DE102006037322B4

DE102006037322B4 - Transportable Eintauch-Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE102006037322B4
Application number: DE102006037322A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: DE202006015623U1; DE102006037322A1

Abstract

Transportable Eintauch-Elektrolysezelle, die direkt in einen Wasserbehälter eingetaucht werden kann, wobei Kathode (3) und Anode (2) mit einem definierten, geringst möglichen Abstand, parallel gegenüberliegend angeordnet sind und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt sind und direkt über einem elektronisch geregelten Einlassventil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden direkt über einem elektronisch geregelten Kugel-Magnetventil (14) als Einlassventil angeordnet sind, welches in einem geschlossenen Regelkreis über den Leitwert in der Elektrolysezelle durch einen integrierten Mikroprozessor (7) steuerbar ist, und eine kontinuierliche Zufuhr von gelöster Salzsole aus einer Salzvorrats- und Lösekammer (10) im Fußteil (12) der Eintauch-Elektrolysezelle erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine kleine transportable Eintauch-Elektrolysezelle, die direkt in einen Wasserbehälter eingetaucht werden kann und in der Kathode und Anode mit einem definierten, geringst möglichen Abstand, parallel gegenüberliegend und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt und direkt über einem elektronisch geregelten Einlassventil angeordnet sind.
Bei der Aufbereitung von kleinen Mengen Trinkwasser (1–5 ltr.) aus ungereinigtem Wasser direkt in einem drucklosen Vorratsbehälter durch Desinfektion waren bisher hauptsächlich Chlorpräparate in Form von Tabletten oder Pulver im Einsatz. Diese Produkte sind nur begrenzt haltbar und nicht überall, z. B. im Ausland, leicht zu beschaffen, da nur der einschlägige Fachhandel als Lieferant in Frage kommt.
Aus der DE 23 15 767 A1 ist eine Elektrolysezelle zur Entkeimung von Wasser mit einem Anodenpaket und einem Kathodenpaket bekannt. Diese Elektrolysezelle besitzt verhältnismäßig geringe Abmessungen und ist für ein kleines Volumen geeignet. Die Elektroden haben einen bestimmten vorgegebenen Abstand und greifen kammförmig ineinander. Darüber hinaus sind eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Natriumhypochlorit-Konzentration des Wassers und eine Pumpe vorgesehen. Die Messeinrichtung dient dem Ein- und Abschalten der Elektrolysezelle bei einem vorbestimmten Natriumhypochlorit-Grenzwert.
Weiterhin ist aus der japanischen Patentanmeldung JP 09206755 A eine Vorrichtung zur Sterilisation von Wasser mithilfe von Hypochloriger Säure bekannt. Dabei wird eine erste Eletrolysekammer mit Membran und eine zweite Elektrolysekammer ohne Membran verwendet.
Aus der DE 34 10 489 A1 ist eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser bekannt. Hierbei wird eine Hypochloritlösung auf elektrochemischem Wege mittels einer Elektrolysezelle hergestellt.
Aus der US 5,795,459 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Diaphragma-Elektrolysezelle als Eintauchelektrode in das zu behandelnde Wasser eingebracht wird. Der Nachteil bei diesem Verfahren ist, dass hierbei in den abgetrennten Kammern Bleichlauge (NaOH) entsteht und bei der beschriebenen Anordnung direkt in das zu behandelnde Trinkwasser gelangt. NaOH führt jedoch zu einer Erhöhung des natürlichen pH-Wertes. Die Folge ist, dass zu einer wirkungsvollen Entkeimungsleistung im Trinkwasser, beispielsweise bei einem erhöhten pH-Wert von 7,8 oder höher, die drei bisfünffache Menge an Oxidationsmittel erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil ist die willkürliche und unkontrollierte Zugabe von Kochsalz (NaCl), das bei einer Überdosierung nicht restlos elektrolysiert wird und somit zu einer Geschmacksbeeinträchtigung durch Aufsalzung des zu behandelnden Trinkwassers führt.
