for one or more additional external current anodes can be provided on the potentiostat, since in many cases it is expedient to arrange a further external current anode in another area of the container, for example if one has an external current anode near one in the lower part of a Want to attach container arranged heater and another external current anode in the upper region of a substantially cylindrical container.
Da ein Halterung und Isolierstück einschliessendes Kunststoffteil gemäss der vorstehend beschriebenen Ausführungsform relativ aufwendig in der Herstellung ist und ausserdem die Unterbringung der Bezugselektrode in einer ringförmigen Ausnehmung des Isolierstückes etwas schwierig ist, kann man in Weiterbildung der Erfindung die Isolierung zwischen Fremdstromanode und Bezugselektrode auch durch eine Oxydationsschicht in einem Bereich der Fremdstromanode bilden, der von der Behälterwand einen Abstand aufweist, der ein Mehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode von der Behälterwand beträgt. Dadurch erhält man eine weiter vereinfachte Konstruktion sowohl hinsichtlich der erforderlichen Einzelteile als auch der Zusammensetzung derselben. Since a holder and insulating piece including a plastic part according to the embodiment described above is relatively complex to manufacture and, moreover, it is somewhat difficult to accommodate the reference electrode in an annular recess in the insulating piece, the insulation between the external current anode and reference electrode can also be provided by an oxidation layer in a further development of the invention form in a region of the external current anode which has a distance from the container wall which is a multiple of the distance of the free end of the reference electrode from the container wall. This results in a further simplified construction both with regard to the required individual parts and the composition of the same.
Es hat sich gezeigt, dass bei Wahl eines geeigneten Fremd-stromanodenmaterials die sich auf diesem bildende Oxydationsschicht für die erforderliche Isolierung zwischen Fremdstromanode und Bezugselektrode bereits ausreichend ist, so dass die Halterung für Fremdstromanode und Bezugselektrode nunmehr wesentlich einfacher, insbesondere kürzer und damit wirtschaftlicher herstellbar ist. It has been shown that when a suitable external current anode material is selected, the oxidation layer formed on it is already sufficient for the required insulation between external current anode and reference electrode, so that the holder for external current anode and reference electrode is now much easier, in particular shorter, and thus more economical to produce .
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Fremdstromanode als Titanelektrode mit einem nur im Bereich ihres freien Endes aufgebrachten, die Bildung einer Oxydationsschicht verhindernden Aktivierungsüberzug, vorzugsweise aus Platin, auszubilden. Natürlich könnten auch andere geeignete Anodenmaterialien in ähnlicher Weise mit einem geeigneten Aktivierungsüberzug in dem Bereich versehen werden, der nicht gegenüber der Bezugselektrode isoliert sein muss. It has proven to be particularly advantageous to design the external current anode as a titanium electrode with an activation coating, preferably made of platinum, which is applied only in the region of its free end and prevents the formation of an oxidation layer. Of course, other suitable anode materials could be similarly provided with a suitable activation coating in the area that does not have to be isolated from the reference electrode.
Aufgrund des Entfalls des die Fremdstromanode bei der Ausbildung gemäss der DE-PS Nr. 2 605 088 umgebenden s Due to the elimination of the s surrounding the external current anode in the training according to DE-PS No. 2 605 088
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15 15
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30 30th
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4 4th
Isolierstücks empfiehlt es sich, die Bezugselektrode und die Fremdstromanode einschliesslich ihrer Zuleitungen parallel zueinander in der Halterung anzuordnen und die Bezugselektrode in ihrem in den Behälter hineinragenden Bereich mit einer strömungsverhindernden Umhüllung zu umgeben. Isolierstücks it is advisable to arrange the reference electrode and the external current anode including their leads parallel to each other in the holder and to surround the reference electrode in its area protruding into the container with a flow-preventing envelope.
Allerdings kann man die neben der Fremdstromanode in der Halterung angeordnete Bezugselektrode in ihrem in den Behälter einmündenden Bereich auch als porösen Körper ohne Umhüllung ausbilden, da die Hohlräume des porösen Körpers dann selbst als strömungsverhinderndes Mittel wirken. Als besonders geeignet hierfür hat sich beispielsweise eine Bezugselektrode aus Silberchlorid erwiesen. However, the reference electrode arranged next to the external current anode in the holder can also be designed in its area opening into the container as a porous body without a covering, since the cavities of the porous body itself then act as a flow-preventing agent. A reference electrode made of silver chloride, for example, has proven particularly suitable for this.
