DE2605089B2 - Wasserbehaelter mit elektrischem heizelement und kathodischem korrosionsschutz - Google Patents
Wasserbehaelter mit elektrischem heizelement und kathodischem korrosionsschutzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wasserbehälter mit in dessen unterem Bereich angeordnetem elektrischen
Heizelement und einer an der Innenwandung vorgesehenen passiven Korrosionsschicht und mit einen
kathodischen Korrosionsschutz bewirkenden fremdstrombeaufschlagten Elektroden.
Warmwasserbehälter kleineren Inhalts, d. h. insbesondere
für Haushaltszwecke, hat man bisher praktisch nur mit einer passiven Korrosionsschutzschicht, meister.s
aus Emaille, sowie mit einer Opferanode aus Magnesium versehen, wobei man die Magnesiumanode
meistens durch einen Stutzen von oben in den Behälter schraubt, während die elektrische Heizung über einen
Flansch im unteren Teil angeordnet ist. In der Praxis hat
es sich gezeigt, daß derartige Warmwasserbehälter schon nach wenigen Jahren durch Korrosion zerstört
werden und zwar im unteren, d. h. das Heizelement aufnehmenden Bereich. Ausführliche Untersuchungen
mit Hilfe von Potential- und Strommessungen haben ergeben, daß bei derartigen Warmwasserbehältern das
untere Drittel dann nicht mehr kathodisch geschützt ist, wenn der Heizflansch nicht gege den Boiler isoliert ist,
was aus elektrotechnischen Gründen meistens nicht der Fall ist. Die Verwendung von Magnesiumopferanoden
hat noch weitere Nachteile, nämlich zunächst, daß eine Magnesiumanode eine beträchtliche Eigenkorrosion
zeigt, wodurch sie oft schon nach wenigen Jahren völlig zerstört bzw. aufgebraucht ist. Ferner entwickelt sich an
einer Magnesiumanode eine nicht unerhebliche Menge Wasserstoffgas, das mit Sauerstoff zu einer Knallgasmischung
führt und damit gefährlich ist.
Bei größeren Behältern hat man daher bereits vorgeschlagen, anstelle von Magnesiumopferanoden
frerndstrombeaufschlagte Elektroden, vor allem aus Aluminium, zu verwenden (»Handbuch des kathodischen
Korrosionsschützes« v. Baeckmann-Schwenk,
Verlag Chemie GmbH, 1971, Kapitel XVI, Seiten 330 u. 331), was jedoch deshalb noch zu keinem
befriedigenden Ergebnis geführt hat, weil die dafür bisher verwendeten fremdstrombeaufschlagten Elektroden
immer nur auf einen Strom eingestellt waren, so daß bei sich ändernden Bedingungen im Behälter, z. B.
beim Auftreten einer zusätzlichen Schadstelle in der passsiven Korrosionsschutzschicht, das richtige Potential
an der Behälterwand nicht mehr eingestellt ist. Außerdem bringen die bisherigen fremdstrombeaufschlagten
Elektroden keine Lösung für das Problem der besonderen Korrosionsgefährdung im Bereich des
Heizelements eines mit einem solchen ausgerüsteten Wasserbehälters. Die Schäden in diesem Bereich
werden darauf zurückgeführt, dab die Flächen des Heizelements als kathodischer Bereich wirken, an dem
Sauerstoff reduziert wird und damit als Oxydationsmittel wirksam werden kann, so daß in diesem Bereich etwa
auftretende Fehlstellen in der passiven Korrosionsschutzschicht besonders korrosionsgefährdet sind.
Bekannt ist es weiterhin, bei großen Objekten, z. B. Rohrleitungssystemen und Schiffen (»Handbuch des
kathodischen Korrosionsschutzes«, Kapitel Vl, Seiten 151-153), im Rahmen von Fremdstromschutzanlagen
beim kathodischen Korrosionsschutz potentiostatisch regelnde Gleichstromquellen zu verwenden, derart, daß
bei sich ändernden Verhältnissen, z. B. beim Einflußbereich von Gleichstrombahnen liegenden Rohrleitungen
oder beim Auftreten einer Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht eines Schiffsrumpfes der
Schutzstrom automatisch der normalen Situation angepaßt wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, welche mit vertretbarem wirtschaftlichen
Aufwand für kleinere Warmwasserbehälter, insbesondere
für Haushaltszwecke, eine wesentliche Langzeil-Verbesserung des Korrosionsschutzes, insbesondere im
bisher vor allem gefährdeten unteren, das Heizelement aufweisenden Bereich erbringt.