Aus der EP 0 803 476 A1 ist ein Nottrinkwasser-Verfahren bekannt. Hierbei wird der natürliche Salzgehalt von in der Natur vorkommendem Oberflächenwasser zur Elektrolyse, das heißt Umwandlung von NaCl zu NaClO, genutzt. In diesem Gerät ist ein kleines Amperemeter integriert, welches anzeigt, ob genügend NaCl (Salzgehalt) im Wasser vorhanden ist und bei einer Untergrenze den Betreiber darauf hinweist, dass Kochsalz hinzugegeben werden muss, bis sich ein definierter Stromfluss einstellt. Bei diesem Verfahren muss aus Sicherheitsgründen eine höhere Menge an NaClO als Oxidationsmittel erzeugt werden, da bei diesem Wasser im Rohwasserbehälter sehr hohe Werte an organischer Belastung vorliegen, die ebenfalls aufoxidiert werden muss. Da dieses Verfahren für größere Mengen an aufzubereitendem Wasser vorgesehen ist, ist ein sehr komplexer und aufwendiger und teurer apparativer Aufbau erforderlich.
Bekannt sind auch die Verfahren durch Bestrahlung des Wassers mit UV-Licht. Hierbei werden Mikroorganismen ebenfalls wirkungsvoll abgetötet. Jedoch wird dabei kein Desinfektionsmittel mit einer entsprechenden Depotwirkung gegen Nachverkeimung erzeugt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Desinfektionswirkung messtechnisch nicht oder nur mit einem großen Aufwand unter Messung des Redoxpotentials nachgewiesen werden kann, wie dies bei Vorliegen von Überschuss-Chloräquivalenten problemlos mit der DPD-Methode durch einfaches Ablesen an der Farbskala von jedem Laien möglich ist.
Weitere bekannte Verfahren zur Sterilisation von Trinkwasser sind das Abkochen mit dem Nachteil hoher Energiekosten, die technisch aufwendige Zentrifugation sowie das noch aufwendigere Osmose-Verfahren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine schnelle, einfache und kostengünstige wie sichere Desinfektionsapparatur zur Desinfektion von kontaminiertem Trinkwasser zur Verfügung zu stellen, die vom Betreiber keine besondere Fachkenntnisse erfordert und an diversen Stromquellen, wie z. B. 12 V-Solarpanelen, 12 V-Akkus und Batterien, 235-V AC/9-12-V-DC Netzteilen, 12-V-Bordspannungen und dergleichen, angeschlossen werden kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer transportablen Eintauch-Elektrolysezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in einem geschlossenen Regelkreis eine über einen integrierten Mikroprozessor gesteuerte und kontinuierliche Zufuhr von geloster Salzsole erfolgt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Vorteil dieser geregelten Elektrolysezelle gegenüber anderen ähnlichen Eintauch-Elektrolysezellen liegt darin, dass nicht unnötig aufgelöstes Kochsalz in das Trinkwasser gelangt und somit die Qualität und den Geschmack beeinträchtigt. Der Vorteil dieser geregelten Elektrolysezelle gegenüber anderen ähnlichen Eintauch-Elektrolysezellen liegt darin, dass Energie eingespart wird.
Ein am Fuß der Elektrolysezelle angeordneter Salzvorrats- und Lösebehälter gibt nur soviel an gelöstem NaCl frei, wie für den Elektrolysevorgang erforderlich ist. Beim Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden und nach elektronisch geregelter Einstellung eines definierten Elektrolysestroms wird in der Elektrolysezelle Natriumhypochlorit (NaClO) erzeugt, wobei der natürliche pH-Wert des zu desinfizierenden Trinkwassers beibehalten wird.
