CH683617A5

CH683617A5 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln von Wasser.

Info

Publication number: CH683617A5
Application number: CH279091A
Authority: CH
Inventors: Hans Lueber
Original assignee: Hans Lueber
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1994-04-15

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln von Wasser, insbesondere in einem geschlossenen Kreislauf. Derartige Vorrichtungen werden in erster Linie dort benötigt, wo die Bildung von Kalkablagerungen, Korrosion, sowie schädlicher Gase wie Sauerstoff und Kohlensäure verhindert werden soll, also z.B. bei Heizkesseln, in Heiz- und Kühlwasserkreisläufen usw.

Die Wasseraufbereitung durch elektrolytische Neutralisation in einem Stromfeld für den industriellen und privaten Verbrauch ist bereits seit langem bekannt. Dabei wird ein Gleichstromfeld aufgebaut, in dem die Kalkionen elektrisch gleichgerichtet werden, wodurch der Kalk in weicher Form ausgeschieden wird. Die bekannten Anlagen arbeiten mit einem Stützstrom wie z.B. die Vorrichtung gemäss CH-A 668 254.

In einem geschlossenen Kreislauf wie z.B. in einem Heizsystem ist jedoch keine permanente Behandlung des Wasser erforderlich, da die einmal behandelte Wassermenge immer wieder den gleichen Kreislauf absolviert. Eine mit Fremdspannung arbeitende Vorrichtung ist daher relativ aufwendig. Es hat sich gezeigt, dass in geschlossenen Systemen für die elektrolytische Behandlung auch ein galvanisches Element ausreicht, das ausschliesslich mit seiner Eigenspannung arbeitet. Dabei verändern sich jedoch die Eigenschaften des Wassers, sei es durch die ständige Einwirkung des galvanischen Stroms oder auch durch äussere Einflüsse wie z.B. Nachfüllen von Heizwasser, eingeschleppte Verschmutzungen, Kohlensäure und Sauerstoffanreicherungen aus Lecksteiien usw. Auch das nur mit Eigenspannung arbeitende galvanische Element bedarf daher einer bestimmten Regelung, um die Gefahr eines stetigen Ansteigens des pH-Wertes zu vermeiden.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum elektrolytischen Entgasen und Behandeln von Wasser zu schaffen, das ohne Fremdspannung arbeitet, wobei der pH-Wert stets etwa auf dem gleichen Wert gehalten werden kann. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Diese Aufgabe wird in verfahrensmässiger Hinsicht mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. In vorrichtungsmässiger Hinsicht wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 2 aufweist.

Der Stromkreis am galvanischen Element im Behälter bleibt nur so lange geschlossen, bis eine bestimmte Spannung erreicht wird, die wiederum einem bestimmten Wasserhärtegrad entspricht. Fällt die Spannung infolge einer Reduzierung des Potentialunterschieds weiter ab, so unterbricht die Schait-vorrichtung die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden bzw. zwischen Anode und Kathode und der Stromfluss im Elektrolyt hört auf. Die Schaltvorrichtung ist als Transistorschaltung ausgebildet und kommt ohne komplizierte Messvorrichtungen oder mechanische Schalter aus. Der Transistor ist in den Stromkreis des galvanischen Elements geschaltet und die Basis des Transistors öffnet und schliesst je nach der anliegenden Spannung diesen Stromkreis. Denkbar wäre aber auch der Einsatz einer Diode als Schaltvorrichtung. Auf überraschend einfache Weise kann so der pH-Wert des Wassers stets etwa gleich gehalten werden. Eine Beschädigung der Anode durch einen zu hohen pH-Wert ist ausgeschlossen. Durch pH-Messung des Wassers aus dem Kreislauf kann die Funktion der Vorrichtung überprüft werden.

