DE3638788A1 - Messarmatur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Armatur zum kontinuier­ lichen Messen von galvanische Elemente depolarisierenden Restmengen von Oxidationsmitteln in Wasser, insbesondere Chlor, Chlordioxid oder Ozon, in Trink-, Brauch- oder Schwimmbadwasser, wobei die Armatur einen Messwasserein­ lauf, ein Durchfluss- Regelventil, einen Wasserüberlauf aus einem Innenrohr und einem dieses überragenden, am Deckel befestigten Aussenrohr, eine oben offene Messzelle mit einer Kupfer- und einer Platinelektrode, einen den Messwas­ sereinlauf mit dem Innenraum der Messzelle verbindenden By­ pass von kleiner Nennweite, einen Messwasserauslauf und einen Schraubstecker für die Uebermittlung der Messignale aufweist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Ver­ fahren zum Betrieb der Armatur.

Zur Aufbereitung von Trink-, Brauch- oder Schwimmbadwasser werden Oxidationsmittel eingesetzt, wobei sich in der Pra­ xis insbesondere Chlor und Ozon bewährt haben. Für die Ueberwachung des hydrochemischen Zustands des Wassers ist es jedoch unerlässlich, die Oxidationsmittel-Restmengen zu messen.

Die mit Oxidationsmitteln zusammenhängenden elektroche­ mischen Reaktionen bewirken eine Depolarisierung von galva­ nischen Elementen. In bekannten Messarmaturen werden des­ halb Messzellen mit einer Kupfer- und einer Platinelektrode eingesetzt, und die im Messwasser erzeugte Depolarisierung des galvanischen Elementes ausgewertet.

Weiter kann mit einer Messarmatur für Oxidationsmittel- Restmengen die Dosierung des Oxidations- bzw. Entkeimungs­ mittels automatisiert werden. Mit Hilfe moderner Elektronik können die gewünschten Regelwerte digital eingestellt wer­ den.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen von gal­ vanische Elemente depolarisierenden Restmengen von Oxida­ tionsmitteln in Wasser zu schaffen, die auch bei stark schwankendem Eingangsdruck des Messwassers einen gleich­ bleibenden, regulierten Messwasserdurchfluss erlauben, eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit gewährleisten und eine zuverlässige und servicefreundliche Konzentrationsmessung erlauben.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsge­ mäss dadurch gelöst, dass das aufsteigende Zuflussrohr mit dem Messwassereinlauf koaxial in das Innenrohr des Wasser­ überlaufs übergeht, unmittelbar nach dem als Drossel ausge­ bildeten Durchfluss- Regelventil ein in das Innenrohr ra­ gender Teil des Zuflussrohres bzw. ein entsprechend einge­ setzter hohler Zapfen einen Ringspalt im Innenrohr bildet, und die Austrittsöffnung/en für das Messwasser oberhalb des vom Innenrohr abzweigenden, tangential in den Innenraum der Messzelle geführten Bypasses angeordnet ist/sind, wobei sich der Staudruck bei der Bypasseintrittsöffnung selbst auf einen konstanten, durch die Höhe des Innenrohrs be­ stimmten Wert einstellt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung entspricht in bezug auf ihr konstruktives Grundkonzept und ihre technischen Daten weitgehend der im Prospekt der Firma MESIN AG, CH-8400 Win­ terthur, beschriebenen Chlor- und Ozon-Messarmatur 9280. Durch die Anordnung der Austrittsöffnung/en für das Mess­ wasser oberhalb des Bypasses, vorzugsweise um mindestens 10 mm, wird jedoch nicht nur die durch die Wassersäule im Innenrohr bewirkte Staudruck-Selbsteinstellung weiter sta­ bilisiert, sondern insbesondere auch eine Injektorwirkung beim Bypass verhindert. Der statische Staudruck kann durch die Verstellung der Höhe des Innenrohres eingestellt wer­ den. Dies wiederum ermöglicht eine noch höhere Messgenauig­ keit ohne Verminderung der Zuverlässigkeit und Service­ freundlichkeit.

