DE4107708C2

DE4107708C2 - Method and device for treating water against limescale

Info

Publication number: DE4107708C2
Application number: DE19914107708
Authority: DE
Original assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Current assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-03-10
Also published as: DE4107708A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Wasser gegen Kalkablagerung durch Kavitation und ein elektrisches Wechselfeld mit einer Kavitationskammer und mindestens zwei Elektroden, an denen Wechselstromimpulse an liegen und zwischen denen das Wasser fließt. The invention relates to a method and an apparatus for Treating water against limescale deposits by cavitation and an alternating electric field with a cavitation chamber and at least two electrodes to which AC pulses lying and between which the water flows.

Es gibt eine Reihe von physikalischen wasseraufbereitungsver fahren, deren Ziel es ist, durch die Erzeugung von Turbulenzen, Kavitation oder das Anlegen von Wechselstromimpulsen eine Beein flussung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts zu erreichen. So werden in den Patentschriften DE 38 07 876, EP 00 68 760, EP 02 77 112 sowie EP 02 86 137 Verfahren und Vorrichtungen vorge schlagen, durch die mittels einer variablen Drosselstelle im Strömungsweg Turbulenzen oder Kavitation im strömenden Medium erzeugt werden. Die erwähnten Turbulenzen sollen außer bei DE 38 07 876 die Wirkung eines Magnetfeldes unterstützen, dem ebenfalls eine - das Wasser behandelnde - Wirkung zugeschrieben wird. Eine weitere Patentschrift beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst ein Verwirbelungskörper im Strömungsweg des Wasser für dessen Verwirbelung sorgt und das Wasser anschließend zwi schen zwei glatten Elektrodenkörpern hindurchgeführt wird, an denen elektrische Wechselstromimpulse anliegen (DE 38 28 825).There are a number of physical water treatment processes drive whose goal is to create turbulence, Cavitation or the application of alternating current impulses flow of lime-carbon dioxide equilibrium. So are described in the patents DE 38 07 876, EP 00 68 760, EP 02 77 112 and EP 02 86 137 methods and devices beat, by means of a variable throttle point in the Flow path Turbulence or cavitation in the flowing medium be generated. The turbulences mentioned are said to be in DE 38 07 876 support the effect of a magnetic field, the also attributed to an effect - treating the water becomes. Another patent describes a method in which is initially a swirling body in the flow path of the water for its swirling and then the water between two smooth electrode bodies is passed through which electrical AC pulses are applied (DE 38 28 825).

Da die Wirkung der bekannten Verfahren als nicht ausreichend erachtet wird, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad weiter zu verbessern.Because the effect of the known methods as insufficient is considered, it is the aim of the present invention that Further improve efficiency.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ermöglichen, die den Wirkungsgrad des gattungs gemäßen Verfahrens und der gattungsgemäßen Vorrichtung noch weiter verbessern.It is therefore an object of the invention, a method and a Device to enable the efficiency of the genus according to the method and the generic device still improve further.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.This task is solved according to the requirements.

Erfindungsgemäß wird der Wasserstrom eingangsseitig durch einen in Abhängigkeit vom Wasserdurchfluß arbeitenden Injektor ge leitet. Hierdurch entsteht Kavitation und damit Zonen im zu behandelnden Wasser, in denen der Druck deutlich unter den Umgebungsdruck sinkt. Es kommt zu einem lokalen Ausgasen des im Wasser gelösten CO₂. Gleichzeitig wird in Folge der Abnahme der CO₂-Konzentration im Wasser, das Kalk-Kohlensäure-Gleich gewicht gestört. Dies führt zu einer Verringerung der HCO₃⁻- Konzentration und damit zu einer Verschlechterung der Calcium- Löslichkeit (das Wasser wird stärker kalkabscheidend). Diese Lösung wird nun durch ein elektrisches Wechselfeld geleitet. Die verwendeten Spezialelektroden sind dergestalt ausgeführt, daß eine Vielzahl von Oberflächenerhebungen, z. B. Noppen, zu punktuellen Bereichen mit geringerem Elektrodenabstand als in der Umgebung und damit zu einer hohen Stromdichte führen. Da durch ist es möglich, den gewünschten Behandlungseffekt mit niedrigen Spannungen; zu erzielen.According to the invention, the water flow is on the input side by a depending on the water flow working injector ge directs. This creates cavitation and therefore zones in the treating water in which the pressure is well below the Ambient pressure drops. There is a local outgassing of the CO₂ dissolved in water. At the same time as a result of the decrease the CO₂ concentration in the water, the lime-carbon dioxide equation weight disturbed. This leads to a reduction in HCO₃⁻- Concentration and thus a deterioration in calcium Solubility (the water becomes more limescale-depositing). These Solution is now passed through an alternating electrical field. The special electrodes used are designed in such a way that a variety of surface surveys, e.g. B. pimples, too specific areas with a smaller electrode spacing than in the environment and thus lead to a high current density. There by it is possible to have the desired treatment effect low voltages; to achieve.

In diesen Bereichen hoher Stromdichte kommt es an der jeweils negativ geladenen Elektrode zu einer Aufkonzentrierung der positiv geladenen Calcium-Ionen. Gleichzeitig entstehen im Bereich dieser Elektrode (OH)-Ionen, die zu einer räumlich begrenzten Anhebung des pH-Wertes und somit zu einer Verschie bung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes vom HCO₃⁻ zum CO₃^2- führen. Die oben genannten Ca²⁺ Ionen fallen an den Elektroden erhebungen zusammen mit den Karbonat-Ionen als schwerlösliches CaCO₃ (Kalk) aus. So bildet sich an jeder Elektrodenerhebung ein mikrofeiner Kalkkristall.In these areas of high current density, the positively charged calcium ions are concentrated at the respectively negatively charged electrode. At the same time arise in the area of this electrode (OH) ions, which lead to a spatially limited increase in pH and thus to a shift in the lime-carbonic acid equilibrium from HCO₃⁻ to CO₃ ^2- . The above-mentioned Ca ²⁺ ions fall out on the electrodes together with the carbonate ions as poorly soluble CaCO₃ (lime). In this way, a microfine lime crystal forms on each electrode elevation.

Von der nächsten elektrischen Halbwelle werden die Elektroden umgepolt und die gebildeten Kristalle von der nun positiv gela denen Elektrode - an der H⁺-Ionen gebildet werden - abgesprengt. Diese Kristallkeime werden von dem nachströmenden Wasser mitge rissen. Auf diese Weise werden an jeder Elektrode proportional zur Frequenz und zur Zahl der Oberflächenerhebungen der Elek trode eine große Anzahl- von Kristallkeimen gebildet.From the next electrical half wave, the electrodes reversed the polarity and the crystals formed from the now positively gela which electrode - on which H⁺ ions are formed - blasted off. These crystal nuclei are entrained by the inflowing water tore. This way, each electrode will be proportional on the frequency and the number of surface surveys of the elec trode a large number of crystal nuclei formed.

An diese Kristallkeime lagert sich nun, insbesondere bei Erwär mung des Wassers, weiteres CaCO₃ an, so daß diese Kristalle je nach Kalkabscheideneigung des Wassers größer werden, jedoch immer noch im Größenbereich von nur einigen Tausendstel Milli metern liegen.These crystal nuclei now settle, especially when heated Mung the water, further CaCO₃, so that these crystals ever according to the tendency of the water to scale, however still in the size range of only a few thousandths of a milli meters.

Das ausgegaste CO₂ geht in Bereichen geringer Temperatur (also außerhalb des Bereiches von Heizstäben etc.) teilweise wieder in Lösung und führt über eine damit verbundene, geringfügige Absenkung des pH-Wertes zu einer größeren Kalklöseneigung des behandelten Wassers. So werden zum Teil die gebildeten Kristall keime wieder aufgelöst, zum Teil jedoch auch Kalkverkrustungen der Rohrinnenwand. Die große, relativ reaktionsfreudige Ober fläche der suspendierten Kristallkeime verhindert jedoch zuver lässig, daß die Korrosionsschutzschicht der Rohrinnenseite bis auf das Metall abgetragen wird.The outgassed CO₂ goes in areas of low temperature (ie outside the area of heating elements etc.) partially again in solution and leads over a related, minor Lowering the pH value to a greater tendency to descaling the treated water. In this way, the crystal formed in part germs dissolved again, but sometimes also lime incrustations the inner tube wall. The tall, relatively responsive waiter However, the surface of the suspended crystal nuclei prevents reliable casual that the anti-corrosion layer on the inside of the pipe is removed on the metal.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing described. Show it:

Fig. 1 schematisch eine Prinzip-Darstellung der erfindungs gemäßen Vorrichtung; und Fig. 1 schematically shows a schematic diagram of the device according to the Invention; and

Fig. 2 einen zentralen Schnitt durch eine bevorzugte Ausfüh rungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Wasser behandelnde Teile im wesentlichen kreissym metrisch ausgebildet sind. Fig. 2 shows a central section through a preferred embodiment of the device according to the invention, the water-treating parts of which are essentially circularly symmetrical.

Zunächst wird anhand des in Fig. 1 gezeigten Schemas das erfin dungsgemäße Prinzip erläutert. Das Wasser W tritt durch einen Wasserzufluß Z in eine Kavitationskammer K ein. In der Kavita tionskammer K ist ein eine Drosselstelle D bildender Injektor angeordnet, der in Abhängigkeit vom Wasserdurchfluß arbeitet. Prinzipiell besteht dieser Injektor I aus einem zentral angeord neten und axial beweglichen Dichtungskörper K1, der vorgespannt durch eine Vorspannungsfeder V eine Öffnung zwischen einem äußeren Körper in der Kavitationskammer K in Abhängigkeit von der durchströmenden Wassermenge, beziehungsweise in Abhängigkeit vom Wasserdruck bildet. An einer Stirnseite des zentralen Dich tungskörpers K1 ist ein Permanentmagnet M gegenüber einem Hall- Sensor H angeordnet. Nach Durchfließen der Kavitationskammer K gelangt das Wasser in einen Behandlungsraum B, in dem z. B. zwei parallele Elektroden E1 und E2 angeordnet sind.First of all, the principle according to the invention is explained on the basis of the diagram shown in FIG. 1. The water W enters a cavitation chamber K through a water inflow Z. In the Kavita tion chamber K a throttle D forming injector is arranged, which works depending on the water flow. In principle, this injector I consists of a centrally arranged and axially movable sealing body K1, which is biased by a bias spring V to form an opening between an outer body in the cavitation chamber K as a function of the amount of water flowing through or as a function of the water pressure. A permanent magnet M is arranged opposite an Hall sensor H on an end face of the central device K1. After flowing through the cavitation chamber K, the water enters a treatment room B in which, for. B. two parallel electrodes E1 and E2 are arranged.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Prinzip nicht auf zwei Elektroden beschränkt. Wesentlich ist, daß die Elektroden E1 und E2 eine unregelmäßige Oberflächenstruktur haben und deshalb im Feldraum F zwischen den Elektroden Bereiche mit kleinerem Abstand und deshalb höherer momentaner Feldstärke entstehen.Of course, the principle of the invention is not up limited to two electrodes. It is essential that the electrodes E1 and E2 have an irregular surface structure and therefore in the field space F between the electrodes smaller distance and therefore higher current field strength arise.

Diese unregelmäßige Oberflächenstruktur kann z. B. durch noppen artige Vorsprünge N oder die hervortretenden Bindungspunkte eines Metallgewebes gebildet sein.This irregular surface structure can e.g. B. by pimples like projections N or the protruding binding points of a metal mesh.

Bei einer vorgegebenen Wasserdurchflußmenge durch die Kavita tionskammer K erzeugt die Hall-Sonde, sobald der Permanentmagnet am Boden des zentralen Dichtungskörpers K₁ genügend kleinen Abstand zur Hall-Sonde H hat, ein elektrisches Signal L1, wel ches einer elektrischen Steuereinheit S eingegeben wird, die daraufhin elektrische Wechselstromimpulse L2 und L3 an die Elektroden E1 und E2 anlegt.With a given water flow through the Kavita tion chamber K generates the Hall probe as soon as the permanent magnet enough small at the bottom of the central sealing body K₁ Has a distance from the Hall probe H, an electrical signal L1, wel Ches an electrical control unit S is entered, the then electrical alternating current pulses L2 and L3 to the Apply electrodes E1 and E2.

Anhand der Fig. 2, die einen zentralen Schnitt durch eine im wesentlichen radialsymmetrisch ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, wird nun Aufbau und Funktionsweise dieser bevorzugten Ausführungsart beschrieben. Die gesamte Vorrichtung wird im wesentlichen von drei miteinander verschraubten radial symmetrisch ausgebildeten Grundkörpern 21, 22 und 23 umschlos sen. Im verschraubten Zustand werden diese Grundkörper 21, 22 und 23 gegeneinander und nach außen hin durch jeweilige Dich tungsringe 24 und 25 abgedichtet.With reference to FIG. 2, which shows a central section through a substantially radially symmetrical apparatus according to the invention, construction and operation will now be described in this preferred embodiment. The entire device is essentially from three screwed together radially symmetrically formed base bodies 21 , 22 and 23 umschlos sen. In the screwed state, these base bodies 21 , 22 and 23 are sealed against one another and to the outside by respective sealing rings 24 and 25 .

An zentraler Stelle sind zwei ineinander und in axialer Richtung hin- und her bewegliche Dichtungskörper 2 und 3 angeordnet, wobei der erste Dichtungskörper 2 vom zweiten Dichtungskörper 3 umgeben und in diesem beweglich ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtungskörper 2 und 3 ist ein Ringspalt 4 vorge sehen, der sich öffnet, wenn die Dichtungskörper 2 und 3 in die Richtung des Hall-Sensors 31 geschoben wurden und der Dich tungskörper 2 am Hall-Sensor seinen Anschlagspunkt erreicht hat. Durch diesen Ringspalt kann das bei 1 zulaufende Wasser Z bei kleinem Wasserdurchfluß strömen. Dabei wird bereits Kavi tation erzeugt. Der zweite Dichtungskörper 3 ist zur Innenwand fläche eines zylinderförmigen Wandkörpers 27 hin durch eine Gleitdichtung 5 abgedichtet, die eine axiale Bewegung des zwei ten Dichtungskörpers gestattet. Diese axiale Bewegung erfolgt gegen die Vorspannung einer axialsymmetrisch um den zweiten Dichtungskörper herum angeordneten Schraubenfeder 19.At a central point there are two sealing bodies 2 and 3 which can be moved back and forth in the axial direction, the first sealing body 2 being surrounded by the second sealing body 3 and being movable therein. Between the first and the second sealing body 2 and 3 , an annular gap 4 is easily seen, which opens when the sealing body 2 and 3 have been pushed in the direction of the Hall sensor 31 and the sealing body 2 on the Hall sensor has reached its attachment point . The water Z flowing in at 1 can flow through this annular gap with a small water flow. Cavitation is already generated. The second sealing body 3 is sealed to the inner wall surface of a cylindrical wall body 27 by a sliding seal 5 , which allows axial movement of the two sealing body. This axial movement takes place against the pretensioning of a helical spring 19 arranged axially symmetrically around the second sealing body.

Das durch den Ringspalt 4 strömende Wasser geht durch Öffnungs bohrungen 20, 20′ im zweiten Dichtungskörper und kann dann in einen elektrischen Behandlungsraum 6 fließen, in dem axialsym metrisch Elektroden 7, 7′ angeordnet sind. Zwischen den beiden Elektroden 7 und 7′ strömt das Wasser radial nach außen durch im peripheren Bereich einer Umlenkplatte 10 vorgesehene Boh rungen 9, 9′ und sodann in einen Rückströmraum 11 radial nach innen zum Ausflußanschluß 30 der Vorrichtung und fließt als abströmendes Wasser A weiter. In die der Wassereinströmseite entgegengesetzte Stirnseite des ersten Dichtungskörpers 2 ist ein Permanentmagnet 32 eingelassen. Diesem gegenüber ist ein Hall-Sensor 31 vorgesehen, der mit einer Steuerelektronik 16 verbunden ist. Wenn der erste Dichtungskörper 2 bzw. der in seine Stirnseite eingelassene Permanentmagnet den Hall-Sensor 31 nahezu berührt, gibt der Hall-Sensor 31 ein Signal an die Steuerelektronik 16, und diese schaltet das elektrische Wech selfeld für die Elektroden 7 und 7′ ein. Die elektrischen Wech selstromimpulse werden von der Steuerelektronik 16 über An schlüsse 14, 15 den Elektroden 7, 7′ zugeführt.The water flowing through the annular gap 4 goes through opening holes 20 , 20 'in the second sealing body and can then flow into an electrical treatment room 6 , in which axially symmetrical electrodes 7 , 7 ' are arranged. Between the two electrodes 7 and 7 'the water flows radially outwards through stanchions 10 provided in the peripheral region of a baffle plate 9 , 9 ' and then in a return flow space 11 radially inwards to the outlet connection 30 of the device and continues to flow as outflowing water A. A permanent magnet 32 is embedded in the end face of the first sealing body 2 opposite the water inflow side. In contrast to this, a Hall sensor 31 is provided, which is connected to control electronics 16 . When the first sealing member 2 and the recessed in its front side permanent magnet of the Hall sensor 31 almost touched, the Hall sensor 31 outputs a signal to the control electronics 16, and this switches the electric Wech selfeld for the electrodes 7 and 7 'a. The electrical alternating current pulses are supplied from the control electronics 16 via connections 14 , 15 to the electrodes 7 , 7 '.

Bei einem großen Wasserdurchfluß wird der zweite Dichtungskörper 3 so weit nach rechts geschoben, daß er nicht mehr mittels seiner Gleitdichtung 5 gegen die Innenwand des Zylinderwand körpers 27 abgedichtet ist. Statt dessen werden in dem Zylinder wandkörper 27 Bohrungen 13 und 13′ für den Hauptwasserstrom geöffnet. (Diese Position ist in Fig. 2 dargestellt). Wieder entsteht beim Wasserdurchtritt Kavitation und das elektrische Wechselfeld zwischen den Elektroden 7, 7′ übt die beschriebene Wirkung auf das den Behandlungsraum 6 durchströmende Wasser aus.With a large water flow, the second sealing body 3 is pushed so far to the right that it is no longer sealed by means of its sliding seal 5 against the inner wall of the cylinder wall body 27 . Instead, 27 holes 13 and 13 'are opened for the main water flow in the cylinder wall body. (This position is shown in Fig. 2). Again, cavitation occurs when water passes through and the alternating electrical field between the electrodes 7 , 7 'exerts the described effect on the water flowing through the treatment room 6 .

Die gesamte Vorrichtung ist durch eine Abdeckhaube 18 abge deckt, in deren Wandung eine Anzeigelampe 8 sitzt, die z. B. aufleuchtet, sobald das elektrische Wechselfeld an die Elektro den 7, 7′ angelegt wird. Alternativ kann als Anzeige auch eine Störungsanzeige vorgesehen sein. Die Steuerelektronik 16 wird durch eine Spannungsquelle 17 mit elektrischer Spannung ver sorgt.The entire device is covered by a cover 18 , in the wall of which an indicator lamp 8 is seated, which, for. B. lights up as soon as the alternating electrical field is applied to the electrical 7 , 7 '. Alternatively, a fault display can also be provided as a display. The control electronics 16 is provided by a voltage source 17 with electrical voltage ver.

Claims

1. A method for treating flowing water against limescale deposits by cavitation and an alternating electric field which is present between at least two electrodes through which the water treated by cavitation is passed, characterized by the following steps:

- guiding the water on the inlet side through an injector which operates as a function of the water flow and consists of an axially movable sealing body (K1) which forms a prestressed opening between an outer body in a cavitation chamber (K) as a function of the water flow; and
- Conducting the water pretreated in this way for electrolysis between electrodes with an irregular surface structure, so that the water flows through areas with a smaller electrode spacing with a higher local current density and through areas with further electrode spacing.

2. The method according to claim 1, characterized in that the water flow monitors and the alternating electric field only the electrodes is created when the water flows.

3. Device for treating water against limescale deposits by cavitation and an alternating electric field with a cavitation chamber (K) and at least two electrodes (E1, E2; 7 , 7 '), to which alternating current pulses are present and between which the water flows,
characterized in that, in the cavitation chamber, an injector operating as a function of the water flow and consisting of an axially movable sealing body (K1), which forms a prestressed opening between an outer body in a cavitation chamber (K) as a function of the water flow ( 1 ; 2 , 3 ) is provided, and
that the cavitation chamber in the flow direction is an electrode arrangement (E₁, E₂; 7 , 7 ') through which the water flows for the purpose of electrolysis, the electrodes of which have an irregular surface structure,
so that when the alternating electrical field is applied, electrode regions with a smaller electrode spacing have a higher local current density.

4. The device according to claim 3, characterized in that at least one electrode Has metal mesh, the binding points of surfaces represent surveys and thus to the described irregular surface structure.

5. The device according to claim 3, characterized in that the device is constructed substantially radially symmetrical to a central axis of the injector,
the electrode arrangement has at least two circular disk-shaped electrodes ( 7 , 7 ') which are arranged parallel to one another at a distance,
the injector ( 2 , 3 ) projects coaxially through a central circular opening into the electrode space and consists of a first and a second sealing body ( 2 , 3 ) movable in the axial direction in each case against a pretension, of which the first sealing body inside the second Sealing body is arranged to move back and forth and an annular gap ( 4 ) between the outer wall of the first sealing body and the inner wall of the second sealing body is opened even at low water pressure.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that a flow monitor is provided which only applies the alternating electrical field to the electrodes ( 7 , 7 ') when water flows into the device.

7. The device according to claim 6, characterized in that the flow monitor is formed by a Hall sensor ( 31 ) and a movable relative to the Hall sensor ( 31 ) on an end face of the first sealing body ( 2 ) arranged permanent magnets ( 32 ).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that control electronics ( 16 ) receives a signal from the flow switch and then the electrical alternating field applies the electrodes ( 7 , 7 ').