CH626408A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Chloren von Wasser und insbesondere eine Chloriervorrichtung der Bauart, bei der gasförmiges Chlor durch elektrolytische Zersetzung einer Chloridlösung freigemacht wird und das Chlor in das zu chlorende Wasser eingeführt wird. Die Chloriervorrichtung gemäss der Erfindung ist besonders brauchbar in solchen Fällen, bei denen relativ geringe Quantitäten an Chlorgas erforderlich sind, wie in privaten Schwimmbecken und kleineren Anlagen für die Reinigung von Trink- oder Haushaltswasser.

Die Desinfektion von Wasser in kleinen Schwimmbecken wird normalerweise vorgenommen durch Zusetzen von Chlor enthaltenden Chemikalien, z. B. in Form von Chlortabletten oder Natrium- oder Calziumhypochlorid, welche Chlorgas im Wasser abgeben oder bilden. Diese Methode ist insofern vors

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teilhaft, als nicht die Handhabung von flüssigem oder gasförmigem Chlor erforderlich ist und dass keine komplizierten und teueren Vorrichtungen nötig sind; die Dosierung und das Einbringen erfolgen normalerweise vollständig manuell.

Diese Methode hat jedoch verschiedene Nachteile. Um beispielsweise den Chlorgehalt des Wassers auf einem brauchbaren und ziemlich konstanten Pegel zu halten, ist es erforderlich, die Chemikalien relativ häufig und in genau bemessenen Mengen zuzusetzen. Darüberhinaus sind die im Handel erhältlichen Chlorchemikalien unstabil und können deshalb nicht während längerer Zeitperioden gelagert werden, ohne etwas von ihrem Chloriereffekt zu verlieren. Die zugesetzten Chemikalien führen auch zu einer allmählichen Zunahme des Gehalts an Fremdsubstanzen im Wasser. Ausserdem haben die chlorierenden Chemikalien häufig einen unerwünschten Einfluss auf den pH-Wert des Wassers und von Zeit zu Zeit müssen andere Chemikalien (Salzsäure) zur Steuerung des pH-Wertes zugesetzt werden.

Die oben erwähnten Nachteile können vermieden werden, wenn das Chlor in Gasform zugesetzt wird. Gasförmiges Chlor kann in das Wasser eingeleitet werden aus Stahldruckbehältern, doch wegen der Gefahren, die mit der Handhabung von Chlorgas verbunden sind, ist die Chlorierung mittels eines in Druckbehältern gespeicherten Chlors nur in grösseren, z.B. öffentlichen Becken oder Anlagen zweckmässig. Für kleinere, private Becken oder Anlagen, die nicht dauernd in Betrieb sind oder überwacht werden von geschultem Personal, kann man eine solche Chlorung nicht empfehlen.

Für kleinere Becken und Anlagen kann man gasförmiges Chlor verwenden unter der Voraussetzung, dass das Chlor an Ort und Stelle erzeugt wird, z.B. durch Elektrolyse einer Chloridlösung und direkt in das Wasser eingeleitet wird. Die Quantitäten an Chlorgas, die in der Chloriervorrichtung erzeugt werden, sind dann immer hinreichend klein, dass einfache Sicherheitsmassnahmen genügen, um praktisch die Gefahren von Chlorvergiftungen zu eliminieren.

Elektrolytische Chloriervorrichtungen, entworfen für die Verwendung bei privaten Schwimmbecken oder anderen kleineren Anlagen sind in zahlreichen, unterschiedlichen Formen bekannt, und als Beispiel sei hier die US-PS 3 767 557 erwähnt. Trotz der Vorteile jedoch, die solche elektrolytischen Chloriereinrichtungen anbieten, haben sie keine weite Verbreitung gefunden und nach wie vor überwiegen noch die einleitend beschriebenen Verfahren, bei denen Chlortabletten oder Natrium- oder Calziumhypochlorid zugesetzt werden, soweit es sich um private Schwimmbecken und andere kleinere Installationen handelt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrolytische Chloriervorrichtung zu schaffen, die besonders geeignet ist für private Schwimmbecken und Anlagen mit einem geringen Chlorbedarf, welche Vorrichtung sinngemäss eine praktische Alternative bietet zur Chlorung durch Zusatz von Chlortabletten oder Hypochloridverbindungen.