Durch die unterhalb des Bypasses ausgebildete Verengung des Zuflussrohrs bzw. des eingesetzten hohlen Zapfens entsteht zwischen diesem und dem Innenrohr ein Ringspalt. Die Ver­ engung des Zuflussrohrs bzw. Zapfens im Innenrohr erfolgt beispielsweise kontinuierlich, wodurch das Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, oder stufenweise.

Die Öffnung bzw. die Öffnungen für das Messwasser ist/ sind in der zylinderförmigen oder sich verjüngenden Seiten­ fläche des Zuflussrohrs bzw. des hohlen Zapfens angebracht. Zweckmässig ist/sind sie als Bohrung/en oder als Schlitz/e ausgespart.

Von unten ragt eine vorzugsweise als steckbare Einheit aus­ gebildete Messzelle in die Messkammer. Diese Messzelle um­ fasst eine isolierende Sockelplatte, einen massiven Aussen­ ring aus Kupfer, einen Kunststoffzapfen im Bereich der ge­ meinsamen Achse von Messkammer und Messzelle, einen den Kunststoffzapfen spiralförmig umgebenden, jedoch diesen vorzugsweise nicht berührenden Platindraht und einen über elektrische Leiter mit der Kupfer- und der Platinelektrode verbundenen Stecker.

Der Bypass mit dem Messwasser wird tangential durch den Kupferring geführt. Dadurch steigt das eingeleitete Mess­ wasser in der Messzelle bzw. -kammer rotierend hoch, bis es über deren oberen Rand in die Messarmatur fliesst und sich dort mit der Restmenge des Messwassers, das über das Innen­ rohr und den Überlauf fliesst, vereinigt.

Das in der Messzelle bzw. -kammer rotierend hochsteigende Messwasser enthält bevorzugt gebrochenen Reinigungssand, der jedoch nicht über den oberen Rand der Messkammer aus­ fliesst. Der Reinigungssand bewirkt, dass die sauber gerei­ nigte Kupferelektrode immer blank bleibt und so eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit und eine langzeitstabile Mess­ grösse für die Anzeige der Depolarisierung des galvanischen Elements gewährleistet.

Zur Erleichterung der Rezirkulation des Reinigungssandes hat die Messkammer oberhalb der Messzelle zweckmässig eine Einengung, wobei der Durchmesser vorzugsweise auf 20-80%, insbesondere 40-60%, des Innendurchmessers der Messkammer reduziert, und danach wieder auf den ursprünglichen Innen­ durchmesser aufgeweitet wird. Mit dieser Einengung wird er­ reicht, dass im sich nach oben aufweitenden Teil der Mess­ kammer die Rotation des Messwassers erheblich reduziert wird. Bei niedrigerer Rotationsgeschwindigkeit kann der Sand nicht weiter nach oben getragen werden. Er fällt durch den zentralen Bereich der Einengung wieder nach unten, wo­ bei er vom oben spitz oder kalottenförmig ausgebildeten Kunststoffzapfen verteilt, dann von der rotierenden Strö­ mung wieder mitgerissen und in die Höhe getragen wird, wo­ durch die Kupferelektrode durch den nach aussen zentrifu­ gierten Sand gereinigt wird.

Ueberraschend hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den In­ nendurchmesser der Kupferelektrode auf der Höhe des oberen Endes der Platinelektrode von oben nach unten stufenförmig auszuweiten und diese Ausweitung bis zum untern Ende der Kupferelektrode durchzuziehen. Durch diese Verminderung der Wandstärke der Kupferelektrode wird die Querschnittsfläche zwischen Kupferelektrode und Kunststoffzapfen im unteren Bereich der Messzelle in dem Masse vergrössert, wie sie durch den eingelegten Platindraht vermindert wird. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse für das Messwasser opti­ malisiert.

Die Elektroden der Messzelle bestehen aus in der Elektro­ chemie üblichen Kupfer- bzw. Platinlegierungen. Die übrigen Teile der Messarmatur bestehen vorwiegend aus Kunststoff oder Plexyglas, wobei die dem Druck ausgesetzten und tra­ genden Teile aus einem Kunststoff, insbesondere aus PVC, die Seitenwandung und das Abflussrohr, auf welches kein Druck mehr ausgeübt wird, bevorzugt aus durchsichtigem Plexyglas ausgebildet sind. Der Innenraum des Messgehäuses liegt zur optischen Inspektion frei.

