DE4229740A1

DE4229740A1 - Elektronische Kalkschutzvorrichtung zur Behandlung von Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten zur Verhinderung von Ablagerungen

Info

Publication number: DE4229740A1
Application number: DE19924229740
Authority: DE
Inventors: Juergen Straub
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-05
Filing date: 1992-09-05
Publication date: 1994-03-10

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Kalkschutzvorrichtung, welche eine durchfluß- und härteunabhängige Behandlung von Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten gestattet.

Es lassen sich damit, durch Kalk- bzw. Kesselsteinab lagerungen verursachte Funktionsstörungen in Kalt- und Heißwasserleitungssystemen, Boilern, Durchlauferhitzern, Kühltürmen, Wäschern usw. weitgehend verhindern.

Die Beeinflussung des durch die Vorrichtung fließenden, Härtebildner enthaltenden Wassers, erfolgt mit entsprechenden Wechselspannungsimpulsen. Diese werden über ein oder mehrere Elektrodensysteme auf die zu behandelnde Flüssigkeit übertragen.

Durch eine vorrichtungsgemäße Behandlung werden die im Wasser enthaltenen Härtebildner, vorwiegend Calcium- und Magnesiumcarbonate derartig beeinflußt, daß sich diese nach Überschreitung des Löslichkeitsproduktes bevorzugt nicht mehr an Oberflächen anlagern, sondern als eine Vielzahl kleiner und kleinster Kristalle mit der Wasserströmung aus den Systemen ausgetragen werden können. Eine Beeinflussung der Qualität des Wassers findet dadurch nicht statt.

Ein grundsätzliches Beispiel einer derartigen Kalkschutzvorrichtungen ist z. B. in der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE-GM 85 31 521.4 beschrieben.

In dieser seit längerem bekannten Kalkschutzvorrichtung wird die Behandlung des durchströmenden Wassers nur über eine Ein/Aus-Funktion gesteuert. Fließt kein, oder nur sehr wenig, Wasser so arbeitet diese Vorrichtung im Taktbetrieb von ca. 1 Sekunde. Sobald der Wasserdurchfluß sich nur geringfügig erhöht, schaltet der Schwimmerschalter die Vorrichtung auf Dauerbetrieb um. Die Gesamtimpulsleistung bleibt jedoch bis zur maximalen Durchflußmenge gleich. Von einer Durchflußmengen abhängigen Behandlung des Wassers kann also keine Rede sein. Außerdem kann durch diese Vorrichtung auch einer Veränderung der Wasserqualität, welche jahreszeitlich und witterungsbedingt häufig vorkommt, nicht Rechnung getragen werden.

An Hand von praxisgemäßen Versuchen konnte dargestellt werden, daß nicht die Elektrodenspannung, sondern in erster Linie der Elektrodenstrom und in zweiter Linie auch die Frequenz der Impulse einen ganz ent scheidenden Einfluß auf die Beeinflussung und somit auf den Effekt der Verhinderung der Kalkablagerung hat.

Dieser Einfluß hat bisher bei marktgängigen Anlagen noch keine Beachtung gefunden.

Bei einer vorgegebenen Impulsform ist die über das Elektrodensystem fließende Stromstärke direkt von der Leitfähigkeit (dem reziproken ohmschen Widerstand) der zu behandelnden Flüssigkeit abhängig. Daher verursacht eine Änderung der Leitfähigkeit auch direkt eine Änderung der Stromstärke. Je nach Wasserzusammensetzung erreicht der, bezüglich der Kalkanhaftung, zu erzielende Effekt sein Maximum bei verschiedenen Elektrodenstromstärken.

Zwar kann bisher, unter Umständen, mittels eines Potentiometers die Stromstärke bei zum Einstellungs zeitpunkt gegebener Leitfähigkeit des Wasser auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, doch kann durch diese einmalige Einstellung eine spätere Änderung der Leitfähigkeit nicht mehr berücksichtigt werden. Solche Änderungen der Wasserzusammensetzung und somit auch der Leitfähigkeit treten jedoch tages- und jahreszeitlich bedingt sehr häufig ein. Zudem ist diese Vorgehensweise zeitintensitiv und umständlich, da sie bei jeder Installation eines Gerätes separat erfolgen muß.

