CH717225A2

CH717225A2 - Control device and method for controlling electrodes of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles.

Info

Publication number: CH717225A2
Application number: CH01234/20A
Authority: CH
Inventors: Hüther Fabio
Original assignee: Fabio And Markus Colloid Eng Gmbh
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-09-15
Also published as: CH717196A2; CH717224A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (1) und ein Verfahren ist, zum Ansteuern von Elektroden (5a, 5b, 7a, 7b) mindestens einer Elektrolyseeinrichtung für die elektrochemische Herstellung von Nanopartikeln in Wasser. Sie umfasst einen Arbiträrgenerator (17), der dazu ausgebildet ist, in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen für mindestens ein Elektrodenpaar jeder Elektrolyseeinrichtung individuell vorgebbare Spannungen oder Spannungsverläufe zu erzeugen.The invention relates to a control device (1) and a method for controlling electrodes (5a, 5b, 7a, 7b) of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles in water. It comprises an arbitrary generator (17) which is designed to generate individually predeterminable voltages or voltage curves for at least one electrode pair of each electrolysis device in successive time intervals.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Wasserbehandlung. Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden mindestens einer Elektrolyseeinrichtung für die elektrochemische Herstellung von Nanoteilchen in Wasser gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1und 10. The invention relates to the technical field of water treatment. The subject of the invention is a control device and a method for controlling electrodes of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles in water according to the preambles of claims 1 and 10.

[0002] Zum Aufbereiten von Wasser, d.h. zum zielgerichteten Verändern der Wasserqualität, sind verschiedene Verfahren bekannt. Dazu gehören insbesondere Verfahren, welche Stoffe aus dem Wasser entfernen und/oder dem Wasser Stoffe zusetzen. Beispiele hierfür sind Filtration, insbesondere Mikro-, Ultra- und Nanofiltration zum Entfernen von Partikeln, die grösser sind als die Porengrösse der jeweiligen Filter; Umkehrosmose zur Entfernung von Salzen; Mineralisierung bzw. Zufügen von für den Stoffwechsel in Organismen von Lebewesen wichtigen Spurenelementen; Desinfektion, insbesondere durch Zugabe von Chlor, Chlordioxid, Natriumhyperchlorit oder Ozon oder durch UV-Bestrahlung zur Verminderung von infektiösen Keimen. Zur Verhinderung einer Wiederverkeimung von Trinkwasser in Verteilnetzen wird diesem Trinkwasser z.B. mit geeigneten Chlorierungsverfahren Chlor zugesetzt werden. Die chemische Kontaminierung des Wassers durch Chlor darf nur innerhalb zugelassener Grenzwerte erfolgen. Chloriertes Wasser ist geruchlich und geschmacklich nicht neutral. Various methods are known for treating water, i.e. for changing the water quality in a targeted manner. This includes in particular processes that remove substances from the water and / or add substances to the water. Examples of this are filtration, in particular micro-, ultra- and nanofiltration for removing particles that are larger than the pore size of the respective filter; Reverse osmosis to remove salts; Mineralization or addition of trace elements important for the metabolism in organisms of living beings; Disinfection, especially by adding chlorine, chlorine dioxide, sodium hyperchlorite or ozone or by UV radiation to reduce infectious germs. To prevent recontamination of drinking water in distribution networks, chlorine is added to this drinking water, e.g. using suitable chlorination processes. Chemical contamination of the water by chlorine may only occur within permitted limit values. Chlorinated water is odor and taste not neutral.

[0003] Je nach Art und Qualität des aufzubereitenden Rohwassers und den Anforderungen an das aufbereitete Wasser bei unterschiedlichen Verwendungsarten können Aufbereitungsanlagen ein oder mehrere solcher Verfahren miteinander kombinieren. Wasser kann z.B. aufbereitet werden zu Trinkwasser, Brauchwasser für Industrie und Gewerbe, Reinstwasser für technische oder medizinische Anwendungen oder Wasser für die landwirtschaftliche Bewässerung. Bei der Gewinnung von Trinkwasser muss z.B. sichergestellt werden, dass dieses keine krankheitserregenden Keime enthält, und dass der Salzgehalt kleiner ist als 0.1%. Depending on the type and quality of the raw water to be treated and the requirements for the treated water for different types of use, treatment plants can combine one or more such processes. For example, water can be treated to make drinking water, service water for industry and commerce, ultrapure water for technical or medical applications or water for agricultural irrigation. When extracting drinking water, for example, it must be ensured that it does not contain any pathogenic germs and that the salt content is less than 0.1%.

[0004] Aus der EP0114364A1ist ein System zum Sterilisieren von Wasser bekannt, wobei gefiltertes und vorbehandeltes Wasser durch eine Kammer mit Silberelektroden fliesst. Eine elektronische Steuerung regelt den elektrolytischen Strom zwischen den Elektroden in Abhängigkeit des Wasserstroms so, dass direkt proportional zum Wasserstrom Silberionen an den Wasserstrom abgegeben werden. Solches sogenannt kolloidales Silber ist bekannt für seine antimikrobielle Wirkung. In einer weiteren Kammer mit Silber-aktiviertem Kohlenstoff werden anschliessend Mikroben in einem oligodynamischen Prozess zerstört und zusammen mit überschüssigen Silberpartikeln herausgefiltert. Die Aktivkohle bzw. das Filter der Filterkammer muss regelmässig ersetzt oder regeneriert werden. Wenn das gereinigte Wasser in ein Verteilnetz eingespeist wird, muss sichergestellt sein, dass dort keine erneute Verunreinigung stattfinden kann. From EP0114364A1 a system for sterilizing water is known, with filtered and pretreated water flowing through a chamber with silver electrodes. An electronic control regulates the electrolytic current between the electrodes depending on the water flow in such a way that silver ions are released into the water flow in direct proportion to the water flow. Such so-called colloidal silver is known for its antimicrobial effect. In a further chamber with silver-activated carbon, microbes are then destroyed in an oligodynamic process and filtered out together with excess silver particles. The activated carbon or the filter in the filter chamber must be replaced or regenerated regularly. If the purified water is fed into a distribution network, it must be ensured that no further contamination can take place there.

[0005] Aus der DE112012001784B4ist ein Gerät und ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von kolloidalem Silber bekannt. In einem Behälter mit destilliertem Wasser sind zwei Elektroden angeordnet, wovon mindestens eine aus hochreinem Silber besteht. Die Elektroden werden mit einer gleichgerichteten amplitudenmodulierten Wechselspannung angesteuert. Dies bewirkt, dass ein gesundheitsförderndes Spektrum von kleinen bis mittelgrossen Silberpartikeln an das Wasser abgegeben wird. Die Grösse der aus den Silberelektroden gerissenen Partikel korreliert mit der Höhe des Elektrolysestroms. Die Leitfähigkeit des Wassers im Behälter wird mit der zunehmenden Anzahl Silberpartikel im Wasser grösser. Während des Elektrolysevorgangs nimmt deshalb die mittlere Grösse der aus der Elektrode gerissenen Silberpartikel zu. From DE112012001784B4 a device and a method for the electrolytic production of colloidal silver is known. Two electrodes are arranged in a container with distilled water, at least one of which is made of high-purity silver. The electrodes are controlled with a rectified, amplitude-modulated alternating voltage. This causes a health-promoting spectrum of small to medium-sized silver particles to be released into the water. The size of the particles torn from the silver electrodes correlates with the level of the electrolysis current. The conductivity of the water in the container increases with the number of silver particles in the water. During the electrolysis process, the mean size of the silver particles torn from the electrode therefore increases.

