CH668319A5 - Messarmatur. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Armatur zum kontinuierlichen Messen von galvanische Elemente depolarisierenden Restmengen von Oxidationsmitteln in Wasser, insbesondere Chlor, Chlordioxid oder Ozon, in Trink-, Brauch- oder Schwimmbadwasser, wobei die Armatur einen Messwassereinlauf, ein Durchfluss-Regelventil, einen Wasserüberlauf aus einem Innenrohr und einem dieses überragenden, am Deckel befestigten Aussenrohr, eine oben offene Messzelle mit einer Kupfer- und einer Platinelektrode, einen den Messwassereinlauf mit dem Innenraum der Messzelle verbindenden Bypass von kleiner Nennweite, einen Messwasserauslauf und einen Schraubstecker für die Übermittlung der Messsignale aufweist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb der Armatur.

Zur Aufbereitung von Trink-, Brauch- oder Schwimmbadwasser werden Oxidationsmittel eingesetzt, wobei sich in der Praxis insbesondere Chlor und Ozon bewährt haben. Für die Überwachung des hydrochemischen Zustands des Wassers ist es jedoch unerlässlich, die Oxidationsmittel-Restmengen zu messen.

Die mit Oxidationsmitteln zusammenhängenden elektrochemischen Reaktionen bewirken eine Depolarisierung von galvanischen Elementen. In bekannten Messarmaturen werden deshalb Messzellen mit einer Kupfer- und einer Platinelektrode eingesetzt, und die im Messwasser erzeugte Depolarisierung des galvanischen Elementes ausgewertet.

Weiter kann mit einer Messarmatur für Oxidationsmittel-Restmengen die Dosierung des Oxidations- bzw. Entkeimungsmittels automatisiert werden. Mit Hilfe moderner Elektronik können die gewünschten Regelwerte digital eingestellt werden.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen von galvanische Elemente deponierenden Restmengen von Oxidationsmitteln in Wasser zu schaffen, die auch bei stark schwankendem Eingangsdruck des Messwassers einen gleichbleibenden, regulierten Messwasserdurchfluss erlaubt, eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit gewährleistet und eine zuverlässige und servicefreundliche Konzentrationsmessung erlaubt.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungs-gemäss dadurch gelöst, dass das aufsteigende Zuflussrohr mit dem Messwassereinlauf koaxial in das Innenrohr des Wasserüberlaufs übergeht, unmittelbar nach dem als Drossel ausgebildeten Durchfluss-Regelventil ein in das Innenrohr ragender Teil des Zuflüssrohrs bzw. ein entsprechend eingesetzter hohler Zapfen einen Ringspalt im Innenrohr bildet, und die Austrittsöffnung/en für das Messwasser oberhalb des vom Innenrohr abzweigenden, tangential in den Innenraum der Messzelle geführten Bypässes angeordnet ist/sind, wobei sich der Staudruck bei der Bypasseintrittsöffnung selbst auf einen konstanten, durch die Höhe des Innenrohrs bestimmten Wert einstellt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung entspricht in bezug auf ihr konstruktives Grundkonzept und ihre technischen Daten weitgehend der im Prospekt der Firma MESIN AG, CH-8400 Winterthur, beschriebenen Chlor- und Ozon-Messarmatur 9280. Durch die Anordnung der Austrittsöffnung/en für das Messwasser oberhalb des Bypässes, vorzugsweise um mindestens 10 mm, wird jedoch nicht nur die durch die Wassersäule im Innenrohr bewirkte Staudruck-Selbsteinstellung weiter stabil lisiert, sondern insbesondere auch eine Injektorwirkung beim Bypass verhindert. Der statische Staudruck kann durch die Verstellung der Höhe des Innenrohrs eingestellt werden. Dies wiederum ermöglicht eine noch höhere Messgenauigkeit ohne Verminderung der Zuverlässigkeit und Servicefreundlichkeit.