Besonders vorteilhaft bildet der Behälter die Kathode des galvanischen Elements, wobei im Behälter wenigstens eine Anode befestigt ist. Es wäre aber auch denkbar, dass der Behälter nicht direkt in den Stromkreis integriert ist und dass die Anode und die Kathode separate Elemente sind, welche im Behälter befestigt sind. Der Behälter kann aus Edelstahl gefertigt sein und die Anode ist vorzugsweise eine (oder mehrere) auswechselbare Opferanode aus Magnesium. Auch Aluminium wäre als Anodenmaterial denkbar. Mit Magnesiumanoden werden bei der Kalksteinverhinderung besonders gute Resultate erzielt. Edelstahl und Magnesium liegen in der Spannungsreihe genügend weit auseinander, um eine ausreichende Spannung am galvanischen Element zu erzeugen.

Wenn in den Basisanschluss des Transistors ein Potentiometer zum Einstellen der Schaltspannung geschaltet ist, kann innerhalb eines bestimmten Bereichs der gewünschte Härtegrad des Wassers eingestellt werden. Eine präzisere Einstellung des Schaltpunktes ist möglich, wenn der Flussstrom am Transistor grösser ist als der Sperrstrom und wenn in den Stromkreis des galvanischen Elements vorzugsweise eine Gleichstrombatterie geschaltet ist.

Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Behälter sowie die Darstellung der Schaltvorrichtung.

Der Behälter 1 hat eine zylindrische Form und besteht aus Edelstahl. Seine Aussenwand ist von einer Isolation 2 umgeben, um einen Wärmeübergang zu verhindern. Im unteren Bereich hat der Behälter einen Bodenkonus 3, der in ein Abschlämmventil 4 mündet. Hier sammeln sich Festpartikel, welche sich im Verlaufe der Behandlung sedimen-tieren und welche in bestimmten Abständen aus dem Behälter entfernt werden können. Der Behälter ist mit einem Deckel 5 verschlossen, wobei der Deckel vom übrigen Behälter durch eine elektrische Isolation 6 abisoliert sein kann.

Das zu behandelnde Wasser wird über einen Wassereingang 7 und über ein Eingangsventil 8 tangential in den unteren Bereich des Behälters eingeführt. Es bildet sich dabei eine zyklonartige Strömung, welche das Sedimentieren von Festpartikeln und das Entgasen begünstigt. Der Wasserausgang 9 ist ebenfalls tangential im oberen Bereich des Behälters angeordnet, wobei dieser Ausgang über ein Ausgangsventil 10 erreicht wird. Die aus dem Behälter abgeführte Wassermenge wird an einem Durchflussmesser 11 gemessen. Für eine optimale Wasserbehandlung ohne Fremdspannung soll-

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te der Durchfluss nicht zu gross sein. Der Durchflussmesser könnte daher dazu verwendet werden, um die durchmessende Menge zu regeln. Der Behälter kann dabei entweder in Serie in einen Wasserkreislauf integriert sein oder er kann lediglich über einen Bypass an den Wasserkreislauf angeschlossen sein. In bestimmten Fällen, insbesondere bei sehr geringem Wasserverbrauch wäre es natürlich auch denkbar, die Vorrichtung in eine Brauchwasserversorgung zu integrieren.

Am Deckel 5 ist eine Halterung 12 befestigt, die in den Behälter hineinragt und an der zwischen den Kunststoffflanschen 20 und 20' Opferanoden 14 befestigt sind. Die Opferanoden werden im Laufe der Zeit abgebaut und müssen ersetzt werden. Dazu kann auf einfachste Weise der Deckel mit der Halterung 12 vom Behälter abgehoben werden. Am Deckel 5 ist auch ein Entlüfungsventil 13 angeordnet, über das die sich im Behälter ansammelnden Gase abgeführt werden.

Die Magnesiumanoden 14 und der Stahlbehälter 1 bilden ein galvanisches Element, wobei das Wasser das Elektrolyt darstellt. Sobald der Stromkreis zwischen der Anode und der Kathode geschlossen wird, fliesst ein elektrischer Strom, wobei die Magnesiumanoden abgebaut werden. Die Leitfähigkeit des Elektrolyts verändert sich dabei permanent, wobei die Spannung sinkt.

