DE202006015623U1

DE202006015623U1 - Transportable Eintauch-Elektrolysezelle

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Publication number: DE202006015623U1
Application number: DE202006015623U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: DE102006037322B4; DE102006037322A1

Abstract

Transportable Eintauch-Elektrolysezelle, die direkt in einen Wasserbehälter eingetaucht werden kann, und in der Kathode (3) und Anode (2) mit einem definierten, geringst möglichem Abstand, parallel gegenüberliegend, und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt sind und direkt über einem elektronisch geregeltem Einlassventil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Regelkreis, über einen integrierten Mikroprozessor (7) gesteuerte und kontinuierliche Zufuhr von gelöster Salzsole 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 möglichem Abstand, parallel gegenüberliegend und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt und direkt über einem elektronisch geregeltem 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 US 5,795,459 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 – > 8, die drei bis fünffache 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 DE 596 01 821 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. 12V-Solarpanelen, 12V-Akkus und Batterien, 235-V AC/9-12-V-DG Netzteilen, 12-V-Bordspannungen und dergleichen, angeschlossen werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem geschlossenen Regelkreis eine über einen integrierten Mikroprozessor (7) gesteuerte und kontinuierliche Zufuhr von gelöster 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, die bei anderen ineffizienten Verfahren in nutzlose Wärme umgewandelt wird und somit auch zu einer Beeinträchtigung des Geschmacks des Trinkwassers beiträgt.
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 durch den Unterdruck am Fußende der Elektrolysezelle das geregelte Nachströmen von gelöster Salzsole unterstützt. Biologisch verseuchtes Wasser wird durch das Desinfektionsverfahren absolut keimfrei, wobei der atomare Sauerstoff (O) im status nascendi, zum größten Teil eine sehr effiziente Oxidation von Kohlenstoffketten (C_n) zusammen mit dem entstandenen Chlor (Cl) zersetzt.
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.
Im Fußteil 12 beziehungsweise Salzvorratskammer 9, 10 wird eine oder werden mehrere Salztabletten 11 gelegt und die Elektrolysezelle, Kathode 2 und Anode 3 werden 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 erwärmt. Die Wärme sorgt nun für eine unterstützende Konvektion, indem gelöste Salzsole aus der Vorratskammer 9, 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. Gleichzeitig entsteht Wasserstoff, der in der ersten chemischen Reaktion die entstandene Natronlauge (NaOH) durch entsprechende Verwirbelung in der Elektrolysekammer mit dem entstandenen Chlor (Cl₂) vermischt, und 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 (9, 10, 12) ein leichter Unterdruck, der dafür sorgt, dass gelöste Salzsole aufsteigt und in die Elektrolysekammer gelangen kann.
Zwei Permanent-Stabmagnete 4, die isoliert in zwei Kunststoffröhrchen 5 in wechselnden Polausrichtungen untergebracht sind, wirken auf das elektrische Feld zwischen Kathode 2 und Anode 3 ein, indem die Elektronen der Wasserstoffkerne kurzfristig auf ein höheres Umlaufpotential gebracht werden. Dies beschleunigt die Reaktion bei dem Elektrolyseprozess und sorgt für eine bessere Strom- und Salzausbeute.
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 Aktivkohlefilter 22 und Einlaufstutzen 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.

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

Claims

Transportable Eintauch-Elektrolysezelle, die direkt in einen Wasserbehälter eingetaucht werden kann, und in der Kathode (3) und Anode (2) mit einem definierten, geringst möglichem Abstand, parallel gegenüberliegend, und nicht durch eine Diaphragma-Membran getrennt sind und direkt über einem elektronisch geregeltem Einlassventil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Regelkreis, über einen integrierten Mikroprozessor (7) gesteuerte und kontinuierliche Zufuhr von gelöster Salzsole erfolgt.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein über den Leitwert geregeltes Kugel-Magnetventil (15) vorliegt, das den Zustrom von gelöster Salzsole durch Öffnen oder Schließen regelt.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eintauchen in das zu behandelnde, biologisch verunreinigte Trinkwasser nach vorherigem Anlegen einer Versorgungsspannung, angezeigt über eine Bereitschafts-Leuchtdiode (6), sich automatisch, über den Mikroprozessor (7) geregelt, das Kugel-Magnetventil (15) 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 (15), die Wassersäule im Zulaufrohr erwärmt, und durch die entstehende Konvektorwirkung das Aufsteigen gelöster Salzsole beschleunigt.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Magnetventil (15), bei Erreichen eines definierten Leitwertes in der Elektrolysezelle (1), über den Mikroprozessor (7) abgeschaltet wird, und durch Gegendruck einer spiralförmigen Kunststofffeder auf eine PVC ummantelte Eisenkugel (13), den Zustrom von Salzsole verhindert.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines definierten Leitwertes, automatisch eine definierte Spannung an die Elektroden (2)+(3) über den Mikroprozessor (7) aufgeschaltet wird, 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 eine von Hand zu öffnende Salzvorrats- und Lösekammer (9) (10) (12) zur Bevorratung von Salztabletten (11) im Fußteil (12) der Eintauch-Elektrolysezelle, integriert ist.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zwei Permanent-Stabmagnete (4), die isoliert in zwei Kunststoffröhrchen (5) in wechselnden Polausrichtungen in der Elektrolysezelle (1) untergebracht sind, wirken auf das elektrische Feld zwischen Kathode (2) und Anode (3) ein, indem die Elektronen der Wasserstoffkerne kurzfristig auf ein höheres Umlaufpotential (Sein) gebracht werden. Dies beschleunigt die Reaktion bei dem Elektrolyseprozess und sorgt für eine bessere Strom- und Salzausbeute.
Transportable Eintauch-Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Zwei Permanent-Stabmagnete (4), die isoliert in zwei Kunststoffröhrchen (5) in wechselnden Polausrichtungen, zusammen mit dem Elektromagneten des Kugel-Magnetventil (15) Diamagnetismus nach der Lenz'schen Regel erzeugen.