DE69104471T3

DE69104471T3 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Fluides unter Verwendung eines kapazitiven Effekts.

Info

Publication number: DE69104471T3
Application number: DE69104471T
Authority: DE
Inventors: Jack Kenneth Ibbott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2011-05-01
Also published as: AU7420091A; DE69104471T2; ES2061180T5; KR920016351A; KR960000305B1; DE69104471D1; JPH04310282A; EP0498098A1; US5234555A; GR3031747T3; DK0498098T4; JPH0798188B2; ES2061180T3; EP0498098B1; ATE112539T1; DK0498098T3; AU645300B2; CA2041198A1; EP0498098B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines elektrisch leitenden Fluids, das ist ein Fluid mit einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit. Inbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen kapazitiven Effekt zur Ionisierung von Wasser mit einem hohen Mineralgehalt anwendet, um das Ausfällen von Feststoffen aus dem Wasser zu verhindern, die eine Ablagerung auf der Innenfläche von Rohrleitungen bilden könnten, durch die das Wasser fließt, und beim Entfernen einer zuvor gebildeten Ablagerung zu helfen.
Es war in der Vergangenheit schon bekannt, Chemikalien zur Reinigung von Fluidrohren von Ablagerungen zu verwenden, deren Ablagerung durch Absetzen von löslichen Bestandteilen des durch die Rohrleitungen fließenden Fluids gebildet wurde. Die Abfallprodukte solcher Chemikalienbehandlung sind jedoch für die Umwelt schädlich und führen zu anderen gefährlichen Wirkungen. Es wurden daher viele Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Fluiden entwickelt, die keine Chemikalien verwenden und diese Verfahren und Vorrichtungen zu keinen bleibenden schädlichen Auswirkungen führen. Solche Systeme nutzen typischerweise magnetische oder elektrische Energie zum Behandeln des Fluids.
Bei den Systemen, die elektrische Energie verwenden, werden Elektroden mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen verwendet und zwischen den Elektroden ist ein Widerstand geschaltet. Das zu behandelnde Fluid wird zwischen die Elektroden geleitet und kommt in direkten Kontakt mit ihnen. Der Widerstand wird als Stromregelvorrichtung verwendet, um eine geeignete elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden durch das zu behandelnde elektrisch leitende Fluid auszubilden, wodurch das Fluid ionisiert wird.
Alle bekannten nichtchemischen Systeme zur Behandlung von Fluiden besitzen jedoch ein gewisses Maß an Unzuverlässigkeit, bedingt durch die großen Schwankungen bei den Bedingungen des zu behandelnden Fluids, wie der elektrischen Leitfähigkeit des Fluids, dem Gehalt an löslichen Stoffen, pH- Wert usw.
US-A-3871989 offenbart eine elektrostatische Wasserbehandlungsvorrichtung, in der ein Fluid bei seiner Strömung zwischen zwei extern geladenen Elektroden, deren eine elektrisch isoliert ist, einem elektrostatischen Feld ausgesetzt wird. Eine Elektrode liegt in der anderen, die die Innenwand eines Rohrs bildet: Fluid fließt durch einen Durchgang mit ringförmigem Querschnitt.
US-A-3801492 offenbart eine ähnliche Vorrichtung zur elektrischen Behandlung von Flüssigkeiten, in der die innere Elektrode vom Fluid isoliert und mit einer Stromquelle verbunden ist.
US-A-4073712 offenbart elektrostatische Wasserbehandlung mit einer ähnlichen Vorrichtung wie im oben genannten Stand der Technik, wobei diese Vorrichtung zwei konzentrische Elektroden verwendet, die ineinander angebracht sind, wobei beide Elektroden auf der Fluidseite mit Isoliermaterial beschichtet sind.
Der Erfinder hat Untersuchungen zur Entwicklung von nicht- chemischen Fluidbehandlungsvorrichtungen und -verfahren durchgeführt, die ein Paar Elektroden mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen zum Ionisieren eines Fluids verwenden.
Bei der Durchführung der Untersuchungen hat der Erfinder Versuche angestellt, die zeigen, daß wenn durch das zu behandelnde Fluid und zwischen den Elektroden fließender elektrischer Strom reduziert wird, ergibt sich eine Verbesserung der Fähigkeit der Vorrichtung, das Ausfällen von im Fluid gelösten Feststoffen (Ca, Mg und Si) zu verhindern und auf diese Weise die Bildung einer Ablagerung zu verhindern, insbesondere einer Silicatablagerung, die die schwierigste Ablagerung darstellt, die es zu verhindern gilt. In solchen Versuchen wurde beobachtet, daß die Ausfällung von Ca, Mg und Si sehr früh beginnt, wenn eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Elektroden besteht, d. h. bei maximalem Stromfluß. Wenn der Widerstand zwischen den Elektroden erhöht wurde, um den elektrischen Stromfluß sukzessive zu reduzieren, wurde beobachtet, daß die Ausfällung der Ca-, Mg- und Si- Partikel mehr und mehr verzögert wurde, verbunden mit einer entsprechenden Reduzierung der Menge an Ausfällungsmaterial und damit einer Reduzierung der Bildung einer kristallinen Ablagerung. Bei Fortführung dieser Versuche und Erhöhung der Widerstandswerte, um den elektrischen Stromfluß zu reduzieren, hörte die Bildung eines Ca-, Mg- und Si-Niederschlags auf und es wurde nur eine kolloide Suspension beobachtet. Und bei weiterer Erhöhung des Widerstands zwischen den Elektroden bildete sich auch die kolloidale Suspension langsamer und dann nur in Wasser mit einem hohen Härtegrad und größerer elektrischer Leitfähigkeit. Solche Versuche sind ausführlicher offenbart in der parallelen Anmeldung in den USA mit dem Aktenzeichen 07/556,170, eingereicht am 20. Juli 1990.