Schliesslich ist es besonders vorteilhaft, die Halterung als hohlen metallischen Körper auszubilden, dessen die Zuleitungen der Fremdstromanode und der Bezugselektrode aufnehmender Hohlraum mit einer Isoliermasse ausgefüllt ist. Diese Ausbildung gestattet es dann nämlich, die Halterung aus einem festen metallischen Werkstoff herzustellen, was für deren Abdichtung beim Einsetzen, insbesondere Einschrauben in einen metallischen Behälter von besonderer Bedeutung ist. Finally, it is particularly advantageous to design the holder as a hollow metallic body, the cavity of which receives the leads of the external current anode and the reference electrode is filled with an insulating compound. This design then allows the holder to be made of a solid metallic material, which is of particular importance for sealing it when it is inserted, in particular screwed into a metallic container.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung in The invention is explained below with reference to the drawing, for example. This shows in a schematic representation in
Fig. 1 im Vertikalschnitt eine Vorrichtung gemäss der Erfindung im in eine Behälterwand eingebauten Zustand, 1 is a vertical section of a device according to the invention in the state installed in a container wall,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen abgeänderten Bereich einer Vorrichtung nach Fig. 1, 2 shows a vertical section through a modified area of a device according to FIG. 1,
Fig. 3 eine weiter abgeänderte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung und in Fig. 3 shows a further modified embodiment of a device according to the invention and in
Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung. 4 shows a further embodiment of a device according to the invention similar to FIG. 3.
In einer Behälterwand 1 ist ein Gewindestutzen 2 vorgesehen, in den eine Halterung 3 mit entsprechendem Gewindeteil 4 eingeschraubt ist. Die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Halterung 3 setzt sich in das Innere des Behälters in einem Isolierstück 5 fort, in dem sich nahe der Behälterwandung 1 eine ringförmige Ausnehmung 6 befindet, in der eine wendeiförmige Bezugselektrode 7 aus Ag/AgCL angeordnet ist, wobei die Ausnehmung von einer zylindrischen Umhüllung 8 aus flüssigkeitsdurchlässigem Material, z.B. einer porösen Keramikhülse oder einem durchlöcherten Mantel, abgedeckt ist. In a container wall 1, a threaded connector 2 is provided, into which a holder 3 with a corresponding threaded part 4 is screwed. The holder 3, which is preferably made of plastic, continues into the interior of the container in an insulating piece 5, in which there is an annular recess 6 near the container wall 1, in which a helical reference electrode 7 made of Ag / AgCL is arranged, the recess being from a cylindrical envelope 8 made of liquid-permeable material, for example a porous ceramic sleeve or a perforated jacket.
Zentrisch durch die gesamte Halterung 3 und das Isolierstück 5 erstreckt sich eine Fremdstromanode 9, wobei die Länge des Isolierstückes 5 mindestens ein Mehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode 7 von der Behälterwand 1 beträgt. An external current anode 9 extends centrally through the entire holder 3 and the insulating piece 5, the length of the insulating piece 5 being at least a multiple of the distance of the free end of the reference electrode 7 from the container wall 1.
Am Kopf 10 der Halterung 3 ist ein Potentiostat 11 fest angebaut. Ferner ist im Kopf 10 eine elektrische Verbindung 12 zwischen dem Potentiostaten 11 und der Bezugselektrode 7 sowie eine weitere elektrische Verbindung 13 zwischem dem Potentiostaten 11 und der Fremdstromanode 9 angeordnet. Schliesslich ist eine weitere elektrische Verbindung 14 zwischen dem Potentiostaten 11 und der Behälterwandung 1 bzw. dem Gewindestutzen 2 mittels einer in das Gewindeteil 4 der Halterung 3 eingeschraubten Masseschraube 15 vorgesehen. A potentiostat 11 is permanently attached to the head 10 of the holder 3. Furthermore, an electrical connection 12 between the potentiostat 11 and the reference electrode 7 and a further electrical connection 13 between the potentiostat 11 and the external current anode 9 are arranged in the head 10. Finally, a further electrical connection 14 is provided between the potentiostat 11 and the container wall 1 or the threaded connector 2 by means of a ground screw 15 screwed into the threaded part 4 of the holder 3.
