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Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Chlorgas und Sauerstoff
sowie zum Lösen dieser Gase in Wasser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die
zur elektrolytischen Herstellung von Chlorgas und Sauerstoff bei intermittierenden
und in ihrer Leistung regulierbarem Betrieb sowie zum Lösen dieser Gase in Wasser
geeignet ist und eine Elektrolysierzelle aufweist, deren beide Kammern beispielsweise
übereinander angeordnet und durch ein Diaphragma getrennt sind.
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In der Praxis sind die verschiedensten Vorrichtungen zum Aufbereiten
und Reinigen von Wasser, welches in größeren Becken längere Zeit steht, insbesondere
Schwimrnbeckenwasser, bekannt. Durch diese Vorrichtungen werden alle eingeschleppten
Verunreinigungen, Krankheitskeime und Viren beseitigt bzw. vernichtet. Außerdem
wird gerade für Schwimmbecken ein möglichst klarsichtiges Wasser verlangt; dessen
Sichttiefe etwa der größten Beckentiefe von nahezu 4 bis 5 m gleichkommen soll.
Schließlich muß auch durch das jeweils angewandte Verfahren die Algenbildung bekämpft
werden, da sonst sowohl das Becken wie auch das Wasser stark verschmutzt wird.
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Die einfachste Art der Entkeimung des Wasser besteht bekanntlich in
der Zugabe von Chlor. Da jedoch bei der Einwirkung von Chlor auf das Wasser Salzsäure
entsteht, bringt diese Art der Entkeimung eine allmähliche Ansäuerung der gesamten
Wassermenge mit sich. Diese Art der Entkeimung entspricht zwar den Anforderungen,
die der Hygieniker an ein solches steriles und von Krankheitskeimen freies Wässer
zu stellen hat, jedoch ist, da das Wasser hierbei mehr oder weniger seines natürlichen
Charakters beraubt wird, immer noch nicht dem Wohlbefinden des Badenden ausreichend
Rechnung getragen.
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Um nun insbesondere die Beeinträchtigung des Charakters des behandelnden
Wassers durch die Beigabe von Chlor möglichst klein zu halten, ist es weiterhin
schon bekannt, einem Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases, wie beispielsweise Luft,
durch Expandieren nach vorheriger Kompression eine hohe kinetische Energie zu erteilen
und diesen Gasstrahl nach Beifügung von Chlor mit großer Geschwindigkeit auf das
zu behandelnde Wasser aufprallen zu lassen. Infolge der hierbei auftretenden Ultraschallschwingungen
und Kavitationseffekte wird aktiver Sauerstoff erzeugt, was wieder eine Verringerung
des Chlorverbrauches zur Folge hat und damit auch eine Verringerung der erforderlichen
Chlormenge ermöglicht.
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Darüber hinaus aber hat man bei einer elektrolytischen Behandlung
von Trinkwasser auch schon Ozon und Wasserstoffsuperoxyd erzeugt und dem Wasser
zugeführt, wobei beispielsweise das Ozon an einer fadenähnlichen, von einer rohrartigen
Kathode umgebenden Anode durch hochgespannten Strom gebildet werden kann.
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Gegenüber diesen zum Teil recht umständlichen Vorrichtungen liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und leicht regelbare
Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Chlorgas und Sauerstoff sowie zum
Lösen dieser Gase im Wasser zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die anodische
Kammer über eine Gasaustrittsleitung mit einer als Wasserdurchflußleitung dienenden,
gewendelten Rohrschlange verbunden ist.
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Durch diese Maßnahme gelangt das sich in dem oberen Teil der anodischen
Kammer ansammelnde Chlorgas in die besagte Rohrschlange, in der es im Gegenstrom
zu dem durch diese Rohrschlange hindurchfließenden Wasser langsam nach oben steigt
und sich in diesem nahezu vollständig löst, was wieder eine äußerst wirksame Entkeimung
zur Folge hat. Darüber hinaus zeichnet sich die Vorrichtung auch durch eine laiensichere
Bedienung sowie niedrige Betriebskosten aus.
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Um auch die restlichen, eventuell noch nicht gelösten Gasteilchen
in dem der Rohrschlange zufließenden
Wasser aufzulösen, ist der
Rohrschlange zweckdienlich ein Lösebehälter vorgeschaltet, der eine den Zufluß von
Rohwasser ermöglichende Öffnung sowie einen domartigen Abschluß aufweist, an den
eine über vorzugsweise über einen Dreiwegehahn mit einem höhenverstellbaren Tauchrohr
verbundene Abgasleitung angeschlossen ist.
