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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser und betrifft
insbesondere eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser für eine Trinkwasserquelle am
Verwendungsort, wie etwa ein Umkehrosmosesystem, Kühlschränke, Trinkbrunnen, etc.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser
bereitzustellen, und eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist in US-A-4978438
offenbart. Diese Patentschrift offenbart eine Elektrolysezelle zur Behandlung von Wasser mit
Gasen, die durch Elektrolyse erzeugt werden. Die Zelle umfaßt eine Anodenkammer, die von
einer Kathodenkammer durch ein Diaphragma getrennt ist. Ein gasdurchlässiges und
flüssigkeitsundurchlässiges Fenster wird bereitgestellt, das so zwischen der Zelle angeordnet
ist, daß Gas aus der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer durch das Fenster
hindurchtreten kann, um in Kontakt mit dem zu behandelnden Wasser zu kommen. Im
Gebrauch der Elektrolysezelle ist Flüssigkeit in der Anodenkammer oder der
Kathodenkammer vorhanden und somit hat das Fenster Flüssigkeit auf jeder Seite davon.
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Die vorliegende Erfindung strebt an, eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche
umfaßt: (a) ein Wasserbehandlungssystem, zum Einsatz am Verwendungsort, für
Trinkwasser, mit einem Wassereinlaß 150 und einem Wasserauslaß 158; (b) einen
elektrochemischen Ozongenerator 155 mit einer Ozon-bildenden Anode 302, einer Kathode
303, einer Ionenaustauschmembran 301, die zwischen der Anode und der Kathode
angeordnet ist, und einer Wasserzufuhröffnung 100; und (c) einen Ozongasabgabekanal 104,
101, 100, der eine Überführung von Ozongas zwischen der Anode und dem
Wasserbehandlungssystem bereitstellt, wobei der Ozongasabgabekanal zwei hydrophobe Gas-
Flüssig-Trennmembranen 102, 103 aufweist, die darin angeordnet sind, um einen Gas
enthaltenden Zwischenraum 101 zu bilden, um das Vermischen von flüssigem Wasser
zwischen der Anode und dem Wasserbehandlungssystem zu verhindern.
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Vorzugsweise schließt das Wasserbehandlungssystem ein oder mehrere
Wasserbehandlungseinrichtungen ein, wobei das Wasserbehandlungssystem weiter einen
Reaktantwasserzufuhrauslaß umfaßt, der eine Fließverbindung von einem Punkt stromabwärts
wenigstens einer der einen oder mehreren Wasserbehandlungseinrichtungen zum
elektrochemischen Ozongenerator bereitstellt.
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Geeigneterweise kann eine sekundäre elektrochemische Zelle mit einer Anode in
Fließverbindung mit dem Reaktantwasserzufuhrauslaß und einem Kathodenfluidauslaß in
Fließverbindung mit der Anode des Ozongenerators eingeschlossen sein.
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Vorzugsweise stellt die sekundäre elektrochemische Zelle Kathodenfluid für die Anode des
elektrochemischen Ozongenerators bei einem höheren Druck als den Druck im
Wasserbehandlungssystem benachbart dem Ozongasabgabekanal bereit.
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Geeigneterweise ist die wenigstens eine der einen oder mehreren
Wasserbehandlungseinrichtungen eine Elektroentionisierungseinrichtung oder eine
Elektrodialyseeinrichtung.
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Vorzugsweise schließt das Wasserbehandlungssystem einen Wasservorratsspeicher ein, wobei
der Ozongasabgabekanal Ozongas weiterleitet, um den Vorrats Speicher unter Druck zu
setzen.
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Die Vorrichtung kann weiter einen Differenzdrucksensor umfassen, um den Druckunterschied
über die hydrophobe Gas-Flüssig-Trennmembran zu bestimmen.
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Die Vorrichtung kann auch weiter eine Steuereinheit in elektronischer Verbindung mit dem
Differenzdrucksensor und dem elektrochemischen Ozongenerator umfassen, wobei die
Steuereinheit den Betrieb des elektrochemischen Ozongenerators steuert.
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Die Vorrichtung kann weiter einen Flüssigwassersensor umfassen, der in der Gaskammer
angeordnet ist; und eine Steuereinheit in Verbindung mit dem Flüssigwassersensor und dem
elektrochemischen Ozongenerator.
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Die Vorrichtung kann weiter einen Sensor für gelöstes Ozon umfassen, der im
Wasserbehandlungssystem angeordnet ist.
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Geeigneterweise umfaßt die Vorrichtung auch Spannungsfühler, die über der Anode und
Kathode angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung auch einen elektronischen Stromsensor in Reihe
mit dem elektrochemischen Ozongenerator.
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Geeigneterweise umfaßt die Vorrichtung weiter ein katalytisches Zersetzungssystem in
selektiver Verbindung mit dem Ozonauslaß und der Kathode, um Wasserstoff und Ozon in
Wasserdampf und Sauerstoff umzuwandeln.
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Vorzugsweise sind die Anode, Kathode und Ionenaustauschmembram in innigem Kontakt mit
einem vorgeformten thermoplastischen Rahmen befestigt.
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Geeigneterweise sind die Anode, Kathode und Ionenaustauschmembran in innigem Kontakt
durch Spritzguß befestigt.
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Vorteilhafterweise weist das Wasserbehandlungssystem eine Wasserbehandlungseinrichtung
auf, wobei die Wasserbehandlungseinrichtung ein Teilchenfilter, eine Ultrafiltrationseinheit,
ein Kohlefilter, ein Wasserenthärter, ein Ionenaustauschbett, eine Umkehrosmosemembran,
eine Elektroentionisierungseinrichtung, eine Elektrodialyseeinrichtung oder Kombinationen
derselben ist.
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Geeigneterweise umfaßt die Vorrichtung weiter ein Gehäuse, das darin austauschbar die
Behandlungseinrichtung und den Ozongenerator hält.
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Vorzugsweise bilden die Wasserbehandlungseinrichtung und der elektrochemische
Ozongenerator eine einheitliche Struktur.
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Alternativ sind die Wasserbehandlungseinrichtung und der elektrochemische Ozongenerator
in einem gemeinsamen Gehäuse mit einem Wassereinlaß und einem Wasserauslaß
angeordnet.
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Vorzugsweise schließt das Gehäuse einen Auslaß zum Entfernen von Gasen ein, die an der
Anode und Kathode entstanden sind.
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Vorteilhafterweise sind die Wasserbehandlungseinrichtung und der elektrochemische
Ozongenerator in Reihe angeordnet.
