DE7930774U1 - Elektrolyse-apparat - Google Patents

Description

Bezeichnung: ELEKTROLYSE - APPARAT

Anmelder: Römer Technik GmbH

Borsteler Bogen 27

2G00 Hamburg 61 Erfinder: gleich Anmelder

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyse-Apparat zur Erzeugung von Natriumhypochlorit (NaClO), aus Kochsalz (NaCl), zur Entkeimung von Trink- und Schwimmbadwasser.

V. Kochsalz wird durch eine Bypass-Anordnung des externen Wasserkreislaufes gelost und in eine gesattigte wässrige Losung (Sole) Gberföhrt. Diese dringt gemäB Zeichnung Figur 1 in die Elektrolysezelle Figur 1-01, in der sich Kathode und Anode Figur 1-02 befinden und· an welche eine transformierte und gleichgerichtete Spannung gelegt wird, die den folgenden Elektrolysevorgang bewirkt:

e) beim Losen von NaCl in H₂O spaltet sich das Salz in ein positiv geladenes Na -Ion und ein negativ geladenes Cl -Ion.

b) Durch Anlegen einer Gleichspannung an die Salzlösung (H₂O-*-NaCl) werden die Na -Ionen zur Kathode (-K) und die Cl~-Ionen

zur Anode (+A) angezogen:
Na τ e -*-Na
/- , Cl"-e --Cl.

Es bilden sich somit wieder zwei neutrale Atome.

c) Der Reiagenzvorgang verläuFt so:

Na +- H₂O -*- NaOH + H f

Cl + H₂O -^ HOCl + H ♦ Wasserstoff gas

Das sich bildende WassBrstcffgas erzeugt einewgewollte Turbulenz in der Elektrolysezelle. Die in der erston chemischen Reaktion ent- * standene Natronlauge (NaOH) und die unterchlorige Säure (HOCl) mischen sich dabei schlagartig und es entsteht ein neuer Stoff:

NaOH +- HC10~i-NaC10 +-H₂O

nämlich das erwähnte Natriumhypochlorit und Wasser. Dieses Natriumbypochlorit ist unstabilisiert und nicht zu verwachse] mit der bekannten hochkonzentrierten Chlorbleiohlauge. NaClD ist ein äußerst rasch und hochwirksames Desinfektionsmittel» das eine vorschriftmäßige Wasseraufbereitung und sichere Entkeimung gewährleistet. ···:.··.·■:.··.··:·--;: -

Diee ist ein bekanntes Leborverfahren (Hoffmann'scher Wasser-Zersetzungsapparat )

Es Bind Elektrolyee-Apparate bekannt (Herstellerfirmen Qspa Stuttgart und A.W. Korthals RCschlikon/Schweiz). Bei den Apparaten der Fa. Oapa erfolgt die Umwandlung von NaCl über sine Diephragma-Eloktrolyse, bei der in der einen Kammer unterchlorige Säure und in der anderen Kammer Natronlauge entsteht. Bei den Apparaten dar

** Fa. A.W. Korthals wird zwar auch durch Anlegen einer gleichgerichteter Spannung an Kathode und Anode in einer Elektrolysezelle Natriumhypochlorit aus NaCl erzeugt und, obwohl ein Steinwollfilter am Fußpunkt der Elektrolysezelle das Eindriggen von ungelöstem Salz oder Schmutz

ζ verhindern soll, kann es passieren, daß dieser Steinwollfilter beim Transport oder durch Wasserströmung oder das Auswechseln der Elektrolysestäbe (Kathode und Anode) verrutscht, zwischen Kathode und Anode gefcät und somit keine einwandfreie Filterwirkung gewährleistet. Bei den Korthals-Apparaten kann durch das Ausbleiben des notwendigen Wasserdurchflusses sich die Elektrolysezelle so stark erhitzen, dsB durch die Ausdehnung des erhitzten Wassers und durch den überdruck des erzeugten Wasserstoffs in der Elektrolysezelle der gesamte PVC-Kessel zerplatzen kann. Außerdem ist bei den Korthals-Geräten der Schaltschrank bzw. das elektrische Versorgungsteil von der eigentlichen Elektrolysezelle räumlich getrennt und mit einer flexiblen Verbindungsleitung verbunden und erlaubt außerdem keinen allpoligen Anschluß an das elektrische 220 Volt Stromnetz, da eine

V. Verwechslung zwischen Phase und Null-Leiter zu einer gefahrlichen

und VDE-miBig nicht mehr zulassigen Berührungsspannung an den außen angebrachten zuganglichen Gleichrichter-Kühlkörpern führen kann.