[0006] Die Wirkung von kolloidalem Silber bzw. allgemein von Nanopartikeln in Wasser ist von verschiedenen Parametern abhängig. Dazu gehören insbesondere die Wasserqualität, die durch Art und Konzentration von Fremdstoffen beschrieben werden kann, die Grösse und/oder die mittlere Grösse der Silberpartikel bzw. der zusätzlich an das Wasser abgegebenen Nanopartikel sowie das Spektrum bzw. die Grössenverteilung bei diesen Partikeln. Weitere Parameter sind z.B. die Partikelkonzentration, die elektrische Ladung von Partikeln, die Anteile geladener und elektrisch neutraler Partikel, der Homogenitätsgrad der Partikelverteilung im Wasser und die Stabilität dieser Grössen. Je nach Art des kolloidalen Silbers bzw. der Zusammensetzung des Wassers mit dem kolloidalen Silber kann dessen Wirkung z.B. entzündungshemmend, wundheilend, toxisch oder den basalen Stoffwechsel fördernd sein. Die Wirkung und die Effizienz von kolloidalem Silber kann auch von anderen Parametern bzw. von den Rahmenbedingungen bei der jeweiligen Anwendung abhängig sein. So kann beispielsweise bei Anwendungen an oder in einem Organismus ein hoher Anteil kleiner Silberpartikel von vorzugsweise weniger als 20nm wesentlich dafür sein, dass die Partikel an den jeweiligen Bestimmungsort gelangen können. Für die Reduzierung von Keimen in Leitungswasser ist hingegen in der Regel die Konzentration bzw. der Gewichtsanteil der gelösten Partikel pro Liter Wasser wichtiger. Die Wirkung von kolloidalem Silber kann bei verschiedenen Anwendungen abhängig sein von weiteren Stoffen bzw. Partikeln, die im Wasser gelöst oder mit dem Wasser vermischt sind. The effect of colloidal silver or generally of nanoparticles in water is dependent on various parameters. This includes in particular the water quality, which can be described by the type and concentration of foreign substances, the size and / or the average size of the silver particles or the nanoparticles additionally released into the water, and the spectrum or size distribution of these particles. Further parameters are e.g. the particle concentration, the electrical charge of particles, the proportions of charged and electrically neutral particles, the degree of homogeneity of the particle distribution in the water and the stability of these parameters. Depending on the type of colloidal silver or the composition of the water with the colloidal silver, its effect can be, for example, anti-inflammatory, wound-healing, toxic or promoting the basal metabolism. The effect and the efficiency of colloidal silver can also depend on other parameters or on the framework conditions in the respective application. For example, in applications on or in an organism, a high proportion of small silver particles, preferably less than 20 nm, can be essential for the particles to be able to reach the respective destination. For the reduction of germs in tap water, on the other hand, the concentration or the proportion by weight of the dissolved particles per liter of water is usually more important. The effect of colloidal silver in various applications can depend on other substances or particles that are dissolved in the water or mixed with the water.

[0007] Bei der elektrochemischen Herstellung von Kolloiden, insbesondere von kolloidalem Silber, ist das Ergebnis von verschiedenen Faktoren abhängig. So können sich z.B. die Zusammensetzung des Rohwassers und/oder die Art des Herstellverfahrens auf das Ergebnis auswirken. Im Wasser gelöste Salze oder allgemein Ionen bzw. geladene Partikel erhöhen beispielsweise dessen elektrische Leitfähigkeit. Bei sonst gleichen Bedingungen würde dies einen höheren Elektrolysestrom bewirken. Dies hätte wiederum eine höhere Konzentration des abgegebenen Silbers und eine grössere mittlere Partikelgrösse zur Folge. Die Herstellung kann in einem offenen System im Durchflussverfahren oder in einem geschlossenen System z.B. in einem Behälter mit einer Umwälzvorrichtung erfolgen. Bei letzterem erhöht sich während des Verfahrens die Konzentration der an das Wasser abgegebenen Partikel. In the electrochemical production of colloids, in particular of colloidal silver, the result depends on various factors. For example, the composition of the raw water and / or the type of manufacturing process can affect the result. Salts dissolved in the water or generally ions or charged particles, for example, increase its electrical conductivity. All other things being equal, this would cause a higher electrolysis current. This in turn would result in a higher concentration of the silver released and a larger mean particle size. Production can take place in an open system using a flow process or in a closed system, e.g. in a container with a circulation device. With the latter, the concentration of the particles released into the water increases during the process.

[0008] Weitere Parameter, die das Ergebnis bei der Herstellung von kolloidalem Silber beeinflussen, sind z.B. die Stärke des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden bzw. der gegenseitige Abstand der Elektroden und das an die Elektroden angelegte Spannungssignal, d.h. der zeitliche Verlauf der elektrische Spannung zwischen den Elektroden. Dabei bestimmt die Polarität der Spannung jeweils die Stromrichtung. Faktoren wie Polarität, Frequenz, maximale Spannungswerte, Änderungsgeschwindigkeit der Spannung bzw. allgemein deren zeitlicher Verlauf beeinflussen bei der Herstellung von kolloidalem Silber das Ergebnis. Other parameters that affect the result in the production of colloidal silver are, for example, the strength of the electric field between the electrodes or the mutual distance between the electrodes and the voltage signal applied to the electrodes, ie the time course of the electrical voltage between the electrodes. The polarity of the voltage determines the direction of the current. Factors such as polarity, frequency, maximum voltage values, the rate of change in voltage or, in general, its temporal course influence the result in the production of colloidal silver.

[0009] Zusätzlich zu oder anstelle von Silber können Nanopartikel anderer Materialien wie z.B. Kupfer elektrochemisch an das Wasser abgegeben werden. Wie bei der Herstellung von reinem kolloidalem Silber ist auch bei diesen Prozessen das Ergebnis von vielen Einflussfaktoren abhängig. In addition to or instead of silver, nanoparticles of other materials such as copper can be electrochemically released into the water. As with the production of pure colloidal silver, the result of these processes also depends on many influencing factors.

[0010] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum verbesserten Steuern des elektrochemischen Prozesses bei der elektrolytischen Herstellung von Nanopartikeln für die Wasserbehandlung anzugeben. An object of the present invention is to provide a device and a method for improved control of the electrochemical process in the electrolytic production of nanoparticles for water treatment.

[0011] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung und durch ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden mindestens einer Elektrolyseeinrichtung für die elektrochemische Herstellung von Nanopartikeln in Wasser gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1und 10. This object is achieved by a control device and by a method for controlling electrodes of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles in water according to the features of claims 1 and 10.

[0012] Die Steuervorrichtung umfasst einen Spannungsgenerator, der als Arbiträrgenerator dazu ausgebildet ist, für ein oder mehrere Elektrodenpaare in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen individuell vorgebbare Spannungen oder Spannungsverläufe bzw. allgemein zeitabhängige Spannungsfunktionen zu erzeugen. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung einen Mikrocontroller, der basierend auf mindestens einer Vorgabegrösse eine analoge oder digitale Ausgabegrösse ermittelt, welche die jeweilige zeitabhängige Spannungsfunktion repräsentiert und zum Ansteuern eines Treibers für das jeweilige Elektrodenpaar dient. Die Vorgabegrösse kann eine Funktion sein, die z.B. für eine endliche Anzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle direkt je mindestens einen Ausgabewert zum Ansteuern des Treibers definiert. In Kombination mit dem Treiber sind dadurch die zugehörigen Werte der Elektrodenspannung bzw. der Ausgangsspannung des Treibers definiert. Der bzw. die Ausgabewerte können z.B. Mittelwerte, Anfangswerte oder Endwerte für die Elektrodenspannung im jeweiligen Zeitintervall festlegen. Alternativ könnten z.B. innerhalb jedes der Zeitintervalle Ausgabewerte durch Interpolation aus einem Anfangswert und einem Endwert im jeweiligen Zeitintervall berechnet und ausgegeben werden. Die Dauer der Zeitintervalle kann z.B. für jedes Zeitintervall individuell oder alternativ für alle Zeitintervalle gleich gross vorgegeben sein. Sie kann z.B. durch einen Timer oder durch eine bestimmte Anzahl Systemtakte des Mikrocontrollers festgelegt sein. Die Funktion, welche die Ausgabewerte zum Ansteuern des Treibers definiert, kann zusätzlich zum Parameter Zeit von einem oder mehreren weiteren Parametern abhängig sein. Solche weiteren Parameter können beispielsweise mittels Bedienelementen wählbare oder einstellbare und/oder in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeicherte Werte und/oder sensorisch erfassbare Werte umfassen. The control device comprises a voltage generator which is designed as an arbitrary generator to generate individually predeterminable voltages or voltage curves or generally time-dependent voltage functions for one or more electrode pairs in successive time intervals. The control device preferably comprises a microcontroller which, based on at least one specified variable, determines an analog or digital output variable which represents the respective time-dependent voltage function and is used to control a driver for the respective electrode pair. The default value can be a function that, for example, directly defines at least one output value for controlling the driver for a finite number of consecutive time intervals. In combination with the driver, this defines the associated values of the electrode voltage or the output voltage of the driver. The output value (s) can, for example, define mean values, start values or end values for the electrode voltage in the respective time interval. Alternatively, for example, output values could be calculated and output within each of the time intervals by interpolation from an initial value and an end value in the respective time interval. The duration of the time intervals can, for example, be specified individually for each time interval or, alternatively, the same size for all time intervals. It can be determined e.g. by a timer or by a certain number of system cycles of the microcontroller. The function that defines the output values for controlling the driver can be dependent on one or more other parameters in addition to the time parameter. Such further parameters can include values that can be selected or set by means of operating elements and / or values stored in a memory of the control device and / or values that can be detected by sensors.