Durch die unterhalb des Bypässes ausgebildete Verengung des Zuflussrohrs bzw. des eingesetzten hohlen Zapfens entsteht zwischen diesem und dem Innenrohr ein Ringspalt. Die Verengung des Zuflussrohrs bzw. Zapfens im Innenrohr erfolgt bei5

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spielsweise kontinuierlich, wodurch das Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, oder stufenweise.

Die Öffnung bzw. die Öffnungen für das Messwasser ist/ sind in der zylinderförmigen oder sich verjüngenden Seitenfläche des Zuflussrohrs bzw. des hohlen Zapfens angebrächt. Zweckmässig ist /sind sie als Bohrung/en oder als Schlitz/e ausgespart.

Von unten ragt eine vorzugsweise als steckbare Einheit ausgebildete Messzelle in die Messkammer. Diese Messzelle um-fasst eine isolierende Sockelplatte, einen massiven Aüssenring aus Kupfer, einen Kunststoffzapfen im Bereich der gemeinsamen Achse von Messkammer und Messzelle, einen den Kunststoffzapfen spiralförmig umgebenden, jedoch diesen vorzugsweise nicht berührenden Platindraht und einen über elektrische Leiter mit der Kupfer- und der Platinelektrode verbundenen Stecker.

Der Bypass mit dem Messwasser wird tangential durch den Kupferring geführt. Dadurch steigt das eingeleitete Messwasser in der Messzelle bzw. -kammer rotierend hoch, bis es über den oberen Rand der Messkammer in die Messarmatur fliesst und sich dort mit der Restmenge des Messwassers, das über das Innenrohr und den Überlauf fliesst, vereinigt.

Das in der Messzelle bzw. -kammer rotierend hochsteigende Messwasser enthält bevorzugt gebrochenen Reinigungssand, der jedoch nicht über den oberen Rand der Messkammer ausfliesst. Der Reinigungssand bewirkt, dass die sauber gereinigte Kupferelektrode immer blank bleibt und so eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit und eine langzeitstabile Messgrösse für die Anzeige der Depolarisierung des galvanischen Elements gewährleistet.

Zur Erleichterung der Rezirkulation des Reinigungssandes hat die Messkammer oberhalb der Messzelle zweckmässig eine Einengung, wobei der Durchmesser vorzugsweise auf 20-80%, insbesondere 40-60%, des Innendurchmessers der Messkammer reduziert, und danach wieder auf den ursprünglichen Innendurchmesser aufgeweitet wird. Mit dieser Einengung wird erreicht, dass im sich nach oben aufweitenden Teil der Messkammer die Rotation des Messwassers erheblich reduziert wird. Bei niedrigerer Rotationsgeschwindigkeit kann der Sand nicht weiter nach oben getragen werden. Er fällt durch den zentralen Bereich der Einengung wieder nach unten, wobei er vom oben spitz oder kalottenförmig ausgebildeten Kunststoffzapfen verteilt, dann von der rotierenden Strömung wieder mitgerissen und in die Höhe getragen wird, wodurch die Kupferelektrode durch den nach aussen zentrifugierten Sand gereinigt wird.

Überraschend hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Innendurchmesser der Kupferelektrode auf der Höhe des oberen Endes der Platinelektrode von oben nach unten stufenförmig auszuweiten und diese Ausweitung bis zum untern Ende der Kupferelektrode durchzuziehen. Durch diese Verminderung der Wandstärke der Kupferelektrode wird die Querschnittsfläche zwischen Kupferelektrode und Kunststoffzapfen im unteren Bereich der Messzelle in dem Masse vergrössert, wie sie durch den eingelegten Platindraht vermindert wird. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse für das Messwasser optimalisiert.

Die Elektroden der Messzelle bestehen aus in der Elektrochemie üblichen Kupfer- bzw. Platinlegierüngen. Die übrigen Teile der Messarmatur bestehen vorwiegend aus Kunststoff oder Plexyglas, wobei die dem Druck ausgesetzten und tragenden Teile aus einem Kunststoff, insbesondere aus PVC, die Seitenwandung und das Abflussrohr, auf welches kein Druck mehr ausgeübt wird, bevorzugt aus durchsichtigem Plexyglas ausgebildet sind. Der Innenraum des Messgehäuses liegt zur optischen Inspektion frei.

