DK147164B - Anlaeg til katodisk korrosionsbeskyttelse med fremmedstroemanode - Google Patents

Description

1.

i 147.164 5 Opfindelsen angår et anlæg til katodisk korrosionsbeskyttelse med fremmedstrømanode og· af den i krav l's indledning angivne art.

Varmvandsbeholdere med forholdsvis lille indhold, 10 d.v.s. navnlig til husholdninger, har man hidtil i praksis kun forsynet med et passivt korrosionslag, for det meste af emalje, samt med en offeranode af magnesium. Por det meste har man skruet magnesiumanoden ovenfra ned i beholderen gennem en studs, 15 medens en elektrisk opvarmning kan være anbragt på en flange i den nederste del. I praksis har det vist sig, at sådanne varmvandsbeholdere bliver ødelagt af korrosion allerede efter få år i det nederste område, der optager varmeelemantet.

20

Udførlige undersøgelser ved hjælp af potential- og strømmålinger har vist, at den nederste trediedel af sådanne vandbeholdere ikke mere er katodisk beskyttet, når opvarmningsflangen ikke er isoleret mod 25 selve varmelegemet, hvad der af elektrotekniske grunde for det meste ikke er tilfældet. Anvendelsen af magnesium-offeranoder har yderligere ulemper, nemlig for det første den, at en magnesiumanode har en betydelig egenkorrosion, hvorved den ofte er fuldstændig 30 ødelagt eller opbrugt efter få år. Endvidere udvikler der sig ved en magnesiumanode en ikke uvæsentlig mængde hydrogengas, der med oxygen kan føre til en knaldgasblanding og dermed være farlig.

2 147164 1 Til større varmtvandsbeholdere har man allerede foreslået at anvende, fremmedstrøm påvirkede elektroder i stedet for magnesiumofferanoder, se f.eks. "Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes" af Baeckmann -5 Sehwenk, Verlag Chemie GmbH, 1971» kapitel XVI, sider 330 og 331; dette har dog ikke ført til noget tilfredsstillende resultat, fordi de hidtil anvendte fremmedstrømpåvirkede elektroder altid har været indstillet på en bestemt strøm, så at det rigtige poten-10 fcial, når betingelserne i beholderen ændrer sig, f.eks. ved optræden af et yderligere beskadigelsessted i det passive korrosionsbeskyttelseslag, ikke mere er til stede ved beholdervæggen. Desuden giver de hidtidige fremmedstrømpåvirkede elektroder ikke 15 nogen løsning af problemet med den særlige korrosionsfare i nærheden af opvarmningselementet af en varmvandsbeholder med et sådant element. Skaderne i dette område føres tilbage til, at fladerne på opvarmningselementet virker som et katodisk område, 20 ved hvilket oxygen bliver reduceret og dermed kan blive virksom som et oxydationsmiddel, så fejlsteder i det passive korrosionsbeskyttelseslag, der eventuelt findes i det nævnte område, er særlig truet af korrosion.

25

Det er endvidere kendt ved store objekter, f.eks. rørledningssystemer og skibe (nHandbuch des kathodischen Korrosionssehutzes", kapitel VI, sider 151-153)» indenfor rammen af fremmedstrømbeskyttelsesanlæg ved 30 katodisk korrosionsbeskyttelse at anvende spændings regulerende jævnstrømskilder på en sådan måde, at beskyttelsesstrømmen, når forholdene ændrer sig, f.eks. ved optræden af et beskadigelsessted i det passive korrosionsbeskyttelseslag på et skibsskrog, 3 147164 1 automatisk bliver tilpasset til den normale situation.

Den foreliggende opfindelse har til formål at anvise 5 et anlæg til katodisk korrosionsbeskyttelse, hvilket anlæg fortrinsvis er bestemt til forholdsvis små varmvandsbeholdere med opvarmningselement, f.eks. husholdningsbeholdere, men også kan anvendes til andre beholdere og til andre formål, f.eks. til be-10 holdere uden elektrisk opvarmning eller andre flader, der skal beskyttes, og som kan monteres enkelt og med lille indsats af personale, også af uøvede personer.

15 Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at anlægget til korrosionsbeskyttelse er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

Ved denne udformning opnår man, at også forholdsvis 20 små varmvandsbeholdere med en forholdsvis lille ind-· sats kan reguleres og beskyttes nøjagtigt spændingsreguleret, så beskyttelsesstrømmen, så snart der under driften af beholderen opstår et beskadiget sted i det passive korrosionsbeskyttelseslag, automatisk 25 bliver forøget og tilpasset til den nye situation.