[0013] Beispiele für wählbare, einstellbare oder gespeicherte Werte sind insbesondere der maximal zulässige Elektrodenstrom, die maximal zulässige Elektrodenspannung, eine Offsetspannung bzw. eine minimale Elektrodenspannung, die Polarität beim Ansteuern der Elektroden, Zeitangaben wie z.B. die Dauer von Zeitintervallen, die Periodendauer bei Spannungssignalen mit einem sich periodisch wiederholenden Muster, die Dauer zwischen Polaritätsänderungen, geometrische Angaben zur Anordnung der Elektroden bei einer oder mehreren Elektrolyseeinrichtungen wie z.B. Abstand und/oder wirksame Fläche der Elektroden, Strömungsquerschnittfläche zwischen den Elektroden, Material jeder der Elektroden, Reinheitsgrad des zu behandelnden Wassers bzw. Anteile an Fremdstoffen. Eine Elektrolyseeinrichtung kann z.B. zwei oder drei parallel zueinander angeordnete Platten als Elektroden umfassen, die aus dem gleichen oder aus unterschiedlichem Material gefertigt sind. Eine Anordnung mit drei Elektroden entspricht einer Kombination zweier Elektrolyseeinrichtungen mit zwei Elektroden, wobei die mittlere Platte eine gemeinsame Elektrode ist. Examples of selectable, adjustable or stored values are in particular the maximum permissible electrode current, the maximum permissible electrode voltage, an offset voltage or a minimum electrode voltage, the polarity when driving the electrodes, time information such as the duration of time intervals, the period for voltage signals with a periodically repeating pattern, the duration between polarity changes, geometric information on the arrangement of the electrodes in one or more electrolysis devices such as distance and / or effective area of the electrodes, flow cross-sectional area between the electrodes, material of each of the electrodes, degree of purity of the water to be treated or . Proportion of foreign matter. An electrolysis device can, for example, comprise two or three plates arranged parallel to one another as electrodes, which are made of the same or different material. An arrangement with three electrodes corresponds to a combination of two electrolysis devices with two electrodes, the middle plate being a common electrode.

[0014] Bei Elektrolyseeinrichtungen mit Elektroden aus unterschiedlichen Materialien ist es vorteilhaft, eine von Null verschiedene Offsetspannung vorzugeben. In electrolysis devices with electrodes made of different materials, it is advantageous to specify an offset voltage other than zero.

[0015] Beispiele für sensorisch erfassbare Werte sind insbesondere der für jedes Elektrodenpaar z.B. mittels eines Shunt-Widerstands der Steuervorrichtung erfassbare Elektrodenstrom, die mit einem Strömungssensor erfassbare Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in einer vom Wasser durchströmbaren Kammer, die Wassertemperatur, die Leitfähigkeit des zu behandelnden Rohwassers, der z.B. mittels eines Durchlichtsensors erfassbare Trübungsgrad des Rohwassers. Examples of values that can be detected by sensors are, in particular, the electrode current that can be detected for each pair of electrodes, for example by means of a shunt resistor of the control device, the flow rate of the water that can be detected with a flow sensor in a chamber through which water can flow, the water temperature, the conductivity of the raw water to be treated, the degree of turbidity of the raw water that can be detected, for example, by means of a transmitted light sensor.

[0016] Werte solcher weiterer Parameter sind ebenfalls Vorgabegrössen, die vom Mikrocontroller bei der Ermittlung der jeweiligen Ausgabegrösse in jedem der Zeitintervalle berücksichtigt werden können. So kann z.B. der Ausgabewert für die Elektrodenspannung in jedem der Zeitintervalle ermittelt werden, indem ein für das jeweilige Zeitintervall gespeicherter Sollwert für die Elektrodenspannung mit einem für das jeweils gewählte Elektrodenmaterial spezifischen Korrekturwert multipliziert wird. Bei alternativen Konfigurationen der Steuervorrichtung kann z.B. zu unterschiedlichen Elektrodenmaterialien für jedes der Zeitintervalle je ein Sollwert für den Elektrodenstrom gespeichert sein. In jedem Zeitintervall prüft der Mikrocontroller jeweils den sensorisch erfassten Elektrodenstrom und steuert bzw. regelt den zugehörigen Ausgabewert so, dass die Abweichung des gemessenen Elektrodenstroms vom zugehörigen Sollwert für das gewählte Elektrodenmaterial minimal ist. Bei Anordnungen, die im Durchflussverfahren betrieben werden, kann die Steuervorrichtung zum Berechnen der Ausgabewerte gegebenenfalls zusätzlich die Ausgangssignale eines Durchflusssensors berücksichtigen und den Wert der Ausgabegrösse z.B. durch Multiplikation mit einem zugeordneten Korrekturfaktor an den Volumenstrom des Wassers anpassen. Unterhalb eines minimalen Wertes für den Volumenstrom ist der Wert des Korrekturfaktors vorzugsweise gleich Null. Dadurch ist sichergestellt, dass die Elektrolyseeinrichtung erst ab einem minimalen Volumenstrom des Wassers aktiv ist, und dass der Anteil von an das Wasser abgegebenen Nanopartikeln mit zunehmendem Volumenstrom erhöht wird. Dies kann durch Veränderung der Ausgabefunktion für die Elektrodenspannung geschehen, wobei z.B. ein Puls-Pausen-Verhältnis und/oder die Ausgabewerte zum Ansteuern des Treibers in einem, mehreren oder allen Zeitintervallen entsprechend angepasst werden. Optional können zum Berechnen der Ausgabewerte für die Elektrodenspannung als weitere Vorgabegrössen zusätzlich z.B. Maximalwerte für die Elektrodenspannung und/oder für den Elektrodenstrom berücksichtigt werden. Durch entsprechende Begrenzung der Ausgabewerte können die Elektrodenspannung und/oder der Elektrodenstrom und damit die Grösse der abgegebenen Nanoteilchen begrenzt werden. [0016] Values of such additional parameters are likewise default values which can be taken into account by the microcontroller when determining the respective output variable in each of the time intervals. For example, the output value for the electrode voltage can be determined in each of the time intervals by multiplying a setpoint value for the electrode voltage stored for the respective time interval with a correction value specific to the electrode material selected. In alternative configurations of the control device, for example, a setpoint value for the electrode current can be stored for different electrode materials for each of the time intervals. In each time interval, the microcontroller checks the sensor-recorded electrode current and controls or regulates the associated output value in such a way that the deviation of the measured electrode current from the associated setpoint value for the selected electrode material is minimal. In the case of arrangements that are operated using the flow method, the control device for calculating the output values can, if necessary, also take into account the output signals of a flow sensor and adapt the value of the output variable, e.g. by multiplying it with an assigned correction factor, to the volume flow of the water. Below a minimum value for the volume flow, the value of the correction factor is preferably equal to zero. This ensures that the electrolysis device is only active from a minimum volume flow of the water, and that the proportion of nanoparticles released into the water increases as the volume flow increases. This can be done by changing the output function for the electrode voltage, with e.g. a mark-to-space ratio and / or the output values for controlling the driver being adapted accordingly in one, several or all time intervals. Optionally, maximum values for the electrode voltage and / or for the electrode current can also be taken into account as additional default values for calculating the output values for the electrode voltage. By correspondingly limiting the output values, the electrode voltage and / or the electrode current and thus the size of the nanoparticles emitted can be limited.