Am Potentiostaten 11 ist ein Anschluss 16 für die Stromversorgung, z. B. mit 220 V Wechselstrom, sowie ein weiterer Anschluss 17 für die Verbindung mit weiteren, an anderen Stellen des Behälters anzuordnenden Fremdstromanoden vorgesehen. At the potentiostat 11, a connection 16 for the power supply, for. B. with 220 V alternating current, and a further connection 17 for connection to other, to be arranged at other locations of the container external anodes.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist eine zylindrische Umhüllung 8a für die wendeiförmige Bezugselektrode 7 vorgesehen, die aus einer Hülse mit geschlossener Mantelfläche besteht und zwischen der Behälterwand 1 und ihrem Anfang einen Spalt 18 zur Ausnehmung 6 freilässt, derart, dass einerseits die die Bezugselektrode 7 umgebene Flüssigkeit an einer In the embodiment according to FIG. 2, a cylindrical sheath 8a is provided for the helical reference electrode 7, which consists of a sleeve with a closed outer surface and leaves a gap 18 between the container wall 1 and its beginning to the recess 6, such that, on the one hand, the reference electrode 7 surrounding liquid on one
Strömung gehindert und andererseits durch die Nähe des Spaltes 18 zur Behälterwand 1 die Funktion der Bezugselektrode 7 optimal ist. Flow prevented and on the other hand, the function of the reference electrode 7 is optimal due to the proximity of the gap 18 to the container wall 1.
Unter einem wie vorstehend benannten Potentiostaten wird ein Regelgerät verstanden, das die Aufgabe hat, die Messelektrode einer elektrochemischen Zelle auf einem konstanten, mit Sollspannungsgeber einstellbaren Potential gegenüber einer Bezugselektrode zu halten. Hierzu verstärkt der Potentiostat eine sehr kleine Abweichung des Potentials der Messelektrode von der Sollspannung und regelt damit den durch die Zelle zwischen Messelektrode und Gegenelektrode fliessenden Strom. A potentiostat, as mentioned above, is understood to mean a control device which has the task of keeping the measuring electrode of an electrochemical cell at a constant potential that can be set with a setpoint voltage transmitter relative to a reference electrode. For this purpose, the potentiostat amplifies a very small deviation of the potential of the measuring electrode from the target voltage and thus regulates the current flowing through the cell between the measuring electrode and the counter electrode.
Dieses Wirkungsprinzip wird auf den vorliegenden Fall des kathodischen Korrosionsschutzes mit Fremdstrom übertragen, und zwar mit Hilfe des Potentiostaten 11 und der Bezugselektrode 7 dem die Messelektrode bildenden zu schützenden Gegenstand, nämlich der Behälterwandung 1, ein derart negatives Potential aufgezwungen, dass eine Korrosion verhindert wird und möglichst wenig Wasserstoffentwicklung auftritt. Weicht das Potential der Behälterwandung 1 von der vorgegebenen Sollspannung ab, verstärkt der Potentiostat diese kleine Abweichung und regelt damit den durch die Anordnung zwischen der Behälterwandung 1 und der Fremdstromanode 9 fliessenden Strom derart, dass die Spannung ihren konstanten Wert behält. Durch das derart fest vorgegebene Potential wird ein Korrosionsschutz dauernd gewährleistet. Die unerwünschte Wasserstoffentwicklung wird weitgehend verhindert und durch die potentiostatische Schaltung der Strom jeweils gerade in der Höhe eingeregelt, wie er für den Korrosionsschutz benötigt wird, so dass ein unnötiger Stromverbrauch vermieden wird. This principle of action is transferred to the present case of cathodic corrosion protection with external current, with the aid of the potentiostat 11 and the reference electrode 7, such a negative potential that the object to be protected, namely the container wall 1, which is to be protected, is prevented from corrosion and as little hydrogen evolution as possible occurs. If the potential of the container wall 1 deviates from the predetermined target voltage, the potentiostat amplifies this small deviation and thus regulates the current flowing through the arrangement between the container wall 1 and the external current anode 9 in such a way that the voltage maintains its constant value. Corrosion protection is permanently guaranteed due to the fixed potential. The undesirable development of hydrogen is largely prevented and the current is adjusted to the level required for corrosion protection by the potentiostatic switching, so that unnecessary power consumption is avoided.