Bei einem Wasserbehälter der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Elektroden mittels eines Potentiostaten und einer Bezugseleketrode auf ein optimales Potential
einsteuerbar sind, und daß mindestens eine Fremdstromanode in der Nähe des Heizelements angeordnet
ist.
Es hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Ausbildung und Anordnung auch relativ kleine Warmwasserbehälter
wider Erwarten mit relativ geringem Aufwand exakt potentiostatisch so geregelt und
geschützt werden können, daß, sobald im Betrieb des Behälters eine Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht auftritt, der Schutzstrom automatisch
erhöht und der neuen Situation angepaßt wird. Vor allem hat sich auch herausgestellt, daß durch die
unmittelbare Zuordnung der i-remdstromanocie zum
Heizelement die Wirkung desselben als kathodischer Bereich weitestgehend neutralisiert wird, so daß die
Sauerstoffabscheidung in diesem Bereich kompensiert
wird und folglich keine Korrosionsgefahrdung an in
diesem Bereich auftretenden Fehlstellen in der passiven Korrosionsschutzschicht mehr vorhanden ist, obschon
ursprünglich gerade bei mit Heizelementen ausgerüsteten geschlossenen Behältern die bei freiliegenden ,
Flächen, wie Schiffsrümpfen und Rohrleitungen, nicht gegebene Befürchtung bestand, daß wegen der Entwicklung vr.-ii Wasserstoff insbesondere am Heizelement und
der Entwicklung von Sauerstoff an einer frenulstrom.beaufschlagten Anode erhöhte Knallgasgefahr gegeben υ
sein würde. Durch die gemäß der Erfindung erfolgende Einstellung eines optimalen Potentials ist aber die
Wasserstoffentwicklung im Behälter in Wirklichkeit mich geringer als in einem mittels einer Magnesiumopferanode geschützten Behälter, so daß statt der ; -befürchteten Erhöhung der Kanalgasgefahr bei Verwendung einer Fremdstromanode tatsächlich durch die
Erfindung eine wesentliche Reduzierung dieser Gefahr erreicht wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich bei :>
> Vorsehung eines im allgemeinen verwendeten, sich norizontal im unteren Bereich des Behälters erstreckenden, im wesentlichen U-förmigen elektrischen Heizelementes, wenn die Fremdstromanode oberhalb des
U-förmigen Heizelementes senkrecht zu dessen Sehen- ;*
kein .ingeordnet ist.
Ein noch besseres gleichmaßigeres Potential kann im
gesamten Behälter eingestellt werden, wenn man auch •ni oberen Bereich des Behälters noch eine Fremd-Mromanode
anordnet, die über die gleiche Be/ugselek- ;·■
'.rode und den gleichen Poteiuiostaten gesteuert wird.
Bei Verwendung einer Bezugselektrode aus Ag/AgCi
is-, os besonders vorteilhaft, die Bezugselektrode mit
einer s'.rb;,iungsverhmdernden Umhüllung zu umgeben.
u'n .'u vermeiden, daß sich das Silberchloric in
\ erhältmsmäi.iig kurzer Zeh auflöst und die Elektrode
damit unbrauchbar wird. was. wie sich gezeigt hai.
besonders dann auftritt, wenn die Elektrode von
h !schein NV asser umströmt wird. Wenn dagegen die
Elektrode aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschiage- ·., r.en Maßnahme von ruhendem Wasser umgeben ist.
kann das Silberchlorid praktisch nur noch durch
Diffusion ir. Lösung gehen, wodurch sich eine wesentlich
erhöhte Lebensdauer ergibt.
Ah Umhüllung kann man dabei ein am freien linde ■; ■
,-iiepcs Roh1.1 mit geschlossener Mantelfläche verwenden oder einen stirnseitig geschlossenen teilweise oder
.;i.se:tic porösen Mantel. z. B. ein gelochtes Rohr oder
er. ,uis poröser Keramik gebildetes Ruhr.
Die Frfindimg ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese ic.g.\ in schem.v.iheiu'-r
Darstellung ir
Γ ; ?:. : e:nen Wasserbehälter gemäß der Erfindung m
Seitenansicht und in
!■ ; c. 2 einer, Schnitt kings der Linie A- A der E \ f.. \.
t;!r \λ asserbchälter 1 ist in seinem untere- Bereich
•.■V. einem Hci.'flansch 2 mit einem im wesentlicher,
U-icrmige:·, Heizelement λ ausgerüstet.