Im Vergleich zu bisher bekannten Geraten werden sämtliche Parameter, die für eine optimale Steuerung erforderlich sind, erfaßt und meßtechnisch ausgewertet. So wird hier z.B. nicht nur der Spannungsnulldurchgang sondern auch der Stromnulldurchgang gemessen und über digitale Verknüpfungen in die Steuerung einbezogen.

Die Gesamtheit aller erfaßten Parameter sichert eine gute Funktion Ober den gesamten Arbeitsbereich und gewährleistet optimalen Wirkungsgrad.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Salzvorratsbehälter und integrierte Elektrolysezelle mit dem Stroroversorgungsteil, bestehend aus: GFK-Aufsatz (Fig. 1/05) mit eingebautem Gleich-/

richter, Stauer-Elektronik im Europa-Karten-Einschubsystem, erweiterungsfähig durch Einschub auf Digital- oder Analog-Anzeige und vollautomatisch messend und regelnde Einschubkarte fur rH- und pH-Wertautomatik, und Leistungselektronik im gleichen GFK-Gehäuse, getrennt durch einen GFK-Zwischenbodsn, zu einer Kompakteinheit zusammen zu fassen (Fig.1).

Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, den Steinwollfilter (Fig. 1-03) durch einen in das Rohr der Elektrolysezelle eingeschweißten Anschlag-Grobfilter (Fig. 1-04) zu fixieren und gleichzeitig damit ein Verrutschen oder unbeabsichtiges Herausziehen beim Reinigen der Elektroden zu verhindern.

ν . Der vorliegenden Erfiddung liegt ausserdem die Aufgabe zugrunde, durch den in den Elektrolysekopf (Fig. 1-06) eingelassenen Thermofühler (Fig. 1-07), eine überhitzung Ober den kritischen Kernperaturpunkt fur den PVC-Kessel zu verhindern und durch selbsttätiges Abschalten der Leistungselektronik einer Zerstörung des gesamten PVC-Behälters entgegen zu wirken.

Die Erfindung betrifft im speziellen die elektronische Steuer- und Regeleinheit für das Elektrolysegerät Typ RTS 22 mit einar Leistung von 22 gr. Natriumhypochlorit (NaClO) pro Stunde.

1.0 Allgemeine Beschreibung:

Die genannte Elektronik übernimmt die gesamte Steuerung und Regelung für Wasserentkeimungsanlagen nach dem Elektrolyseprinzip.

1.1 Prinzip:

Durch Trafo und sekundärer Gleichrichterschaltung wird eine Gleichspannung an eine Elektrolysezelle gelegt. Der dadurch bedingte Strom wird gemessen und durch die liniare Reglarelek* tronik mit einem eingestellten Sollwert verglichen. Eine daraus resultierende Abweichung verändert den StromfluBwinkel des Leistungsteiles. Die Leistungselektronik schaltet direkt die Primärwicklung des Transformators und regelt so eine Abweichung in positiver oder negativer Richtung aus.

2.0 Mechanischer Aufbau:

Der Aufbau der verschiedenen elektronischen Einheiten erfolgt

auf Europa-Karten 100x160 mm, die mit eigenen Front; latten unter Bchiedlichar Breite ausgerüstet sind. Die Frontplatten nehmen eile Bedien- und Melde-Organe auf.

Dia Karten sind mit einer 31-poligen Stiftleists ausgerüstet. Os nach Ausstattungsgrad werden die verschiedenen Karten in einen Kartenträgerrahmen eingeschoben. Dieser ist mit Buchseni| leisten ausgerüstet, über diese werden alle erforderlichen

§ Querverbindungen zwischen den Karten hergestellt, sowie alle

I " abgehenden und ankommenden Signale geführt. Somit ergibt sich

ρ ein modules System. Bereits der Grundstandard von 2 Karten

' erfüllt alle regel- und steuerungstechnischB Aufgaben. Mit

p weiteren Elektronikmodulen laßt sich durch einfaches Zustecken

I Γ das System ausbauen.

j ' 3.0 Das elektronische System:

',ι Da3 System besteht in maximaler Konfiguration aus folgenden

^!i Modulen:

3.1 Netzkontrolle:

H Die Einspeisung der 220 Volt Versorgungsspannung erfolgt über

einen 2-poligen Netzschalter und einer Feinsicherung. Die Kontrolle erfolgt ober eine Miniatur-Neonlampe. Diese Teile sitid an der Frontplatte zugänglich. I 3·2 Stromversorgungβkarte:

1 Die Stromversorgungskarte übernimmt die Gleichstromversorgung

Ϊ aller weiteran elektronischen Einheiten. Die Einspeisung von

I /- 22D Volt erfolgt Ober eine eigene Absicherung. Diese ist vorn

ί an der Frontplatte zugängig. Am Ausgang stehen an der Feder-

? leiste die geregelten internen Versorgungsspannungen zur Ver-

I fügung. Eine Anzeige und Kontrolle erfolgt mit grünen Leucht- I dioden auf der Frontplatte. Die Ausgänge sind auf der Karte

zusätzlich abgesichert. 3.3 Reglerkarte:

Ein als aktive Glättung geschalteter Operationsverstärker verstärkt den an einem Shunt gemessenen Strom-Istwert. Dieses Signal wird dem eigentlichen Regelverstärker aufgaschaltet. Dieser vergleicht Ist- und Sollwert und steuert mit seinem Ausgangssignal eine Phasenanschnittsteuerung. Diese ermittelt laufend die Nulldurchgänge von Strom und Spannung und erzeugt in Abhängigkeit hiervon ZOndimpulse für einen Triac. Der Triac schaltet die Primärwicklung des Transformators und verändert entsprechend·-dej?·.Sa-Ilwer-fcycpgabe und Regeldifferenz den Strom-

fluBwinkel. Nach die-aem Prinzip läßt sich die Spannung und damit der Strom durch dig Elektrolysezelle einstellen und entsprechend dem geforderten Wert konstant halten. Die Einstellung erfolgt mit Binem Potentiometer an der Frontplatte.

Weiter ist eins Temperaturüberwachung mit Speichorverhalten integriert. Ein Meßfühler mißt dia Temperatur direkt in der Elektrolysezelle zwischen Anode und Kathode. Wird ein bestimmter einstellbarer Wert überschritten, erfolgt die Reglsrsperra. Es werden keine Zündimpuiaa mehr erzeugt und der StromfluS im Transformator unterbrochen.

Die Reglerspesse muß nach abgeklungener Obertemperatur mit einem ζ Taster röckgesetzt werden. Taster sowie Leuchtdiode zur Meldung der Obertdmperatur befinden sich auf der Frontplatte. Durch die Auslegung der Elektronik wird eine vollige galvanische Trennung zwischen 220 Volt und der Niederspannung erreicht. Hierzu Wirk-Rchaltplan (Fig. 2).

3.4 pH- rH- Messung:

Im Grundaufbau besteht diese Karte aus einer sehr genauen rH-Meßeinrichtung. Die Anzeige erfolgt von vorn ablesbar mit einer mehrstelligen Flüssigkristallanzeige. Entsprechend einem an der Frontplatte vorgegebenen Wert werden von einem 3-Punkt-Regler Signale zur Steuerung der analogen Regelung (3.3) erzeugt.

Als Tochterkarte kann eine unabhängige pH-Messung aufgesteckt V werden. Sie besitzt einen eigenen 3-Punkt-Regler, dessen Ausgang stufe zur Steuerung einer externen Säurepumpe verwandet warden kann. Die Anzeige kann an der Frontplatte mit einem Schalter wahlweise rH- oder pH-Warte anzeigen.

Elektrolyse-Apparat P.TS 22, Funktionsbsschrsibung :

In den PVC-Kessel (Fig. 1-00) wird übsr den geöffneten Einfüllstutzen (Fig. 1-24) Kochsalz eingefüllt. Bei diesem Vorgang sind die beiden externen Absperrventile natürlich geschlossen. Nach Befüllung wird dar Salzeinfüllstutzen (Fig. 1-24) mit einer dichtenden Schraubkappe verschlossen. Nun werden die beiden BxternBn Absperrventils wieder geöffnet. Durch eine Byoass-Schaltung sines zu behandslndsn Wasserkreis laufes dringt, bedingt durch leichte Drosselung dßs Drosselvsntils das

Wasser über die Einlsuftülle (Fig. 1-22) in den im KessBldeckel untergeschweißten Zwischenbogen (Fig. 1-11) und fließt durch denselben hindurc und verläßt den Zwischenboden CFig. 1-11) an der Auslauftülle CFig. 1-23] Durch eine Bohrung (Fig. 1-12) im Zwischenboden (Fig. 1-11) fließt so lsnse Wasser (Fig. 1-16), bis der Kessel (Fig. 1-00) bis oben bBfullt ist. Das sich im Kessel befindende Salz (Fig. 1-15) wird durch das Wasser angelSst und dringt über 4 Schlitzbohrungen (Fig. 1-14) durch den Filter (Fig. 1-03) und den Anschlag-Grobfilter (Fig. 1-04) in die Elektrolysezelle (Fig. 1-01). Am Elsktrodonkopf (Fig. 1-06) befindet si( in der Mitta die Kohlekathode CFig. 1-17) als Minuspol und 3 symmetrisch angeordnete Elektroden (Fig. 1-18) als Pluspol sowie ein Thermofühler V (Fig. 1-07), der die Aufgabe hat, bei öbertemperatur die Leistungselektronik (Fig. 1-20) über die Steuerelektronik (Fig. 1-19) auszuschalten, ΰο daß zwischen Plus und Minus (Kathode und Anode) kein Strom mehr fliessen kann. Die Kathode (Fig. 1-17) besteht aus einem Kohle/Grafitstab mit 25 mm Durchmesser und 40 cm Lange. Die 3 Elektroden als Anode (Fig. 1-18) bestehen aus je einem platinierten Titan-Stab mit 4 mm Durchmesser und 40 cm Lange. Die Titan-Stabe sind mit 2 my Platin beschichtet. Dieser komplette Elektrodensatz (Fig. 1-02) wird in das Elektrolyserohr (Fig. 1-012 gesteckt und der Elektrodenkopf (Fig. 1-06) wird durch eins GF-Oberwurfmuttor fest abgedichtet.

Nun befindet sich der Elektrodansatz (Fig. 1-02) in einer gesättigten Salzlösung, die wie vor beschrieben Ober die Schlitzbohrungen (Fig. 1-14 den Filter (Fig. 1-03) und don Anschlaggrobfilter (Fig. 1-04) in das Elektrolyserohr (Fig. Ί-01) gedrungen ist.

Mit dem PVC-BehMlter (Fig. 1-00) ist die Steuer- und Leistungs-ElBktronil (Fig. 1-19M-20), eingebaut in ein GF-Geheuso (Fig. 1-05) gem. Detailzeichnung (Fig. 3,4 u. 5), fest zu einer Kompaktsinheit verbunden.

über den Schuko-NetzsteckBr (Fig. 1-21) wird das Gerät an ein 220 V/50 Hz-Stromnetz angeschlossen.

Ober die Regel- und Leistungeelektronik (Fig. 2) wird durch Potentiometereineteilung in Abhängigkeit des Leitwertes in der Elektrolysezelle (Fig. 1-01) ein gleichgerichteter Strom auf Kathode und Anode gsechiokt. Hierbei erfolgt die durch den Hoffmann'sehen Wasserzersetzungsapparat und ähnlicher Apparats bekannte Umwandlung von NaCl in NaClO unter gleicf zeitiger Freisetzung von Wasserstoff. Das Verfahren selbst ist bekannt. Daraus sollen selbstverständlich keine Patentansprüche abgeleitet werden, sondern lediglieh dl·" (AgHt 'Cßtf'rftKlfiUe Art bzw. Konstruktion des

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des beschriebenen kompletten Elektrolyse-Apparates.

Durch die Bildung von Wasserstoff (H) entsteht in der Elektrolysezelle (Fig. 1-01) ein Oberdruck. Dieser Bewirkt, daB das in der Elektrolysezelle (Fig. 1-G1) entstandene Natriu^ihypochlorit durch eine Schlitzbohrung (Fig.1-13) in den Zwischenboden (Fig. 1-11) gedrückt und vom Wasserstrcm, der über den Einlaufstutzen (Fig. 1-22) durch diesen Zwischenboden strömt und ihn am Auslaufstutzen (Fig. 1-23) wieder verläßt,· mitgerissen wird. Das erzeugte Natriumhypochlorit vermischt sich mit dei durchströmenden V/asser, verlaßt den Apparat und tritt durch die Bypass-Anordnung, die extern vorhanden sein muß« wieder in den Hauptwasserstrom Diese Stelle nennt man Impfstelle.

Besonderer Hinweis: Auch auf diese Bypass-Anordnung werden keine Patentansprüche abgeleitet.