Ein für einen Haushalts-Warmwasserbehälter von ca. 801 Fassungsvermögen erforderlicher Potentiostat besteht im wesentlichen aus einem Trafo 220/2 X 18 V, einem Gleichrichter- und Stabilisierungsteil, bestehend aus Gleichrichtern, Zener-Dioden, Transistoren, Kondensatoren, Widerständen, einem sogenannten Sollspannungsgeber, bestehend aus Dioden, Widerständen und Potentiometern, einem Differential-und Vorverstärker als integriertes Element (IC) und aus zwei Transistoren als leistungsverstärkende Endstufe. Die Einzelheiten eines solchen Potentiostaten bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind daher auch nicht näher beschrieben. A potentiostat required for a domestic hot water tank with a capacity of approx. 801 essentially consists of a transformer 220/2 X 18 V, a rectifier and stabilization part, consisting of rectifiers, Zener diodes, transistors, capacitors, resistors, a so-called setpoint generator, consisting of diodes, resistors and potentiometers, a differential and preamplifier as an integrated element (IC) and two transistors as a power amplifier. The details of such a potentiostat do not form part of the present invention and are therefore not described in more detail.
Wie sich aus Vorstehendem ergibt, ist die Montage der beschriebenen Vorrichtung denkbar einfach, da lediglich die Halterung 3 in den Stutzen 2 einzuschrauben und der Anschluss 16 an eine geeignete Stromquelle vorzunehmen und ggf. n och die Verbindung zwischen einer weiteren an anderer Stelle des Behälters anzuordnenden Fremdstromanode an den Anschluss 17 herzustellen ist. As can be seen from the foregoing, the assembly of the described device is extremely simple, since only the holder 3 is screwed into the socket 2 and the connection 16 is made to a suitable power source and, if necessary, the connection between another one to be arranged elsewhere in the container External current anode is to be produced at connection 17.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist in den Gewindestutzen 2 der Behälterwand 1 eine Halterung 3b mit entsprechendem Gewindeteil 4b eingeschraubt. In der Halterung 3b sind parallel zueinander eine Fremdstromanode 9b und eine Bezugselektorde 7b angeordnet, welch letztere von einer strömungsverhindernden Umhüllung 8b umgeben ist. Der freie Endbereich der Fremdstromanode 9b ist mit einem Aktivierungsüberzug 19 versehen, während der übrige Teü der Fremdstromanode 9b eine Oxydationsschicht aufweist, die wegen ihrer Dünne nicht näher dargestellt ist. Als besonders geeignetes Material für eine derartige Anode hat sich eine solche aus Titan erwiesen, deren Grundmetall sich ohne weitere Behandlung passiviert und für den Stromdurchgang nur durch eine Oberflächenbehandlung brauchbar wird, und zwar bei Titan insbesondere durch den vorstehend schon erwähnten Aktivierungsüberzug 19 aus Platin. In the embodiment according to FIG. 3, a holder 3b with a corresponding threaded part 4b is screwed into the threaded connector 2 of the container wall 1. In the holder 3b, an external current anode 9b and a reference electrode 7b are arranged parallel to one another, the latter being surrounded by a flow-preventing jacket 8b. The free end region of the external current anode 9b is provided with an activation coating 19, while the rest of the external current anode 9b has an oxidation layer, which is not shown in detail because of its thinness. A material made of titanium has proven to be a particularly suitable material for such an anode, the base metal of which is passivated without further treatment and can only be used for the passage of current by means of a surface treatment, in particular in the case of titanium, in particular, by means of the platinum activation coating 19 already mentioned above.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung wird demnach durch die in dem der Bezugselektrode 7b gegenüberliegenden Bereich der Fremdstromanode gebildete Oxydationsschicht On the basis of the design described, the oxidation layer formed in the area of the external current anode opposite the reference electrode 7b
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
625 558 625 558