[0017] Der Mikrocontroller umfasst ein Steuerprogramm bzw. gespeicherte Verarbeitungsvorschriften, mit denen für jedes anzusteuernde Elektrodenpaar eine oder mehrere Vorgabegrössen zu einer Ausgabegrösse für das jeweilige Elektrodenpaar verarbeitet werden können. Bei Vorrichtungen mit mindestens zwei Elektrodenpaaren, beispielsweise mit einem Elektrodenpaar aus Silber und einem Elektrodenpaar aus Kupfer, kann jedes dieser Elektrodenpaare individuell mit einer geeigneten, auf die jeweilige Anwendung abgestimmten Spannungsfunktion angesteuert werden. The microcontroller comprises a control program or stored processing instructions with which one or more specified variables can be processed into an output variable for the respective electrode pair for each electrode pair to be controlled. In devices with at least two electrode pairs, for example with one electrode pair made of silver and one electrode pair made of copper, each of these electrode pairs can be controlled individually with a suitable voltage function tailored to the respective application.

[0018] Bei der elektrochemischen Herstellung von Kolloiden ist die Grösse von Nanopartikeln, die von den Elektroden an das Wasser abgegeben werden, von der Stromdichte bzw. von der Höhe des pro wirksamer Flächeneinheit der Elektroden fliessenden Elektrodenstroms abhängig. Zur Herstellung von Nanopartikeln mit einem Grössenspektrum von etwa 5bis etwa 20nm wird die effektive Stromdichte vorzugsweise begrenzt auf einen Wert in der Grössenordnung von etwa 0.1bis etwa 0.5mA/cm<2>, z.B. etwa 0.2mA/cm<2>, oder von etwa 0.5bis etwa 1mA/cm<2>, z.B. etwa 0.9mA/cm<2>. Die wirksame Fläche jeder Elektrode kann entsprechend der jeweiligen Anwendung gewählt werden, beispielsweise im Bereich von etwa 10cm<2>bis etwa 200cm<2>, insbesondere etwa 15cm<2>oder etwa 70cm<2>, oder etwa 150cm<2>. In the electrochemical production of colloids, the size of nanoparticles that are released from the electrodes to the water depends on the current density or on the level of the electrode current flowing per effective unit area of the electrodes. For the production of nanoparticles with a size range of about 5 to about 20 nm, the effective current density is preferably limited to a value in the order of magnitude of about 0.1 to about 0.5 mA / cm 2, for example about 0.2 mA / cm 2, or of about 0.5 to about 1 mA / cm 2, e.g. about 0.9 mA / cm 2. The effective area of each electrode can be selected according to the respective application, for example in the range from about 10 cm 2 to about 200 cm 2, in particular about 15 cm 2 or about 70 cm 2, or about 150 cm 2.

[0019] Der Elektrodenstrom und die Stromdichte sind bei einer bestimmten Elektrodenspannung abhängig von der Leitfähigkeit des Wassers zwischen den Elektroden. Die Steuervorrichtung umfasst deshalb vorzugsweise Mittel zum Erfassen einer von der Leitfähigkeit des Wassers abhängigen Messgrösse. Dafür eignet sich z.B. ein Stromsensor, mit dem der Elektrodenstrom erfasst werden kann, der bei einer bestimmten Spannung an einem Elektrodenpaar fliesst. Der Stromsensor kann insbesondere einen Shunt-Widerstand im Elektrodenstromkreis umfassen, mit dem ein zum Elektrodenstrom proportionaler Spannungsabfall gemessen wird. Da sich die Leitfähigkeit des Wassers durch das Einbringen von Nanopartikeln zumindest lokal verändern kann, ist es vorteilhaft, bei jedem Elektrodenstromkreis einen Stromsensor anzuordnen. Bei jedem Elektrodenpaar kann so die für dieses Elektrodenpaar relevante lokale Leitfähigkeit des Wassers ermittelt werden. Insbesondere bei Vorrichtungen, die für die Behandlung von fliessendem Wasser ausgebildet sind, wobei mehrere Elektrodenpaare in Strömungsrichtung des Wassers nacheinander angeordnet sind, kann so die Abgabe von Nanopartikeln an das Wasser bei jedem der Elektrodenpaare besser gesteuert werden. At a certain electrode voltage, the electrode current and the current density are dependent on the conductivity of the water between the electrodes. The control device therefore preferably comprises means for detecting a measured variable that is dependent on the conductivity of the water. A current sensor, for example, is suitable for this, with which the electrode current that flows at a certain voltage on a pair of electrodes can be recorded. The current sensor can in particular comprise a shunt resistor in the electrode circuit, with which a voltage drop proportional to the electrode current is measured. Since the conductivity of the water can change at least locally as a result of the introduction of nanoparticles, it is advantageous to arrange a current sensor for each electrode circuit. The local conductivity of the water relevant for this pair of electrodes can thus be determined for each pair of electrodes. In particular in the case of devices which are designed for the treatment of running water, with several pairs of electrodes being arranged one after the other in the flow direction of the water, the release of nanoparticles to the water can thus be better controlled in each of the pairs of electrodes.

[0020] Bei Steuervorrichtungen, die für mindestens ein Elektrodenpaar einen Stromsensor umfassen, kann das Steuerprogramm z.B. die Ausgangsspannung des zugehörigen Treibers so steuern bzw. regeln, dass der Elektrodenstrom in jedem der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle einem zugehörigen Vorgabewert entspricht. Durch das Regeln des Elektrodenstroms gemäss den Vorgaben einer gespeicherten Stromfunktion können bei solchen Vorrichtungen die Grössen und die Grössenverteilung der von den Elektroden abgegebenen Nanoteilchen besonders gut gesteuert werden. Bei der Herstellung von Kolloiden in Behältern, wobei eine bestimmte Wassermenge ohne Zu- und Abführen von Wasser mit Nanoteilchen angereichert wird, können die Grösse und die Grössenverteilung der abgegebenen Nanopartikel trotz der zunehmenden Leitfähigkeit des Wassers gut gesteuert werden. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil die Effektivität und die Effizienz von Nanoteilchen bei unterschiedlichen Anwendungen von der Grösse dieser Teilchen abhängen. So ist beispielsweise die antimikrobielle Wirkung von kolloidalem Silber mit Partikeln in der Grössenordnung von etwa 5bis etwa 20Nanometer besonders hoch, weil solch kleine Partikel Zellmembranen durchdringen können. Im Inneren von Bakterien, Viren oder Pilzen können solche Nanopartikel z.B. Enzyme und damit den Stoffwechsel blockieren. Die antimikrobielle Wirkung wird dadurch verstärkt, dass die gelösten Nanopartikel zumindest teilweise ionisiert sind. Nicht ionisierte Silberpartikeln haben eine regenerierende Wirkung auf Zellen. Vorzugsweise ist bei solchen Anordnungen eine Pumpe oder ein anderes Fördermittel zum Umwälzen und/oder Verwirbeln des Wassers im jeweiligen Behälter vorgesehen. Die Steuervorrichtung kann optional ein Steuerglied umfassen, mit dem die Stromversorgung solcher Fördermittel koordiniert mit der Ansteuerung der Elektroden gesteuert werden kann. In control devices which comprise a current sensor for at least one pair of electrodes, the control program can, for example, control or regulate the output voltage of the associated driver so that the electrode current corresponds to an associated default value in each of the successive time intervals. By regulating the electrode current in accordance with the specifications of a stored current function, the sizes and size distribution of the nanoparticles emitted by the electrodes can be controlled particularly well in such devices. When producing colloids in containers, where a certain amount of water is enriched with nanoparticles without adding or removing water, the size and size distribution of the released nanoparticles can be controlled well despite the increasing conductivity of the water. This is particularly important because the effectiveness and efficiency of nanoparticles in different applications depend on the size of these particles. For example, the antimicrobial effect of colloidal silver with particles on the order of about 5 to about 20 nanometers is particularly high because such small particles can penetrate cell membranes. Inside bacteria, viruses or fungi, such nanoparticles can, for example, block enzymes and thus the metabolism. The antimicrobial effect is enhanced by the fact that the dissolved nanoparticles are at least partially ionized. Non-ionized silver particles have a regenerative effect on cells. In such arrangements, a pump or some other conveying means is preferably provided for circulating and / or swirling the water in the respective container. The control device can optionally comprise a control element with which the power supply of such conveying means can be controlled in a coordinated manner with the activation of the electrodes.