Das Abflussrohr kann von unten bündig in den Boden der Messarmatur eingeführt sein, dann fliesst das Messwasser kontinuierlich ab. Das Abflussrohr kann jedoch auch den Boden durchgreifen und in das Gefäss hineinragen, höchstens jedoch bis etwa 1 cm unterhalb des oberen Randes der Messkammer, wodurch in der Messarmatur ein entsprechend tiefer Messwassersiphon gebildet wird.

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsge­ mäss dadurch gelöst, dass das Messwasser in das Zuflussrohr geleitet, mittels der Drossel auf einen konstanten Durch­ fluss im Bereich von 10-50 l/h eingestellt und in der Messzelle mit gebrochenem Reinigungssand versetzt wird, welcher mit dem Messwasser in einer rotierenden Bewegung hochsteigt, dabei die Kupferelektrode kontinuierlich rei­ nigt und dann wieder in den unteren Teil der Messzelle zu­ rückfällt.

Bei den in der Praxis am häufigsten eingesetzten Geräten kann das Messwasser mit einem Ueberdruck bis zu 15 bar, vorzugsweise bis zu 5 bar, zugeführt werden, dabei wird der Messwasserdurchfluss auf einen Wert zwischen 30 und 40, vorzugsweise auf etwa 35 l/h, eingestellt.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Ansprechempfindlich­ keit erreicht werden, die unter 0,001 mg/l liegt.

Die elektrische Messgrösse der Elektroden wird in bekannter Weise abgegriffen, über einen Stecker geleitet und ausge­ wertet.

Die erfindungsgemässe Messarmatur wird beispielsweise zu­ sammen mit einem Aktivkohlefilter montiert, welcher zur Eichung bzw. Nullpunkteinstellung dient. Dabei wird z.B. mittels eines Dreiwegehahns das Messwasser über den Aktiv­ kohlefilter umgeleitet, wobei dem Messwasser die Restmengen von Oxidationsmitteln vollständig entzogen werden. Selbst­ verständlich kann anstelle von Aktivkohle jedes geeignete, dem Fachmann bekannte Desoxidationsmittel eingesetzt wer­ den. So kann das Messwasser der Messaramtur ohne jegliche depolarisierende Oxidationsmittel, wie beispielsweise Chlor, Chlordioxid oder Ozon, zugeführt werden. Die Eichung erfolgt frühestens 24 Stunden nach der Inbetriebnahme der Messarmatur, dank der ausserordentlichen Stabilität des Ge­ rätes muss sie lediglich alle ein bis zwölf Monate wieder­ holt werden.

Bei einer Eichung wird nach ca. 2 Minuten, bzw. wenn sich die Messanzeige nicht mehr verändert, an der Auswerteein­ heit das entsprechende Potentiometer auf den Nullpunkt ein­ gestellt. Nach dem Umschalten des Umstellventils bzw. Drei­ wegehahns fliesst das Messwasser mit den Oxidationsmitteln direkt in die Messarmatur. Ebenfalls nach etwa 2 Minuten bzw. bei stillstehender Anzeige wird der Gehalt an Oxidati­ onsmittel im Messwasser mit einem Messgerät überprüft. Der gemessene Wert wird am Einstellpotentiometer der Auswerte­ einheit eingestellt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schema­ tisch:

Fig. 1 eine Ansicht einer Messarmatur mit einem ange­ schlossenen Aktivkohlefilter zur Eichung, und

Fig. 2 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Messarma­ tur.

Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 besteht grundsätzlich aus zwei Teilen, der Messarmatur 10 und dem Aktivkohlefilter 12. Dieser Aktivkohlefilter wird lediglich zu Eichzwecken verwendet. Das zufliessende Messwasser M wird während des Eichens durch Drehen des Dreiwegehahns 14 über die Leitung 16 in den Aktivkohlefilter 12 und von dort über die Leitung 18 wieder in das Zuflussrohr 20 zurückgebracht.