Mit einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des zu behandelnden Fluids ergibt sich jedoch eine entsprechende Erhöhung des Stromflusses zwischen den Elektroden. Dementsprechend folgt, daß Fluide mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit in solchen Systemen sehr schwierig wirksam zu behandeln sind, weil sie zu einem relativ hohen elektrischen Stromfluß führen, was eine damit verbundene Verringerung der Effizienz des Systems ergibt.
Auf diese Weise war in einer vom Erfinder in US-Patent Nr. 4 902 391 vorgestellten Ausführungsform die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden nur durch das sich dazwischen befindende und zu behandelnde Fluid hergestellt, wodurch eine Struktur mit minimalem Stromfluß ausgebildet und maximale Potentialdifferenz zwischen den Elektroden erwartet wurde.
Die vorliegende Erfindung, die eine Entwicklung von den oben beschriebenen patentierten und angemeldeten Vorrichtungen ist, ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluid mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit gerichtet, beruhend auf dem vom Erfinder gefundenen Verhältnis zwischen dem Wirkungsgrad der Fluidbehandlung und der Menge des Stromflusses durch das Fluid, wie er von der Vorrichtung erzeugt wird. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung das Ergebnis von Untersuchungen des Erfinders nach Mitteln zum weiteren Einschränken des elektrischen Stromflusses durch das zu behandelnde Fluid, um ein geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Fluiden mit verschiedenen elektrischen Leitfähigkeiten, sogar sehr hohen elektrischen Leitfähigkeiten, zu erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von elektrisch leitendem Fluid zwischen Elektroden zur Verfügung zu stellen, wobei in diesem Verfahren und dieser Vorrichtung mindestens eine der Elektroden gegen direkten Kontakt mit dem behandelten Fluid isoliert ist, so daß während der Ionisierung des elektrisch leitenden Fluids im wesentlichen kein Strom erzeugt wird, wodurch das Ausfällen von gelösten Feststoffen sogar in Fluiden mit hohem Gehalt an gelösten Feststoffen und hoher elektrischer Leitfähigkeit verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung eines "kapazitiven Effekts", um eine Ionisierung des zu behandelnden Fluids zu bewirken.
Dementsprechend wird eine Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
ein Rohr,
Selbsterzeugungsmittel zum Erzeugen eines elektrischen Potentials ohne eine äußere elektrische Stromzufuhr, wobei die Selbsterzeugungsmittel eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweisen,
wobei die positive Elektrode aus elektrisch leitendem Material gebildet ist,
wobei die negative Elektrode aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, das in einem Abstand vom elektrisch leitenden Material der positiven Elektrode angeordnet ist, und wobei die Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind,
wobei mindestens eine der Elektroden eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial aufweist, das sich im wesentlichen ganz um sie herum erstreckt, so daß die mindestens eine Elektrode von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Körper aus elektrisch leitendem Fluid abgeschirmt ist, wobei die Umhüllung bei Anwendung isolierend ist,
wobei die Elektroden im Innern des Rohrs vorgesehen sind und davon elektrisch isoliert sind, und
die elektrisch leitenden Materialien der Elektroden unterschiedliche elektrochemische Potentiale besitzen, so daß, wenn ein in der Vorrichtung zu behandelnder Körper aus elektrisch leitendem Fluid zwischen den Elektroden angeordnet ist, nur die Elektroden und das elektrische Potential eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden durch den Fluidkörper durch einen kapazitiven Effekt entwickeln, wodurch das Fluid ionisiert wird, wobei die elektrisch leitende Verbindung nur durch den zu behandelnden Fluidkörper ausgebildet ist.
Dementsprechend wird ein Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren umfaßt:
Vorsehen eines Rohrs,
Erzeugen eines elektrischen Potentials ohne eine äußere elektrische Stromzufuhr durch Vorsehen einer positiven Elektrode aus elektrisch leitendem Material und durch Vorsehen einer negativen Elektrode aus elektrisch leitendem Material, das in einem Abstand vom elektrisch leitenden Material der positiven Elektrode angeordnet wird, und das ein elektrochemisches Potential aufweist, das sich von dem des elektrisch leitendem Materials der positiven Elektrode unterscheidet, wobei die positive und negative Elektrode voneinander elektrisch isoliert werden,