Eine solche Chloriervorrichtung soll sicher auch ohne Überwachung arbeiten können während längerer Perioden (Monate) und im wesentlichen keine manuelle Bedienung erfordern, die über die nicht sehr häufigen Wiederauffüllungen eines Vorrats an zu elektrolysierendem Material hinausgehen (Kochsalz in fester Form kann verwendet werden), wobei allenfalls noe hder gewünschte Chloraustrag eingestellt wird. Beispielsweise sollen unkorrekte Bedienung oder nachlässige Überwachung keine erhebliche Gefahr mit sich bringen, dass grössere Mengen an Chlorgas in die umgebende Luft aus der Vorrichtung entweichen und darüberhinaus sollen auch Ausfällungen von Salz oder anderen Feststoffen in der Vorrichtung nicht ohne weiteres zum Versagen derselben führen.

Die Vorrichtung soll kontinuierlich oder intermittierend arbeiten können und im letzteren Falle beispielsweise einmal oder mehrmals pro Tag, wobei jede Periode beispielsweise eine oder mehrere Stunden dauert. Demgemäss ist es erwünscht, dass die Vorrichtung zuverlässig wieder anläuft und die Chlorerzeugung wieder aufnimmt mit nur geringer Verzögerung nach einer Ruheperiode, und demgemäss muss der Katholyt daran gehindert werden in das Anodenabteil während der Ruheperiode zu gelangen.

Schliesslich ist es erwünscht, dass die Vorrichtung preisgünstig ist, um ihre Benutzung durch Privatleute zu ermöglichen. Deshalb soll die Vorrichtung einen hohen elektrolytischen Wirkungsgrad haben, so dass eine hinreichende Menge Chlor gewonnen werden kann bei niedrigem Verbrauch an elektrischer Leistung und niedriger Stromdichte in der elektrolytischen Zelle, und ferner soll sie keine komplizierten Einrichtungen für deren Bedienung für die Kühlung der Elektrolysezelle oder für die Reinigung des Salzes oder der Lake, usw. erfordern, und die Vorrichtung soll schliesslich in einfacher Weise anbringbar sein an einer möglichst beliebigen Stelle nahe dem Becken oder der Anlage, der die Vorrichtung zuzuordnen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Die Unteransprüche definieren als zweckmässig erkannte oder vorteilhaft erkannte Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1. Die Bedeutung der Merkmale im einzelnen ergibt sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt in Diagrammform eine Vorrichtung gemäss der Erfindung, angeschlossen für das Chloren von Wasser in einem Schwimmbecken,

Figur la ist ein in vergrössertem Masstab dargestellter Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach Figur 1 und

Figur 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1.

Gemäss Figur 1 ist die Chloriervorrichtung an einen Umwälzkreislauf 11 für ein Schwimmbecken 12 angeschlossen, das einen mit Chlor zu versetzenden Wasserinhalt hat. Die Umwälzleitung 11 ist mit einer intermittierend arbeitenden Umwälzpumpe 13 ausgestattet, zwischen der Druck- und Saugseite die Chloriervorrichtung mittels einer Eingangsleitung 14 und einer Rücklaufleitung 15 angeschlossen ist. Das Chlorier- und Rezirkuliersystem des Beckens 12 umfasst ferner Ventile, Filter und andere Hilfseinrichtungen, die der deutlicheren Darstellung halber hier weggelassen sind. Die Chloriervorrichtung ist so ausgebildet, dass sie reines Chlor in das Wasserbecken abgibt während Betriebsperioden variabler Dauer und unterschiedlicher Häufigkeit; die Betriebsperioden fallen vorzugsweise zusammen mit den Betriebsperioden der Umwälzpumpe 13.