[0021] Im Steuerprogramm des Mikrocontrollers kann vorgesehen sein, eine definierte Spannungs- oder Stromfunktionen periodisch zu wiederholen. Die Periodendauer und damit die Wiederholfrequenz kann im Steuerprogramm fest vorgegeben oder z.B. mittels eines Bedienelements einstellbar oder auswählbar sein. In the control program of the microcontroller, provision can be made for a defined voltage or current function to be repeated periodically. The period duration and thus the repetition frequency can be predefined in the control program or, for example, can be set or selected using an operating element.

[0022] Dies gilt sinngemäss allgemein für einen oder mehrere der weiteren Parameter, die bei der Berechnung der Ausgabewerte zum Ansteuern eines oder mehrerer Elektrodenpaare verwendet werden. So kann z.B. auf diese Weise auch die Länge eines, mehrerer oder aller Zeitintervalle ausgewählt oder eingestellt werden. This applies in general to one or more of the further parameters that are used when calculating the output values for controlling one or more pairs of electrodes. For example, the length of one, several or all time intervals can be selected or set in this way.

[0023] Damit der Abtrag von Elektrodenmaterial bei beiden Elektroden jedes Elektrodenpaars gleichmässig erfolgt, kann z.B. die Polarität der Elektrodenspannung periodisch, vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich von etwa 0.5Hz bis etwa 2Hz gewechselt werden. Dadurch verringert sich auch das Risiko von unerwünschten Ablagerungen an den Elektroden. Höhere Frequenzen bis zu 100Hz oder höher und tiefere Frequenzen für den Wechsel der Polarität sind ebenfalls möglich. Insbesondere bei Anordnungen mit Silberelektroden nimmt der Anteil ionisierter Silberpartikel mit zunehmender Frequenz ab. Durch Vorgabe der Frequenz für den Polaritätswechsel kann demnach der Anteil an ionisierten Nanopartikeln beeinflusst werden. Der Polaritätswechsel kann z.B. mittels einer H-Brücke beim Treiber erfolgen. Dabei wird vom Mikrocontroller gesteuert periodisch, z.B. jeweils nach vorgegebenen oder einstellbaren oder wählbaren Dauer im Bereich von etwa 0.5s bis etwa 500s, die Polarität der vom Treiber bereitgestellten Spannung vertauscht. Alternativ könnte die Spannungsfunktion selbst positive und negative Spannungswerte umfassen, deren Mittelwert über eine Periode Null ist. To ensure that the electrode material is removed evenly from both electrodes of each pair of electrodes, the polarity of the electrode voltage, for example, can be changed periodically, preferably at a frequency in the range from about 0.5Hz to about 2Hz. This also reduces the risk of unwanted deposits on the electrodes. Higher frequencies up to 100Hz or higher and lower frequencies for changing polarity are also possible. In the case of arrangements with silver electrodes in particular, the proportion of ionized silver particles decreases with increasing frequency. By specifying the frequency for the polarity change, the proportion of ionized nanoparticles can be influenced. The polarity change can take place, for example, by means of an H-bridge on the driver. Controlled by the microcontroller, the polarity of the voltage provided by the driver is reversed periodically, e.g. according to a predefined or adjustable or selectable duration in the range from about 0.5s to about 500s. Alternatively, the voltage function itself could comprise positive and negative voltage values, the mean value of which is zero over a period.

[0024] Die Steuervorrichtung kann einen Hochfrequenzgenerator umfassen, mit dem Schwingungen im Bereich einer der Resonanzfrequenzen von Wasser bei etwa 22.235GHz und/oder 183.31GHz und/oder 325.153GHz erzeugbar sind. The control device can comprise a high-frequency generator with which vibrations in the range of one of the resonance frequencies of water at about 22.235GHz and / or 183.31GHz and / or 325.153GHz can be generated.

[0025] Solche Signale können z.B. kapazitiv in die Zuleitungen eines oder mehrerer Elektrodenpaare eingekoppelt werden. Das vom jeweiligen Treiber bereitgestellte Spannungssignal kann so bei Bedarf mit einem Hochfrequenzsignal moduliert werden. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung Bedienelemente zum Ein- und Ausschalten oder allgemein zum Steuern der Aktivität des Hochfrequenzgenerators. Die Steuervorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens ein Anzeigemittel, beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden und/oder einen Bildschirm, der z.B. zum Anzeigen von Statusinformationen und/oder Werten von auswählbaren Parametern verwendet werden kann. Such signals can, for example, be capacitively coupled into the supply lines of one or more electrode pairs. The voltage signal provided by the respective driver can thus be modulated with a high-frequency signal if necessary. The control device preferably comprises operating elements for switching on and off or generally for controlling the activity of the high-frequency generator. The control device preferably comprises at least one display means, for example one or more light-emitting diodes and / or a screen which can be used, for example, to display status information and / or values of selectable parameters.

[0026] Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung im Weiteren für jede Elektrolyseeinrichtung einen Betriebsstundenzähler oder Stromzähler. Wenn der jeweilige Zählerstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann eine entsprechende Wartungsanzeige aktiviert werden, damit abgenutzte Elektroden rechtzeitig ersetzt werden können. [0026] The control device preferably further comprises an operating hours counter or electricity meter for each electrolysis device. If the respective counter reading exceeds a specified limit value, a corresponding maintenance indicator can be activated so that worn electrodes can be replaced in good time.

[0027] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen Figur 1eine schematisch dargestellte Anordnung einer Steuervorrichtung mit angeschlossenen Elektrolyseeinrichtungen, Figur 2eine Funktion, welche Sollwerte der Elektrodenspannung für mindestens ein Elektrodenpaar in Abhängigkeit der Zeit angibt, Figur 3die Funktion aus Figur 1, skaliert mit drei unterschiedlichen Skalierungsfaktoren, Figur 4eine Funktion, welche Sollwerte des Elektrodenstroms für mindestens ein Elektrodenpaar in Abhängigkeit der Zeit angibt, Figur 5eine weitere Funktion mit Sollwerten für den Elektrodenstrom, Figur 6eine weitere Funktion mit Sollwerten für den Elektrodenstrom.The invention is described in more detail below with the aid of a few figures. 1 shows a schematically illustrated arrangement of a control device with connected electrolysis devices, FIG. 2 shows a function which specifies setpoint values of the electrode voltage for at least one electrode pair as a function of time, FIG. 3 shows the function from FIG. 1, scaled with three different scaling factors, FIG of the electrode current for at least one electrode pair as a function of time, FIG. 5 shows a further function with setpoint values for the electrode current, FIG. 6 shows a further function with setpoint values for the electrode current.