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Geeigneterweise besitzt das Gehäuse erste und zweite Entnahmeendstopfen an
gegenüberliegenden Enden des Gehäuses und eine Schulter, die in der Mitte zwischen den
gegenüberliegenden Enden angeordnet ist, um zwei gegenüberliegende Abschnitte auf jeder
Seite davon zu definieren, wobei die Wasserbehandlungseinrichtung und der
elektrochemische Ozongenerator innerhalb der gegenüberliegenden Abschnitte angeordnet
sind.
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Vorzugsweise steht der Wassereinlaß zum Gehäuse in Fließ Verbindung mit der Kathode und
der Wasserbehandlungseinrichtung.
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Geeigneterweise ist die Ionenaustauschmembran röhrenförmig, wobei der Wassereinlaß zum
Gehäuse in Fließverbindung mit der röhrenförmigen Ionenaustauschmembran und der
Wasserbehandlungseinrichtung steht.
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Vorteilshafterweise umfaßt die Vorrichtung weiter eine Einrichtung in Fließverbindung mit
dem Wasserauslaß, wobei die Einrichtung ein Kühlschrank, Gefriergerät, Eismacher,
Wasserverkaufsautomat, Getränkeverkaufsautomat, Wasserbrunnen, Durchgießkrug,
Filterhahn oder eine Umkehrosmoseeinheit ist.
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Vorzugsweise ist das Wasserbehandlungssystem am Verwendungsort ein System, das so
ausgelegt, daß es Wasser liefert, das Ozon enthält.
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Geeigneterweise umfaßt die Vorrichtung weiter ein Haushaltsgerät in Fließverbindung mit
dem Wasserauslaß, wobei das Haushaltsgerät ein Geschirrspüler, eine Waschmaschine, ein
Spielzeugwäscher oder ein Kontaktlinsenwäscher ist.
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Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung weiter medizinische Ausrüstung in Fließverbindung
mit dem Wasserauslaß.
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Geeigneterweise umfaßt die Vorrichtung weiter eine Kammer zum Reinigen eines
medizinischen Instruments, in Fließverbindung mit dem Wasserauslaß, wobei das
medizinische Instrument ein starres Endoskop, flexibles Endoskop, Katheter, chirurgisches
Instrument, Zahnspange, Prothese oder Kombinationen derselben ist.
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Geeigneterweise ist das Wasserbehandlungssystem am Verwendungsort ein System, das so
angepaßt ist, daß es desinfiziertes Wasser erzeugt.
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Vorteilhafterweise ist das Wasserbehandlungssystem am Verwendungsort ein System, das so
ausgelegt ist, daß es Ozongas erzeugt.
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Geeigneterweise steht der Wassereinlaß in Fließverbindung mit der Kathode.
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Alternativ steht der Wassereinlaß in Fließverbindung mit der Anode.
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Vorzugsweise ist die Ionenaustauschmembran röhrenförmig, und die Wasserzufuhröffnung
steht in Fließverbindung mit der röhrenförmigen Membran.
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In einer Ausführungsform wird der Gas enthaltende Zwischenraum durch ein
Pegelkontrollventil aufrechterhalten, das im Ozongaszufuhrkanal angeordnet ist.
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Alternativ wird der Gas enthaltende Zwischenraum durch ein Schwimmersystem
aufrechterhalten, das im Ozongaszufuhrkanal angeordnet ist.
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Die elektrochemische Zelle kann hergestellt werden durch (a) Befestigen einer Baugruppe,
die eine Anode, eine Kathode und eine Protonenaustauschmembran einschließt, die zwischen
der Anode und Kathode angeordnet ist; (b) Einsetzen der Baugruppe in eine Form; (c) Halten
der Anode, Protonenaustauschmembran und der Kathode bei einer Temperatur unterhalb etwa
180ºC; und (d) Spritzguß um die Baugruppe herum.
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Das Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle kann (a) das Befestigen einer
Anode, einer Kathode und einer Ionenaustauschmembran, die zwischen der Anode und der
Kathode angeordnet ist, in einem vorgeformten thermoplastischen Rahmen umfassen, wobei
der thermoplastische Rahmen die Anode, Kathode und Membran in innigem Kontakt hält.
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Vorzugsweise schließt das Verfahren Spritzguß um den vorgeformten thermoplastischen
Rahmen herum ein.
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Alternativ schließt das Verfahren weiter Spritzguß um eine Mehrzahl von vorgeformten
thermoplastischen Rahmen herum ein.
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In einer bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt das Wasserbehandlungssystem
einen Kohlefilter und einen Umkehrosmosereiniger in Reihe; wobei der Ozongaszufuhrkanal
Ozongas zwischen der Anode und einem Punkt stromaufwärts des Kohlefilters überführt, so
daß mikrobielles Wachstum im Kohlefilter kontrolliert wird und jegliches restliche Ozon aus
dem Wasserstrom durch den Kohlefilter eliminiert wird, um Oxidation der
Umkehrosmosemembran zu verhindern.
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Um die Erfindung leichter verstehen zu können und damit weitere Merkmale derselben
gewürdigt werden können, wird die Erfindung nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, die nunmehr kurz beschrieben werden.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines elektrochemischen Ozongeneratoruntersystems
mit einem elektrochemischen Ozongenerator mit hydrophoben Phasentrennmembranen, um
zu verhindern, daß das Anodenwasser und das zu behandelnde Wasser sich vermischen. Ein
Differenzdrucksensorelement wird verwendet, um die Integrität der Phasentrennmembranen
zu verifizieren.
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Wasserbehandlungssystems mit einem
elektrochemischen Ozongenerator, der bei einem beträchtlich höheren Druck als
Umgebungsdruck arbeitet. Wasser bei einem Standardabgabedruck, wie etwa Hausdruck,
wird dem System zuführt. Ein elektrochemisches Ozongeneratoruntersystem ist direkt mit der
Wasserzufuhr oder dem Verteilungssystem verbunden.
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Wasserbehandlungssystems mit einem Ozonerzeugungs-
und -zuführungsuntersystem, um Ozon auf der Einlaßseite zu einem Verfahren zuzuführen
und in Wirkung zu bringen.
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Wasserqualitätsüberwachungssystems mit einem
hörbaren oder sichtbaren Indikator. Basierend auf der verfügbaren Information kann die
Steuereinheit den Betrieb des Ozonerzeugungsuntersystems steuern und kann einen oder
mehrere Indikatoren bezüglich des Status des Systems bereitstellen.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein mögliches Abgaszersetzungsuntersystem als einen
Teil eines Gesamtwasserbehandlunguntersystems darstellt.
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Fig. 6A ist ein Querschnittsdiagramm einer elektrochemischen Zelle. Diese Kernbaugruppe
kann als ein Einzelzellenelektrolysator verwendet werden oder kann als einen Einsatz
spritzgegossen werden, um ein vollständiges Elektrolysatorsystem zu bilden.
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Fig. 6B ist ein Querschnittsdiagramm einer weiteren Bauweise der elektrochemischen Zelle.
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Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Wasserbehandlungs-, Speicher- und
Zufuhrsystems, das ein schaufelloses Reservoir enthält, um kurzzeitig Wasserzufuhr
bereitzustellen, wenn die Wassererzeugungsgeschwindigkeit beträchtlich niedriger ist als die
kurzzeitige Anforderung. Durch Management von Systemvariablen kann der
Systemkonstrukteur sicherstellen, daß für eine minimale mittlere Kontaktzeit gesorgt wird.
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Fig. 8 ist ein Systemdiagramm einer Wasserbehandlungseinheit mit mehreren
elektrochemischen Systemen, die bei verschiedenen Drücken arbeiten, wobei der
Betriebsdruck eines elektrochemischen Gasgenerators gleich oder beträchtlich höher sein
kann als der Druck im Hauptwasserstrom.
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Fig. 9 ist ein Diagramm eines beispielhaften Ozongenerators, der konstruiert und hergestellt
worden ist, um direkt mit einem Wasserreservoir verbunden zu werden.
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Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Integration einer
Mikroorganismenbekämpfungseinrichtung am Verwendungsort in einen Kühlschrank mit
einem durch die Tür hindurch geführten Merkmal darstellt.
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In den Ausführungsformen der Erfindung, die unten beschrieben werden, werden hydrophobe
Membranen verwendet.
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Es gibt keine besondere Beschränkung der Natur der hydrophoben Membranen, die in der
Vorrichtung verwendet werden können, und die hydrophobe Membran kann hergestellt
werden mit zum Beispiel PTFE (Tetrafluorethylenharz), sogenanntes TEFLON® (eine Marke
von DuPont, Wilmington, Delaware), PFA (Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxyethylen-
Copolymerharz), PVDF (Vinylidenfluoridharz), FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-
Copolymerharz), ETFE (Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharz), etc., und die Porengröße
der hydrophoben Membran kann so ausgewählt werden, daß Wasser nicht durch die
verwendete hydrophobe Membran hindurchpermeiert und ist vorzugsweise von etwa 1,01 bis
10 um und bevorzugter von 0,1 bis 2 um dick.
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Zwei hydrophobe Membranen in Reihe dienen der Funktion der Sicherstellung der Trennung
zwischen den Wassern mit unterschiedlicher Qualität, z. B. kann das zu behandelnde Wasser
Chlor oder Ionen enthalten, die man nicht in Kontakt mit dem Anodenwasser kommen lassen
sollte, und das Anodenwasser kann Nebenprodukte oder Verunreinigungen enthalten, die
nicht in Kontakt mit dem Anodenwasser kommen sollten, und das Anodenwasser kann
Nebenprodukte oder Verunreinigungen enthalten, die nicht in das zu behandelnde Wasser
überführt werden sollten. Die zwei Wassertypen können bei unterschiedlichen Drücken
gehalten werden und das System kann ausgerüstet sein mit einem Differenzdrucksensor, um
das Versagen der Trennmembranen festzustellen.
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Das zwischen den zwei Membranen eingeschlossene Volumen kann bei einem Druck
gehalten werden, der verschieden ist von entweder der Anodenwasserquelle oder der Quelle
für das zu desinfizierende Wasser. Ein Drucksensor oder ein anderes Mittel zur Überwachung
des Druckunterschiedes über jede hydrophobe Membran kann verwendet werden, um die
Integrität jeder der Membranen sicherzustellen.
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Der elektrochemische Ozongenerator kann bei einem Druck betrieben werden, der
vergleichbar ist zu dem Druck des zu desinfizierenden Wassers. Auf diese Weise kann das
Ozongas, das erzeugt wird, direkt in das zu desinfizierende Gas eingebracht werden, ohne ein
Venturiventil, Pumpen oder Kompressoren erforderlich zu machen.
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Das von dem elektrochemischen Ozongenerator erzeugte Ozongas kann stromaufwärts eines
Wasserfiltrations- und/oder -behandlungssystems eingeführt werden, um das Wachstum von
biologischen Filmen zu verhindern, von denen bekannt ist, daß sie die Lebensdauer von
Filtern, Kohlenstoffblöcken und anderen Filtrationsmedien verkürzen.
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Das vom elektrochemischen Ozongenerator erzeugte Ozongas kann stromaufwärts eines auf
Membranen beruhenden Wasserbehandlungssystems, wie etwa Umkehrosmose(RO)- oder
Ultrafiltrationssysteme eingeführt werden, um das Wachstum und die Akkumulation von
biologischen Filmen zu verhindern, von denen bekannt ist, daß sie die Funktionalität solcher
Membranen verringern. Das Ozon kann periodisch oder in einer gesteuerten Art und Weise
eingeführt werden, um die Oxidation der Membranen des Wasserbehandlungssystems oder
anderer Komponenten mit begrenzter Toleranz gegen Ozon zu verhindern.
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Ein sichtbarer oder hörbarer Indikator kann verwendet werden, um eine Anzeige für den
Benutzer hinsichtlich der Leistung des elektrochemischen Ozongenerators bereitzustellen. In
einer Ausführungsform ist die Anzeige das Ergebnis eines Sensors, der so konstruiert ist und
betrieben wird, daß die Ozonmenge quantifiziert wird, die in dem zu desinfizierenden Wasser,
dem Anodenreservoir oder irgendeiner anderen geeigneten Überwachungsstelle gelöst ist. In
einer weiteren Ausführungsform ist die Anzeige das Ergebnis der Messung der Spannung
über und des Stromes durch die elektrochemische Zelle, die das Ozon erzeugt. Der Ausgang
der elektrochemischen Zelle kann korreliert werden mit den Betriebsparametern der Zelle und
kann daher verwendet werden, um die Leistung des Ozongenerators zu überwachen. Als ein
Beispiel ist die Spannung zwischen der Anode und der Kathode der elektrochemischen Zelle
Indikativ für den elektrochemischen Prozeß und die Spannung kann verwendet werden, um zu
bestimmen, ob die elektrochemische Zelle Sauerstoff oder Ozon erzeugt.
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In vielen Installationen des Systems kann das Abfall-Wasserstoffgas, das ein Nebenprodukt
des elektrochemischen Ozongeneratorprozesses ist, nicht abgelassen oder nicht leicht entsorgt
werden. Daher kann ein Wasserstoffvernichtungssystem eingebaut werden, um Wasserstoff
mit Sauerstoff aus der Luft zu vereinigen, um Wasserdampf zu bilden, der leichter entsorgt
werden kann.
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Fakultativ kann der Wasserstoff mit jedem Überschußgasstrom vereinigt werden, der von der
Anode des elektrochemischen Ozongenerators stammt. Die Herkunft dieses Gasstromes kann
Überschußgas direkt aus dem Generator sein oder sie kann Gas sein, das aus dem zu
desinfizierenden Wasser abgelassen wird, nachdem das Ozon mit dem zu desinfizierenden
Wasser in Kontakt gebracht worden ist.
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Der elektrochemische Ozongenerator kann als ein Untersystem für ein
Gesamtwasserbehandlungssystem betrieben werden, das ein Umkehrosmosesystem
einschließt. Wasser aus dem Umkehrosmosesystem kann in der Anode des elektrochemischen
Ozongenerators direkt oder nach weiterer Verarbeitung unter Verwendung von zum Beispiel
einem Harzbett, das so konstruiert ist, daß es Ionen aus der Wasserquelle abfängt, verwendet
werden. Das resultierende Ozon kann verwendet werden, um Wasser jeglicher Qualität zu
behandeln, vor und/oder nach verschiedenen Verfahren und Untersystemen des
Wasserbehandlungssystems.
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Die bevorzugten Systeme der vorliegenden Erfindung bieten sich für "Verwendungsort"-
Anwendungen an, die für alle Zwecke hierin so verstanden werden sollen, daß sie
"Eintrittsort"-Anwendungen einschließen. Der "Eintrittsort" wird im allgemeinen als der Ort
angesehen, wo Wasser in das Haus oder die Anlage von der Wasserquelle eintritt, während
"Verwendungsort" in der Nähe seines Verbrauches ist. Die Wasserbehandlung am Eintrittsort
verarbeitet das Wasser für das gesamte Haus oder die gesamte Anlage. Im Gegensatz dazu
verarbeitet Wasserbehandlung am Verwendungsort das Wasser an dem allgemeinen Ort, wo
das Wasser zum Trinken, Baden, Waschen oder dergleichen verbraucht wird.
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Das Abkühlen der elektrolytischen Zelle auf oder unter Umgebungstemperatur kann durch
den Behandlungsprozeß bereitgestellt werden. Abkühlen ist im allgemeinen erforderlich, um
die Ineffizienzen des elektrochemischen Prozesses beim Anstieg der Temperatur der Anode
über ungefähr 36ºC zu verhindern, um die thermische Zersetzung des erzeugten Ozons zu
minimieren. Abkühlen des Ozons oder ozonhaltigen Wassers auf Temperaturen zwischen
Umgebungstemperatur und dem Gefrierpunkt von Wasser dient dazu, die Lebensdauer des
Ozons zu verlängern sowie die Löslichkeit des Ozons im Wasser zu erhöhen. Sollte der
Ozongenerator, als ein Beispiel, eingesetzt werden, um Wasser zu behandeln, das in einen
Kühlschrank oder ein Gefriergerät eintritt oder diesem zugeführt wird, kann der
Ozongenerator im Kühlschrank angeordnet werden oder in teilweisem thermischen Kontakt
oder Verbindung mit dem Gefriergerät.
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Wasser, das hohe Mengen an gelöstem Ozon enthält, kann am Verwendungsort zur
Verwendung als eine Waschlauge oder Desinfektionslauge bereitgestellt werden. Ein
zusätzlicher Wasserhahn nahe der Küchenspüle kann verwendet werden, um einen Strom aus
ozonhaltigem Wasser zum Waschen von Lebensmitteln, Arbeitsflächen, Spielzeugen, Geräten
etc. bereitzustellen.
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Die Konstruktion des Ozongenerators kann derart sein, daß er sich zur Massenherstellung in
der Form von direktem Spritzguß eines thermoplastischen Kunststoffes um die Elektroden,
Membran, Durchflußfelder etc. herum anbietet. Die Protonenaustauschmembran (PEM) und
der Anodenkatalysator sind beide temperaturempfindlich und müssen vor übermäßigen
Temperaturen (oberhalb 180ºC) während des Herstellungsverfahrens geschützt werden.
Überdies ist die Protonenaustauschmembran nicht ein Festkörper, sondern nimmt Fähigkeiten
an, die ähnlich sind zu einem Gel, wenn es vollständig hydratisiert ist. Daher ist ein weiterer
Aspekt der Erfindung ein Dichtungsring, der eine Wulst-Nut- oder Elastomerdichtung mit der
Membran um die aktive Fläche des Elektrolysators herum bereitstellt und sich zum
thermoplastischen Kunststoff hin erstreckt, wobei eine Dichtung während des
Spritzgußverfahrens ausgebildet wird. Während der Herstellung werden die Komponenten
vorher zusammengebaut, mit einem thermoplastischen Clip zusammengeklemmt, in die
Einspritzform eingeführt und der thermoplastische Kunststoff eingespritzt. Die porösen
Substrate der Anode und der Kathode stehen in direktem Kontakt mit dem Ausformverfahren
von dem Katalysator und der Membran.
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Die Qualität des in der elektrochemischen Zelle verwendeten Wassers kann durch ein
Elektroentionisierungs- oder Elektrodialyseverfahren verbessert werden, um einen
kontinuierlichen Strom aus entionisiertem Wasser ohne die Notwendigkeit von
Verbrauchsstoffen bereitzustellen. Ungeachtet der Qualität oder Herkunft des Wassers, das
eine Trink- und/oder Filterwasserquelle einschließen kann, muß Wasser der
elektrochemischen Zelle in ausreichenden Mengen zur Verfügung gestellt werden, um die
Elektrolysereaktion von Wasser zu unterstützen, um Ozon zu bilden und die
Ionenaustauschmembran zu hydratisieren. Wasser wird traditionellerweise direkt der Anode
zugeführt, da dies die Stelle ist, wo die Ozonbildungsreaktion stattfindet, und Wasser wird
von der Anode zur Kathode durch Elektroosmose überführt. In Ausführungsformen der
Erfindung kann Wasser jedoch zur Rückdiffusion zur Anode und Membran, quer zur
Membran (vielleicht eine röhrenförmige Membran, wie beschrieben in U.S.-Patent Nr. 5,635,039)
oder durch einen für diesen speziellen Zweck bereitgestellten Docht, zur Kathode
zugeführt werden.
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Wenn der Ozongenerator in Verbindung mit einem Kühlschrank verwendet wird, kann ein
Teil des Ozongases aus dem Generator oder des nicht-verbrauchten Ozongases aus dem zu
behandelnden Wasser in den Kühlschrank- oder Gefriergeräteinnenraum abgelassen werden,
um eine Behandlung der Luft bereitzustellen, so daß Geruchskontrolle und
Lebensmittelfrische in den Kühlschrank- und Gefriergerätekammern aufrechterhalten werden
kann.
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Wenn das Ozongas verwendet wird, um Desinfektion von Trinkwasser bereitzustellen, kann
alles restliche Ozon aus dem Trinkwasserstrom mit einem Kohlenstoffblock, granulierter
Aktivkohle, Ultraviolettlampe, Mikrowellen oder Hitze eliminiert werden.
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Der elektrochemische Ozongenerator kann zum Einbau in andere Komponenten des
Wasserbehandlungssystems optimiert werden. Der Ozongenerator kann zum Beispiel
vollständig im RO-Wasserreservoir enthalten sein, mit notwendigen Anschlüssen für
elektrische Leitungen und Wasserstoffabgabe, vollständig angebracht in einem Filtergehäuse,
Wasserhahn, etc.. Überdies kann der elektrochemische Ozongenerator wegwerfbar hergestellt
und mit den anderen wegwerfbaren Komponenten integriert werden, wie etwa einer
Umkehrosmosemembran, einem Kohlefilter und/oder anderen Filterelementen, etc..
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Ozongas, das nicht im zu desinfizierendem Wasser gelöst ist, kann unter Verwendung einer
hydrophoben Membran entfernt werden, die im oberen Abschnitt eines Wasserreservoirs
angeordnet ist. Das Überschuß-Ozongas kann dann durch ein Zersetzungsuntersystem
hindurchgeführt werden, wie etwa einen Ozonzersetzungskatalysator oder erhitzten
Katalysator, bevor es abgelassen wird.
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Elektroosmotisches Kathodenwasser kann verwendet werden, um Bereiche eines
elektrochemischen Ozonerzeugungsuntersystems des Wasserbehandlungssystems unter Druck
zu setzen. Das elektroosmotische Kathodenwasser aus einem elektrochemischen
Ozongasgenerator, betrieben beim Druck eines Umkehrosmosereservoirs, kann zum Beispiel
verwendet werden, um Wasser für eine elektrochemischen Ozongenerator bereitszustellen,
der bei dem höheren Druck des Einlaßwassers oder bei dem Druck eines Kohlenstoffblocks
oder anderer Filterelemente betrieben wird. Daher kann der Druck eines elektrochemischen
Ozongenerators in Übereinstimmung gebracht werden mit dem Druck des zu behandelnden
Wassers wobei das elektroosmotische erzeugte Wasser verwendet wird, um den notwendigen
Druck zu entwickeln. In einem verwandten Beispiel kann eine sekundäre elektrochemische
Zelle, wie etwa ein Sauerstoffgenerator, als ein Untersystem installiert werden, mit dem
einzigen Zweck, Wasser unter hohem Druck zur Verwendung in einem elektrochemischen
Ozongenerator an anderer Stelle im System zu liefern.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, die zur Verwendung in Systemen mit einem
unverlierbarem Gasreservoir (Kopfraum- oder Schaufeltyp) zur Zuführung von Wasser unter
Druck gedacht ist, kann ein Elektrolysator verwendet werden, um das Reservoir unter Druck
zu setzen. Überdies kann die Größe des Elektrolysators, Reservoirs etc. so korreliert werden,
daß die Zuführung von Wasser aus dem Reservoir mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die
abgestimmt ist auf die Ozonerzeugungsgeschwindigkeit, was sicherstellt, daß das Wasser in
geeigneter Weise mit dem Ozon in Kontakt gekommen ist. Zuführung von Wasser mit einer
höheren Geschwindigkeit als einer dauerhaften Ozonerzeugungsgeschwindigkeit wird zu
einem Druckabfall im Reservoir führen, was die Wasserzufuhr senkt und letztendlich beendet.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der elektrochemische Ozongenerator inline
(wie etwa in einem T-Stück) zwischen verschiedenen Untersystemen in einem
Wasserbehandlungssystem angeordnet.
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Fig. 1 zeigt ein elektrochemisches Ozongeneratoruntersystem 112 mit einem
elektrochemischen Ozongenerator 105 (von dem Beispiele in den Fig. 6A und 6B gezeigt
sind), einem Anodenreservoir 104, einem Kathodenreservoir 106, und ist verbunden mit einer
Quelle für zu behandelndes Wasser 100, mit hydrophoben Phasentrennmembranen 102, 103,
um zu verhindern, daß das Wasser in der Anode 104 sich mit dem zu behandelnden Wasser
100 vermischt. Ein Zwischenbereich 101 in der Form eines Gasraums, begrenzt durch
gasdurchlässige hydrophobe Membranen 102, 103, kann bei einem Druck gehalten werden,
der signifikant verschieden ist von jedem der Wasser enthaltenden Bereiche 100, 104. Der
Druck im Zwischenbereich 101 und das Anodenreservoir können von einer externen Einheit
durch Verbindungen 111 bzw. 110 gesteuert werden. Ein Differenzdrucksensorelement 107
überwacht den Druckunterschied zwischen den Kammern 100, 101, 104 und vergleicht den
Druckunterschied mit einem vorbestimmten Bezugswert. Sollte der Druckunterschied aus
einem bevorzugten Bereich herausfallen, kann das Steuersystem 109 Strom vom
Elektrolysator 105 abschalten oder dem Benutzer eine Anzeige liefern, daß Wartung
erforderlich ist. Alternativ könnte, wenn das Zwischenreservoir 101 bei einem niedrigeren
Druck als entweder dem zu behandelnden Wasser 100 oder dem Anodenreservoir 104
gehalten wird, eine Durchflußüberwachungseinheit am Ende des Verbindungsstückes 111
verwendet werden, um übermäßigen Wasserdurchfluß von entweder 100 oder 104 durch eine
fehlerhafte Membran 102 bzw. 103 festzustellen.
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Wasserbehandlungssystem 161 mit einem
elektrochemischen Ozongenerator 155, der bei einem beträchtlich höheren Druck als
Umgebungsdruck arbeitet. Wasser bei einem Standardzufuhrdruck, wie etwa Hausdruck, wird
dem System durch 150 zugeführt und tritt in eine erste Behandlungskammer (wie etwa einen
Filter zur Entfernung von Sediment) 151 ein, die für einen Druckabfall im System während
des Wasserdurchflusses sorgt, so daß Wasser, das aus dem Filter bei 152 austritt, bei einem
niedrigeren Druck liegt als beim Eintritt 150. Eine Reihe von zusätzlichen Prozeß schritten
(dargestellt als ein einziger Schritt 153 mit Verbindungen 152 und 154) kann den
Wasserdruck während des Wasserdurchflusses weiter verringern. Ein elektrochemisches
Ozongeneratoruntersystem 155 und Unterstützungssystem 159 (die zusammen ein solches
System wie 112 von Fig. 1 darstellen) wird direkt mit dem Wasserzufuhr- oder
-verteilungssystem verbunden. Den Druck des Ozongeneratoruntersystems 155 läßt man mit
dem Wasserdruck im Wasserzufuhr- oder -verteilungssystem 156 in Abhängigkeit von der
Durchflußgeschwindigkeit, dem anfänglichen Einlaßdruck zu 150 etc. schwanken. Das Ozon
wird erzeugt und dem Verteilungssystem 156 zugeführt, das auch ein Wasserreservoirsystem
160, eine Durchflußkontrolleinheit 157 und einen Hahn 159 einschließen kann.
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Wasserbehandlungssystems 186 mit einem
Ozonerzeugungs- und -zuführungsuntersystem 179, um Ozon auf der Einlaßseite einem
System zuzuführen und es damit in Kontakt zu bringen, wobei die Wasserqualität im
Hauptstrom 184, 176 nicht kompatibel ist mit den Anforderungen des
Ozongeneratoruntersystems 179. Ein Beschränkungs-, Druckregulierungskomponenten-,
Vorfilter- oder Vorverarbeitungsuntersystem 185 kann eingesetzt werden, um einen
Druckabfall zwischen dem Einlaßwasser 184 und dem Punkt der Ozoneinführung 176
bereitzustellen. Dieser Druckunterschied wird ermöglichen, daß Wasser nach Erfordernis von
Wassereinlaß 154 zu einem Wasserbehandlungsuntersystem 187 durch eine
Verbindungsleitung 175 strömt. Wasser kann dann aus dem Konditionierungsuntersystem 187
zum Ozongeneratoruntersystem 179 strömen. Das Ozongeneratorsystem kann dann bei einem
Druck arbeiten, der vergleichbar ist zum Druck am Punkt der Ozoneinführung in den
primären Wasserstrom 176. Die Ozonerzeugung und -einführung kann über eine Reihe von
Untersystem 180, wie etwa Umkehrosmose, Ultrafiltration, Entionisierung, etc., und
Reservoirs 181 verwendet werden.
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Wasserqualitätsüberwachungssystem 200 mit einer
hörbaren oder sichtbaren Anzeige 214. Ein Ozonerzeugungs- und -kontaktuntersystem 210
liefert Ozon durch eine Leitung 203 zum primären Wasserstrom 202, der von einer
Wasserquelle 201 eintritt. Die Ozonkonzentration wird an Punkten im gesamten Verteilungs-
und Zuführungssystem unter Verwendung von Ozonüberwachungseinheiten 204, 207 in
Verbindung mit einem Steuersystem 213 überwacht. Das Steuersystem 213 wird auch mit den
Betriebsparameter des Ozongeneratoruntersystems 210 durch Verbindungen 211 versorgt.
Der Steuereinheit zur Verfügung gestellte Information kann, unter anderen Parametern, den
Strom durch den Ozongenerator, die Spannungen des Generators, Temperatur, etc.
einschließen. Auf der Grundlage der verfügbaren Information kann die Steuereinheit 213 den
Betrieb des Ozonerzeugungsuntersystems 210 durch eine Verbindung 212 steuern und kann
eine oder mehrere Anzeigen 214 zum Status des Systems bereitstellen.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein mögliches Abgasvemichtungsuntersystem 231 als
einen Teil eines Gesamtwasserbehandlungsuntersystems 225 darstellt. Wenn der primäre
Wasserstrom 226 mit Ozon aus einem Ozonerzeugungs- und -kontaktuntersystem 227
behandelt wird, wird Abfall-Wasserstoff als ein Nebenprodukt der elektrochemischen
Reaktion erzeugt. Dieser Wasserstoff wird durch eine Leitung 229 einem
Abgasvemichtungsuntersystem 231 zugeführt, in dem der Wasserstoff unter Verwendung
eines Edelmetallkatalysators mit Sauerstoff aus der durch eine Luftpumpe 230 zugeführten
Luft vereinigt wird. Zusätzlicher Sauerstoff und möglicherweise Überschuß-Ozon können aus
einem anderen Bereich des Behandlungssystems, wie etwa einem Reservoir 233, geliefert
werden. Das Überschußgas kann vom Wasser durch einen Phasentrenner 234 getrennt und
das Gas dem Vernichtungssystem 231 durch eine Leitung 236 zugerührt werden. Primäres
Wasser, frei von nicht-gelöstem Gas, kann dem Verteilungs- und Zuführungssystem, das sich
von Leitung 235 aus fortsetzt, zugeführt werden. Eine Hilfsheizeinrichtung 238 kann mit dem
Vernichtungsuntersystem verbunden werden, um sicherzustellen, daß der Katalysator im
Vernichtungssystem 231 trocken und aktiv ist. Harmlose gasförmige und/oder flüssige
Produkte treten aus dem Abgasvemichtungsuntersystem 231 mittels Leitung 232 aus.
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Fig. 6A ist ein Querschnittsdiagramm einer elektrochemischen Zelle 300, die eine
Protonenaustauschmembran (PEM) 301 in Kontakt mit einem Anodenkatalysator und porösen
Substrat 302 und einem Kathodenkatalysator und porösen Substrat 303 einschließt. Die
Anoden- und Kathoden-Substrate haben auf ihrer Rückseite Durchflußfelder 304 bzw. 305,
die fakultativ als Stützmittel für die Anode und Kathode dienen können. Elektrische
Verbindung kann bereitgestellt werden durch die Durchflußfelder 304, 305 oder durch
elektrische Leiter 306, 307, die spezifisch für diesen Zweck bereitgestellt werden. Eine
Dichtung 309, wie etwa ein Elastomer oder Wulst-Nut, wird bereitgestellt, um jede Seite der
Protonenaustauschmembran so abzudichten, daß die Anode und die Kathode als isolierte
Systeme arbeiten. Die gesamte Kernbaugruppe 301, 302, 303, 304, 305 kann
zusammengehalten werden durch ausgeformte Kunststoffteile 315, 316, die so konfiguriert
sein können, daß sie durch eine Schnappverbindung 308 zusammenschnappen oder in anderer
Weise miteinander befestigt sind, um eine einzige Einheit zu bilden. Diese Kernbaugruppe
kann dann als ein einzelner Zellelektrolysator verwendet oder als einen Einsatz spritzgegossen
werden, um eine vollständige Elektrolysatorbaugruppe zu bilden, die ein Anodenreservoir
311, ein Kathodenreservoir 312, eine Konstruktionsstützeinheit 310 und Mittel zur
Befestigung an einem verbundenen System mittels Gewinde 313, 314 enthält, dargestellt für
die Anoden- bzw. Kathodenreservoirs 311, 312.
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Fig. 6B ist ein Querschnittsdiagramm einer elektrochemischen Zelle 325. Das System
schließt eine Protonenaustauschmembran (PEM) 301 in Kontakt mit einem
Anodenkatalysator und porösen Substrat 302 und einem Kathodenkatalysator und porösen
Substrat 303 ein. Die Anoden- und Kathoden-Substrate besitzen auf ihrer Rückseite
Durchflußfelder 304 bzw. 305, die auch als Stützmittel für die Anode und die Kathode dienen
können. Elektrische Verbindung kann durch die Durchflußfelder 304, 305 oder durch
elektrische Leiter 306, 307 bereitgestellt werden, die spezifisch für diesen Zweck
bereitgestellt werden. Eine Dichtung 309, wie etwa ein Elastomer oder Wulst-Nut, wird
vorzugsweise bereitgestellt, um jede Seite der Protonenaustauschmembran so abzudichten,
daß die Anode und Kathode als isolierte Systeme arbeiten. Der ein- oder zweiteilige Ring 326
setzt die Dichtung 309 gegen die Protonenaustauschmembran 301 unter Druck und
verhindert, daß geschmolzener thermoplastischer Kunststoff während einem anschließenden
Spritzgußverfahren in die Durchflußfelder 304, 305 eindringt. Der Ring 326 eliminiert auch
das Erfordernis der direkten Abdichtung zwischen der gelähnlichen
Protonenaustauschmembran 301 und dem thermoplastischen Gehäuse oder Körper, der in
anschließenden Spritzgußverfahren hergestellt wird. Die gesamte Kernbaugruppe 301, 302,
303, 304, 305 kann nach dem Zusammenbau durch einen ausgeformten Kunststoffclip 327
zusammengehalten werden und kann vor Spritzguß entfernt werden oder kann in den
Formling integriert werden.
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Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Wasserbehandlungs-, Speicher- und
Zuführungssystems 350, das ein schaufelloses Reservoir 353 enthält, um Wasserzufuhr
bereitzustellen, wenn die Wassererzeugungsgeschwindigkeit beträchtlich geringer ist als die
kurzzeitige Wasseranforderung, so daß ein Wasserreservoir erforderlich ist. Wasser wird dem
Behandlungsuntersystem 364 aus einer Wasserquelle durch einen Einlaß 363 zugeführt. Der
Auslaß 351 des Behandlungsuntersystems 364 steht in Verbindung mit dem
Wasserzuführungssystem 362 und einem Wasserspeicherreservoir 353. Das
Wasserspeicherreservoir 353 ist versehen mit einem Kopfraum 354, der komprimiert wird,
wenn das Reservoir gefüllt wird, und sich ausdehnt, wenn das Wasser aus dem Reservoir
entnommen wird. Ein Ozongenerator 356 ist in Verbindung mit dem Speicherreservoir
angebracht und das Ozongas 357 tritt in das Reservoir ein und kommt mit dem Wasser 365 in
Kontakt. Wenn Sauerstoff- und Ozongas im Reservoir durch die elektrochemischen
Generatoren 356, 359 zugesetzt werden, wird der Druck im Kopfraum 354 ansteigen, und
wenn der Druck einen vorgegebenen Wert übersteigt, kann Wasser aus dem Reservoir 353
durch eine Leitung 361 austreten, wenn sich eine Rückdrucksteuereinheit 355 öffnet. Der
Ablaß 367 aus der Rückdrucksteuereinheit 355 kann mit einem geeigneten Ablauf,
Phasentrenner, etc. verbunden sein. Diese Rückdrucksteuereinheit kann so eingestellt werden,
daß sie sich bei einem Druck öffnet, der höher ist als der letztendliche Druck, der vom
Wasserbehandlungsuntersystem 364 erzeugt wird, so daß Wasser nicht kontinuierlich aus
dem Reservoir 353 abgelassen und verschwendet wird. Da Gas dem Reservoir 353 zugeführt
wird, wird sich das Gas, das nicht im Wasser gelöst wird, im Kopfraum 354 sammeln und
letztendlich den Druck im Speicherreservoir 353 erhöhen, wenn Wasser nicht durch Leitung
362 aus dem System 350 entfernt wird. Die Rückdrucksteuereinheit 355 wird dann den Druck
und den Wasserpegel 366 im Reservoir bei einem vorbestimmten Maximum halten. Wenn
Wasser verbraucht wird und der Kopfraum 354 sich ausdehnt, wird der Druck im Reservoir
353 verringert werden und das Verfahren 364 wird seinen Betrieb wieder aufnehmen. Wenn
der Wasserverbrauch sich fortsetzt und der Kopfraum weiter zunimmt, kann der Druck im
Reservoir unter den Punkt fallen, wo Wasserzufuhr möglich ist, und der Wasserfluß aus dem
Ablaß 362 wird signifikant verringert oder beendet werden. Daher hängt die Geschwindigkeit
der Wasserzufuhr aus dem Reservoir 353 mit der Gaserzeugungsgeschwindigkeit der
elektrochemischen Generatoren 356, 359 und der Wasserproduktionsgeschwindigkeit des
Behandlungsuntersystems 364 zusammen. Durch Management von Systemvariablen kann der
Systemkonstruktur sicherstellen, daß für eine minimale mittlere Kontaktzeit gesorgt wird.
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Fig. 8 ist ein Systemdiagramm einer Wasserbehandlungseinheit 400 mit mehreren
elektrochemischen Systemen, die bei verschiedenen Drücken arbeiten. Wasser tritt durch eine
Wassereinlaßöffnung 401 in ein erstes Verarbeitungsuntersystem 402 ein. Ein
elektrochemischer Ozongenerator 404 injiziert Ozon in das primäre System 403. Wenn die
Wasserqualität im primären Strom an diesem Punkt in der Wasserbehandlungseinheit nicht
geeignet ist zur Verwendung im elektrochemischen System 404, muß jedoch Wasser aus einer
anderen Quelle zugerührt werden, bei einem Druck, der gleich oder höher ist als der Druck an
Punkt 403. Daher kann ein zweiter elektrochemischer Generator an einem Punkt im
Hauptprozeßstrom mit Wasser höherer Qualität 408 angeschlossen werden, das leicht zur
Verwendung in der elektrochemischen Zelle 410 durch ein Vorbehandlungssystem 415, wie
etwa ein Ionenaustauschharzbett, behandelt werden kann. Das elektroosmotische Wasser und
Wasserstoffgas, das vom elektrochemischen Gasgenerator 410 erzeugt wird, kann durch eine
Leitung 414 einem Phasentrenner 412 zugeführt werden, in dem Gas freigesetzt wird 413 und
das Wasser durch die Leitung 407 dem elektrochemischen Gasgenerator zugeführt wird.
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Daher kann der Betriebsdruck des elektrochemischen Gasgenerators 404 gleich oder
beträchtlich höher sein als der Druck im Hauptwasserstrom 403. Die stromabwärts nach einer
Reihe von Prozessen 405, 406 angeordnete Wasserquelle, bei der die Wasserqualität höher ist,
aber der Druck niedriger ist als beim Wassereinlaß 401 oder dem Gaseinführungspunkt 403,
ist sauberer.
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Fig. 9 ist ein Diagramm eines Ozongenerators 500, der so konstruiert ist, daß er in direkter
Fließverbindung mit einer Wasserbehandlungseinrichtung arbeitet, wie etwa dem
Wasserreservoir für ein Umkehrosmosesystem. Das System ist hergestellt aus einem einzigen
Gehäuse 503, hergestellt aus einem zur Verwendung mit Ozon geeigneten Material. Das
System schließt ein Anodenreservoir 501 und eine Anodenfritte 504 ein, die aus einem
porösen Titan hergestellt ist, mit einer Bleidioxid-Katalysatorbeschichtungen auf der Seite,
die in Kontakt mit der ersten Seite einer Protonenaustauschmembran 507 steht. Die zweite
Seite der Protonenaustauschmembran steht in Kontakt mit einer zweiten Fritte 508, hergestellt
aus porösem rostfreien Stahl. Jede poröse Fritte 504, 508 ist mit einem Draht 505, 506
versehen, der hergestellt ist aus demselben Material wie 504 bzw. 508 und an jede Fritte
punktgeschweißt ist, um eine elektrische Verbindung zur Anode und Kathode bereitzustellen.
Die poröse Fritte aus rostfreiem Stahl 508 direkt stützend ist ein Durchflußfeld aus
expandiertem rostfreien Stahl 509, das eine Fließverbindung zum Kathodenreservoir 502
durch eine Leitung 511 bereitstellt. Die Baugruppe 504, 507, 508, 509 wird mit einem
Gewindestopfen 510 an Ort und Stelle gehalten. Das Kunststoffgehäuse 503 nimmt die
Komponenten 504, 507, 508, 509 auf und stellt eine Abdichtung zwischen der Anode und
Kathode durch Zusammendrücken der Protonenaustauschmembran 507 zwischen
Kathodenfritte aus rostfreiem Stahl 508 und dem Kunststoffgehäuse 503 zur Verfügung. Im
vorliegenden System läßt man Kathodenwasser 510 über eine Vertiefung 512 im Verteiler
514 zwischen dem Anoderreservoir 501 und Kathodenreservoir 502 direkt zum
Anodenreservoir zurückfließen. Sowohl das Ozongas als auch das Wasserstoffgas läßt man in
das Wasserreservoir eintreten, oder das System kann alternativ mit einer Öffnung versehen
werden, um den Wasserstoff zu einer anderen Stelle als dem Anodenreservoir 501
umzuleiten.
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Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, das die Integration eines mikrobiellen
Kontrollsystems am Verwendungsort in einen Kühlschrank mit einer Wasserabgabe darstellt.
In diesem System ist ein Kühlschrank 600 mit einer unter Druck stehenden Wasserzufuhr 601
versehen, die einen Kohlefilter 605 und einen Umkehromosereiniger 604 in Reihe versorgt.
Wasser aus der Umkehrosmoseeinheit 604 wird durch Leitung 617 und
Rückflußverhinderungseinheit 613 einem Ozongenerator 602 zugeführt, der in thermischem
Kontakt mit einer Seitenwand 610 des Kühlschrankinnenraumes 608 steht, aber getrennt
durch eine temperaturregulierende Schicht 612, um zu verhindern, daß der Elektrolysator
einfriert. Ozone aus dem Elektrolysator 602 tritt aus dem Ozongenerator aus und wird
zwischen den Injektionspunkten wie etwa 611 aufgeteilt, die zum Umkehrosmosereiniger und
einem gekühlten Wasserspeicherreservoir 606 führen. Ozon wird aus dem
Wasserspeicherreservoir entfernt und Überschuß-Ozon wird durch ein
Abgasbehandlungssystem 616 zerstört. Das ozonhaltige Wasser im Speicherreservoir 606
fließt durch ein Fluidentionisierungssystem 614, bevor es dem Nutzer an der Wasserabgabe
607 geliefert wird.
Beispiel
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Ein Ozongenerator wurde konstruiert und hergestellt gemäß Fig. 9, um etwa 0,16 Gramm
Ozon pro 24 Stunden zu erzeugen. Eine einzelne Elektrolysatorzelle mit einer aktiven Fläche
von ungefähr 0,08 cm² wurde verwendet, um Ozongas zu erzeugen und direkt einem
Speicherreservoir zuzuführen, das Wasser mit Umkehrosmose-Qualität enthielt. Das System
wurde hergestellt aus Polyvinyldifluorid (PVDF) und war ungefähr 2 Inches lang. Das System
bestand aus sechs einzelnen Stücken: einem Kunststoffgehäuse, einer porösen Titan-
Anodenfritte mit einem Durchmesser von 1/8", beschichtet mit Bleidioxid, einer Nation-
Protonenaustauschmembran mit einem Durchmesser von 1/4", einer porösen Fritte aus
rostfreiem Stahl mit 1/4" und einem Durchflußfeld aus expandiertem rostfreien Stahl mit
einem Durchmesser von 1/2" und einem Stopfen, der in den Boden der Baugruppe
eingeschraubt ist, um alle Komponenten im Gehäuse zu halten. Die
Protonenaustauschmembran wird auch als eine Dichtung verwendet, um Abdichtung
zwischen der Kathode und Anode bereitzustellen.
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Die Fritten aus porösem Titan und porösem rostfreien Stahl werden mit Drähten versehen, die
sich durch die Wand des Gefäßes nach außen erstrecken, um elektrische Verbindung zu den
porösen Materialien bereitzustellen. Diese Drähte werden mit Epoxy im Gehäuse
eingekapselt. Die PEM war eine Folie aus perfluoriertem Sulfonsäurepolymer, NAFION 117.
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Kühlung für den Generator wird bereitgestellt durch direkten Kontakt mit dem
Wasserreservoir, was ausreichend ist, um das von der Einrichtung erzeugte halbe Watt an
Wärmeenergie abzuführen. Das System kann bei jeder Temperatur zwischen dem Gefrier-
und Siedepunkt von Wasser betrieben werden, am bevorzugtesten aber oberhalb des
Gefrierens bis Umgebungstemperatur, um die Lebensdauer des erzeugten Ozongases zu
maximieren. Kein Wassermanagement ist notwendig, da Wasser von dem
Umkehrosmosesystem bereitgestellt wird.
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Eine Gleichstromquelle mit zwei Ausgangsniveaus wurde hergestellt. Diese Stromquelle
lieferte einen nominalen konstanten Strom von 167 mA im Standardbetrieb und einen
konstanten Spannungsausgang von 2 Volt für Standby-Betrieb.
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Obgleich das Vorstehende auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden,
ohne vom grundsätzlichen Schutzumfang derselben abzuweichen, und der Schutzumfang
derselben ist durch die Ansprüche bestimmt, die folgen.