! '.v. as oberhalb dieses U-iorrr.ige:; Hctzeiements i ;s',
senkrecht .",: CiCssen Schenkeln \criauienci emc Hem,..· s'.romanocie
4 ,ingeordne;, sowie ferner irn henachiv.r
'.en Bereich eine Bezugselektrode 5. die beide mit einen:
roientiosLuen b verbunden sind, der in grundsätzlich
bekannte. V* eise das optimale Potent:.:, im Rchäiici
einsteuert. Der Behälter 1 und eier Heizfiansch 2 sind
merbei geercici und als Mciielektrode gestaltet, wöbe,
i:u Potentia': gegenüber eier Bezugselektrode 5 durch
ölen Poientiostaten ti gcsteuer' wird Der Behälter 1 is"
innen mit einer nicht näher gezeigten passiven Korrosionsschicht aus Emaille versehen.
Unter einem wie vorstehend benannten Potentiostaten wird ein Regelgerät verstanden, das die Aufgabe hat.
die Meßelektrode einer elektrochemischen Zelle auf einem konstanten, mit Sollspannungsgeber einstellbaren Potential gegenüber einer Bezugselektrode zu
!.alten. Hierzu verstärkt der Potentiostat eine sehr
■ 'ine Abweichung des Potentials der Meßelektrode
von der Sollspannung und regelt damit den durch die Zelle zwischen Meßelektrode und Gegenelektrode
fließenden Strom.
Dieses Wirkungsprinz.ip wird auf den vorliegenden
Fall des kathodischen Korrosionsschutzes mit Fremdstrom übertragen und zwar wird mit Hilfe des
Potentiostaten 6 und der Bezugselektrode 5, z. B. aus Ag/AgCI, dem die Meßelektrode bildenden zu schützenden Gegenstand, nämlich äem Wasserbehälter 1, ein
derart negatives Potential aufgezwungen, daß eine Korrosion verhindert wird und möglichst wenig
Wasserstoffentwicklung auftritt. Weicht das Potential des Behälters 1 von der vorgegebenen Sollspannung ab,
\ erstarkt der Potentiostat diese kleine Abweichung und regelt damit den durch die Anordnung zwischen dem
Behälter 1 und der Fremdsiromanode 4 fließenden Strom derart, daß die Spannung ihren konstanten Wert
behält. Durch das derart fest vorgegebene Potential wird ein Korrosionsschutz dauernd gewährleistet, die
unerwünschte Wasserstoffentw icklung weitgehend verhindert und durch die potentiostatische Schaltung der
Strom jeweils gerade in der Höhe eingeregelt, wie er für den Korrosionsschutz benötigt wird, so daß ein
unnötiger Stromverbrauch vermieden wird.
Em für einen Haushaltswarmwasserbehälter von ca. 801 Fassungsvermögen erforderlicher Potentiostat
besteht im wesentlichen aus einem Trafo 220/2 χ ISN.
einem Gleichrichter- und Stabilisierungstcil. bestehend .ms Gleichrichtern. Zener-Dioden. Transistoren, Kondensatoren
und Widerständen, einem sogenannten Sollspannungsgeber, bestehend aus Dioden. Widerständen
und Potentiometern, einem Differential- und Wirverstärker als integriertes Element (ICl und aus zwei
Transistoren als Leistungsverstärkern in der F.ndstuie.
Die Einzelheiten eines solchen Poientiostaten bilden keinen Teil der \erliegender. Erfindung und sind daher
auch mehl näher beschrieben.
Um den potentiostatischen kiuhodischer. Korrosionsschutz
a;' mit Frischwasser beaufschlagten Wa.'mwasserrx-ruil'.ern
über lange Zeit aufrechterhalten zn
Können, nuii? eine Bezugselektrode verwende; werden.
weiche ή Trinkwasser em praktisch konstantes
Potentui besK.M. das wenig \emperatur.ibhancic .>t.