Das Abflussrohr kann von unten bündig in den Boden der Messarmatur eingeführt sein, dann fliesst das Messwasser kontinuierlich ab. Das Abflussrohr kann jedoch auch den Boden durchgreifen und in das Gefäss hineinragen, höchstens jedoch bis etwa 1 cm unterhalb des oberen Randes der Messkammer, wodurch in der Messarmatur ein entsprechend tiefer MesswaS-sersiphon gebildet wird.

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsge-mäss dadurch gelöst, dass das Messwasser in das Zuflussrohr geleitet, mittels der Drossel auf einen konstanten Durchfluss im Bereich von 10-501/h eingestellt und in der Messzelle mit gebrochenem Reinigungssand versetzt wird, welcher mit dem Messwasser in einer rotierenden Bewegung hochsteigt, dabei die Kupferelektrode kontinuierlich reinigt und dann wieder in den unteren Teil der Messzelle zurückfällt.

Bei den in der Praxis am häufigsten eingesetzten Geräten kann das Messwasser mit einem Überdruck bis zu 15 bar, vorzugsweise bis zu 5 bar, zugeführt werden, dabei wird der Messwasserdurchfluss auf einen Wert zwischen 30 und 40, vorzugsweise auf 35 1/h, eingestellt.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Ansprech-empfindlichkeit erreicht werden, die unter 0,001 mg/1 liegt.

Die elektrische Messgrösse der Elektroden wird im bekannter Weise abgegriffen, über einen Stecker geleitet und ausgewertet.

Die erfindungsgemässe Messarmatur wird beispielsweise zusammen mit einem Aktivkohlefiltler montiert, welcher zur Eichung bzw. Nullpunkteinstellung dient. Dabei wird z.B. mittels eines Dreiwegehahns das Messwasser über den Aktivkohlefilter umgeleitet, wobei dem Messwasser die Restmengen von Oxidationsmitteln vollständig entzogen werden. Selbstverständlich kann anstelle von Aktivkohle jedes geeignete, dem Fachmann bekannte Desoxidationsmittel eingesetzt werden. So kann das Messwasser der Messarmatur ohne jegliche depolarisierende Oxidationsmittel, wie beispielsweise Chlor, Chlordioxid oder Ozon, zugeführt werden. Die Eichung erfolgt frühestens 24 Stunden nach der Inbetriebnahme der Messarmatur, dank der ausserordentlichen Stabilität des Gerätes muss sie lediglich alle ein bis zwölf Monate wiederholt werden.

Bei einer Eichung wird nach ca. 2 Minuten, bzw. wenn sich die Messanzeige nicht mehr verändert, an der Auswerteeinheit das entsprechende Potentiometer auf den Nullpunkt eingestellt. Nach dem Umschalten des Umstellventils bzw. Dreiwegehahns fliesst das Messwasser mit den Oxidationsmitteln direkt in die Messarmatur. Ebenfalls nach etwa 2 Minuten bzw. bei stillstehender Anzeige wird der Gehalt an Oxidationsmittel im Messwasser mit einem Messgerät überprüft. Der gemessene Wert wird am Einstellpotentiometer der Auswerteeinheit eingestellt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ansicht einer Messarmatur mit einem angeschlossenen Aktivkohlefilter zur Eichung, und

Fig. 2 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Messarmatur.

Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 besteht grundsätzlich aus zwei Teilen, der Messarmatur 10 und dem Aktivkohlefilter 12. Dieser Aktivkohlefilter wird lediglich zu Eichzwecken verwendet. Das zufliessende Messwasser M wird während des Eichens durch Drehen des Dreiwegehahns 14 über die Leitung 16 in den Aktivkohlefilter 12 und von dort über die Leitung 18 wiedér in das Zuflussrohr 20 zurückgebracht.

Während des Messbetriebs fliesst das Messwasser M über das Zuflussrohr 20, welches im letzten Stück vertikal aufsteigend ausgebildet ist, zur Messarmatur 10. Die Messarmatur enthält die Messkammer 22, welche eine gut erkennbare Einengung 44 aufweist. Die Aussenkonturen des Kernstücks der Messarmatur 10 werden durch einen Boden 54 und einen Deckel 26 aus PVC gebildet, welche mit dem durchsichtigen Plexyglas-mantel 28 ein geschlossenes Gefäss bilden.

Ein Innenrohr 30, welches als Fortsetzung des vertikalen Zuflussrohrs 20 das Gefäss in axialer Richtung durchgreift, bil5

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det einen Überlauf 34 für das nicht in die Messzelle geleitete Messwasser M, welches zwischen dem Innenrohr 30 und dem darübergestülpten, am Deckel 26 befestigten und das Innenrohr 30 überragenden Aussenrohr 32 in das Gefäss der Messarmatur 10 fliesst.

Der Messwasserauslauf ist ein den Boden 24 durchgreifender, sich beinahe bis zum Niveau des oberen Randes der Messkammer 22 erstreckender Rohrstutzen 36, der in das Auslaufrohr 38 übergeht, von wo das ausfliessende Messwasser drucklos in eine Auffangwanne 39 läuft.

Die Drossel 40, welchè als Durchfluss-Regelventil wirkt, ist im Boden 24 der Messarmatur 10 montiert. Die Drossel 40 ist als Drehventil ausgebildet .

Der Boden 24 der Messarmatur 10 wird von der steckbaren Messzelle 25, von welcher nur der Kunststoffsockel sichtbar ist, durchgriffen.

Der erzeugte Messimpuls wird über ein in einem Schraubstecker 64 befestigtes elektrisches Kabel 66 zu einer nicht dargestellten Auswerteeinheit geführt.

Die an sich bekannten Verbindungsmuffen, Eckstücke und dgl. sind nicht einzeln bezeichnet.

Das vertikal aufsteigende Zuflussrohr 20 mit der Drossel 42, auch als Schieber ausgebildet, geht koaxial und deckungsgleich in das Innenrohr 30 über. Knapp oberhalb des Bodens 24 zweigt, in Fig. 2 dargestellt, vom Innenrohr 30 ein Bypass 48 ab, welcher — nicht sichtbar — tangential in die Messzelle 25

mündet. Der Bypass 48 kann auch als Bohrung in einem massiven Boden 24 ausgebildet sein. Im Zuflussrohr 20 ist ein hohler Zapfen 50 eingesetzt, der sich nach oben verjüngend in das Innenrohr 30 ragt. Deutlich oberhalb der Abzweigung des Bypas-5 ses 48 hat der hohle Zapfen 50 auf zwei Ebenen je 2-6 Austrittsöffnungen 52, insbesondere Bohrungen mit 1-5 mm Durchmesser, durch welche das Messwasser M in das Innenrohr 30 strömt. Der Hauptteil des Messwassers fliesst durch den Bypass 48 in die hier einfachheitshalber nicht steckbar gezeichnete io Messzelle 25 und steigt in dieser rotierend nach oben. Am oberen Rand 54 der Messkammer 22 ergiesst sich das nunmehr nur noch langsam rotierende Messwasser in das Gefäss der Messarmatur 10. Der Rest des Messwassers fliesst nach oben, in Richtung des nicht mehr sichbaren Wasserüberlaufs, und bildet so 15 einen konstanten Staudruck. Die Höhe des Innenrohrs 30 liegt in der Praxis vorteilhaft bei 20-60 cm, was einen Staudruck von 0,02-0,06 bar bewirkt.

Der mit dem Messwasser rotierende gebrochene Reinigungssand 56 scheuert die Innenseite der ringförmigen Kupferelektrode 46 von den Oxidationsmittelrückständen dauernd sauber und blank.

Auf der Höhe des oberen Endbereich der einen Kunststoffzapfen 58 spiralförmig umgebenden Platinelektrode 60 hat die 25 ringförmige Kupferelektrode 46, sich nach unten erweiternd, eine Abstufung 62.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Armatur zum kontinuierlichen Messen von galvanische Elemente depolarisierenden Restmengen von Oxidationsmitteln in Wasser, insbesondere Chlor, Chlordioxid oder Ozon, in Trink-, Braucli- oder Schwimmbadwasser, wobei die Armatur einen Messwassereinlauf, ein Durchfluss-Regelventil, einen Wasserüberlauf (34) aus einem Innenrohr (30) und einem dieses überragenden, am Deckel (26) befestigten Aussenrohr (32), eine oben offene Messzelle (25) mit einer Kupfer- (46) und einer Platinelektrode (60), einen den Messwassereinlauf mit dem Innenraum der Messzelle (25) verbindenden Bypass (48) von kleiner Nennweite, einen Messwasserauslauf (38) und einen Stecker (64) für die Übermittlung der Messsignale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das aufsteigende Zuflussrohr (20) des Mess-wassereinlaufs koaxial in das Innenrohr (30) mit dem Wasserüberlauf (34) übergeht, unmittelbar nach dem als Drossel (42) ausgebildeten Durchfluss-Regelventil ein in das Innenrohr (30) ragender Teil des.Zuflussrohrs (20) bzw. ein entsprechend eingesetzter hoher Zapfen (50) einen Ringspalt (R) im Innenrohr (30) bildet, und die Austrittsöffnung/en (52) für das Messwasser oberhalb des vom Innenrohr (30) abzweigenden, tangential in den Innenraum der Messzelle (10) geführten Bypass (48) ausgespart ist/sind, wobei sich der Staudruck bei der Bypassein-trittsöffnung selbst auf einen konstanten, durch die Höhe des Innenrohrs (30) bestimmten Wert einstellt.

2. Messarmatur nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung/en (52) für das Messwasser (M) wenigstens 10 mm oberhalb des Bypässes (48) angeordnet ist/sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Messarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung/en (52) aus der zylindrisch ausgebildeten oder sich verjüngenden Seitenfläche des Zuflussrohrs (20) bzw. des hohlen Zapfens (50) als Bohrung/en oder Schlitz/e ausgespart ist/sind.

4. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mésswasser (M) aus je 2-6 auf zwei Ebenen angeordneten Austrittsöffnungen (52), vorzugsweise Bohrungen von 1,5 mm Durchmesser, fliesst.

5. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektrode (46) als massiver Aus-senring und die Platinelektrode (60) als spiralförmiger Draht ausgebildet sind.

6. Messarmatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektrode (46), von oben nach unten berachtet, auf dem Niveau der endenden Platinspirale (60) eine den Innendurchmesser vergrössernde Abstufung (62) aufweist, und die Platinelektrode (60) einen Kunststöffzapfen (58) mit spitzem oder kalottenförmigem Oberteil umgibt.

7. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (22) oberhalb der Kupferelektrode (46) eine Einengung (44), vorzugsweise auf 20-80% des Innendurchmessers, und danach eine Aufweitung auf den unteren Innendurchmesser hat.

8. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (25) auf bzw. in den Boden (24) der Messarmatur (10) steckbar ist.

9. Verfahren zum Betrieb der Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-8, :dadurch gekennzeichnet, dass das Messwasser (M) in das Zuflussrohr (20) geleitet, mittels der Drossel (40, 42) auf einen konstanten Durçhfluss im Bereich von 10-501/m eingestellt und in der Messzelle (25) mit gebrochenein Reinigungssand (56) versetzt wird, welcher mit dem Messwasser (M) in einer rotierenden Bewegung hochsteigt, dabei die Kupferelektrode (46) kontinuierlich reinigt und dann wieder in den unteren Teil der Messzelle (25) zurückfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwasserdurchfluss auf einen Wert zwischen 30 und 40, vorzugsweise auf 35 1/h, eingestellt wird.