Die Schaltvorrichtung zum Unterbrechen des Stromkreises im galvanischen Element besteht im wesentlichen aus einem Transistor 15, der in den Stromkreis geschaltet ist. In den Basisanschluss B des Transistors ist ein Potentiometer 16 geschaltet, an dem die Sollspannung eingestellt werden kann, bei der der Stromkreis unterbrochen werden soll. Zwischen dem Potentiometer 16 und dem Transistor 15 ist noch ein fester Widerstand 17 dazwi-schengeschaltet. In den Stromkreis des galvanischen Elements vor dem Emitter E ist ausserdem eine Gleichstrombatterie 19 und eine Diode 18 geschaltet. Diese Batterie, die beispielsweise eine Spannung von 1,5 V erzeugt, sorgt dafür, dass der Transistor 15 stets in Schaltaktivität gehalten wird. Die fest der Schaltvorrichtung zugeordneten Elemente, d.h. der Transistor 15 selbst, der Widerstand 17, die Diode 18 und das Potentiometer 16 sind vorzugsweise in eine Kunststoffmasse eingegossen. Die Batterie 19 muss von Zeit zu Zeit ersetzt werden und ist daher austauschbar in einem Batteriefach angeordnet.

Bei einer Versuchsanordnung an einem Heizkessel wurde zu Beginn der Behandlung am galvanischen Element eine Spannung von 1,2 V gemessen. Die Batteriespannung beträgt 1,5 V und der Widerstand 17 hat einen Wert von 100 ß. Als Transistor wurde ein Typ PNP verwendet. Das Potentiometer 16 wurde so eingestellt, dass der Transistor bei einer Spannung von 0,7 Volt schaltet. Diese Spannung entspricht einer lonenkonzentration des Wassers von ca. pH 9. Die Grösse des elektrischen Leitwerts bestimmt das Durchschalten des Transistors.

Bei einem Einfamilienhaus herrscht am Anfang des Geräteeinsatzes saures Wasser mit einem pH-Wert von ca. 6 vor. Nach ein bis zwei Wochen kann dieser Wert 9 erreichen, je nach Zustand des Kreislaufsystems. Die Gerätegrösse wird jeweils dem Kreislaufinhalt und der Heizleistung des Ofens angepasst.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrolytischen Behandeln von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser einen Behälter (1) durchströmt, der ein galvanisches Element mit zwei in der Spannungsreihe voneinander entfernt liegenden Elektroden bildet, und dass zur Regelung der Wasserhärte die leitende Verbindung zwischen den Elektroden mittels einer Schaltvorrichtung unterbrochen wird, wenn die Spannung zwischen den Elektroden infolge einer Veränderung der Leitfähigkeit des Wassers unter einen vorbestimmten Sollwert absinkt.

2. Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln von Wasser, gekennzeichnet durch einen Behälter (1), der ein galvanisches Element mit zwei in der Spannungsreihe voneinander entfernt liegenden Elektroden bildet, sowie durch eine Schaltvorrichtung zum Unterbrechen der leitenden Verbindung zwischen den Elektroden beim Absinken der Spannung zwischen den Elektroden infolge einer Veränderung der Leitfähigkeit des Wassers unter einen vorbestimmten Sollwert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine Transistorschaltung mit einem Transistor (15) ist, der in den Stromkreis des galvanischen Elements geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) die Kathode des galvanischen Elements bildet und dass im Behälter wenigstens eine Anode (14) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus Edelstahl gefertigt ist und dass die Anode eine auswechselbare Opferanode aus Magnesium ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zylindrisch ausgebildet ist und einen sich konisch verjüngenden Boden (3) aufweist und dass der Behälter mit einem Deckel (5) verschlossen ist, an dem eine Halterung (12) für Elektroden befestigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden ein Abschlämmventil (4) angeordnet ist und dass der Deckel (5) ein Entlüftungsventil (13) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Basisanschluss des Transistors (15) ein Potentiometer (16) zum Einstellen der Schaltspannung geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stromkreis des galvanischen Elements eine Gleichstrombatterie geschaltet ist.

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