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Ferner kann der Rohrschlange auch ein Zwischenbehälter mit einem höheren
Wasserniveau vorgeschaltet sein, von dem das Wasser der Rohrschlange oder dem dieser
vorgeschalteten Lösebehälter frei zufließt.
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Damit auch der bei der Elektrolyse als Abfallprodukt anfallende Wasserstoff
für den Wasserdurchsatz nutzbar gemacht werden kann, ist für diesen von der Kathode
gebildeten Wasserstoff zweckmäßig im Anschluß an einen Semmelraum eine in das Beckenwasser
mündende Austrittsdüse vorgesehen, über der ein sich nach oben hin verjüngender
Trichter angeordnet ist, an dem sich eine über das Beckenniveau hinaus- und in den
Zwischenbehälter hineinragende Steigleitung anschließt, durch die das Beckenwasser
von dem hochsteigenden Wasserstoff in kleinen Portionen hochgepumpt wird.
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Ist schließlich an dem Boden der kathodischen Kammer absperrbare Verbindungsleitung
zur Rohrschlange angeschlossen, so kann durch diese Leitung die bei der Elektrolyse
kathodenseitig sich bildende Lauge dem Behandlungswasser beigegeben und damit eine
einfache Regelung des pH-Wertes des Wassers erreicht werden.
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In der Zeichnung -ist eine beispielsweise, zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser
geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt dargestellt.
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Bei der in der Zeichnung schematisch dargestellten, in dem mit 1 bezeichneten
Beckenwasser schwimmenden Vorrichtung; die zur elektrolytischen Herstellung von
Chlorgas und Sauerstoff und damit auch der Aufbereitung dieses Beckenwassers geeignet
ist, besteht die mit einer aus Platin oder einem ähnlichen Werkstoff gefertigten
Anode 2 und einer Kathode 3 aus einem normalen: Werkstoff ausgestattete Elektrolysierzelle
4 aus den beiden in axialer Richtung hintereinandergeschalteten, hülsenartigen Bechern
5 und 6, zwischen deren einander zugekehrten abgeschrägten Stirnseiten ein gegenüber
der Waagerechten geneigtes Diaphragma 7 derart eingeklemmt ist, daß dessen eingeklemmter
Rand 8 gleichzeitig eine Abdichtung der Becher 5 und 6 bewirkt. Die beiden Böden
9 und 11 der Becher 5/6 stehen ftanschartig über deren Wandungen vor und sind in
axialer Richtung durch die außerhalb der Elektrolysierzelle 4 angeordneten. Zuganker
12 miteinander verspannt.
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Oberhalb der Elektrolysierzelle 4 ist auf dem Boden 9 des oberen Bechers
5 außer den beiden Schwimmern 13 noch ein Lösebehälter 14 angeordnet, in dessen
glockenartigen Dom 15 eine Leitung 16 einmündet, in die wieder ein Dreiwegehahn
17 mit einem in das Beckenwasser 1 hineinragenden, als hydraulische Drossel wirkenden
Tauchrohr 18 eingeschaltet ist. An diesem Lösebehälter 14 ist eine um die Außenwandung
der beiden Becher 5 und 6 herumgelegte Rohrschlange 19 mit senkrechter Wendelachse
angeschlossen, deren unteres Ende 21 durch den gestrichelt dargestellten Schlauch
22 verlängert ist. Neben dem Lösebehälter 14 ist auf dem oberen Becherboden 9 ein
Vorratsbehälter 23 für die als Elektrolyten dienende Kochsalzlösung angeordnet,
der über die Leitung 24 mit der oberen, von dem Becher 5 gebildeten anodischen Kammer
25 verbunden ist, wobei diese Leitung 24 an der tiefsten Stelle in diese Kammer
25 einmündet. In dieser Leitung 24 ist ein Dreiwegehahn 26 angeordnet, an den ein
weiteres, in die unterste Windung der Rohrschlange 19 einmündendes Leitungsstück
27 angeschlossen ist. Der obere Teil der anodischen Kammer 25 dagegen steht über
die durch ein Regelventil 28 teilweise oder auch ganz absperrbare Leitung
29
mit dem Ende 21 der Rohrschlange 19 in Verbindung.
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Neben dem Vorratsbehälter 23 ist ein weiterer Vorratsbehälter 31 für
die als Elektrolyt dienende Kochsalzlösung angeordnet, der wiederum über eine weitere
Leitung 32 an dem unteren Teil der von dem Becher 6 gebildeten kathodischen Kammer
33 angeschlossen ist. Auch in dieser Leitung 32 ist ein Dreiwegehahn 34 eingeschaltet,
an den sich ein weiteres, ebenfalls in dem Ende 21 der Rohrschlange 19 mündendes
Leitungsstück 35 anschließt. An dem Oberteil der kathodischen Kammer 33 ist ferner
eine Leitung 36 angeschlossen, die ebenfalls ein Absperrorgan 37 enthält und in
die mit 38 bezeichnete Austrittsdüse ausläuft. Oberhalb dieser Austrittsdüse 38
der Leitung 36 befindet sich eine in dem Außenrand des oberen Becherbodens 9 gelagerte,
über das Niveau 39 des Beckenwassers 1 hinausragende, einen sich nach oben hin verjüngenden
Trichter 41 tragende Steigleitung 42, die in einen neben dem Lösebehälter 14 auf
dem Becherboden 9 angeordneten, ebenfalls über das Beckenniveau 39 hinausragenden
Zwischenbehälter 43 mündet. Dieser Zwischenbehälter 43 wiederum steht über den Rohrkrümmer
44 mit dem Lösebehälter 14 in Verbindung.
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Diese der Aufbereitung des Beckenwassers 1 dienende Vorrichtung arbeitet
nunmehr in der folgenden Weise: Vor dem Anfahren der Vorrichtung werden zunächst
die beiden Dreiwegehähne 26 und 34 geöffnet, so daß die als Elektrolyt dienende,
in den Vorratsbehältern 23 und 31 befindliche Kochsalzlösung ungehindert in die
anodische Kammer 25 bzw. die kathodische Kammer 33 der Elektrolysierzelle 4 einströmen
kann, die durch das Beckenwasser 1 ständig auf eine unterhalb 30° C liegende Temperatur
abgekühlt wird. Sind diese beiden Kammern 25 und 33 vollständig mit Kochsalzlösung
angefüllt und wird an die Elektroden ein elektrischer Strom mit einer Spannung von
4 bis 12 Volt angelegt, so beginnt die elektrolytische Zersetzung der Kochsalzlösung,
bei der in der anodischen Kammer 25 im wesentlichen Chlorgas und in der kathodischen
Kammer 33 freier Wasserstoff und Natronlauge gebildet wird.
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Das sich in dem oberen Teil der anodischen Kammer 25 ansammelnde Chlorgas
gelangt dann nach dem Öffnen des Regelventils 28 durch die Leitung 29 in das Endstück
21 der Rohrschlange 19, von dem aus es in Form von kleinen Gasblasen entgegen dem
durch den Pfeil 45 dargestellten Strom des aus dem Lösebehälter 14 abfließenden
Behandlungswassers 46 nach oben steigt und sich in diesem löst. Das restliche, sich
nicht mehr in dem abfließenden Behandlungswasser 46 lösende Chlorgas dagegen gelangt
schließlich in den Lösebehälter 14 und sammelt sich in dessen glockenartigem Dom
15 an. Infolge des an
die Leitung 16 angeschlossenen Tauchrohres
18 steht das in den Lösebehälter 14 gelangende Chlorgas unter einem Überdruck, der
eine weitere Lösung desselben in dem in dem Lösebehälter 14 befindlichen Behandlungswasser
46 unterstützt.
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Während die in der kathodischen Kammer 33 gebildete Natronlauge infolge
ihres Gewichtes gegen den Kammerboden absinkt, steigt der frei gewordene Wasserstoff
in dem als Sammeldom dienenden, mit 47 bezeichneten Raum unmittelbar unter
dem Diaphragma 7 hoch und strömt nach dem Öffnen des Absperrorgans 37 durch die
Leitung 36 zur Austrittsdüse 38, von der aus er intermittierend in Blasenform durch
die Steigleitung 42 hochsteigt. Infolge des nur sehr geringen spezifischen Gewichtes
von Wasserstoff ist der Auftrieb der einzelnen Wasserstoffblasen 48 dabei so groß,
daß diese das zwischen ihnen befindliche Beckenwasser 1 intermittierend in den Zwischenbehälter
43 hochpumpen und somit ein ständiges Nachfüllen der in diesem befindlichen, noch
erst aufzubereitenden Wassermenge 49 bewirken.