Während des Messbetriebs fliesst das Messwasser M über das Zuflussrohr 20, welches im letzten Stück vertikal aufstei­ gend ausgebildet ist, zur Messarmatur 10. Die Messarmatur enthält die Messkammer 22, welche eine gut erkennbare Ein­ engung 44 aufweist. Die Aussenkonturen des Kernstücks der Messarmatur 10 werden durch einen Boden 24 und einen Deckel 26 aus PVC gebildet, welche mit dem durchsichtigen Plexy­ glasmantel 28 ein geschlossenes Gefäss bilden.

Ein Innenrohr 30, welches als Fortsetzung des vertikalen Zuflussrohrs 20 das Gefäss in axialer Richtung durchgreift, bildet einen Ueberlauf 34 für das nicht in die Messzelle 25 (Fig. 2) geleitete Messwasser M, welches zwischen dem In­ nenrohr 30 und dem darübergestülpten, am Deckel 26 befe­ stigten und das Innenrohr 30 überragenden Aussenrohr 32 in das Gefäss der Messarmatur 10 fliesst.

Der Messwasserauslauf ist ein den Boden 24 durchgreifender, sich beinahe bis zum Niveau des oberen Randes der Messkam­ mer 22 erstreckender Rohrstutzen 36, der in das Auslaufrohr 38 übergeht, von wo das ausfliessende Messwasser drucklos in eine Auffangwanne 39 läuft.

Die Drossel 40, welche als Durchfluss-Regelventil wirkt, ist im Boden 24 der Messarmatur 10 montiert. Die Drossel 40 ist als Drehventil ausgebildet.

Der Boden 24 der Messarmatur 10 wird von der steckbaren Messzelle 25, von welcher nur der Kunststoffsockel 45 sichtbar ist, durchgriffen.

Der erzeugte Messimpuls wird über ein in einem Schraubstek­ ker 64 befestigtes elektrisches Kabel 66 zu einer nicht dargestellten Auswerteeinheit geführt.

Die an sich bekannten Verbindungsmuffen, Eckstücke und dgl. sind nicht einzeln bezeichnet.

Das vertikal aufsteigende Zuflussrohr 20 mit der Drossel 42, welche auch als Schieber ausgebildet sein kann, geht koaxial und deckungsgleich in das Innenrohr 30 über. Knapp oberhalb des Bodens 24 zweigt, in Fig. 2 dargestellt, vom Innenrohr 30 ein Bypass 48 ab, welcher - der Uebersicht­ lichkeit wegen auf der ganzen Länge gezeigt, obwohl er nicht in Schnittebene liegt - tangential in die Messzelle 25 mündet. Der Bypass 48 kann auch als Bohrung in einem massiven Boden 24 ausgebildet sein. Im Zuflussrohr 20 ist ein hohler Zapfen 50 eingesetzt, der sich nach oben ver­ jüngend in das Innenrohr 30 ragt. Deutlich oberhalb der Ab­ zweigung des Bypasses 48 hat der hohle Zapfen 50 auf zwei Ebenen je 2-6 Austrittsöffnungen 52, insbesondere Bohrungen mit 1-5 mm Durchmesser, durch welche das Messwasser M in das Innenrohr 30 strömt. Der Hauptteil des Messwassers fliesst durch den Bypass 48 in die hier einfachheitshalber nicht steckbar gezeichnete Messzelle 25 und steigt in die­ ser rotierend nach oben. Am oberen Rand 54 der Messkammer 22 ergiesst sich das nunmehr nur noch langsam rotierende Messwasser in das Gefäss der Messarmatur 10. Der Rest des Messwassers fliesst nach oben, in Richtung des nicht mehr sichtbaren Wasserüberlaufs, und bildet so einen konstanten Staudruck. Die Höhe des Innenrohrs 30 liegt in der Praxis vorteilhaft bei 20-60 cm, was einem Staudruck von 0,02-0,06 bar bewirkt.

Der mit dem Messwasser rotierende gebrochene Reinigungssand 56 scheuert die Innenseite der ringförmigen Kupferelektrode 46 von den Oxidationsmittelrückständen dauernd sauber und blank.