wobei mindestens eine der Elektroden eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial aufweist, das sich im wesentlichen ganz um sie herum erstreckt, so daß die mindestens eine Elektrode von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Körper aus elektrisch leitendem Fluid abgeschirmt wird, wobei die Umhüllung bei Anwendung isolierend ist,
wobei die Elektroden im Innern des Rohrs vorgesehen werden und davon elektrisch isoliert werden, und Veranlassen, daß ein Körper aus elektrisch leitendem Fluid über die Elektroden fließt, so daß nur das von den Elektroden erzeugte elektrische Potential eine elektrisch leitende Verbindung der Elektroden durch den Fluidkörper durch einen kapazitiven Effekt entwickelt, was bewirkt, daß der Körper aus elektrisch leitendem Fluid ionisiert wird und die elektrisch leitende Verbindung nur durch den Fluidkörper ausgebildet wird.
Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung wird der Stromfluß durch das Fluid bedingt durch die elektrische Leitfähigkeit des zu behandelnden Fluids und die unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale der Elektroden selbsterzeugt, wodurch ein minimaler Stromfluß und ein maximaler Potentialunterschied zwischen den Elektroden ausgebildet wird.
Wie oben diskutiert kommt in bekannten Vorrichtungen das zu behandelnde Fluid in direkten Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material der Elektroden, und es wird der Effekt eines galvanischen Elements erzeugt, in dem das Fluid als Elektrolyt wirkt, so daß eine kleine Spannung auf die Elektroden aufgebracht wird, um das Fluid zu ionisieren. Wenn die elektrische Leitfähigkeit des Fluids selbst relativ gering ist, ist der Stromfluß im System entsprechend gering. Wenn jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Fluids relativ hoch ist, ist der Stromfluß entsprechend hoch, was zu einer geringen Effizienz des Systems in Bezug auf das Ionisieren des Fluids führt. Beim Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verhindert das Abschirmen mindestens einer der Elektroden direkten Kontakt des Fluids mit einer solchen mindestens einen Elektrode, um den Stromfluß stark zu begrenzen, selbst wenn die elektrische Leitfähigkeit des Fluids hoch ist.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend durch Beispiele mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Perspektivschnittansicht einer Ausführungsform von Elektroden darstellt, die Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind,
Fig. 2 eine Perspektivschnittansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung eines elektrisch leitfähigen Fluids gemäß der Erfindung darstellt,
Fig. 3 eine Perspektivschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung eines elektrisch leitfähigen Fluids gemäß der Erfindung darstellt,
Fig. 4 eine Perspektivschnittansicht einer praktischen Form einer Vorrichtung zur Behandlung eines elektrisch leitfähigen Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Es ist bekannt, daß in elektrischen Systemen mit einem Leiter, der eine Kante oder einen Punkt definiert, sich eine Anhäufung von Elektronen an einer solchen Kante oder einem solchen Punkt aufbaut (elektrische Energiekonzentration). Obwohl dieser Effekt hauptsächlich bei Hochspannungssystemen auftritt, ist ein solcher Effekt bei Niederspannungssystemen in einem entsprechend geringeren Maße noch vorhanden. Da die vorliegende Erfindung mit dem Ziel entwickelt wurde, das Ausmaß des Stromflusses zwischen den Elektroden (Leitern) im System zur Behandlung von Fluiden zu reduzieren, wurde der oben beschriebene Effekt daher bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung in folgender Weise berücksichtigt.
Das heißt, es wurde festgestellt, daß in der Fluidbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung der oben beschriebene Effekt als eine Ansammlung einer Ablagerung entlang scharfer Kanten und Punkte des elektrisch leitenden Materials der dem Fluid ausgesetzten Elektroden beobachtet werden konnte. Weil es nicht wünschenswert ist, Konzentrationen an elektrischer Energie in der Fluidbehandlungsvorrichtung zu haben, wurde zuerst daran gedacht, solche Konzentra tionen durch Abrunden aller Kanten des elektrisch leitfähigen Materials, durch Entfernen aller rauhen Bereiche usw. und schließlich Polieren des elektrisch leitenden Materials der Elektroden zu umgehen. Es wurde jedoch gefunden, daß solche Vorgehensweisen zeitaufwendig und im Hinblick auf die Herstellungskosten teuer sind. Es wurde dann vorgesehen, eine Reduzierung der Ansammlung von Elektronen an bestimmten Kanten oder Punkten der Elektroden zu erleichtern, indem alle scharfen Kanten usw. nur in minimalem Maße entfernt wurden und zusätzlich eine Beschichtung aus elektrisch isolierdendem Material um und entlang der Kanten, Punkte usw. angebracht wurden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Bauelements umfassend Elektroden der vorliegenden Erfindung, wobei die Enden einer rohrförmigen negativen Aluminiumelektrode 2 und eine stabförmige positive Kohlenstoffelektrode 1 das Hauptpotential für die Ansammlung von Elektronen und nachfolgende Freisetzung