Der Sinn dieser Erfindung ist daher, eine elektronische Kalkschutzvorrichtung vorzuschlagen, welche in der Lage ist, eine von der Wasserqualität (Wasserzusammensetzung) unabhängige Behandlung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt außerdem auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Wirksamkeit auch durch die Strömungsart und die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers, d. h. durch die Art und Stärke der Verwirbelung während der Behandlung, beeinflußt wird.

Die Lösung erfolgt durch Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen.

Es zeigen:

Abb. 1 Ein Prinzipschema der Steuerelektronik.

Eine Netzversorgung mit galvanisch trennendem Trans formator, anschließender Gleichrichtung und Spannungs stabilisierung versorgt einen Signalerzeugungsbaustein. Die Spannungsstabilisierung dient zur Verbesserung der Erzeugung eines sauberen Signals ohne Streuungen. Mit diesem Signalerzeugungsbaustein ist eine Frequenz erzeugungseinheit gekoppelt.

Dieses Signal durchläuft einen Signalverstärker. Anschließend durchläuft das erzeugte Signal eine in ihrer Taktrate und Schrittweite einstellbare Strom stärkenwobbelung. Diese Wobbelung des Elektrodenstroms garantiert somit eine für jede Wasserqualität und geometrische Abmessung der Behandlungsvorrichtung eine optimale Elektrodenstromstärke und somit auch ein Maximum des Effektes bezüglich der Verminderung der Kalkanhaftung.

Außerdem kann der Signalverstärker optional noch mit einem am Filterteil angebrachten Baustein zur Durchflußmessung gekoppelt werden. Diese Koppelung hat die Aufgabe, die Behandlung auch in Abhängigkeit des Wasserdurchflusses zu regeln.

Anschließend wird das so erzeugte und aufbereitete Signal über das Elektrodensystem direkt auf die zu behandelnde Flüssigkeit (Wasser) übertragen.

Vorzugsweise wird zur Behandlung von Härtebildnern enthaltenden Flüssigkeiten ein Rechtecksignal mit, einer vom Nullwert aus gesehenen, positiven und einer negativen Amplitude eingesetzt. Bei Wasserzusammensetzungen die nicht der Trinkwasserverordnung entsprechen (Kühlwässer, Wässer aus Eigenbrunnen u. a.) kann optional zwischen der positiven und negativen Flanke des Signals auch ein, in seiner Dauer variabler, Nulldurchgang des Signals eingebaut werden.

Um einem möglichem elektrolytischen Abbau des Elektroden systems und einer deutlichen Erhöhung der Wasser aggressivität, welcher unter Umständen zu Korrosions erscheinungen an Leitungssystemen führen kann, zu vermeiden, sollte das Flächenintegral aus Strom, Spannung und Zeit insgesamt gleich Null sein. Zumindest muß ein evtl. noch vorhandenes positives oder negatives Restpotential kleiner als das Korrosionspotential des im schlechtesten Falle verwendeten Elektrodenmaterials bleiben.

Der Bereich einer sinnvollen Elektrodenstromstärkewobbelung beträgt 0,01 bis 10 000 mA pro cm² wirksamer Elektroden oberfläche, vorzugsweise jedoch zwischen 0,1 und 500 mA. Dieser Stromstärkebereich sollte 1 bis 1000 mal pro Sekunde durchgefahren (gewobbelt) werden.

Die Elektrodenspannung sollte aus Sicherheitsgründen im Bereich der Schutzkleinspannung liegen.

Eine konkrete Ausgestaltung der einzelnen Teile der Steuerelektronik ist Stand der Technik und kann auf verschiedene Art und Weise vom Fachmann ausgeführt werden.

Abb. 2 Prinzipaufbau eines Ausführungsbeispiels eines Filters mit Elektrodensystem.

Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Kalkschutzvorrichtung aus einem Filtergehäuse (5), welches aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein kann und mit einem Einlauf und Auslauf (1 u. 2) versehen ist. Im Gehäuseoberteil (6) sind voneinander elektrisch isoliert zwei Elektroden (3 u. 4) angebracht. Die Innenelektrode (3) ist zentrisch in der dazugehörigen Außenelektrode (4) angeordnet. Beide Elektroden sind mit Anschlußmöglichkeiten zum elektrischen Anschluß an die Elektronik (7) versehen.