eine Passivierung bzw. Isolierung gegenüber der Bezugselektrode bewirkt, so dass der einzig aktive Bereich der Fremdstromanode der mit dem Platinüberzug 19 versehene Bereich ist, derart, dass im Ergebnis mit wesentlich geringerem Aufwand die gleiche Wirkung erzielt wird, wie bei den Ausfüh- s rungsformen gemäss den Fig. 1 und 2 durch Einbettung der Fremdstromanode in ein Isolierstück, das sich dort soweit erstreckt, wie nunmehr die Oxydationsschicht der Fremdstromanode. a passivation or insulation with respect to the reference electrode causes the only active area of the external current anode to be the area provided with the platinum coating 19 in such a way that, as a result, the same effect is achieved with significantly less effort as in the embodiments according to 1 and 2 by embedding the external current anode in an insulating piece which extends there as far as now the oxidation layer of the external current anode.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 entspricht im wesent- io liehen der gemäss Fig 3 mit der Ausnahme, dass eine als Hohlkörper ausgebildete metallische Halterung 3c vorgesehen ist, deren die Fremdstromanode 9c und eine als poröser Körper ausgebildete Bezugselektrode 7c bzw. deren Zuleitungen aufnehmender Hohlraum 20 mit einer Isoliermasse 21 ausge- is füllt ist und dass ferner die bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 vorgesehene Umhüllung für die Bezugselektrode fehlt, da die Hohlräume des die Bezugselektrode bildenden porösen Körpers selbst strömungsverhindernd wirken. Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine bessere abdichtende 20 Verbindung der metallischen Halterung mit der metallischen Behälterwand 1 bzw. deren Befestigungsflansch 2. The embodiment according to FIG. 4 essentially corresponds to that according to FIG. 3, with the exception that a metallic holder 3c designed as a hollow body is provided, the hollow electrode 20 of which accommodates the external current anode 9c and a reference electrode 7c designed as a porous body or its supply lines is filled with an insulating compound 21 and that, moreover, the covering for the reference electrode provided in the embodiment according to FIG. 3 is missing, since the cavities of the porous body forming the reference electrode itself have a flow-preventing effect. In particular, this embodiment enables a better sealing connection between the metallic holder and the metallic container wall 1 or its fastening flange 2.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele in vielfacher Weise abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So könnte die Bezugselektrode auch in Form von ein oder mehreren sich axial zur Fremdstromanode erstreckenden Stäben ausgebildet sein, wobei jedoch auch hier zweckmässig eine strömungsverhindernde Umhüllung für die Bezugselektrode vorgesehen wird. Die Verbindung zwischen Behälterwand und Potentiostaten könnte natürlich auch ausserhalb des Kopfes der Halterung erfolgen. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 könnte noch ein zusätzliches Aufsprühen eines dünnen Isolationsfilms auf den nicht mit dem Aktivierungsüberzug versehenen Bereich der Fremdstromanode erfolgen, was insbesondere bei im übrigen geeigneten Anodenmaterialien in Betracht kommen kann, bei denen die sich bildende Oxydationsschicht nicht von vornherein eine ausreichende Isolierung gewährleistet. Natürlich könnte man auch bei einer als poröser Körper ausgebüdeten Bezugselektrode noch zusätzlich eine strömungsverhindernde Umhüllung vorsehen, um sicher zu sein, dass in allen Bereichen der Bezugselektrode, d. h. auch in ihren äusseren porösen Randbereichen möglichst wenig Strömung stattfindet u. dergl. mehr. Of course, the exemplary embodiments described can be modified in many ways without departing from the basic idea of the invention. For example, the reference electrode could also be designed in the form of one or more rods extending axially to the external current anode, but here, too, a flow-preventing sheath is expediently provided for the reference electrode. The connection between the container wall and the potentiostat could of course also take place outside the head of the holder. In the embodiments according to FIGS. 3 and 4, an additional spraying of a thin insulation film onto the area of the external current anode which is not provided with the activation coating could take place, which can be considered in particular with otherwise suitable anode materials in which the oxidation layer which is not formed from the outset adequate insulation is guaranteed. Of course, one could also provide a flow-preventing sheath in the case of a reference electrode designed as a porous body, in order to be sure that in all areas of the reference electrode, i. H. as little flow as possible also takes place in their outer porous edge areas u. the like. more.
B B
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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