derselben stellen, wodurch ein konzentrierter Stromfluß zwischen den Elektroden erleichtert ist. Zunächst wurde beschlossen, nur eine Beschichtung von elektrisch isolierendem Material um die Enden der Elektroden anzubringen. Dieses Anbringen konnte nach einem einfachen Verfahren erzielt werden, bei dem die Elektroden in ein flüssiges Plastikmedium getaucht werden, das nach dem Trocknen eine homogene elektrische Isolierschicht über den Enden der Elektroden hinterläßt. Dabei werden die Elektroden nur in einem geringen Maße in das flüssige Plastikmedium eingetaucht, was eine elektrische Isolierschicht hinterläßt, die sich nur ein paar Millimeter von den Enden der Elektroden weg erstreckt. Mit diesen Elektroden wurden Versuche durchgeführt, die eine offensichtliche Verbesserung gegenüber ähnlichen Elektroden aufweist, die keine elektrische Isolierung über den Elektrodenenden besitzen.
Weitere Untersuchungen zeigten, daß wirksamere Ergebnisse durch weiteres Eintauchen der Elektroden in das flüssige Plastikmedium erreicht werden konnten, d. h. durch Erhöhen der Längsausdehnung, in der die Elektroden mit der elektrischen Isolierung bedeckt sind. Eine solche Entdeckung führte dann zu der Idee, die Elektroden im wesentlichen ganz mit einer Umhüllung aus elektrischer Isolierung zu versehen. Wiederum zeigten Versuche mit Elektroden, die im wesentlichen ganz mit einer elektrischen Isolierung umhüllt sind, daß solche Elektroden Fluid mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit mit einem hohen Maß an Effizienz ionisieren konnten. Diese Versuche wurden nach einem schrittweisen Verfahren durchgeführt, wobei die Umhüllung der Elektroden mit einem elektrisch isolierenden Material nach und nach erhöht wurde und die Wirkungen eines solchen elektrisch isolierenden Materials jedesmal nach Aufbringen des Isoliermaterials über die Elektroden getestet wurden.
Diese Versuche zeigten, daß die Wirksamkeit der Vorrichtung mit Fluiden, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sukzessive verbessert wurde, bis die rohrförmige Aluminiumelektrode 2 vollständig mit dem elektrischen Isoliermaterial bedeckt war, so daß kein direkter Kontakt mehr zwischen dem zu behandelnden Fluid und dem elektrisch leitenden Material (Aluminium) der Elektrode mehr bestand.
Es wäre zu erwarten, daß nur eine sehr geringe Möglichkeit besteht, daß ein Stromfluß zwischen der rohrförmigen Aluminiumelektrode 2 und der stabförmigen Kohlenstoffelektrode 1 erzeugt wird, wenn eine der Elektroden vollständig von dem zu behandelndem Fluid durch Umhüllung mit elektrischem Isoliermaterial abgeschirmt ist. Selbst das Vorhandensein eines Spannungspotentials erschien dem Erfinder zweifelhaft. Ein sehr empfindliches Voltmeter zeigte jedoch, daß tatsächlich ein Spannungspotential zwischen den beiden oben beschriebenen Elektroden vorhanden war.
Dementsprechend wurde nach der Erkenntnis, daß ein Spannungspotential bei einer isolierten Elektrode (Aluminiumelektrode) 2 vorhanden war, beschlossen auch zu untersuchen, was passiert, wenn das elektrisch leitende Material der anderen Elektrode (Kohlenstoffelektrode) 1 auch gegen direkten Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid abgeschirmt wird. Prüfung einer Vorrichtung, in der elektrisch leitendes Material sowohl der negativen Aluminiumelektrode wie der positiven Kohlenstoffelektrode vollständig gegen Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid durch Umhüllungen mit elektrischem Isoliermaterial abgeschirmt waren, zeigte eine weitere Verbesserung des Betriebsverhaltens der Vorrichtung bei der Ionisierung von Fluiden mit sehr hohen elektrischen Leitfähigkeiten. Es wurde wiederum eine Spannungsmessung vorgenommen, um das Vorhandensein eines Spannungspotentials zwischen den Elektroden zu zeigen.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß das Vorhandensein eines Spannungspotentials zwischen der positiven und der negativen Elektrode unerwartet war, weil die elektrisch leitenden Materialien der Elektroden vollständig mit elektrischem Isoliermaterial bedeckt waren, das eine Abschirmung gegen direkten physikalischen Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid bildet, wurde beschlossen, das Vorhandensein des Spannungspotentials völlig zu verifizieren und festzustellen, ob tatsächlich eine vollständige Abschirmung des elektrisch leitenden Materials gegen das zu behandelnde Fluid besteht.
Eine negative Aluminiumelektrode wurde durch Eintauchen der Elektrode in flüssiges Plastikmedium vollständig mit einem elektrischen Isoliermaterial umhüllt. Die negative Elektrode wurde dann teilweise in Wasser getaucht und ein kleiner Teil des elektrisch leitenden Materials wurde am Ende der Elektrode freigelegt und gereinigt, um zu ermöglichen, daß das elektrisch leitende Material mit einem empfindlichen Meßgerät zum Messen des elektrischen Widerstands verbunden wird. Ein Stück nicht umhülltes Aluminium wurde am anderen Pol des Meßgeräts befestigt und wurde zusammen mit der umhüllten Aluminiumelektrode teilweise in Wasser getaucht. Unter diesen Bedingungen zeigte das Meßgerät die Angabe eines unendlichen elektrischen Widerstands, was darauf hinweist, daß kein direkter physikalischer Kontakt des Wassers mit der umhüllten Elektrode besteht.