Die Elektroden können als Rohr und einer zentrisch dazu angeordneten Stabelektrode gefertigt werden. Um eine entsprechende turbulent Strömung zu erzwingen, sollte jedoch die Rohrelektrode (4) auf ihrer Innenseite eine alternierende Querschnittsverengung und Erweiterung aufweisen. Die Stabelektrode (3) sollte ebenfalls diesen Änderungen folgen, so daß der Abstand beider Elektroden an allen Stellen jedoch gleich groß ist.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist derart gestaltet, daß sich im Innenbereich der Elektroden eine Strömungsleiteinrichtung (8) aus elektrisch nichtleitendem Material, welche im Elektrodenbereich eine Aufspaltung des Flüssigkeitsstromes bewirkt, angeordnet ist. Diese Strömungsleiteinrichtung ist derart gestaltet, daß der Flüssigkeitsstrom am ersten Segmentpaar einen Drall im Uhrzeigersinn erfährt, am zweiten erfolgt eine Umkehrung des Dralls und so weiter.

Dadurch wird im Bereich der Elektroden eine äußerst turbulente Strömung, welche bereits Merkmale der Mikrokavitation aufweist, erzwungen. Dadurch erfolgt bei nur mäßig erhöhtem Gesamtdruckverlust ein mehrmaliger Strömungsabriß, welcher so eine sehr hohe Anzahl von Kristallisationskeimen erzeugt.

In einem weiterem Ausführungsbeispiel können bei einer entsprechenden Filterausführung auch lamellenförmige Plattenelektroden zur Anwendung kommen.

Claims

1. Elektronische Kalkschutzvorrichtung zum Einbau in Wasserleitungssysteme mit mindestens zwei in gleichem Abstand stehenden Elektroden (3 u. 4) welche mit Strömungsleiteinrichtungen (8) versehen sein können und durch welche die zu behandelnde Flüssigkeit durchfließt und einer Steuerelektronik (7) welche in ihrem Signal erzeugungsteil eine Wechselspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (7) eine Wobbelung der Elektrodenstromstärke zur härteunabhängigen Behandlung aufweist und optional eine Durchflußmessung (9) derart auf die Verstärkungsseinheit einwirkt, daß die gesamte Elektrodenleistung durchflußunabhängig ein Maximum der Behandlung Härtebildner enthaltender Flüssigkeiten bezüglich der Kalkanhaftung bietet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die an den Elektroden anliegenden Wechselspannungs impulse als ein Rechtecksignal ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Wechselspannungsimpulse unterschiedlich große positive und negative Amplituden besitzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Tastverhältnis der Wechselspannungsimpulse (Verhältnis der positiven und negativen Amplitude zueinander) zwischen 1 : 50 und 50 : 1, vorzugsweise zwischen 1 : 5 und 1 : 2 liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Signal zwischen den positiven und negativen Wechselspannungsimpulsen auch, in ihrer Dauer einstellbare, Nulldurchgänge aufweisen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Dauer der Nulldurchgänge zwischen 0,0 und 10 Sekunden beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Integral eines Gesamtimpulses mindestens kleiner als das Korrosionspotential des im schlechtesten Falle verwendeten Elektrodenmaterials, vorzugsweise jedoch gleich Null ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, der Bereich des verwendeten Wechselspannungsimpuls innerhalb der Schutzkleinspannung liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektrodenstromstärke wobbelbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektrodenstromstärke im Bereich von 0,01 bis 10 000 mA pro cm² wirksamer Elektrodenoberfläche, vorzugsweise jedoch zwischen 0,1 und 500 mA liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Frequenz der möglichen Stromstärkewobbelung im Bereich zwischen 0,1 und 1000 Hz, vorzugsweise zwischen 5 bis 50 Hz liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannungsimpulsen fest eingestellt ist und im Bereich zwischen 0,5 und 20 kHz, vorzugsweise zwischen 4 und 10 kHz liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, über eine Durchflußmessung (9) am Filter eine Mengen- bzw. durchflußabhängige Behandlung erfolgen kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektroden auf der vom Wasser durchströmten Seite Strömungsschikanen (Strömungsleiteinrichtungen (8)), welche jedoch immer den gleiche Elektrodenabstand garantieren, aufweisen können.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) in dem durchfließenden Wasser einen Drall erzwingen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) derart gestaltet sind, daß sich die Drallrichtung des strömenden Wassers im Bereich der Elektroden mehrmals umkehrt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) aus elektrisch nichtleitenden Materialien, vorzugsweise aus Kunststoffen bestehen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektroden (3 u. 4) aus nichtrostendem Stahl bestehen.