Auf der Höhe des oberen Endbereichs der einen Kunststoff­ zapfen 58 spiralförmig umgebenden Platinelektrode 60 hat die ringförmige Kupferelektrode 46, sich nach unten aus­ weitend, eine Abstufung 62.

Claims (10)

1. Armatur zum kontinuierlichen Messen von galvanische Elemente depolarisierenden Restmengen von Oxidations­ mitteln in Wasser, insbesondere Chlor, Chlordioxid oder Ozon, in Trink-, Brauch- oder Schwimmbadwasser, wobei die Armatur einen Messwassereinlauf, ein Durch­ fluss-Regelventil, einen Wasserüberlauf (34) aus einem Innenrohr (30) und einem dieses überragenden, am Dek­ kel (26) befestigten Aussenrohr (32), eine oben offene Messzelle (25) mit einer Kupfer- (46) und einer Pla­ tinelektrode (60), einen den Messwassereinlauf mit dem Innenraum der Messzelle (25) verbindenden Bypass (48) von kleiner Nennweite, einen Messwasserauslauf (38) und einen Stecker (64) für die Uebermittlung der Mess­ signale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das aufsteigende Zuflussrohr (20) des Messwasserein­ laufs koaxial in das Innenrohr (30) mit dem Wasser­ Überlauf (34) übergeht, unmittelbar nach dem als Dros­ sel (40, 42) ausgebildeten Durchfluss-Regelventil ein in das Innenrohr (30) ragender Teil des Zuflussrohrs (20) bzw. ein entsprechend eingesetzter hohler Zapfen (50) einen Ringspalt (R) im Innenrohr (30) bildet, und die Austrittsöffnung/en (52) für das Messwasser ober­ halb des vom Innenrohr (30) abzweigenden, tangential in den Innenraum der Messzelle (10) geführten Bypass (48) ausgespart ist/sind, wobei sich der Staudruck bei der Bypasseintrittsöffnung selbst auf einen konstan­ ten, durch die Höhe des Innenrohrs (30) bestimmten Wert einstellt.

2. Messarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung/en (52) für das Messwasser (M) wenigstens 10 mm oberhalb des Bypasses (48) ange­ ordnet ist/sind.

3. Messarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Austrittsöffnung/en (52) aus der zylindrisch ausgebildeten oder sich verjüngenden Sei­ tenfläche des Zuflussrohrs (20) bzw. des hohlen Zapfens (50) als Bohrung/en oder Schlitz/e ausgespart ist/sind.

4. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Messwasser (M) aus je 2-6 auf zwei Ebenen angeordneten Austrittsöffnungen (52), vor­ zugsweise Bohrungen von 1-5 mm Durchmesser, fliesst.

5. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Kupferelektrode (46) als massi­ ver Aussenring und die Platinelektrode (60) als spiral­ förmiger Draht ausgebildet sind.

6. Messarmatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektrode (46), von oben nach unten be­ trachtet, auf dem Niveau der endenden Platinspirale (60) eine den Innendurchmesser vergrössernde Abstufung (62) aufweist, und die Platinelektrode (60) einen Kunststoffzapfen (58) mit spitzem oder kalottenförmigem Oberteil umgibt.

7. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Messkammer (22) oberhalb der Kupferelektrode (46) eine Einengung (44), vorzugsweise auf 20-80% des Innendurchmessers, und danach eine Auf­ weitung auf den unteren Innendurchmesser hat.

8. Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Messzelle (25) auf bzw. in den Boden (24) der Messarmatur (10) steckbar ist.

9. Verfahren zum Betrieb der Messarmatur nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mess­ wasser (M) in das Zuflussrohr (20) geleitet, mittels der Drossel (40, 42) auf einen konstanten Durchfluss im Bereich von 10-50 l/m eingestellt und in der Messzelle (25) mit gebrochenem Reinigungssand (56) versetzt wird, welcher mit dem Messwasser (M) in einer rotierenden Be­ wegung hochsteigt, dabei die Kupferelektrode (46) kon­ tinuierlich reinigt und dann wieder in den unteren Teil der Messzelle (25) zurückfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwasserdurchfluss auf einen Wert zwischen 30 und 40, vorzugsweise auf etwa 35 l/h, eingestellt wird.