Sobald das Salz im PVC-Behälter (Fig. 1-00) verbraucht ist - dies sieht man an im PVC-Behälter angebrächte Füllstands-Kontrollfenster, muß der Behälter erneut mit Salz befflllt werden« Dies geschieht auf folgende Weise; Der Apparat wird durch einen in der Frontplatte angebrachten Hauptschalter strommäßig abgeschaltet. Die beiden externen Absperrventi müssen geschlossen werden. Dann wird die Schraubkappe zu dem Einfüllstutzen (Fig. 1-24) entfernt und Salz wird mittels eines Trichters eingefüllt. Hierzu muß das sich im Kessel befindliche Wasser verdrangt werden. Dies geschieht Ober den zu öffnenden Ablaßhahn (Fig. 1-09). ν Ist der Salzfüllstand erreicht, wird der Ablaßhahn (Fig. 1-09) wieder geschlossen, der Einfüllstutzen (Fig. 1-14) ebenfalls. Daoach werden die externen Absperrventile wieder geöffnet und das Gerät wird am Netzhauptschelter eingeschaltet und somit wisdsr betriebsbereit gemacht.

In dem Ablaßhahn (Fig. 1-09) iet ein Sicherheits-Überdruckventil (Fig. 1-08) eingearbeitet. Dies besteht aue einem Passitz, in dem ein O-Ring eingelegt ist. Davor liegt eine dichtende Glaskugel, die ober eins Hastloy-Fedor mit einer Vordruckspannung von 1,5 bar an den O-Ring angepreßt wird.

O-Ring, Hesteloy-Fcdar und Regulierschraube befinden sich im Zapfen des Ablaßhahnea (Fig. 1-03) und enthalten eine LSngs- und vier Querbohrungen

Tritt ein für den Kessel (Fig. 1-00) kritischer Oberdruck von mehr als 1,5 bar auf, drückt die Glaskugal die Hasteloy-Feder zurück, gibt ihre dichtende passitzpositiap an ^derrv-OnRifig auf, so daß Oberdruckwaeeer

• · o

durch die Längs- und CJuerbohrungen austritt und über die normals SchlauchtOlle des AblaBhahnes (Fig. 1-09) abf Hessen kann.

Zum Auswechseln des Filters (Fig. 1-G3) wird die Schraubkappe (Fig. 1-1i entfernt. Danach kann der alts Filter herausgazogen und der neue einge setzt werden. Die Schraubkappe wird wieder aufgesetzt und dichtet das Elektrolyserohr (Fig. 1-01) nach unten hin durch einen O-Ring ab.

···· Il 111? I: I)IItII**

Claims (4)

Römer Technik GmbH, ---j .j .; .··. ···:.··. Hamburg, 3O.Okt.197S Borsteler Bogen 27 . *: i " J^ I^ \ "\ Hamburg 61 Schutzansprüche

1. Elektrolyse-Apparat zum Erzeugen von Natriumhypochlorit (NaCl 0)-Lösung aus Kochsalz-Lösung, der besteht aus einem Wasser enthaltenden Salzvorratsbehälter, in dem eine, eine vom Strom durchflossene Elektrodenanordnung {Slektrodenkopf) enthaltende Elektrolysezelle integriert ist, die über ein aus Steinwolle oder dergl. bestehendes Filter, das das Eindringen von ungelöstem Salz oder Schmutz verhindern soll, mit dem mit einem Überlaufhahn versehenen

Salzvorratsbehälter in Verbindung steht, sowie Ψ
aus einem Stromversorgungsteil mit elektronischer Steuerv.nd Regeleinheit zum Erzeugen eines die Elektrolysezelle

',._ durchfließenJlen Stromes,

dadurch gekennzeichnet, daß der Salzvorratsbehälter (1-00) und der Stromversorgungsteil mit der elektronischen Steuer-

P und Regeleinheit (1-19, 1-20) zu einer Kompakteinheit zusammengefaßt sind.

_:

2. Elektrolyse-Apparat, insbesondere nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die, z.B. rohrförmige, Elektrolysezelle (1-01) zur Arretierung des Filtermaterials ein Anschlag-Grobfilter (1-04) aufweist.

3. Elektrolyse-Apparat, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektroden (1-17, 1-18) tragende Elektrodenkopf (1-06) einen Thermofühler (1-07) zur Überwachung der Elektrolysezelle enthält-

4. Elektrolyse-Apparat, insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spindel des Überlaufhahnes (1-09) ein sich selbsttätig öffnendes und wieder schließendes Sicherheits-Überdruckventil (1-08) angebracht ist.