[0028] Figur 1zeigt schematisch eine Vorrichtung zur elektrochemischen Herstellung von Nanopartikeln in Wasser mit einer Steuervorrichtung 1, die über elektrische Verbindungsleitungen 9mit je zwei Elektroden 5a, 5b bzw. 7a, 7b von zwei in einer Kammer 3angeordneten Elektrolyseeinrichtungen verbunden ist. Die Kammer 3kann wie dargestellt als Durchflusskammer ausgebildet sein, wobei Wasser in Richtung des Pfeils P1durch eine Öffnung 3a in die Kammer 3einströmen und durch eine weitere Öffnung 3b wieder ausströmen kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Kammer 3ein Reaktionsbehälter sein, der nicht im Durchflussverfahren betrieben wird (nicht dargestellt). Dabei wird eine bestimmte Wassermenge im Reaktionsbehälter elektrochemisch behandelt und anschliessend wieder aus dem Reaktionsbehälter abgezogen. Alternative Vorrichtungen zur elektrochemischen Herstellung von Nanopartikeln können auch nur ein Elektrodenpaar oder mehrere Elektrodenpaare umfassen. Bei jeder Elektrolyseeinrichtung sind die beiden Elektroden 5a, 5b bzw. 7a, 7b vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt. Alternativ könnten sie auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Bei Ausführungsformen mit mehreren Elektrolyseeinrichtungen kann das Material jeder Elektrode oder jedes Elektrodenpaars individuell vorgegeben sein, vorzugsweise aus einer Kategorie von Metallen wie Silber, Kupfer, Gold, oder aus Legierungen mit diesen Metallen. Für spezielle Anwendungen können auch Zinn, Eisen, Bismut und Blei verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Elektroden aus anderen Materialien dazu verwendet werden, Wasser mit anderen Stoffen anzureichern, z.B. mit Spurenelementen wie Calcium und/oder Magnesium zu mineralisieren. Für unterschiedliche Anwendungen wie z.B. Wasseraufbereitungsanlagen in Schwimm- oder Heilbädern, Entsalzungsanlagen, Anlagen zur Aufbereitung von Trinkwasser oder von Wasser für landwirtschaftliche Anwendungen kann so die jeweils gewünschte Wasserqualität bereitgestellt werden. Figure 1 shows schematically a device for the electrochemical production of nanoparticles in water with a control device 1, which is connected via electrical connecting lines 9 with two electrodes 5a, 5b and 7a, 7b of two in a chamber 3 arranged electrolysis devices. The chamber 3 can be designed as a flow-through chamber, as shown, wherein water can flow into the chamber 3 in the direction of the arrow P1 through an opening 3a and can flow out again through a further opening 3b. In alternative embodiments, the chamber 3 can be a reaction vessel that is not operated in the flow process (not shown). A certain amount of water is electrochemically treated in the reaction vessel and then withdrawn from the reaction vessel again. Alternative devices for the electrochemical production of nanoparticles can also comprise only one pair of electrodes or several pairs of electrodes. In each electrolysis device, the two electrodes 5a, 5b and 7a, 7b are preferably made of the same material. Alternatively, they could also be made from different materials. In embodiments with a plurality of electrolysis devices, the material of each electrode or each pair of electrodes can be specified individually, preferably from a category of metals such as silver, copper, gold, or from alloys with these metals. Tin, iron, bismuth and lead can also be used for special applications. Alternatively or additionally, electrodes made of other materials can be used to enrich water with other substances, e.g. to mineralize it with trace elements such as calcium and / or magnesium. The desired water quality can be provided for different applications such as water treatment systems in swimming pools or spas, desalination systems, systems for the treatment of drinking water or water for agricultural applications.

[0029] Die Steuervorrichtung 1ist vorzugsweise in einem Gehäuse 11angeordnet, das z.B. Anschlussbuchsen 13zum Anschliessen der Verbindungleitungen 9für jedes Elektrodenpaar umfasst. Das Gehäuse 11kann Verbindungselemente zum direkten Befestigen an einem Gehäuse der Kammer 3umfassen (nicht dargestellt). Die Steuervorrichtung 1umfasst eine Speisung 15, welche eine oder mehrere Betriebsspannungen bereitstellt, beispielsweise eine erste Betriebsspannung von 3.3VDC oder 5VDC für einen digitalen Logikteil, eine zweite Betriebsspannung von 8VDC oder 12VDC für einen analogen Teil der Elektronik und eine Betriebsspannung von 48VDC für die Bereitstellung der Elektrodenspannungen. Vorzugsweise erfolgt die Energiezufuhr über ein handelsübliches Netzteil mit einer Spannung von beispielsweise 12V. Alternativ könnte auch eine Batterie, ein Akku und/oder ein Solarmodul als Energiequelle genutzt werden. Die Steuervorrichtung 1umfasst einen Arbiträrgenerator 17mit einem Mikrocontroller 19und mit je einem Treiber 21für die anzusteuernden Elektroden jeder Elektrolyseeinrichtung. Jeder der Treiber 21ist dazu ausgebildet, Werte einer vom Mikrocontroller 19bereitgestellten, eine Ausgangsspannung repräsentierenden Ausgabegrösse in eine entsprechende Ausgangsspannung zum Ansteuern des jeweiligen Elektrodenpaars zu wandeln. Der Mikrocontroller 19kann die auszugebenden Werte z.B. als serielle oder parallele digitale Signale oder als durch einen Digital-Analog-Wandler in ein analoges Spannungssignal gewandelte Ausgangssignale bereitstellen. Der Mikrocontroller 19umfasst ein Programm bzw. gespeicherte Verarbeitungsvorschriften, mit denen für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle je mindestens ein Sollwert der Ausgabegrösse berechnet und als Ausgangssignal bereitgestellt wird. Die Berechnung der Ausgabegrösse basiert auf mindestens einer Vorgabegrösse. Die Vorgabegrösse kann z.B. eine Funktion sein, welche direkt den jeweiligen Sollwert der Ausgabegrösse in Abhängigkeit des Parameters Zeit t angibt. Solche Funktionen können z.B. einfach als Abfolge von n Datensätzen (t1, U1) in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert werden. Die Anzahl n der Datensätze kann grundsätzlich beliebig festgelegt werden. Je nach Komplexitätsgrad und erforderlicher Auflösung genügt in der Regel ein Wert zwischen 1und 256. Der Index i ist eine ganze Zahl, welche die Reihenfolge der Zeitintervalle definiert, wobei 1≤ i ≤ n. t1gibt die Dauer des Zeitintervalls i an. U1ist ein repräsentativer Sollwert für die Elektrodenspannung U in diesem Zeitintervall i. Für jedes der Elektrodenpaare kann die Ausgabegrösse individuell vorgebbare Sollwerte U1für die Elektrodenspannung U im jeweiligen Zeitintervall umfassen. The control device 1 is preferably arranged in a housing 11 which comprises, for example, connection sockets 13 for connecting the connecting lines 9 for each pair of electrodes. The housing 11 may comprise connecting elements for direct attachment to a housing of the chamber 3 (not shown). The control device 1 comprises a supply 15 which provides one or more operating voltages, for example a first operating voltage of 3.3VDC or 5VDC for a digital logic part, a second operating voltage of 8VDC or 12VDC for an analog part of the electronics and an operating voltage of 48VDC for providing the Electrode voltages. The energy is preferably supplied via a commercially available power supply unit with a voltage of, for example, 12V. Alternatively, a battery, a rechargeable battery and / or a solar module could also be used as an energy source. The control device 1 comprises an arbitrary generator 17 with a microcontroller 19 and each with a driver 21 for the electrodes to be controlled in each electrolysis device. Each of the drivers 21 is designed to convert values of an output variable, which is provided by the microcontroller 19 and which represents an output voltage, into a corresponding output voltage for controlling the respective electrode pair. The microcontroller 19 can provide the values to be output, e.g. as serial or parallel digital signals or as output signals converted into an analog voltage signal by a digital-to-analog converter. The microcontroller 19 comprises a program or stored processing instructions with which at least one setpoint value of the output variable is calculated and provided as an output signal for a plurality of successive time intervals. The calculation of the output size is based on at least one default size. The default value can, for example, be a function that directly specifies the respective target value of the output variable as a function of the time t parameter. Such functions can, for example, simply be stored as a sequence of n data records (t1, U1) in a memory of the control device. The number n of data records can in principle be determined as desired. Depending on the degree of complexity and the required resolution, a value between 1 and 256 is usually sufficient. The index i is an integer that defines the sequence of the time intervals, where 1 i n. T1 indicates the duration of the time interval i. U1 is a representative setpoint value for the electrode voltage U in this time interval i. For each of the electrode pairs, the output variable can include individually predeterminable setpoint values U1 for the electrode voltage U in the respective time interval.

[0030] Während des aktiven Betriebs der Vorrichtung stellt der Mikrocontroller 19für jeden Treiber 21in jedem der n aufeinanderfolgenden Zeitintervalle t1den jeweils zugehörigen Sollwert U1für die jeweilige Elektrodenspannung als Ausgabegrösse bereit. Diese Sequenz wird wiederholt, bis die Steuervorrichtung 21in einen inaktiven Zustand versetzt wird. Dies kann z.B. durch Unterbrechung der Energiezufuhr mittels eines manuell betätigbaren Schalters oder durch einen elektronischen Schalter nach Ablauf einer voreingestellten Zeit geschehen. During the active operation of the device, the microcontroller 19 provides the respective associated setpoint value U1 for the respective electrode voltage as an output variable for each driver 21 in each of the n successive time intervals t1. This sequence is repeated until the control device 21 is placed in an inactive state. This can be done, for example, by interrupting the energy supply by means of a manually operated switch or by an electronic switch after a preset time has elapsed.

[0031] Bei alternativen Ausführungsformen oder Konfigurationen der Steuervorrichtung 1können anstelle der Datensätze (t1, U1) in analoger Weise Datensätze (t1, I1) gespeichert sein, wobei I1ein repräsentativer Sollwert für den Elektrodenstrom I im jeweiligen Zeitintervall i ist. Im Stromkreis jedes der Elektrodenpaare ist ein Stromsensor 23angeordnet, beispielsweise ein Shunt-Widerstand, mit dem der tatsächlich fliessende Elektrodenstrom gemessen werden kann. Während des aktiven Betriebs der Vorrichtung erfasst der Mikrocontroller 19in jedem der n aufeinanderfolgenden Zeitintervalle t1die von den Stromsensoren 23gemessenen Elektrodenströme und regelt die Ausgabewerte U1für die Elektrodenspannung so, dass in jedem der Zeitintervalle t1der sensorisch erfasste Elektrodenstrom dem zugehörigen Sollwert I1entspricht. In alternative embodiments or configurations of the control device 1, instead of the data sets (t1, U1), data sets (t1, I1) can be stored in an analogous manner, with I1 being a representative setpoint for the electrode current I in the respective time interval i. A current sensor 23, for example a shunt resistor, with which the actually flowing electrode current can be measured, is arranged in the circuit of each of the electrode pairs. During the active operation of the device, the microcontroller 19 records the electrode currents measured by the current sensors 23 in each of the n successive time intervals t1 and regulates the output values U1 for the electrode voltage so that the sensor-recorded electrode current corresponds to the associated setpoint I1 in each of the time intervals t1.

[0032] Diese Sequenz wird wiederholt, bis die Steuervorrichtung 21in einen inaktiven Zustand versetzt wird. Dies kann z.B. durch Unterbrechung der Energiezufuhr mittels eines manuell betätigbaren Schalters oder durch einen elektronischen Schalter nach Ablauf einer voreingestellten Zeit geschehen. This sequence is repeated until the control device 21 is placed in an inactive state. This can be done, for example, by interrupting the energy supply by means of a manually operated switch or by an electronic switch after a preset time has elapsed.

[0033] Die Berechnung der Sollwerte U1für die Elektrodenspannung bei jedem der Elektrodenpaare kann zusätzlich zur Zeit t in Abhängigkeit eines oder mehrerer weiterer Parameter erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit des von einem Durchflusssensor 25erfassten Volumenstroms des Wassers und/oder in Abhängigkeit der von einem geeigneten Sensor erfassten Wasserqualität und/oder in Abhängigkeit des von einem Stromsensor erfassten Elektrodenstroms und/oder in Abhängigkeit eines oder mehrerer auswählbarer oder einstellbarer Werte für das jeweilige Elektrodenmaterial und/oder für die Frequenz bzw. die Periode der Zeitintervalle t1. Die vorstehende Aufzählung möglicher Parameter ist nicht abschliessend. Abhängig vom jeweiligen Anwendungszweck kann die Firmware der Steuervorrichtung 1dazu ausgebildet sein, bei der Berechnung der Ausgabegrösse einen oder mehrere solcher weiterer Parameter zu berücksichtigen. Die Steuervorrichtung 1kann so konfiguriert sein, dass alle zu berücksichtigenden Parameter fest vorgegeben sind. Alternativ kann die Steuervorrichtung 1dazu ausgebildet sein, mittels einer Bedienelementanordnung 27einen oder mehrere zu berücksichtigende Parameter auszuwählen und/oder bei einem oder mehreren der Parameter Werte auszuwählen oder einzustellen. Insbesondere können in einem Speicher der Steuervorrichtung 1Einstellungen für mehrere unterschiedliche Konfigurationen hinterlegt sein. Mittels der Bedienelementanordnung 27können so z.B. einfach unterschiedliche Betriebsmoden mit den entsprechenden Konfigurationen ausgewählt werden. Ein Beispiel für solche Konfigurationen sind unterschiedliche Kombinationen der Werte folgender Parameter: Elektrodenmaterial erstes Elektrodenpaar: 0/ Ag,Ag / Cu,Cu / Ag,Cu Elektrodenmaterial zweites Elektrodenpaar: 0/ Ag,Ag / Cu,Cu / Ag,Cu Betriebsmodus: U1/ I1 Intensität: normal / stark„0“ bedeutet „kein Elektrodenmaterial“ und demzufolge kein entsprechendes Elektrodenpaar. Bei alternativen Ausführungsformen kann eine Elektrolyseeinrichtung z.B. zwei Elektrodenpaare umfassen, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen. Dabei kann die Materialkonfiguration z.B. aus folgenden Werten ausgewählt werden: Ag,Ag,Ag / Ag,Ag,Cu / Ag,Cu,Ag / Cu,Cu,Cu / Cu,Cu,Ag / Cu,Ag,Cu. Der mittlere Wert entspricht jeweils dem Material der gemeinsamen Elektrode. The calculation of the setpoint values U1 for the electrode voltage for each of the electrode pairs can also take place at time t as a function of one or more further parameters, for example as a function of the volume flow of the water detected by a flow sensor 25 and / or as a function of that detected by a suitable sensor Water quality and / or as a function of the electrode current detected by a current sensor and / or as a function of one or more selectable or adjustable values for the respective electrode material and / or for the frequency or the period of the time intervals t1. The above list of possible parameters is not exhaustive. Depending on the respective application purpose, the firmware of the control device 1 can be designed to take into account one or more such additional parameters when calculating the output variable. The control device 1 can be configured in such a way that all parameters to be taken into account are permanently specified. Alternatively, the control device 1 can be designed to select one or more parameters to be taken into account by means of an operating element arrangement 27 and / or to select or set values for one or more of the parameters. In particular, settings for several different configurations can be stored in a memory of the control device 1. By means of the control element arrangement 27, for example, different operating modes with the corresponding configurations can easily be selected. An example of such configurations are different combinations of the values of the following parameters: Electrode material first pair of electrodes: 0 / Ag, Ag / Cu, Cu / Ag, Cu Electrode material second pair of electrodes: 0 / Ag, Ag / Cu, Cu / Ag, Cu Operating mode: U1 / I1 Intensity: normal / strong "0" means "no electrode material" and therefore no corresponding electrode pair. In alternative embodiments, for example, an electrolyzer may comprise two pairs of electrodes that share a common electrode. The material configuration can be selected from the following values, for example: Ag, Ag, Ag / Ag, Ag, Cu / Ag, Cu, Ag / Cu, Cu, Cu / Cu, Cu, Ag / Cu, Ag, Cu. The mean value corresponds in each case to the material of the common electrode.

[0034] Im Betriebsmodus U1wird jeweils die Elektrodenspannung U in jedem Zeitintervall t1auf den Wert U1eingestellt. Im Betriebsmodus I1wird jeweils die Elektrodenspannung U in jedem Zeitintervall t1so geregelt, dass der sensorisch erfasste Elektrodenstrom den Wert I1einnimmt. Bei gewählter starker Intensität werden die Werte der Elektrodenspannung bzw. des Elektrodenstroms in jedem Intervall mit einem Faktor von z.B. 1.1bis 1.5multipliziert. Die Steuervorrichtung 1umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Leuchtdioden und/oder ein Display als Anzeigemittel 29. Dieses kann z.B. zum Anzeigen von Informationen und/oder als Unterstützung beim Auswählen und Einstellen von Parameterwerten genutzt werden. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung 1eine Kommunikationsschnittstelle 31, die z.B. zum Übertragen oder Ändern der Firmware und/oder zum Auslesen von in der Steuervorrichtung gespeicherten Informationen verwendet werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann z.B. eine leitungsgebundene USB-Schnittstelle oder eine kabellos nutzbare Bluetooth-Schnittstelle sein, die direkt mit einem autorisierten Computer verbunden werden kann. In the operating mode U1, the electrode voltage U is set to the value U1 in each time interval t1. In operating mode I1, the electrode voltage U is regulated in each time interval t1 in such a way that the sensor-detected electrode current assumes the value I1. If a high intensity is selected, the values of the electrode voltage or the electrode current are multiplied in each interval by a factor of e.g. 1.1 to 1.5. The control device 1 preferably comprises one or more light-emitting diodes and / or a display as display means 29. This can be used, for example, to display information and / or to support the selection and setting of parameter values. The control device 1 preferably comprises a communication interface 31 which can be used, for example, for transferring or changing the firmware and / or for reading out information stored in the control device. The communication interface can be, for example, a wired USB interface or a wireless Bluetooth interface that can be connected directly to an authorized computer.

[0035] Figur 2zeigt beispielhaft eine sinusförmige Funktion mit einer Periode P. Die Zeit t ist in n = 40Zeitintervalle t1gleicher Länge aufgeteilt. Für jedes der Zeitintervalle ist in einem Speicher der Steuervorrichtung 1ein Datensatz mit dem zugehörigen Funktionswert U12zum Ansteuern des Treibers 21für die Elektroden 5a und 5b der ersten Elektrolyseeinrichtung gespeichert. Die Periode P entspricht dem 40-fachen der Dauer dt jedes der Zeitintervalle t1. Die gespeicherten Funktionswerte sind so festgelegt, dass der Scheitelwert der vom Treiber 21erzeugten Elektrodenspannung einem vorgebbaren maximalen Spannungswert Umax entspricht. FIG. 2 shows an example of a sinusoidal function with a period P. The time t is divided into n = 40 time intervals t1 of the same length. For each of the time intervals, a data record with the associated function value U12 for controlling the driver 21 for the electrodes 5a and 5b of the first electrolysis device is stored in a memory of the control device 1. The period P corresponds to 40 times the duration dt of each of the time intervals t1. The stored function values are defined in such a way that the peak value of the electrode voltage generated by the driver 21 corresponds to a predeterminable maximum voltage value Umax.

[0036] Figur 3zeigt drei sinusförmige Funktionen die sich nur durch unterschiedliche Amplituden A1, A2und A3unterscheiden. Diese Funktionen können durch Skalierung der in Figur 2dargestellten Funktion berechnet werden. Bei der Herstellung eines Kolloids in einem geschlossenen Behälter ist z.B. die Leitfähigkeit des Wassers ein Parameter, der als Skalierungsfaktor für die Berechnung der Elektrodenspannung U12genutzt werden kann. Mit zunehmender Leitfähigkeit muss die Amplitude der Elektrodenspannung U12reduziert werden, damit der Elektrodenstrom nicht über einen vorgegebenen Maximalwert steigen kann. FIG. 3 shows three sinusoidal functions which differ only in terms of different amplitudes A1, A2 and A3. These functions can be calculated by scaling the function shown in FIG. When producing a colloid in a closed container, e.g. the conductivity of the water is a parameter that can be used as a scaling factor for the calculation of the electrode voltage U12. As the conductivity increases, the amplitude of the electrode voltage U12 must be reduced so that the electrode current cannot rise above a specified maximum value.

[0037] Figur 4zeigt analog zu Figur 2eine Sinusfunktion, die in Gestalt von Datensätzen für 40Zeitintervalle gespeichert ist. Im Unterschied zur Funktion aus Figur 2sind hier jedoch Sollwerte für den Elektrodenstrom in den einzelnen Zeitintervallen gespeichert. Analogously to FIG. 2, FIG. 4 shows a sine function which is stored in the form of data records for 40 time intervals. In contrast to the function from FIG. 2, however, setpoint values for the electrode current are stored in the individual time intervals.

[0038] Figur 5zeigt eine weitere Funktion, welche Sollwerte für den Elektrodenstrom I12zwischen zwei Elektroden 5a, 5b definiert. Da der Betrag des Elektrodenstroms nur zwei Werte einnehmen kann, nämlich Imaxund Imin, können diese beiden Werte als Vorgabegrössen gespeichert werden. Die Funktion hat eine Periode P mit sechs gleich langen Teilintervallen P1bis P6. Jedes Teilintervall umfasst einen ersten Abschnitt mit Imaxund einen zweiten Abschnitt mit Imin. Das Verhältnis der Zeiten mit Imaxund mit Iminist in jedem der Teilintervalle unterschiedlich. Die Funktionswerte in den letzten drei Teilintervallen entsprechen jenen der ersten drei Teilintervalle mit umgekehrtem Vorzeichen. Bei dieser Kurve können z.B. folgende weiteren Vorgabegrössen für deren Erzeugung gespeichert sein: Zeitpunkte t1bis t6für den Wechsel zwischen Imaxund Imin, Zeitpunkt t6für den Polaritätswechsel. Mit diesen Vorgabegrössen kann das Steuerprogramm die Sollfunktion zum Regeln der Elektrodenspannung erzeugen. FIG. 5 shows a further function which defines setpoint values for the electrode current I12 between two electrodes 5a, 5b. Since the amount of the electrode current can only take two values, namely Imax and Imin, these two values can be saved as default values. The function has a period P with six equally long sub-intervals P1 to P6. Each sub-interval comprises a first section with Imax and a second section with Imin. The ratio of the times with Imax and with Imin is different in each of the sub-intervals. The function values in the last three sub-intervals correspond to those of the first three sub-intervals with the opposite sign. In this curve, for example, the following additional default values can be stored for their generation: points in time t1 to t6 for the change between Imax and Imin, point in time t6 for the polarity change. With these default values, the control program can generate the target function for regulating the electrode voltage.

[0039] Figur 6zeigt eine Funktion mit je drei parabelartig zwischen einem Minimalwert Iminund einem Maximalwert Imaxfür den Elektrodenstrom ansteigenden Rampen. Nach jeweils drei Teilperioden wird analog zum in Figur 5dargestellten Beispiel die Polarität gewechselt. Auch diese Funktion kann mittels weniger gespeicherter Vorgabegrössen durch das Steuerprogramm generiert werden. FIG. 6 shows a function with three ramps that rise like a parabola between a minimum value Imin and a maximum value Imax for the electrode current. After every three partial periods, the polarity is changed analogously to the example shown in FIG. This function can also be generated by the control program using fewer stored default values.

Claims

1. Control device (1) for controlling electrodes (5a, 5b, 7a, 7b) of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles in water, a pair of electrodes of each electrolysis device being in contact with the water, comprising a voltage generator designed for this purpose an electrode voltage (U12) is to be provided for the respective electrode pair, characterized in that the voltage generator is an arbitrary generator which is designed to generate individually predeterminable voltages or voltage curves for at least one electrode pair in successive time intervals.

2. Control device (1) according to claim 1, characterized in that the arbitrary generator comprises a microcontroller (19) and at least one driver (21) for providing an electrode voltage corresponding to an output variable of the microcontroller (19).

3. Control device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one function for specifying a voltage or a voltage curve in successive time intervals is stored in a memory of the control device (1).

4. Control device (1) according to claim 3, characterized in that the stored function represents voltage values for controlling at least one electrode pair as a function of time and one or more further parameters.

5. Control device (1) according to claim 4, characterized in that the further parameters include values that can be selected or set by means of operating elements and / or values stored in a memory of the control device and / or values that can be detected by sensors.

6. Control device (1) according to claim 5, characterized in that the electrode current of at least one electrolysis device and / or the flow rate of the water in a chamber through which water can flow are further parameters which can be sensed and which are taken into account when determining the electrode voltage.

7. Control device (1) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the material or the material combination of each electrode pair and / or an operating mode and / or an intensity level are further parameters which can be selected by means of a control element arrangement (27).

8. Control device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that a communication interface (31) is provided for transmitting or changing firmware and / or for reading out stored information.

9. Control device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one display means (29) is provided for displaying status information and / or values of selectable parameters.

10. A method for controlling electrodes of at least one electrolysis device for the electrochemical production of nanoparticles in water, characterized in that an arbitrary generator generates individually predeterminable voltages or voltage curves in successive time intervals for at least one pair of electrodes of each electrolysis device.