Durch die gleichzeitige Entstehung von Wasserstoffgas (H₂) entsteht in der Elektrolysezelle eine Verwirbelung und ein Überdruck, der dafür sorgt, dass das erzeugte, pH-wertneutrale Desinfektions- und Oxidationsmittel NaClO im oberen Bereich der Elektrolysezelle austritt, und gleichzeitig entsteht am Fußende der Elektrolysezelle ein Unterdruck, der das geregelte Nachströmen von gelöster Salzsole in die Elektrolysezelle unterstützt. Biologisch verseuchtes Wasser wird durch das Desinfektionsverfahren absolut keimfrei, wobei der atomare Sauerstoff (O) im status nascendi zum größten Teil zusammen mit dem entstandenen Chlor (Cl) eine sehr effiziente Oxidation von Kohlenstoffketten (C_n) ermöglicht.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Eintauch-Elektrolysezelle und
2 ein Filtergefäß.
In 1 ist in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Eintauch-Elektrolysezelle abgebildet.
In das Fußteil 12 beziehungsweise in die Salzvorratskammer 10 wird eine oder werden mehrere Salztabletten 11 gelegt, und die Elektrolysezelle, Kathode 3 und Anode 2, wird zunächst an einer wie vor genannten Stromquelle angeschlossen und eingeschaltet in den Behälter 18, in dem sich das zu reinigende Trinkwasser befindet, eingetaucht. Über eine eingebaute Leuchtdiode 6 wird die Versorgungsspannung angezeigt. Über ein integriertes Einlassmagnetventil 14, welches sich zunächst unter Spannung im geöffneten Zustand befindet, strömt nun gelöste Salzsole durch das Rohr 15 in die Elektrolysekammer 1. Durch die Verlustwärme des unter Spannung stehenden Kugel-Magnetventils 14 wird das Wasservolumen in dem Einlass-Rohr 15 erwärmt. Die Wärme sorgt nun für eine unterstützende Konvektion, indem gelöste Salzsole aus der Vorratskammer 10 aufsteigt und in die Elektrolysekammer 1 gelangt. Bei ausreichender Leitfähigkeit entsteht ein Elektrolysestrom, der über einen integrierten Mikroprozessor 7 geregelt wird, indem er bei Erreichen des Sollwertes das Einlass-Kugel-Magnetventil 14 durch Spannungsunterbrechung und Gegendruck einer spiralförmigen Kunststofffeder 16 schließt und erst dann wieder erneut öffnet, wenn die Leitfähigkeit des zu reinigenden Wassers unter einen bestimmten Wert absinkt. So ergibt sich ein relativ einfacher Regelkreis, der die manuelle Zugabe von Kochsalz erübrigt.
Wenn ausreichende Leitfähigkeit in der Elektrolysekammer 1 hergestellt wurde, baut sich zwischen den Elektroden 2, 3 durch automatisches Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld auf. Der eintretende Elektrolysestrom wird über eine Leuchtdiode 8 angezeigt. Bei der Elektrolyse von Kochsalz (NaCl) wird Natriumhypochlorit (NaClO) erzeugt. Es entsteht Wasserstoff, der die in der ersten chemischen Reaktion entstandene Natronlauge (NaOH) durch entsprechende Verwirbelung in der Elektrolysekammer mit dem entstandenen Chlor (Cl₂) vermischt; dadurch entsteht ein neuer Stoff, das erwähnte Natriumhypochlorit (NaClO). Das entstandene, aufsteigende Wasserstoffgas erzeugt in der Elektrolysekammer 1 einen leichten Überdruck, der dafür sorgt, dass das entstandene Desinfektionsmittel Natriumhypochlorit durch die seitlichen Öffnungen 24 austritt und in das zu desinfizierende und zu entkeimende Trinkwasser gelangt. Gleichzeitig entsteht in der Salzlösekammer 10 ein leichter Unterdruck, der dafür sorgt, dass gelöste Salzsole aufsteigt und in die Elektrolysekammer gelangen kann.
Weiterhin sind zwei Permanent-Stabmagnete 4 isoliert in zwei Kunststoffröhrchen 5 vorgesehen. Die Elektrolysezelle 1 wird zuerst über das Stromversorgungskabel 17 an eine 12 V DC Stromquelle angeschlossen und dann in ein Behandlungsgefäß 18, das mit dem zu behandelnden Wasser gefüllt ist, eingetaucht. Nach Beendigung des Elektrolysevorgangs, und einer Gesamteinwirkzeit von ca. 15–20 Minuten, kann die Elektrolysezelle wieder herausgenommen werden. Das Wasser ist nun hygienisch einwandfrei und kann nun über einen offenen Einlaufstutzen 21 und Aktivkohlefilter 22 gemäß 2 gegossen werden.
Das austretende Wasser 25 im Behälter 23 ist nun für den menschlichen Genuss unbedenklich und hygienisch einwandfrei. Es bestehen nach dieser Behandlungsmethode keinerlei gesundheitliche Risiken.
Bezugszeichenliste

1: Elektrolysekammer
2: Elektrode, Anode
3: Elektrode, Kathode
4: Permanent-Stabmagnet
5: Kunststoffröhrchen
6: Leuchtdiode
7: Mikroprozessor
8: Leuchtdiode
10: Salzvorratskammer
11: Salztablette
12: Fußteil
13: Eisenkugel
14: Kugel-Magnetventil
15: Rohr
16: Kunststofffeder
17: Stromversorgungskabel
18: Behälter/Behandlungsgefäß
21: Einlaufstutzen
22: Aktivkohlefilter
23: Behälter
24: Öffnung
25: Wasser

Claims

Transportable Eintauch-Elektrolysezelle, die direkt in einen Wasserbehälter eingetaucht werden kann, wobei Kathode (3) und Anode (2) mit einem definierten, geringst möglichen Abstand, parallel gegenüberliegend angeordnet sind und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt sind und direkt über einem elektronisch geregelten Einlassventil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden direkt über einem elektronisch geregelten Kugel-Magnetventil (14) als Einlassventil angeordnet sind, welches in einem geschlossenen Regelkreis über den Leitwert in der Elektrolysezelle durch einen integrierten Mikroprozessor (7) steuerbar ist, und eine kontinuierliche Zufuhr von gelöster Salzsole aus einer Salzvorrats- und Lösekammer (10) im Fußteil (12) der Eintauch-Elektrolysezelle erfolgt.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Magnetventil (14) derart ausgebildet ist, dass es den Zustrom von gelöster Salzsole durch Öffnen oder Schließen regelt.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Magnetventil (14) derart ausgebildet ist, dass es sich beim Eintauchen in das zu behandelnde, biologisch verunreinigte Trinkwasser nach vorherigem Anlegen einer Versorgungsspannung, angezeigt durch eine Bereitschafts-Leuchtdiode (6), automatisch, geregelt durch den Mikroprozessor (7), öffnet und somit den Zustrom von Salzsole in die Elektrolysekammer (1) ermöglicht.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Spannung stehende offene Kugel-Magnetventil (14) derart ausgebildet ist, dass die Wassersäule im Zulaufrohr erwärmt wird und durch die entstehende Konvektorwirkung das Aufsteigen gelöster Salzsole beschleunigt wird.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Magnetventil (14) eine spiralförmige Kunststofffeder (16) und eine Eisenkugel (13) umfasst, wobei durch Gegendruck der spiralförmigen Kunststofffeder (16) auf die PVC ummantelte Eisenkugel (13) der Zustrom von Salzsole regelbar ist.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (7) derart ausgestaltet ist, dass bei Erreichen eines definierten Leitwertes automatisch eine definierte Spannung an die Elektroden (2, 3) anlegbar ist und der Stromfluss während des Elektrolysevorgangs über eine Leuchtdiode (8) angezeigt wird.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von Hand zu öffnende Salzvorrats- und Lösekammer (10) zur Bevorratung von Salztabletten (11) im Fußteil (12) der Eintauch-Elektrolysezelle integriert ist.