DE3704955A1 - Elektrolyse-apparat - Google Patents

Description

• 1. Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Erzeugung von NaClO, das zur Entkeimung von Wasser (Trink-, Schwimmbad- und Abwasser) benötigt wird. Insbesondere sind Systemkonfiguration und die hierfür neu­ artige Prozeßsteuerlogik Gegenstand der Erfindung.
• 2. Alle bisher bekannten Elektrolyseapparate (eigene Herstellung, A. W. Korthals, Rüschlikon-CH, u. a.), die das Verfahren der elektrolytischen NaClO Herstellung benutzten, gehen zur Prozeßsteuerung ausschließlich vom aktuellen Strom, in einigen seltenen Fällen auch von einer Leitwerterfassung über ein separates Meßgerät aus. Außerdem wird bei diesen Geräten meist nur ein Parameter (die erzeugte NaClO-Menge wird durch den Strom in der Elektrolysezelle bestimmt; dieser wiederum durch die angelegte Spannung oder durch die in der Zelle erzeugte NaCl-Konzentration) gesteuert.
• 3. Diese Verfahren haben hauptsächlich den Nachteil, daß die Elektrolyse größtenteils außerhalb des optimalen Arbeitspunktes erfolgt, was zur Folge hat, daß das Ausgangsprodukt größere Mengen nicht umgesetztes NaCl und in Extremfällen sekundäre Reaktionsprodukte enthält. Außerdem wird durch eine solche Arbeitspunktverschiebung die Verkalkung der Elektroden beschleunigt.
• 4. Das zu lösende Problem bestand darin, beide Steuerungsverfahren sinnvoll zu kombinieren, das Problem der Meßwertverfälschung bei der Leitwerterfassung durch den Elektrolyseprozeß in wirtschaftlich vertretbarer Art zu eliminieren, und hieraus ein Elektrolysegerät zu entwickeln, das die vorgenannten Nachteile weitestgehend vermeidet, einfach zu montieren und zu warten (Zellenreinigung, Ansteuerung, Salzbefüllung, Sicherheit) ist und trotzdem preisgünstig herzustellen.
• 5. Die Lösung dieses Problems besteht in
  • a) der elektronischen Auswertung von Zellenspannung und dem Fließenden Strom zur Leitwertbestimmung. Hierbei wird die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie durch eine justierbare Korrekturschaltung eliminiert, deren Ausgangssignal dem Strom sowie dem Leitwert in der Zelle direkt proportional ist. Dieses Signal wird m. H. eines Operationsverstärkers von einem dem Strom proportionalen Signal subtrahiert, das der Höhe nach so eingestellt ist, daß es bei einer Solekonzentration von 1% gleich dem linearisierten Spannungssignal ist. Am Ausgang der Subtraktion liegt daher eine Spannung die in Betrag und Vorzeichen durch den Leitwert bestimmt wird.
  • b) Die geeignete Zusammenschaltung dieses Leitwertsignals mit einer Regelung von Zellenspannung und Sole-Dosierpumpe konnte erreicht werden, indem das Ausgangssignal einer Vergleichs- und Additionsstufe für Strom-Ist- und Sollwert zunächst zur Einstellung der Zellenspannung im Arbeitsbereich 3.9-7 V dient; außerdem wird es in einer zusätzlichen Stufe zu dem polaritätsabhängig verstärkten Leitwert-Signal addiert. Die Ausgangsspannung dieser Stufe steuert einen spannungs­ abhängigen Taktgenerator, dessen Ausgangsimpulse (mit fester Impulszeit) über einen potentialgetrennten elektronischen Schalter eine Membrandosierpumpe steuern, mitt der gesättigte Sole in die Zelle gefördert wird. Als Stromversorgung für die Elektrolyse bieten Schaltnetzteile ausreichende Möglich­ keiten zur Einstellung ohne größere Verluste (siehe hierzu auch Blockschaltbild Fig. ).
  • c) Durch die Ausführung der o. a. Steuerelektronik mit üblichen Operationsverstärkern, sowie der Verwendung von primär getakteten Stromversorgungen und einer Membranpumpe konnten sämtliche Elemente eines Gesamtgerätes in bzw. an einem genormten Schaltschrank (PVC oder Polyester) montiert werden, so daß hiermit eine transportable Einheit möglich wurde, die zum Betrieb lediglich einen Wasseranschluß, eine Netzsteckdose und ein offenes Salzlösegefäß benötigt werden.
• 6. Mit diesem System wird der Gehalt an unerwünschten Substanzen, besonders NaCl, im Ausgang des Systems und damit die Präsenz dieser Substanzen im entkeimten Waasser, minimiert. Bei bisherigen Geräten stellte die Ansammlung solcher Substanzen besonders in Kreisläufen immer wieder ein Problem dar. Außerdem wird so die Verkalkung der Zelle ebenfalls einge­ schränkt. Die nunmehr mögliche Bauform erlaubt den Einsatz in vielen Fällen (Ferienhaus, unzureichende Betriebsräume, häufige Transporte) die bisher nur mit unangemessenem Aufwand realisierbar waren.
• 7. Anwendungen sind realisierbar wie z. B. in Fig. 1 dargestellt. Hierbei wird die Maximalleistung durch die Dimensionierung der Elektrolysezelle sowie des Stromversorgungsteiles (SNT) zwischen 10 und 60 A (entsprechend 12-72 g Chloräquivalent) bestimmt wird. Solche Apparate lassen sich variabel zur Entkeimung von Trink-, Ab- oder Schwimmbadwasser einsetzen; vorteilhaft ist hierbei die Möglichkeit der Steuerung nach Bedarf durch z. B. Chlormeßgerät. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Konfiguration die Unab­ hängigkeit von sog. Bypass-Anordnungen, da das Gerät auch bei drucklosem Ausgang zufriedenstellend arbeitet. Außerdem werden viele praktische Schwierigkeiten durch den offenen Solebehälter vermieden.

Claims (3)

1. Steuerelektronik nach Fig. 2 sowie Beschreibung 5b, gekenn­ zeichnet durch die Erfassung des Leitwertes über Strom in und Spannung an der Elektrolysezelle, sowie

2. lineare Steuerung des Elektrolyseprozesses durch kombinierte Einstellung von Zellenspannung und Solezufuhr, und

3. Anwendung einer solchen Konfiguration nach Fig. 1 in Elektrolysegeräten zur NaClO Erzeugung, gekennzeichnet durch die Kombination einer Steuerung nach Anspruch 1 und 2 mit Soledosierpumpe, gesteuertem Netzteil, Elektrolysezelle sowie Hilfs- und Zusatzaggregaten in einer Kompakteinheit, sowie deren Herstellung.