i-erner muß die betreffende Elektrode eine mögiichs:
Uiρ,ce Lebensdauer besitze!*;. H;e;v;i ist emc Silber S:;-l'c
rc !liorid-Be;· ui* se ie Kt rode besonder.- geeignet. Diese
besteh: aus einem Süberc.r;;;::. auf ueicneir, .:..;
cicNtrochemischcn V. ec emc Siibereh'oriclschicr.·. ?.J.·
Diese:1 Draht \i.w:.\ :" eine Lösung nv;
\i.w:.\ :" eine
· "io;'enak!:\ ita; · ine so-.cne
· "io;'enak!:\ ita; · ine so-.cne
dauer
über i.inge Ze'tcr.. welch
ge Tempiri!.i.;:'.:.bh.incif
r ;n Vs ,;;.„.·: :.iuchc
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rriäitnismaß1.·:
Die LebensM^r.g; unter rAnde-e:-: ν on der Losiieriker. des S:!beroh!onds
:n Wasser ab Diese Lo>'.ic:u.c:'. im bei niederen
Temperatiire:· \ erh.-:!;n;s;nä£y:g gennc. nimm; jedoch
bei Tempera:;.rerhönung s;ar'k .m Sie betrag; bei oO C
(eier •\rbcitstenu1era;.:r .;* eine:": no'niaien Vtausnaits-
warmwasserbehälter) ca. 7 χ 10~Jg pro Liter, d.h.
wenn diese Elektrode direkt von frischem Wasser angeströmt wird, würde sich das Silberchlorid in
verhältnismäßig kurzer Zeit auflösen und die Elektrode würde unbrauchbar.
Aus diesem Grund wird eine Bezugselektrode verwendet, die mit einer strömungsverhindernden
Umhüllung versehen ist, derart, daß die eigentliche Elektrode von ruhendem Wasser umgeben ist, so daß
das Silberchlorid praktisch nur durch Diffusion in Lösung gehen kann. Beispielsweise kann man dabei
einen mit Silberchlorid überzogenen Silberstab in einer Kunststoffumhüllung von ca. 1 cm Innendurchmesser
anordnen, die soviel öffnungen von ca. 3 mm Durchmesser aufweist, daß der gesamte Lochquerschnitt
ca. lern2 beträgt. Als zusätzliche strömungsverhindernde
Maßnahme kann die mit öffnungen versehene Kunststoffumhüllung nochmals von einem einseitig
offenen Kunststoffrohr mit geschlossener Mantelfläche umgeben sein. Die gesamte Anordnung ist in der
Warmwasserbehälter einschraubbar. Die durchgeführ ten Rechnungen zeigen, daß in diesem Fall bei einerr
Diffusionsquerschnitt von 1 cm2 und einem Diffusions ■3 weg von 1 cm bei einem angenommenen Diffusionsko
effizienten von ΙΟ"5-"1 für Silberchlorid in etwa K
see
Jahren sich nur 30 —50 mg Silberchlorid auflöser
würden. Da die auf dem Silberdraht abgeschiedene
ίο Menge Silberchlorid etwal g beträgt, ergibt sich untei
den angegebenen Bedingungen für eine solche Elektro de eine ausreichende Lebensdauer.
Es könnte, wie vorstehend schon erwähnt, auch irr oberen Bereich des Behälters noch eine zusätzlicht
ι ■) Fremdstromanode vorgesehen sein, die über die gleicht
Bezugselektrode und den gleichen Potentiostater gesteuert wird, womit der Vorteil verbunden ist, daß eir
noch gleichmäßigeres Potential über den ganzer Behälter einstellbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Wasserbehälter mit indessen unterem Bereich angeordnetem elektrischen Heizelement und einer
an der Innenwandung vorgesehenen passiven Korrosionsschutzschicht und mit einen kathodischen
Korrosionsschutz bewirkenden fremdstrombeaufschlagten Elektroden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden mittels eines ι ο Potentiostaten (6) und einer Bezugselektrode (5) auf
ein optimales Potential einsteuerbar sind und daß mindestens eine Fremdstromanode (4) in der Nähe
des Heizelements (3) angeordnet ist.
2. Wasserbehälter nach Anspruch 1, mit einem im r">
wesentlichen U-förmigen elektrischen Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstromanode
(4) oberhalb des U-förmigen Heizelements (3) senkrecht zu dessen Schenkeln verlaufend angeordnet
ist. :o
3. Wasserbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Fremdstromanode
im oberen Bereich des Behälters angeordnet ist.
4. Wasserbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Bezugselektrode aus
Ag/AgCl, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (5) von einer strömungsverhindernden
Umhüllung umgeben ist.
5. Wasserbehälter nach Anspruch 4, dadurch so gekennzeichnet, daß die Umhüllung von einem am
freien Ende offenen Rohr mit geschlossener Mantelfläche gebildet ist.
6. Wasserbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung von einem js
stirnseitig geschlosss.nen, teilweise oder allseitig porösen Mantel gebildet ist.
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DE2605089A Expired DE2605089C3 (de) | 1976-02-10 | 1976-02-10 | Wasserbehälter mit elektrischem Heizelement und kathodischem Korrosionsschutz |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |