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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Herstellung von Wasser zum Desodorieren und Reinigen
sowie ein Verfahren zur Herstellung derartigen Wassers mittels einer Elektrolyse,
die saures und basisches Wasser herstellen kann, wobei das saure
und basische Wasser ein Oxidationsvermögen bzw. ein Reduktionsvermögen aufweisen
und sich so wirksam zum Desodorieren und Reinigen von Verunreinigungen
einsetzen lassen.
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BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Im
Stand der Technik wird ein Desodorieren mit mehreren Verfahren erreicht:
chemische Verfahren, physikalische Verfahren und biologische Verfahren.
Die chemischen Desodorierungsverfahren verwenden Säuren/Basen,
Oxidations/Reduktionsmittel und Ionenaustauschreaktionen. Die physikalischen
Desodorierungsverfahren werden mit Aktivkohle, Zeolith, Kieselgel
oder oberflächenaktiven
Mitteln durchgeführt,
die aufgrund des Absorptionsvermögens
ihrer perforierten Oberflächen
zum Desodorieren im Stande sind. Die biologischen Desodorierungsverfahren
werden mit Enzymen oder Bakterien durchgeführt.
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Derartige
chemische oder physikalische Desodorierungsverfahren sind jedoch
insofern problematisch, dass sie vor dem chemischen Waschen und
Desodorieren der Gase oder dem physikalischen Desodorieren der Gase
unter Verwendung von Absorptionssäulen unangenehm riechende Gase
von einer Gasquelle sammeln, was große und teure Ausrüstung erforderlich
macht.
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Insbesondere
die obigen chemischen Desodorierungsverfahren, die große Ausrüstung und
teure Chemikalien verwenden, wie Oxidations/Reduktionsmittel und
saure/basische Lösungen,
neigen dazu, aufgrund dieser Chemikalien sekundäre Umweltverschmutzungen zu
verursachen. Bei den physikalischen Desodorierungsverfahren, die
große
Absorptionssäulen
erfordern, wird ein Absorptionsmittel im Innern jeder Säule vollständig mit
Verunreinigungen gesättigt.
Es ist daher notwendig, die gesättigten
Verunreinigungen aus den Absorptionssäulen mit einem getrennten Vorgang
zu entfernen, was aufgrund der Verunreinigungen sekundäre Umweltverschmutzungen
verursacht.
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Wenn
ein oberflächenaktives
Mittel zum Abwaschen oder Entfernen von Verunreinigungen oder Schmutz
verwendet wird, kann das oberflächenaktive
Mittel Wasserverschmutzungen verursachen. Lösungsmittel können zum
Abwaschen oder Entfernen von Verunreinigungen oder Schmutz verwendet
werden. Derartige Lösungsmittel
können
jedoch Umweltschäden
und/oder einen Brand am Arbeitsplatz verursachen.
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Die
US 5,340,458 offenbart eine
Elektrodenkonfiguration, bei der Elektrolytzellen-Baueinheiten mit
einem Kunstharzrahmen geschichtet und dazwischen Ionenaustauschmembranen
angeordnet sind. Die
US 4,605,482 offenbart
ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil, die durch eine Kationenaustauschmembran
voneinander getrennt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß wurde
die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der obigen Probleme
des Stands der Technik entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahrens zur Herstellung von
Wasser für
Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen bereitzustellen, die derartiges
Wasser mittels einer Elektrolyse, die zum Herstellen von saurem
und basischem Wasser in der Lage ist, wirksam erzeugen, wobei das
saure und das basische Wasser ein Oxidationsvermögen bzw. ein Reduktionsvermögen aufweisen
und sich so wirksam zum Desodorieren und Reinigen von Verunreinigungen
einsetzen lassen.
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Zur
Lösung
der vorstehend genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasser für Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen
bereit, mit einem Elektrolyseur mit mehreren Anoden- und Kathodeneinheiten,
die abwechselnd angeordnet sind, wobei sie in engen Kontakt zueinander gebracht
sind, wobei die Anoden- und die Kathodeneinheiten voneinander durch
Ionenaustauschmembranen getrennt sind und einzeln eine Zelleinheit
bilden; und einer Einlass- und einer Auslassendplatte, die an beiden
Enden des Elektrolyseurs angebracht sind, wobei die Einlassendplatte
einen ersten und einen zweiten Wassereinlass aufweist und die Auslassendplatte
einen ersten und einen zweiten Wasserauslass aufweist; wobei jede
der Anodeneinheiten eine Anodenplatte aufweist, die an ihren beiden
Seiten mit einer ersten Spalteinstelldichtung und einer ersten Elektrolytaustrittsverhinderungsdichtung
versehen ist, wodurch Anodenreaktionskammern gebildet werden, und
jede der Kathodeneinheiten eine Kathodenplatte aufweist, die an
ihren beiden Seiten mit einer zweiten Spalteinstelldichtung und
einer zweiten Elektrolytaustrittsverhinderungsdichtung versehen
ist, wodurch Kathodenreaktionskammern gebildet werden; wobei jede
der Dichtungen der Anoden- und der Kathodeneinheiten zwei Durchgänge an diagonal
entgegengesetzten Positionen besitzt und jeder des ersten Einlasses
und des zweiten Einlasses mit den an zwei von der Anodenplatte bzw.
der Kathodenplatte flankierten Dichtungen ausgebildeten Durchgängen verbunden
ist, wodurch Wasser vom ersten Einlass der Einlassendplatte ausschließlich in
die Anodenreaktionskammern eingeleitet wird und Wasser vom zweiten
Einlass ausschließlich
in die Kathodenreaktionskammern eingeleitet wird; wobei die Kathodenplatte eine
Verbundelektrode mit einem Substrat ist, das mit Sn-Ir-Pt beschichtet
ist, das ein Wasserstoff erzeugender Katalysator ist; und wobei
die Anoden- und die Kathodenplatten mit Löchern darin versehen sind,
die in Verbindung zu den in den Dichtungen der Anoden- und der Kathodeneinheiten
enthaltenen Durchgängen
stehen, um Wasser von den Einlässen
in die Anoden- bzw. die Kathodenkammern strömen zu lassen.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung auch einen Elektrolyseur bereit,
mit einer Stapelkonstruktion aus mehreren Zelleinheiten, wobei die
Zelleinheit eine erste Dichtung, eine Anodenplatte, eine erste Dichtung,
eine Ionenaustauschmembran, eine zweite Dichtung, eine Kathodenplatte,
eine zweite Dichtung und eine Ionenaustauschmembran parallel eng
angeordnet aufweist, wobei die erste Dichtung zwischen der Anodenplatte
und der Ionenaustauschmembran abdichtet, um eine Anodenkammer zu
bilden, wobei die zweite Dichtung zwischen der Kathodenplatte und
der Ionenaustauschmembran abdichtet, um eine Kathodenkammer zu bilden,
wobei erste Durchgänge
an diagonal entgegengesetzten Positionen durch die ersten Dichtungen
ausgebildet sind, sodass mehrere Anodenkammern miteinander verbunden
sein können,
und zweite Durchgänge
an diagonal entgegengesetzten Positionen durch die zweiten Dichtungen
ausgebildet sind, sodass mehrere Kathodenkammern miteinander verbunden
sein können,
wobei saures Wasser aus der Anodenkammer gesammelt wird und basisches
Wasser aus der Kathodenkammer gesammelt wird; wobei die Kathodenplatte
mit einem Katalysator beschichtet ist, der Sn-Ir-Pt aufweist; und
wobei die Anoden- und die Kathodenplatten mit Löchern darin versehen sind,
die in Verbindung zu den in den Dichtungen der Anoden- und der Kathodeneinheiten
enthaltenen Durchgängen
stehen, um Wasser von den Einlässen
in die Anoden- bzw. die Kathodenkammern strömen zu lassen.
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Bei
einer Elektrolyse von Wasser in der obigen Vorrichtung wird der
Strom für
die Vorrichtung auf eine Stärke
nicht höher
als 100 A eingestellt, während
die Spannung für
die Vorrichtung auf eine Stärke
nicht höher als
100 V eingestellt wird. Ferner hat das fertig aufbereitete Wasser
dieser Erfindung einen Säuregrad
(pH) im Bereich von 2,0 bis 12 und ein elektrisches Redoxpotenzial
im Bereich von –900
mV bis +1.180 mV.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Obige
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich in größerer Deutlichkeit
aus der nachfolgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Elektrolyseurs der Vorrichtung
zur Herstellung von Wasser für
Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Längsschnittansicht
des Elektrolyseurs von 1, wobei die Teile des Analysators
zu einem einzigen Körper
zusammengesetzt sind; und
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3 eine
perspektivische Ansicht der Struktur einer Dichtung, die in dem
erfindungsgemäßen Analysator
enthalten ist.
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BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS
DER ERFINDUNG
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Elektrolyseurs, der
in einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasser für Desodorierungs-
und Reinigungsanwendungen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
dieser Erfindung enthalten ist. 2 ist eine
Längsschnittansicht
des Analysators von 1, wobei die Teile des Analysators
zu einem einzigen Körper
zusammengesetzt sind. 3 ist eine perspektivische Ansicht,
die die Strukturen einer Dichtung zeigt, die in dem erfindungsgemäßen Analysator
enthalten ist.
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Wie
in den Zeichnungen dargestellt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Elektrolyseur mit zwei Arten von Einheiten auf: mehrere Anoden-
und Kathodeneinheiten 10 und 20, die abwechselnd
im Elektrolyseur angeordnet sind. Die beiden Arten von Einheiten 10 und 20 sind
voneinander durch mehrere Membranen oder Ionenaustauschmembranen
getrennt, die die Kathoden von den Anoden isolieren können. Das heißt, die
Anoden- und die Kathodeneinheiten 10 und 20, die
einzeln eine Zelleinheit A bilden, sind abwechselnd angeordnet,
wobei sie in engen Kontakt miteinander gebracht sind. An einem Ende
des Elektrolyseurs ist eine Einlassendplatte 60 mit zwei
Wassereinlässen 61 und 62 befestigt,
während
am anderen Ende des Elektrolyseurs eine Auslassendplatte 70 mit
zwei Wasserauslässen 71 und 72 befestigt
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist die Einlassendplatte 60 zwei
Wassereinlässe 61 und 62 auf,
während
die Auslassendplatte 70 zwei Wasserauslässe 71 und 72 aufweist.
Während
des Betriebs der Vorrichtung wird Wasser, das über den ersten Einlass 61 in
die Anodeneinheiten 10 eingeleitet wird, vor dem Ausgeben aus
der Vorrichtung durch den ersten Auslass 71 zu saurem Wasser.
Andererseits wird Wasser, das über
den zweiten Einlass 62 in die Kathodeneinheiten 20 eingeleitet
wird, vor dem Ausgeben aus der Vorrichtung durch den zweiten Auslass 72 zu
basischem Wasser.
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Jede
der Anodeneinheiten 10 bildet eine Zelleinheit „A", die eine Anodenplatte 11 aufweist,
welche an ihren beiden Seiten mit zwei Dichtungen versehen ist:
einer Spalteinstelldichtung 30 und einer Elektrolytaustrittsverhinderungsdichtung 31.
Auf gleiche Weise bildet jede der Kathodeneinheiten 20 eine
Zelleinheit „A", die eine Kathodenplatte 21 aufweist,
welche an ihren beiden Seiten mit zwei Dichtungen versehen ist:
einer Spalteinstelldichtung 30 und einer Elektrolytaustrittsverhinderungsdichtung 31.
Jede der beiden Dichtungsarten 30 und 31 weist
im mittleren Abschnitt eine Öffnung
auf. In jeder der mit jeder Anodenplatte 11 verbundenen
Dichtungen 30, 31 sind am Rand der Öffnung an
diagonal entgegengesetzten Positionen zwei Durchgänge 12 ausgebildet
und stehen somit mit einer Anodenreaktionskammer 13 in
Verbindung, die zwischen jeder Anodenplatte 11 und jeder
Dichtung 30, 31 definiert ist. Auf gleiche Weise
sind in jeder der jeder Kathodenplatte 21 zugeordneten
Dichtungen 30, 31 am Rand der Öffnung an diagonal entgegengesetzten
Positionen zwei Durchgänge 22 ausgebildet
und stehen somit mit einer Kathodenreaktionskammer 13 in
Verbindung, die zwischen jeder Kathodenplatte 21 und jeder
Dichtung 30, 31 definiert ist.
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Jede
der Platten 11 und 21 ist an ihren vier Ecken
an Positionen entsprechend den Einlässen 61 und 62 und
den Auslässen 71 und 72 der
beiden Endplatten 60 und 70 gelocht und hat somit
vier Löcher 80 an
den vier Ecken. Auf gleiche Weise weist jede der Dichtungen 30 und 31 an
Positionen entsprechend den vier Löchern 80 jeder Platte 11, 21 vier
Löcher 80 auf.
Die in den Platten 11 und 21 und den Dichtungen 30 und 31 vorgesehenen
Löcher 80 bilden
Durchgänge
für Wasser,
das über
die Einlässe 61 und 62 der
Einlassendplatte 60 in den Elektrolyseur eingeleitet wird.
Wie vorstehend beschrieben, sind zwei diagonal gegenüberliegende Durchgänge 12 am
Rand der Öffnung
jeder der mit jeder Anodenplatte 11 verbundenen Dichtungen 30, 31 ausgebildet,
sodass sowohl eine Verbindung zum ersten Einlass 61 als
auch zur Anodenreaktionskammer 13 besteht. Am Rand der Öffnung jeder
der mit jeder Kathodenplatte 21 verbundenen Dichtungen 30, 31 sind
zwei diagonal gegenüberliegende
Durchgänge 22 ausgebildet.
Die beiden Durchgänge 22 stellen
sowohl eine Verbindung zum zweiten Einlass 62 als auch
zur Kathodenreaktionskammer 23 her. Deswegen fließt Wasser,
das über
den ersten Einlass 61 in den Elektrolyseur eingeleitet
wird, durch die Löcher 80 der
Anodeneinheiten 10, bevor es über die Durchgänge 12 der
Einheiten 10 in die Anodenreaktionskammern 13 eingeleitet
wird. Da es jedoch keinen Durchgang 12 gibt, der mit dem
zweiten Einlass 62 in Verbindung steht, fließt Wasser,
das über den
zweiten Einlass 62 in den Elektrolyseur eingeleitet wird,
durch die Löcher 80 der
Anodeneinheiten 10, ohne in die Anodenreaktionskammer 13 eingeleitet
zu werden. Wasser, das über
den zweiten Einlass 62 in den Elektrolyseur eingeleitet
wird, erreicht so jede Kathodenzelleinheit „A" oder jede Kathodeneinheit 20,
wo das Wasser über
die Durchgänge 22,
die an den Dichtungen 30 und 31 jeder Kathodeneinheit 20 ausgebildet
sind, in die Kathodenreaktionskammer 23 eingeleitet wird.
Kurz beschrieben, fließt
Wasser, das in die erste Anodeneinheit 10 eingeleitet wird,
ausschließlich
in die zwei Anodenreaktionskammern 13 der Anodeneinheit 10 und wird
somit in der Reaktionskammer 13 umgesetzt. Danach fließt das Wasser
durch das Loch 80 der zweiten Anodeneinheit 10 von
der ersten Anodeneinheit 10 in die zweite Anodeneinheit 10.
Ein derartiger Prozess wird wiederholt, bis das saure Wasser durch
den ersten Auslass 71 aus dem Elektrolyseur ausgegeben
wird. In der Zwischenzeit fließt
Wasser, das in die erste Kathodeneinheit 20 eingeleitet
wird, ausschließlich
in die zwei Kathodenreaktionskammern 23 der Kathodeneinheit 20 und
wird somit in der Reaktionskammer 23 umgesetzt, ehe es
durch das Loch 80 der zweiten Kathodeneinheit 20 in
die zweite Kathodeneinheit 20 fließt. Ein derartiger Prozess
wird wiederholt, bis das basische Wasser durch den zweiten Auslass 72 aus
dem Elektrolyseur ausgegeben wird.
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Ausführlich beschrieben,
fließt
Wasser, das über
den ersten Einlass 61 in den Elektrolyseur eingeleitet wird,
in erster Linie durch das Loch 80 der Anodeneinheiten 10.
Dann wird das Wasser über
die oberen Durchgänge 12,
die an den zwei Dichtungen 30 und 31 der ersten
Anodeneinheit 10 ausgebildet sind, in die zwei Anodenreaktionskammern 13 der
Anodeneinheit 10 eingeleitet. In der ersten Anodeneinheit 10 fließt das Wasser
nach unten, während
es mit der Anodenplatte 11 in Kontakt kommt, sodass das
Wasser elektrolysiert wird. Auf diese Weise verliert das Wasser
Elektronen und wird zu hauptsächlich
saurem Wasser. Anschließend
wird das hauptsächlich
saure Wasser durch die unteren Durchgänge 12 der Einheit 10 aus
der ersten Anodeneinheit 10 ausgegeben, ehe es durch das
Loch 80 der ersten Kathodeneinheit 20 fließt. Wenn
das Wasser das Loch 80 der zweiten Anodeneinheit 10 erreicht,
wird das Wasser über
die unteren Durchgänge 12,
die an den zwei Dichtungen 30 und 31 der zweiten
Anodeneinheit 10 ausgebildet sind, in die zwei Anodenreaktionskammern 13 der
zweiten Anodeneinheit 10 eingeleitet. In der zweiten Anodeneinheit 10 fließt das Wasser
nach oben, während
es mit der Anodenplatte 11 der Einheit 10 in Kontakt
kommt, sodass das Wasser weiter elektrolysiert wird. Auf diese Weise
verliert das Wasser weiter Elektronen und wird zu kräftiger saurem
Wasser. Das vorstehende Verfahren wird in den nachfolgenden Anodeneinheiten 10 wiederholt,
bis das fertige saure Wasser durch den ersten Auslass 71 aus
dem Elektrolyseur ausgegeben wird.
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Andererseits
fließt
Wasser, das über
den zweiten Einlass 62 in den Elektrolyseur eingeleitet
wird, durch das Loch 80 der ersten Anodeneinheiten 10.
Das Wasser erreicht die erste Kathodeneinheit 20, wo das Wasser über die
oberen Durchgänge 22,
die an den zwei Dichtungen 30 und 31 der ersten
Kathodeneinheit 20 ausgebildet sind, in die zwei Kathodenreaktionskammern 23 der
Kathodeneinheit 20 eingeleitet wird. In der ersten Kathodeneinheit 20 fließt das Wasser
nach unten, während
es mit der Kathodenplatte 21 in Kontakt kommt, sodass das
Wasser elektrolysiert wird. Auf diese Weise erhält das Wasser Elektronen und
wird zu hauptsächlich
basischem Wasser. Anschließend
wird das hauptsächlich
basische Wasser durch die unteren Durchgänge 22 der Einheit 20 aus
der ersten Kathodeneinheit 20 ausgegeben, ehe es durch
das Loch 80 der zweiten Kathodeneinheit 10 fließt. Wenn
das Wasser das Loch 80 der zweiten Kathodeneinheit 20 erreicht, wird
das Wasser über
die unteren Durchgänge 22,
die an den zwei Dichtungen 30 und 31 der zweiten
Kathodeneinheit 20 ausgebildet sind, in die zwei Kathodenreaktionskammern 23 der
zweiten Kathodeneinheit 20 eingeleitet. In der zweiten
Kathodeneinheit 20 fließt das Wasser nach oben, während es
mit der Kathodenplatte 21 der Einheit 20 in Kontakt
kommt, sodass das Wasser weiter elektrolysiert wird. Auf diese Weise
erhält
das Wasser weiter Elektronen und wird zu kräftiger basischem Wasser. Das
vorstehende Verfahren wird in den nachfolgenden Kathodeneinheiten 20 wiederholt,
bis das fertige basische Wasser durch den zweiten Auslass 72 aus
dem Elektrolyseur ausgegeben wird.
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Das
heißt,
Wasser, das über
den ersten Einlass 61 in den Elektrolyseur eingeleitet
wird, fließt
nacheinander nur in die Anodenreaktionskammern 13 der ersten
bis letzten Anodeneinheit 10 und wird somit wiederholt
elektrolysiert oder verliert Elektronen und wird zu saurem Wasser.
Gleichzeitig fließt
Wasser, das über
den zweiten Einlass 62 in den Elektrolyseur eingeleitet
wird, nacheinander nur in die Kathodenreaktionskammern 23 der
ersten bis letzten Kammer 23 und wird somit wiederholt
elektrolysiert oder erhält
Elektronen und wird zu basischem Wasser. Das fertig elektrolysierte
saure Wasser wird über
den ersten Auslass 71 in der Auslass endplatte 70 aus
dem Elektrolyseur ausgegeben, während
das fertig elektrolysierte basische Wasser über den zweiten Auslass 72 der
Platten 70 aus dem Elektrolyseur ausgegeben wird.
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Bei
dem vorstehend genannten Ablauf wird Wasser in jeder Anodeneinheit 10 über eine
Oxidationsreaktion verarbeitet, bei der Sauerstoffionen, Wasserstoffionen
und Sauerstoffradikale erzeugt werden und das Wasser so zu saurem
Wasser wird. Eine derartige Oxidationsreaktion von Wasser in jeder
Anodeneinheit 10 wird durch die folgende chemische Gleichung
(1) ausgedrückt: 2H2O → O2↑ + 4H+ + 4e– (1)
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Andererseits
wird Wasser in jeder Kathodeneinheit 20 über eine
Reduktionsreaktion verarbeitet, bei der Wasserstoffionen, Alkaliionen
und Wasserstoffradikale erzeugt werden und das Wasser so zu basischem Wasser
wird. Eine derartige Reduktionsreaktion von Wasser in jeder Kathodeneinheit 20 wird
durch folgende chemische Gleichung (2) ausgedrückt: 2H2O → 2e– +
H2↑ +
2OH– (2)
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Die
Elektrolyse von Wasser in einem Elektrolyseur mit Anoden und Kathoden
zur Erzeugung von saurem und basischem Wasser ist dem Fachmann wohlbekannt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung für die wirksame Erzeugung von
leistungsstarkem Wasser für
Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen bereit. Die Vorrichtung
verwendet Anoden und Kathoden und erzeugt wirksam saures und basisches
Wasser.
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Damit
die durch die chemischen Gleichungen (1) und (2) ausgedrückten Oxidations- und Reduktionsreaktionen
ungestört
im Elektrolyseur ablaufen können,
wird für
jede der Anoden- und Kathodenplatten 11 und 21 ein
passender Katalysator verwendet.
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In
der vorliegenden Erfindung wird als eine derartige Anodenplatte 11 vorzugsweise
eine maßstabile Anode
(DSA) aus einem Titansubstrat, das mit Platin überzogen oder mit Sauerstoff
erzeugenden Katalysatoren oder Oxiden von Iridium (Ir) oder Ruthenium
(Ru) beschichtet ist, verwendet. Dagegen ist eine derartige Kathoden platte 21 vorzugsweise
aus einem Edelstahl-, Nickel-, Weichstahl- oder Titansubstrat hergestellt,
das mit Wasserstoff erzeugenden Katalysatoren oder Oxiden von Iridium
(Ir) oder Ruthenium (Ru) beschichtet ist.
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Die
Ionenaustauschmembranen 40 dieser Erfindung verwenden Ionenaustauschmembranen
aus Fluorharzen oder Kohlenwasserstoffen. In der vorliegenden Erfindung
muss der Elektrolysedruck durch Verwendung von Sn-Ir-Pt-Verbundelektroden
mit einer geringen Wasserstoff-Überspannung
reduziert werden. Die Dicke jeder der Spalteinstelldichtungen 30 wird
unter Berücksichtigung
der Spannung zwischen den Anoden und den Kathoden bevorzugt auf
einem Niveau nicht größer als
2 mm gehalten.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die Spalteinstelldichtungen 30 und
die Elektrolytaustrittsverhinderungsdichtungen 31 beide
vorzugsweise aus EDPM-Kautschuk, Silikon oder Teflon gemacht.
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Die
Zelleinheiten „A" dieser Erfindung
sind in einen Gehäuserahmen
eingesetzt und unter Verwendung von Schrauben und Muttern dicht
miteinander zu einem einzigen Körper
zusammengebaut. Die Anoden und Kathoden des erfindungsgemäßen Elektrolyseurs
sind elektrisch mit der positiven und der negativen Klemme einer
Stromversorgungsquelle verbunden, wobei die Auslässe für das saure und das basische
Wasser jeweils mit Fühlern
zum Erfassen eines elektrischen Potenzials während einer Oxidations- oder
Reduktionsreaktion versehen sind. Deshalb ist es möglich, das
elektrische Potenzial vor dem Steuern des elektrischen Potenzials eines
Gleichrichters unter Verwendung einer Steuereinheit oder dem Steuern
des Säuregrads
und der Basizität
unter Verwendung eines Durchflussmessers kontinuierlich zu messen.
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Im
erfindungsgemäßen Elektrolyseur
wird entsprechend der Durchflussrate des Wassers für den Elektrolyseur
der Strom auf ein Niveau eingestellt, das nicht höher als
100 A ist, wohingegen die Spannung auf ein Niveau eingestellt wird,
das nicht höher
als 100 V ist. Während
des Betriebs des Elektrolyseurs müssen die Spannung (V) und der
Säuregrad
(pH) rechtzeitig vor dem Messen der Betriebsbedingungen des Elektrolyseurs
erfasst werden. Somit ist es möglich,
besonders saures und basisches Wasser zu erzeugen. Der Säuregrad
(pH) des erfindungsgemäßen fertig
aufbereiteten sauren oder basischen Wassers liegt im Bereich von 2,0
bis 12. Die Oxidationsfähigkeit
oder Reduktionsfähigkeit
des erfindungsgemäßen fertig
aufbereiteten Wassers wird durch das elektrische Redoxpotenzial
im Bereich von –900
mV bis + 1.180 mV ausgedrückt.
Das erfindungsgemäße fertig
aufbereitete Wasser wird dann wirksam für Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen
verwendet.
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Der
erfindungsgemäße Elektrolyseur
ist mit depolarisierten Ionenaustauschmembranen 40 versehen. Der
obige Elektrolyseur verhindert so eine Bewegung von H+-Ionen
von den Anodeneinheiten 10 zu den Kathodeneinheiten 20 und
begrenzt die Bewegung von OH–-Ionen von den Kathodeneinheiten 20 zu
den Anodeneinheiten 10, wodurch die Produktivität des sauren
und des basischen Wassers maximiert wird. Derartige Ionenaustauschmembranen 40 sind
problemlos auf dem Markt erhältlich.
Das heißt,
es ist möglich,
Ionenaustauschmembranen, die aus Fluorverbindungen oder Kohlenwasserstoffen
hergestellt sind und von Dupon Co. Aus den U.S.A., Asahi Chemical
Co. oder Asahi Glass Co. aus Japan erzeugt werden, oder depolarisierte
Ionenaustauschmembranen, die integrierte Anionen- und Kationenaustauschmembranen
aufweisen und von Dokuyamasoda Co. aus Japan hergestellt werden,
als die Ionenaustauschmembranen 40 dieser Erfindung zu verwenden.
Zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyseurs
werden als Elektrolyte Salz oder Essig verwendet. Salz oder Essig
ermöglicht
somit eine einfache und wirksame Elektrolyse von Wasser bei niedrigen
Spannungen, wodurch wirksam saures und basisches Wasser erzeugt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der folgenden Beispiele und Tests,
die der Veranschaulichung dienen und nicht als Beschränkung der
vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, besser verständlich.
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Beispiel 1
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In
den erfindungsgemäßen Elektrolyseur
wurde Stadtwasser mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 10 l/min
eingeleitet, wobei der Strom des Elektrolyseurs fest auf 50 A eingestellt
war. In diesem Fall wurden sowohl die Spannung als auch der Säuregrad
(pH) regelmäßig geprüft, um die
Betriebsbedingungen des Elektrolyseurs während einer Elektrolyse von
Wasser zur Erzeugung von saurem und basischem Wasser zu ermitteln.
Der Säuregrad
in den Anodeneinheiten 10 geht aus Tabelle 1 hervor.
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Tabelle
1. Säuregrad
(pH) in den Anodeneinheiten entsprechend der Spannung im zeitlichen
Verlauf
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Beispiel 2
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die Spannung entsprechend
der Art der Ionenaustauschmembranen 40 verändert wurde. Die Ergebnisse
gehen aus Tabelle 2 hervor. Tabelle
2. Säuregrad
(pH) in den Anodeneinheiten entsprechend der Spannung im zeitlichen
Verlauf
- (im Beispiel verwendete Ionenaustauschmembranen:
Membran A – Nafion
von Dupon; Membran B – 2
Mikron der Pore-Reihe)
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Beim
Vergleich von Beispiel 1 und 2 ist zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Elektrolyseur
bei niedrigeren Spannungen wirksamer saures Wasser erzeugt.
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Beispiel 3
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Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde unter Zugabe von 0,0001 % Salz oder
Essig als Elektrolyt zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit
während
einer Elektroanalyse von Wasser im Elektrolyseur wiederholt. Die
Ergebnisse gehen aus Tabelle 3 hervor.
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Tabelle
3. Säuregrad
(pH) und Spannung der Anodeneinheiten bei Verwendung von Salz oder
Essig
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Test 1
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Erfindungsgemäßes fertig
aufbereitetes Wasser wurde mit Hilfe eines Verfahrens mit Gasprüfröhrchen zum
Desodorieren verwendet. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 4 hervor.
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Tabelle
4. Desodorierungsvermögen
des aufbereiteten Wassers bei verschiedenen Gasen (Desodorierungsvermögen: %,
Probengröße: 10 ml)
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Desodorierungsvermögen (%) = [(Cb – Cs)/Cb] × 100,mit
- Cb:
- Konzentration, nach
5 min im Leerversuch geprüft
- Cs:
- Konzentration der
Proben
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Test 2
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Erfindungsgemäßes fertig
aufbereitetes Wasser wurde zum Desodorieren verwendet. Die Ergebnisse gehen
aus Tabelle 5 hervor.
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Tabelle
5. Desodorierungswirkung bei Trimethylamingas
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Desodorierungsvermögen (%) = [(Cb – Cs)/Cb] × 100,mit
- Cb:
- Konzentration, nach
5 min im Leerversuch geprüft
- Cs:
- Konzentration der
Proben
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Test 3
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3
Liter einer Mischung aus Ammoniak- und Essigsäuregas wurden in einen Kasten
mit einem Volumen von 5 Liter eingeleitet, ehe das erfindungsgemäße fertig
aufbereitete Wasser in den Kasten eingeleitet wurde. Die Wasserkonzentration
wird 2– 28
Stunden lang wiederholt und zeitrichtig geprüft. Bei dieser Prüfung ist
erkennbar, dass, wie aus Tabelle 6 ersichtlich, nach zweiundzwanzig
Stunden Prüfzeit
weder das Ammoniakgas noch das Essigsäuregas nachweisbar ist.
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Tabelle
6. Desodorierungswirkung (ppm) bei Ammoniak- oder Essigsäuregas
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Test 4
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Das
fertig aufbereitete Wasser aus Beispiel 1 wurde auf ein in einer
Düngemittelanlage
erzeugtes organisches Düngemittel
gesprüht
und die Geruchsintensität
von einem Punkt in einer Entfernung von 100 m von der Anlage aus
gemessen. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 7 hervor. In diesem Fall
wurde die Geruchsintensität
in 6 Kategorien eingeteilt.
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Tabelle
7. Desodorierungswirkung des aufbereiteten Wassers bei organischem
Dünger
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Geruchsintensität:
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- 0:
- geruchlos
- 1:
- praktisch vernachlässigbar
- 2:
- schwacher Geruch
- 3:
- leicht erkennbarer
Geruch
- 4:
- kräftiger Geruch
- 5:
- sehr kräftiger Geruch
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Darüber hinaus
ist zu erkennen, dass die Desodorierungswirkung des erfindungsgemäßen aufbereiteten
Wassers maximiert ist, wenn das Wasser verwendet wird, während es
als Flüssigkeit
mit einer Flüssigkeit,
mit einem Gas oder mit einem Feststoff in Berührung gebracht wird.
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Test 5
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Die
Waschwirkung des im erfindungsgemäßen Elektrolyseur erzeugten
aufbereiteten Wassers wurde ermittelt. Bei der Schmutzwäsche handelte
es sich bei dieser Prüfung
um verschmutzte Stoffe mit jeweils einer Größe (1 × 1 m
2),
einem vorgesehenen Reflexionsgrad (80%) und einem Reflexionsgrad
bei Verschmutzung (0 ± 0%)
gemäß den Anforderungen
von KS (Koreanische Norm). Die verschmutzten Stoffe wurden in einer mit
dem erfindungsgemäßen aufbereiteten
Wasser gefüllten
Waschmaschine ohne Zugabe von Waschmittel gewaschen. Um die Waschwirkung
des erfindungsgemäßen aufbereiteten
Wassers mit der von normalem Wasser zu vergleichen, wurden derartige
verschmutzte Stoffe auch in einer Waschmaschine (Modell: DWF von DaeWoo
Electronic Co., Korea), gefüllt
mit 37 Liter Grundwasser (Härte:
45 ppm als CaCO
1) unter Zugabe von 23 g
synthetischem Waschmittel („Hanspoon" von LG Chemical
Co., Korea) und unter Erwärmen
des Waschwassers auf 44°C
gewaschen. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 8 hervor. Tabelle
8. Waschwirkung von erfindungsgemäßem aufbereitetem Wasser ohne
Waschmittel und normalem Wasser, dem Waschmittel zugesetzt war
- Stoff*: verschmutzter Stoff
-
Beispiele
Nr. 1-1 und 1-2 sind Waschversuche mit erfindungsgemäßem aufbereitetem
Wasser ohne Waschmittel, während
Beispiele 2-1 und 2-2 Waschversuche mit Grundwasser und zugesetztem
Waschmittel sind.
-
Wie
aus Tabelle 8 des Waschversuchs hervorgeht, wäscht das erfindungsgemäße aufbereitete
Wasser Stoffe oder Kleidung wirksam und sauber, selbst wenn das
Waschen ohne Zugabe von Waschmittel zum Waschwasser erfolgt. Genauer
gesagt ist die Waschwirkung des erfindungsgemäßen aufbereiteten Wassers ohne
zusätzliches
Waschmittel nicht geringer als das, was für normales Wasser mit Wasch mittelzugabe
erzielt werden soll. Ferner ist die durchschnittliche Standardabweichung
des erfindungsgemäßen aufbereiteten
Wassers, wie aus Tabelle 8 hervorgeht, deutlich niedriger als die
von normalem Wasser, sodass das erfindungsgemäße aufbereitete Wasser verschmutzte
Stoffe oder Kleidung wirksamer wäscht
als normales Wasser mit Waschmittelzugabe.
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Wie
vorstehend beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
und ein Verfahren für die
Erzeugung von Wasser für
Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen bereit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
erzeugen mithilfe einer Elektrolyse wirksam saures und basisches
Wasser. Derartiges erfindungsgemäßes saures
und basisches Wasser wird dann wirksam für Desodorierungs- und Reinigungsanwendungen
verwendet. Das erfindungsgemäße saure
und basische Wasser wird zum Waschen von verschmutzter Kleidung
oder verschmutzten Stoffen ohne Zugabe von Waschmittel verwendet,
sodass das Wasser keine Umweltverschmutzung verursacht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist
von geringer Größe, sodass
sie wirksam in einer Waschmaschine, einer Badewanne, einem Kühlschrank, einer
Wasseraufbereitungsanlage oder einem geruchsintensiven Ort anwendbar
ist. Somit verlangen die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren
keine große
Vorrichtung oder verursachen keine sekundäre Umweltverschmutzung und
tragen so deutlich zur Verhinderung von Umweltverschmutzung bei.
-
Zur
Veranschaulichung wurden zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung offenbart, für
den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen,
Zusätze
und Substitutionen möglich
sind, ohne dabei den Schutzumfang der in den anhängenden Ansprüchen offenbarten
Erfindung zu verlassen.