Das nicht umhüllte Stück Aluminium wurde durch ein Stück Kohlenstoff ersetzt, und mit einem empfindlichen Voltmeter wurde eine Spannungsabgabe von 0,9 Volt gemessen. Da zuvor bestätigt wurde, daß das elektrisch leitende Material der Aluminiumelektrode vollständig gegen direkten physikalischen Kontakt mit dem Wasser abgeschirmt ist, wurde gefolgert, daß das Vorhandensein einer meßbaren Spannung durch einen kapazitiven Effekt bedingt ist.
Dasselbe Prüfverfahren wurde dann mit einer Kohlenstoffelektrode durchgeführt, die auch mit elektrischem Isoliermaterial umhüllt war. Mit einem empfindlichen Voltmeter wurde ein Spannungspotential von 0,9 Volt gemessen, wenn eine umhüllte negative Aluminiumelektrode und eine umhüllte positive Kohlenstoffelektrode beide teilweise in Wasser getaucht sind, wobei deren freigelegte Enden mit dem Voltmeter verbunden sind.
Nachdem die Grundlage beschrieben ist, von der angenommen wird, daß die Wirkungen der vorliegenden Erfindung darauf beruhen, werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Fig. 2-4 beschrieben.
In den Fig. 2-3 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine stabförmige positive Elektrode aus elektrisch leitendem Material (Kohlenstoff), während Bezugszahl 2 eine rohrförmige negative Elektrode aus elektrisch leitendem Material (Aluminium) bezeichnet, die in einem Abstand (radial) vom elektrisch leitenden Material der positiven Elektrode 1 angeordnet ist. Diese Bauteile sind im wesentlichen identisch zu den oben mit Bezug zu Fig. 1 beschriebenen.
In der Ausführungsform von Fig. 2 besitzen die Elektroden 1, 2 eine Umhüllung 3, 4 aus elektrischem Isoliermaterial, das sich ganz um sie herum erstreckt, so daß jede der Elektroden 1, 2 von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Fluidkörper abgeschirmt ist. Es kann jedes Kunststoffmaterial als Isoliermaterial verwendet werden. Es müssen nichttoxische Kunststoffe verwendet werden, wenn die Vorrichtung zur Behandlung von Trinkwasser verwendet wird. Um Abrieb zu vermeiden, ist fester Kunststoff bevorzugt. Man läßt das Fluid in Pfeilrichtung zwischen den Elektroden strömen.
Die elektrisch leitenden Materialien der Elektroden 1, 2 besitzen unterschiedliche elektrochemische Potentiale, so daß, wenn der in der Vorrichtung zu behandlende elektrisch leitende Fluidkörper sich zwischen den Elektroden befindet, wie durch die Pfeile dargestellt, eine elektrisch leitende Verbindung, die ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden 1, 2 entwickelt, durch den Fluidkörper mittels des oben beschriebenen kapazitiven Effekts ausgebildet wird, wodurch das Fluid ionisiert wird. In der Ausführungsform von Fig. 2 sind die Elektroden in der Vorrichtung voneinander elektrisch isoliert, so daß die elektrisch leitende Verbindung der Elektroden nur durch den zu behandelnden Fluidkörper ausgebildet wird. Ein solcher Zustand besteht auch in der Ausführungsform der Fig. 3, die nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Jede der Ausführungsformen der Fig. 2-3 kann daher als selbsterzeugendes System betrachtet werden, da keine äußere Energie erforderlich ist, um ein Spannungspotential zu bewirken, das zur Ionisierung des Fluids führt.
Bei der Prüfung der Vorrichtung von Fig. 2, die eine negative Aluminiumelektrode 2 und eine positive Kohlenstoffelektrode 1 umfaßt, die jede eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material aufweisen, wurden ausgezeichnete Ergebnisse mit Fluid erhalten, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Wenn die Vorrichtung jedoch mit Fluid mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit von ungefähr 200 bis 300 uS/cm geprüft wurde, war eine reduzierte Effizienz erkennbar. Es ist anzumerken, daß wenn die Elektroden von Fig. 1 ohne die Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material mit Fluid mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit von ungefähr 200 bis 300 uS/cm geprüft wurden, wurden ausgezeichnete Ergebnisse in Bezug auf die Ionisierung des Fluids beobachtet; mit Fluid mit einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit war die Effizienz der ionisation jedoch sehr gering. Aus diesen Versuchen wurde offensichtlich, daß eine Form von Regelung notwendig ist, um das Betriebsverhalten der Vorrichtung auszugleichen, so daß sie einem bestgeeigneten Bereich von Fluidleitfähigkeit angemessen ist. Diese Regelungsmethoden wurden geprüft:
(1) Ausbildung einer Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material über nur eine der Elektroden;
(2) Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Elektroden, von denen jede eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material aufweist; und
(3) Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer nichtumhüllten Elektrode und einer Elektro de, die mit elektrisch isolierendem Material umhüllt ist.
In der Ausführungsform von Fig. 3 besitzt nur eine der Elektroden (die negative Aluminiumelektrode) eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material 4, die sich ganz um sie herum erstreckt. Das elektrisch leitende Material der anderen Elektrode 1 (die positive Kohlenstoffelektrode) ist dem Raum zwischen den elektrisch leitenden Materialien der Elektroden ausgesetzt, so daß sie nicht gegen direkten physikalischen Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid abgeschirmt ist. Als eine solche Ausführungsform mit Fluid, das eine geringe elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 200 bis 300 uS/cm besitzt, geprüft wurde, zeigten die erhaltenen Ergebnisse eine akzeptable Funktion in Bezug auf die Ionisierung des Fluids. Jedoch ist die Wirksamkeit dieser Ausführungsform mit Fluiden mit hohen elektrischen Leitfähigkeiten vergleichsweise gering.
In den Ausführungsformen der Fig. 2-3, in denen ein selbsterzeugtes elektrisches Potential zwischen den Elektroden gebildet wird, besitzt mindestens eine davon eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material, die sich im wesentlichen ganz darum herum erstreckt, die sich ergebende ionisierung des Fluids kann damit erklärt werden, daß unter bestimmten Bedingungen ein Elektron in der Lage ist, durch eine dünne Isolierschicht hindurchzugehen. Unter einer solchen Bedingung findet jedoch nur ein geringer Elektronenfluß statt und daher wäre das Vorhandensein eines elektrischen Stroms äußerst beschränkt.
Wenn Aluminium- und Kohlenstoffelektroden verwendet werden, verläuft der Elektronenfluß von der Aluminiumelektrode zur Kohlenstoffelektrode. Wenn auf diese Weise die Aluminium- und Kohlenstoffelektrode mit einem elektrisch isolierenden Mate rial versehen sind, wird die Menge der Elektronen, die von der Aluminiumelektrode zur Kohlenstoffelektrode fließen, streng begrenzt oder nicht vollständig gestoppt. Es wird immer noch eine Anzahl von Elektronen geben, die durch das dünne Isoliermaterial entkommen und zwischen den Elektroden durch das Fluid wandern. Wenn nur eine Elektrode, zum Beispiel die Aluminiumelektrode, mit dem elektrisch isolierenden Material umhüllt ist und die andere Elektrode (Kohlenstoffelektrode) frei gelassen ist, ist es der freiliegenden Kohlenstoffelektrode möglich, stark Elektronen aufzunehmen, wodurch eine Zunahme der Anzahl der Elektronen induziert wird, die durch das elektrisch isolierende Material fließen, das die Aluminiumelektrode umhüllt.
Wie die Diskussion klar macht, ist die elektrische Leitfähigkeit des Fluids ein sehr wichtiger Faktor, weil das Fluid das Hauptmedium zwischen den Elektroden darstellt. Wenn die elektrische Leitfähigkeit des Fluids hoch ist, ist der Widerstand gegen elektrischen Fluß gering. In Fluid mit einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit kann der elektrische Widerstand des Fluids bei nur ein paar Ohm pro Quadratzentimeter liegen. Diese Tatsache fördert natürlich den Elektronenfluß zwischen den Elektroden und eine Erhöhung der Anzahl der Elektronen, die durch das elektrisch isolierende Material entkommen.
In den obigen Ausführungsformen, die mit Bezug zu den Fig. 2-3 diskutiert wurden, d. h. in den selbsterzeugenden Systemen, dient das Fluid als Elektrolyt, um das erforderliche Spannungspotential zwischen den Elektroden zu erzeugen und dient auch teilweise als Dielektrikum zwischen den Elektroden, das den kapazitiven Effekt erleichtert.
Fig. 4 zeigt eine praktische Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 14 ein Rohr, in dem Elektroden 1, 2 angeordnet sind. Wie in der Figur ge zeigt ist, besitzt Rohr 14 Flansche an seinen Enden, die die Vorrichtung an eine Fluidrohrleitung befestigt halten. Mindestens ein elektrisch isolierendes Stützglied 13 erstreckt sich diametral vom Rohr 14 und ist mit der stabförmigen Elektrode 1 verbunden, um die stabförmige Elektrode 1 im Rohr 14 zu stützen. In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform besitzt jede der Elektroden 1, 2 eine zugehörige Umhüllung 3, 4 aus elektrisch isolierendem Material, die sich im wesentlichen ganz darum herum erstreckt. Bezugszahl 15 bezeichnet eine zweite Schicht aus elektrischer Isolierung.
Obwohl die vorliegende Erfindung ganz in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben ist, wird angemerkt, daß für die Fachleute zahlreiche Änderungen und Modifikationen ersichtlich werden. Beispielsweise können, obwohl die bevorzugten Ausführungsformen im Hinblick auf eine äußere rohrförmige Elektrode und eine stabförmige innere Elektrode beschrieben wurden, andere Elektrodenformen verwendet werden. Außerdem können andere als die speziell offenbarten Materialien als elektrisch leitendes Material für die Elektroden verwendet werden. Dementsprechend sind solche Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Geistes und Bereiches der vorliegenden Erfindung zu sehen und als von der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, umfaßt zu verstehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids, wobei die Vorrichtung umfaßt:

ein Rohr (14),

Selbsterzeugungsmittel zum Erzeugen eines elektrischen Potentials ohne eine äußere elektrische Stromzufuhr, wobei Selbsterzeugungsmittel eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweisen,

wobei die positive Elektrode (1) aus elektrisch leitendem Material gebildet ist,

wobei die negative Elektrode (2) aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, das in einem Abstand vom elektrisch leitenden Material der positiven Elektrode (1) angeordnet ist,

und wobei die Elektroden (1, 2) voneinander elektrisch isoliert sind,

wobei mindestens eine der Elektroden (1, 2) eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial aufweist, das sich im wesentlichen ganz um sie herum erstreckt, so daß die mindestens eine Elektrode von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Körper aus elektrisch leitendem Fluid abgeschirmt ist, wobei die Umhüllung bei Anwendung isolierend ist,

wobei die Elektroden (1, 2) im Innern des Rohrs (14) vorgesehen sind und davon elektrisch isoliert sind, und die elektrisch leitenden Materialien der Elektroden (1, 2) unterschiedliche elektrochemische Potentiale besitzen, so daß, wenn ein in der Vorrichtung zu behandelnder Körper aus elektrisch leitendem Fluid zwischen den Elektroden angeordnet ist, nur die Elektroden und das elektrische Potential eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden durch den Fluidkörper durch einen kapazitiven Effekt entwickeln, wodurch das Fluid ionisiert wird, wobei die elektrisch leitende Verbin dung nur durch den zu behandelnden Fluidkörper ausgebildet ist.

2. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 1, worin das Selbsterzeugungsmittel aus den Elektroden gebildet ist und jede der Elektroden (1, 2) die Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material (3, 4) aufweist, die sich ganz um sie herum erstreckt, so daß jede der Elektroden (1, 2) von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Fluidkörper abgeschirmt ist.

3. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 1, worin das Selbsterzeugungsmittel aus den Elektroden gebildet ist und nur eine der Elektroden (112) eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material (3, 4) aufweist, die sich ganz um sie herum erstreckt, das elektrisch leitende Material der anderen der Elektroden (1, 2) in den Raum zwischen den elektrisch leitenden Materialien der Elektroden (1, 2) exponiert ist.

4. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine der positiven und negativen Elektroden stabförmig ist.

5. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 4, worin die andere der Elektroden rohrförmig ist und sich um die eine der Elektroden erstreckt.

6. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 5, wobei das Rohr (14) Befestigungsmittel zum Festhalten der Vorrichtung in-line mit Rohren aufweist, und mindestens ein elektrisch isolierendes Stützglied (13), das sich diametral vom Rohr erstreckt und mit der stabförmigen Elektrode (1) verbunden ist, so daß die stabförmige Elektrode (1) in dem Rohr (14) gestützt ist.

7. Vorrichtung zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das elektrisch leitende Material der negativen Elektrode (2) Aluminium ist und das elektrisch leitende Material der positiven Elektrode (1) Kohlenstoff ist.

8. Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids, wobei das Verfahren umfaßt:

Vorsehen eines Rohrs (14),

Erzeugen eines elektrischen Potentials ohne eine äußere elektrische Stromzufuhr durch Vorsehen einer positiven Elektrode (1) aus elektrisch leitendem Material und durch Vorsehen einer negativen Elektrode (2) aus elektrisch leitendem Material, das in einem Abstand vom elektrisch leitenden Material der positiven Elektrode (1) angeordnet wird, und das ein elektrochemisches Potential aufweist, das sich von dem des elektrisch leitenden Materials der positiven Elektrode (1) unterscheidet, wobei die positive und negative Elektrode voneinander elektrisch isoliert werden,

wobei mindestens eine der Elektroden (1, 2) eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial aufweist, das sich im wesentlichen ganz um sie herum erstreckt, so daß die mindestens eine Elektrode von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Körper aus elektrisch leitendem Fluid abgeschirmt wird, wobei die Umhüllung bei Anwendung isolierend ist,

wobei die Elektroden (1, 2) im Innern des Rohrs (14) vorgesehen werden und davon elektrisch isoliert werden, und

Veranlassen, daß ein Körper aus elektrisch leitendem Fluid über die Elektroden fließt, so daß nur das von den Elektroden (1, 2) erzeugte elektrische Potential eine elektrisch leitende Verbindung der Elektroden (1, 2) durch den Fluidkörper durch einen kapazitiven Effekt entwickelt, was bewirkt, daß der Körper aus elektrisch leitendem Fluid ionisiert wird und die elektrisch leitende Verbindung nur durch den Fluidkörper ausgebildet wird.

9. Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 8, worin jeweils bei der positiven und negativen Elektrode die Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material (3, 4) sich ganz um sie herum erstreckt, so daß jede der Elektroden (1, 2) von direktem Kontakt mit einem in der Vorrichtung zu behandelnden Körper aus elektrisch leitendem Fluid abgeschirmt wird.

10. Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 8, worin nur bei einer der positiven und negativen Elektroden die Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material (3, 4) sich ganz um sie herum erstreckt, so daß das elektrisch leitende Material der anderen der Elektroden in den Raum zwischen den elektrisch leitenden Materialien der Elektroden (1, 2) exponiert wird.

11. Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 8, worin der Schritt zum Veranlassen, daß ein Körper aus elektrisch leitendem Fluid über die Elektroden fließt, Verbinden des Rohrs (14) in-line mit Rohren eines Fluidsystem umfaßt.

12. Verfahren zur Behandlung elektrisch leitenden Fluids nach Anspruch 8, worin die Schritte zum Vorsehen der Elektroden Vorsehen einer negativen Elektrode (2) aus Aluminium und einer positiven Elektrode aus Kohlenstoff (1) umfassen.