Først og fremmest har det herved vist sig, at virkningen af opvarmningselementet som katodisk område når fremmedstrømanoden anbringes umiddelbart ved op-30 varmningselementet, i meget vidt omfang bliver neutraliseret, så at oxygenudskillelsen i dette område bliver kompenseret, og der følgelig ikke mere findes nogen korrosionstrussel på sådanne fejlsteder i det passive korrosionsbeskyttelseslag, der optræder i 4 147164 1 det nævnte område, selv om man oprindeligt netop ved lukkede beholdere, der er udstyret med opvarmningselementer, nærede den frygt, der ikke findes ved fritliggende flader, såsom skibsskrog og rørled-5 ninger, at der på grund af udviklingen af hydrogen navnlig ved opvarmningselementet og udviklingen af oxygen ved en fremmedstrøm påvirket anode ville fås en forøget knaldgasfare.

10 Ved den ifølge opfindelsen stedfindende indstilling af et optimalt potential er hydrogenudviklingen i beholderen i virkeligheden endnu mindre end i en beholder, der er beskyttet ved hjælp af en magne-sium-offeranode, så der i stedet for den uønskede 15 forøgelse af knaldgasfaren ved anvendelse af en frem-medstrømanode i virkeligheden ved anlægget ifølge opfindelsen opnås en væsentlig reduktion af denne fare. Endvidere har anlægget ifølge opfindelsen en meget enkel udformning, og det er kun nødvendigt i 20 den væg, der optager anlægget at udforme en optageåbning. Først og fremmest er montagen af anlægget på grund af udformningen ifølge opfindelsen så enkel, at montagen også kan udføres på kort tid af mindre kvalificerede arbejdskræfter.

25

Isoleringen mellem fremmedstrømanode og referenceelektrode kan udformes som angivet i krav 2. Derved sikrer man, at potentialet fra referenceelektrodén ved beholdervæggen måles uforstyrret af påvirkninger, 50 der udgår fra fremmedstrømanoden, idet referenceelektroden befinder sig uden for den såkaldte potentialtragt fra fremmedstrømanoden.

Hensigtsmæssigt kan anlægget til korrosionsbeskyt- 5 147164 1 telse også være udformet som angivet i krav 3 og eventuelt i krav b. Perved bliver levetiden af refe-renceelektroden, der for det meste består af Ag/AgCl, væsentlig forlænget.

5

Det er endvidere fordelagtigt at udforme anlægget til korrosionsbeskyttelse som angivet i krav 5· Derved bliver funktionen af referenceelektroden·, idet en væskestrømning om den forhindres, fordelagtigt på-10 virket på grund af ringspaltens nærhed ved beholdervæggen.

Ved udformningen af anlægget til korrosionsbeskyttelse som angivet i krav 6 opnår man en yderligere 15 forenkling af montagen.

Til samme formål kan anlægget til korrosionsbeskyttelse også være udformet som angivet i krav 7- 20 Hensigtsmæssigt kan anlægget til korrosionsbeskyt telse også være udformet som angivet i krav 8, idet det i mange tilfælde er hensigtsmæssigt at anbringe en yderligere fremmedstrømanode i et andet område af beholderen, f.eks. når man. vil anbringe en fremmed-25 strømanode i nærheden af en opvarmning i den nederste del af beholderen og en yderligere fremmedstrømanode i det øverste område af en i det væsentlige cylindrisk udformet beholder.

30 Da en plastikdel·, der omfatter holder og isolerings--stykke, ifølge den beskrevne udførelsesform er forholdsvis dyr i fremstilling, og da yderligere anbringelsen af referenceelektroden i en ringformet udsparing i isoleringsstykke er noget vanskelig, kan 6 147164 1 anlægget til korrosionsbeskyttelse også hensigtsmæssigt være udformet som angivet i krav 9· Ved denne udformning bliver konstruktionen yderligere forenklet , og dette gælder såvel med hensyn til de fornød-5 ne enkeltdele som også med hensyn til sammensætningen , af dem.

Det har vist sig, at det oxydationslag, der dannes på fremmedstrømanodematerialet, ved anvendelse af 10 et egnet materiale er tilstrækkelig til den nødvendige isolering mellem fremmedstrømanoden og referenceelektroden, så at holderen til fremmedstrøma-node og referenceelektrode kan udføres væsentlig enklere, navnlig kortere, og dermed mere økonomisk.