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Da durch die Anordnung des Tauchrohres 18 in dem Lösebehälter 14 ein
Überdruck herrscht, liegt das Wasserniveau 51 des Zwischenbehälters 43 oberhalb
des mit 52 bezeichneten Niveaus des im Lösebehälter 14 befindlichen Behandlungswassers
46. Steigt das Wasserniveau 51 im Zwischenbehälter 43 nun an, so fließt das in diesem
befindliche Wasser durch den Rohrkrümmer 44 in den Lösebehälter 14, strömt von diesem
aus in Richtung des Pfeiles 45 durch die Rohrschlange 19 und gelangt schließlich
nach Aufnahme des ihm durch die Leitung 29 im Gegenstrom zugeführten Chlorgases
zum Rohrschlangenende 21, aus dem es entweder unmittelbar in das Beckenwasser 1
abfließt oder mittels des Schlauches 22 jeder beliebigen Stelle des Schwimmbeckens
zugeführt werden kann.
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Im Verlauf der Elektrolyse treten die in der kathodischen Kammer 33
gebildeten OH-Ionen durch das Diaphragma 7 hindurch und wandern zur Anode 2 hoch,
wodurch in der anodischen Kammer 25 die zusätzliche Bildung von Sauerstoff begünstigt
wird. Der Sauerstoff strömt dabei zusammen mit den Chlorgasen durch die Leitung
29 und wird dem durch die Rohrschlange 19 im Gegenstrom zufließenden Behandlungswasser
46 zugeführt und zum größten Teil von diesem aufgenommen. Der nicht lösbare Rest
des Sauerstoffes gelangt wie auch die Chlorgasreste in den Dorn 15 des Lösungsbehälters
14, wobei der Sauerstoff infolge seines gegenüber dem Chlorgas spezifisch
geringeren Gewichtes auch in die Leitung 16 hochsteigt und ein unerwünschtes Entweichen
des in dem Lösebehälter 14 befindlichen Chlorgases verhindert.
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Sinkt beim Zuführen des von der Vorrichtung erzeugten chlorhaltigen
Behandlungswassers 46 zum Beckenwasser 1 dessen pH-Wert ab und wird ein säureartiger
Charakter deselben festgestellt, so läßt sich eine Neutralisation durch ein einfaches
Öffnen des Dreiwegehahnes 34 erreichen, wobei dann die in dem Unterteil der kathodischen
Kammer 33 befindliche Natronlauge durch die Leitung 35 dem Rohrschlangenende 21
zufließt und zusammen mit dem durch die Rohrschlange 19 abströmenden Behandlungswassers
46 in das Schwimmbeckenwasser 1 gelangt. Durch diese Beigabe von Natronlauge läßt
sich also eine einfache und verhältnismäßig rasche Regelung des pH-Wertes des Schwimmbeckenwassers
1 durchführen und den jeweils gegebenen Bedingungen anpassen.
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Soll das Behandlungswasser 46 nicht dem Beckenwasser 1, sondern der
durch ein Absperrorgan 53 zu schließenden Frischwasserleitung 54 entnommen werden,
so gelangt es über die mit dem Absperrorgan 55 versehene Zweigleitung 56 in den
Zwischenbehälter 43, wobei sein Niveau 51 durch die obere Mündung der Steigleitung
42 bestimmt ist, durch die das eventuell überschüssige Frischwasser dann gegebenenfalls
direkt an das Becken abfließen kann. Hierbei ist der in der Leitung 16 befindliche
Dreiwegehahn 17 dann vorteilhaft so einzustellen, daß die sich noch in dem Dom 15
des Lösebehälters 14 befindlichen anodischen Gase nicht durch das Tauchrohr 18,
sondern durch die gegebenenfalls auch bis zum Beckenboden hin verlängerbare Frischwasserleitung
54 abströmen, in deren Innerem im Bereich der in sie einmündenden Leitung 16 eine
nicht besonders dargestellte Strahldüse angeordnet ist.
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Beim Stillsetzen der Vorrichtung wird der weitere Zufluß des Elektrolyten
durch ein Schließen der beiden Dreiwegehähne 26 und 34 unterbunden, wobei der Dreiwegehahn
34 so zu stellen ist, so daß aus der kathodischen Kammer 33 die noch in dieser befindliche
Natronlauge und aus der anodischen Kammei 25 das in dieser befindliche, durch das
Diaphragma 7 nachströmende Chlorwasser völlig geruchsfrei direkt zum Rohrschlangenende
21 abfließen und zusammen mit dem Behandlungswasser 46 in das Schwimmbeckenwasser
1 gelangen.