15

Det har herved vist sig særlig fordelagtigt af udforme anlægget til korrosionsbeskyttelse som angivet i krav 10. Naturligvis kan også andre egnede anodematerialer anvendes på lignende måde med et 20 egnet aktiveringsovertræk i det område, der ikke' skal være isoleret overfor referenceelektroden.

Når det isoleringsstykke, der omgiver fremmedstrømanoden ved den ovenfor nævnte udførelse, falder 25 bort, kan anlægget til korrosionsbeskyttelse hensigtsmæssigt også være udformet som angivet i krav 11.

Hensigtsmæssigt kan anlægget til korrosionsbeskyttelse også være udformet som angivet i krav 12. Her-30 ved opnår man, at hulrummene i det porøse legeme selv vil virke som strømningsforhindrende middel. Særlig egnet hertil har f.eks. en refereneeelektrode af sølvklorid vist sig.

7 147164 1 Endelig er det også fordelagtigt at udforme anlægget til korrosionsbeskyttelse som angivet i krav 13. Ved denne udformning kan man opnå, at holderen kan fremstilles af et fast metallisk materiale, hvad der er 5 af særlig betydning for holderens aftætning ved indsætning, navnlig ved indskruning i en metallisk beholder.

Anlægget til korrosionsbeskyttelse forklares nærmere 10 under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser en udførelsesform for anlægget indbygget i en beholdervæg og i lodret snit, 15 fig. 2 et lodret snit gennem en anden udførelses-form for anlægget i fig. 1, fig. 3 en tredie udførelsesform for anlægget, og 20 fig. 4 en fjerde udførelsesform for anlægget svarende til den i fig. 3 viste konstruktion.

25 I en beholdervæg 1 findes en gevindstuds 2, i hvilken en holder 3 med en tilsvarende gevinddel 4 er indskruet. Holderen 3S der fortrinsvis består af plastik, er fortsat ind i det indre af beholderen med et isoleringsstykke 53 i hvilket der i nærheden af behol-30 dervæggen 1 findes en ringformet udsparing 6, i hvilken en vindelformet referenceelektrode 7 af Ag/AgCl er anbragt. Udsparingen er dækket af' et cylindrisk hylster 8 af væskegennemtrængeligt materiale, f.eks. et porøst keramikhylster eller en gennem- 8 147164 1 hullet kappe.

Centralt gennem hele holderen 3 og isoleringsstykket 5 strækker sig en fremmedstrømanode 9* og læng-5 den af isoleringsstykket 5 er det flerdobbelte af afstanden af den frie ende af refereneeelektroden 7 fra beholdervæggen 1.

På et hoved 10 på holderen 3 er der fastgjort en 10 spændingsregulator 11. Endvidere findes der i hove det 10 en elektrisk forbindelse 12 mellem spændingsregulatoren 11 og referenceelektroden 7 samt yderligere elektrisk forbindelse 13 mellem spændingsregulatoren 11 og fremmedstrømanoden 9. Endelig findes 15 der en yderligere elektrisk forbindelse lk mellem spændingsregulatoren 11 og beholdervæggen 1 eller gevindstudsen 2 ved hjælp af en kærvskrue 15, der er indskruet i gevinddelen 5 i holderen 3· 20 På spændingsregulatoren 11 findes en tilslutning 16 til strømforsynings f.eks. med 220V vekselstrøm, samt en yderligere tilslutning 17 til forbindelse med andre fremmedstrømanoder, der skal anbringes på andre steder i beholderen.

25

Ved udførelsesformen i fig. 2 findes et cylindrisk hylster 8a for den vindelformede referenceelektrode 7, hvilket hylster har en lukket kappeflade. Mellem beholdervæggen 1 og hylstrets begyndelse er der en 30 spalte 18 til en udsparing 6 på en sådan måde, at den væske, der omgiver referenceelektroden 7, er hindret i strømning, medens funktionen af referenceelektroden 7 er optimal, fordi spalten 18 er nær ved beholdervæggen 1.

9 147164 1 Med. en spændingsregulator forstås et reguleringsapparat, der har den opgave at holde en måleelektrode i en elektrokemisk celle på et konstant potential, der er indstilleligt med en skal-spændingsgiver, i 5 forhold til en referenceelektrode. Til dette formål forstærker spændingsregulatoren en meget lille afvigelse i potentialet fra måleelektroden fra skalspændingen og regulerer dermed den strøm, der går gennem cellen mellem måleelektroden og modelektroden.

10

Dette funktionsprincip overføres til det foreliggende tilfælde af katodisk korrosionsbeskyttelse med fremmedstrøm ved hjælp af spændingsregulatoren 11 og referenceelektroden 7 til den genstand, der 15 skal beskyttes og danner måleelektroden, nemlig beholdervæggen 1, der påtvinges et sådant negativt potential, at en korrosion forhindres, og der optræder den mindst mulige hydrogenudvikling. Afviger potentialet på beholdervæggen 1 fra den givne skal-20 spænding, forstærker spændingsregulatoren denne lille afvigelse og regulerer dermed den ved anlægget til korrosionsbeskyttelse mellem beholdervæggen 1 og fremmedstrømanoden 9 gående strøm således, at potentialet beholder sin konstante værdi. På grund 'af 25 det derved fast bestemte potential sikres en konstant og vedvarende korrosionsbeskyttelse. Den uønskede hydrogenudvikling bliver i vidt omfang forhindret og på grund af den spændingestyrede indkobling af strømmen netop indreguleret på den størrelse, der 30 er påkrævet til korrosionsbeskyttelse, så at et unødigt strømforbrug undgås.

En spændingsregulator, der er nødvendig til en hus-holdnings-varm-vandsbeholder med ca. 80 Ί rumindhold, 147164 ίο 1 - består i det væsentlige af en transformer 220/2x18V, en ensretter- og stabiliseringsdel, bestående af ensrettere, zener-dioder, transistorer, kondensatorer, modstande, en såkaldt skal-spændingsgiver, bestående 5 af dioder, modstande og potentiometre, en differens-og forforstærker opbygget som integreret kredsløb og to transistorer som 'effektforstærkende udgangstrin. Enkelthederne ved en sådan spændingsregulator danner ikke nogen del af den foreliggende opfindelse 10 og skal derfor heller ikke beskrives nærmere.

Som det vil fremgå af det ovenstående, er montagen af anlægget til korrosionsbeskyttelse meget enkel, da blot holderen 3 skal indskrues i studsen 2, og tilslut-15 ningen 16 til en egnet strømkilde skal udføres, og eventuelt skal der endnu udføres en forbindelse mellem en yderligere fremmedstrømanode, der anbringes på et andet sted i beholderen, og tilslutningen 17.

20 Ved udførelsesformen i fig.3er der i gevindstudsen 2 i beholdervæggen 1 indskruet en holder 3b med en passende gevinddel 4b. I holderen 3b er der parallelt med hinanden anbragt en fremmedstrømanode 9b og en referenceelektrode 7b, hvilken sidst er omgivet af et 25 strømningsforhindrende hylster 8b. Det frie endeområde på fremmedstrømanoden 9b er forsynet med et aktiveringsovertræk 19, medens den øvrige del af fremmed-' strømanoden 9b har et oxydationslag, der på grund af sin tyndhed ikke er vist på tegningen. Som særligt 30 egnet materiale til en sådan anode har titan vist sig, idet grundmetallet her passiveres uden yderligere behandling og alene ved en overfladebehandling bliver brugelig til strømgennemgang, ved titan navnlig ved det ovenfor nævnte aktiveringsovertræk 19 af platin.

11 147164 1 På grund, af den beskrevne udformning bevirkes der ved hjælp af det oxydationslag, der er dannet i det overfor referenceelektroden 7b liggende område af frem-medstrømanoden, en passivering eller isolering over-5 for referenceelektroden, så at det enkelte aktive område af fremmedstrømanoden er det med platinovertrækket 19 forsynede område, så at man som resultat med væsentlig mindre indsats opnår samme virkning som ved udførelsesformerne i fig. 1 og 2 ved indlejring af 10 fremmedstrømanoden i et isoleringsstykke, der strækker sig lige så langt som nu oxydationslaget på fremmedstrømanoden .

Udførelsesformen i fig. 4 svarer i det væsentlige til 15 udførelsesformen i fig. 3 med undtagelse af, at der findes en metallisk holder 3c, der er udformet som hullegeme, og hvis hulrum 20, der optager fremmedstrømanoden 9c og en referenceelektrode 7c, der er udformet som porøst legeme, eller elektrodens tilledninger, er 20 udfyldt med en isoleringsmasse 21. Endvidere mangler det hylster for referenceelektroden, der findes ved udførelsesformen i fig. 3, da hulrummene i det porøse legeme, der danner referenceelektroden, selv virker strømningsforhindrende. UdføreIsesformen i fig. 4 25 muliggør navnlig en bedre aftætnende forbindelse af den metalliske holder med den metalliske beholdervæg 1 eller dennes fastgørelsesflange 2.

De beskrevne udførelsesformer kan ændres på mange må-30 der. F.eks. kan referenceelektroden være udformet i form af en eller flere stave, der strækker sig aksialt i forhold til fremmedstrømanoden, idet der også i dette tilfælde hensigtsmæssigt findes et strømningsforhindrende hylster for referenceelektroden. Porbindel- 12 147164 1 sen mellem beholdervæg og spændingsregulatoren kan naturligvis også udføres uden for holderens hoved.

Ved udførelsesformerne i fig. 3 og 4 kan der anvendes 5 en ekstra påsprøjtning af en tynd isolationsfilm på det område af fremmedstrømanoden, der ikke skal forsynes med aktiveringsovertrækket, hvad der navnlig kan komme i betragning ved løvrigt egnede anodematerialer, ved hvilke blot det oxysationslag, der dannes, 10 ikke sikres en tilstrækkelig isolation. Man kan også ved en referenceelektrode, der er udformet som porøst legeme, yderligere anvende et strømningsforhindrende hylster for at være sikker på, at der i alle områder af referenceelektroden, d.v.s. også i elektrodens 15 ydre porøse randområde, sker den mindst mulige strømning.

Claims (10)

1 PATENTKRAV

1. Anlæg til katodisk korrosionsbeskyttelse med fremmedstrørnanode, navnlig til varmtvandsbeholdere 5 med et på indervæggen anbragt, passivt korrosionsbeskyttelseslag, kendetegnet ved, at fremmedstrømanoden (9) og en referenceelektrode (7), der ved hjælp af en spændingsregulator (11) indstyrer fremmedstrømanoden på et optimalt potential, er 10 anbragt i en og samme, i en beholdervæg (1) indsæt- telig holder (3)j idet referenceelektroden i drifttilstand er anbragt nær ved beholdervæggen, og idet der mellem denne referenceelektrode og den nærmere beholderens indre liggende fremmedstrømsanode er an- 15 bragt et isoleringsstykke (5).

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at isoleringen mellem fremmedstrømanoden (9) og referenceelektroden (7) er udformet som et isolerings- 20 stykke (5) i et stykke med holderen (3), hvilket stykke har en udstrækning i det væsentlige vinkelret på beholdervæggen (1), der i det mindste er det flerdobbelte af afstanden af den frie ende af refereneeelek-troden (7) fra beholdervæggen. 25

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at fremmedstrømanoden (9) strækker sig centrisk gennem isoleringsstykket (5). 30 4.. Anlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at referenceelektroden (7) er anbragt vindel- eller ringformet i en ringformet udsparing (6) i isoleringsstykket (5), idet udsparingen er dækket af et strømningsforhindrende hylster (8). 147164

5. Anlæg ifølge krav 4, kendetegnet ved, at hylstret er et cylindrisk hylster (8a) med lukket kappeflade, og at der mellem beholdervæggen (1) og begyndelsen af hylstret (8a) findes en ringspalte (18) 5 til udsparingen (6) i isoleringsstykket (5).

6. Anlæg ifølge krav 1 eller et af de følgénde krav, kendetegnet ved, at spændingsregulatoren (11) er fast påbygget på et hoved (10). på holderen 10 (3)s og at elektriske forbindelser (12, 13) mellem regulatoren (11) og referenceelektroden (7) samt frem-medstrømanoden (9) er fast anbragt i dette hoved.

7. Anlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, 15 at der på hovedet (10) af holderen (3) mellem spændingsregulatoren (11) og beholdervæggen (1) er fast anbragt en elektrisk forbindelse (14, 15).

8. Anlæg ifølge krav 6 eller 7j kendeteg-20 net ved, at en eller flere yderligere tilslutninger (17) for en eller flere yderligere fremmedstrøm-anoder er anbragt på spændingsregulatoren (11).

9. Anlæg ifølge krav 1, 6 eller et af de følgende 25 krav, kendetegnet ved, at isoleringen mellem fremmedstrømanoden (9b, 9c) og referenceelektroden (7b, 7 c') er dannet af et oxydat ionslag i et område af fremmedstrømanoden, der har en afstand fra beholdervæggen (1), som er det flerdobbelte af af-30 standen af den frie ende af referenceelektroden fra beholdervæggen.

10. Anlæg iføler krav 9S kendetegnet ved, at fremmedstrømanoden (9b, 9c) er udformet som en ti-