Die Hauptteile der Vorrichtung sind:

a) Eine elektrolytische Zelle 20, in der ein Anolyt im Form einer konzentrierten Salzlösung, Lake, elektrolytisch so zersetzt wird, dass gasförmiges Chlor, Wasserstoff und Abfallflüssigkeit, die Natiumhydroxid enthält gebildet werden;

b) eine Lakenquelle 21, die eine Charge festen Kochsalzes enthält und konzentrierte Lake in die elektrolytische Zelle einspeist;

c) eine Wasserzumesseinrichtung 22, welche gesteuerte Mengen von Wasser in die elektrolytische Zelle 20 und in die Lakenquelle 21 einsetzt und die Lakenzufuhr zur elektrolytischen Zelle steuert, indem die Wasserzufuhr zur Lakenquelle gesteuert wird;

d) ein schwimmergesteuertes Mischventil 23, über das Wass xo

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ser in die Zumesseinrichtung 22 eingespeist wird und über das Chlorgas, erzeugt in der elektrolytischen Zelle geführt wird, wo es mit einem Teil des Wasserstromes gemischt wird, der abgezweigt wird von dem Umwälzkreislauf 11 und in diesen zurückgeführt wird;

e) eine Strahlpumpe 24, die zwischen die Leitungen 14 und 15 geschaltet ist und den Anteil des chlorierten Wasserstromes im Mischventil 23 mit dem Rest des Stromes kombiniert, der von der Umwälzleitung abgezweigt worden ist;

f) eine elektrische Stromversorgungs- und Steuereinrichtung 25, die während der Betriebsperioden Gleichstrom vorgegebener Höhe den Elektroden der elektrolytischen Zelle zuführt und die Zumesseinrichtung 22 steuert und darüberhinaus bestimmte Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen ausführt.

Mit Ausnahme der Stromversorgungs- und Steuereinrichtung 25 sind die oben genannten Hauptteile, deren Beschreibung im einzelnen später erfolgt, baulich kombiniert in eine Einheit, siehe Figur 2, die an einer passenden Stelle montiert werden kann und an die Umwälzleitung 11 angeschlossen wird und über die Einrichtung 25 mit einer vorhandenen Stromquelle verbunden wird.

Während der Betriebsperioden der Chloriervorrichtung erzeugt die elektrolytische Zelle 20 dauernd Chlorgas, das zu dem Schwimmbecken über das Mischventil 23 und die Strahlpumpe 24 geführt wird. Das Wasserstoffgas, das in der Zelle freigesetzt wird, gelangt direkt in die umgebende Luft und Abwasser, das Natriumhydroxid enthält, wird ebenfalls aus der Zelle ausgetragen.

Während der Betriebsperioden wird eine vorgegebene Quantität von Waser intermittierend von der Zumesseinrichtung 22 zu der Salzlösungsquelle oder Lakenquelle 21 geführt und bei jeder solchen Zufuhr wird eine entsprechende Quantität an gesättigter Kochsalzlösung aus der Lakenquelle in das Anodenabteil der elektrolytischen Zelle überführt; dieses Anodenabteil ist mit 30 in Fig. 1 markiert. Jedes Mal, wenn die vorgegebene Quantität an Wasser in die Lakenquelle 21 eingesetzt wird, gelangt eine Wassermenge, die etwa dreimal so gross ist in das Kathodenabteil 31 der elektrolytischen Zelle. Diese grössere Wasserquantität dient sowohl als Verdünnung für den Katholyten in dem Kathodenabteil als auch als Kühlmittel. Das Wasser wird durch Schwerkraft aus dem Mischventil 23 gefördert, das oberhalb der elektrolytischen Zelle der Lakenquelle und der Zumesseinrichtung angeordnet ist und in dem ein konstanter Wasserpegel aurechterhalten wird.

Für einen noch zu erläuternden Zweck liefert die Zumesseinrichtung 22 immer dann, wenn eine Betriebsperiode beginnt, eine einzelne Wasserquantität an die Lakenquelle, die erheblich grösser ist, beispielsweise 10 mal grösser ist als die Wasserquantität, die wiederholt während des Betriebszyklus nachgeschoben wird.

Die Dauer der Betriebs- und Ruheperiode der Vorrichtung entsprechen vorteilhafterweise der Dauer der Betriebs- und Ruheperioden der Umwälzpumpe 13, wobei die Stromzufuhr zur elektrolytischen Zelle von der Stromversorgungs- und Steuereinrichtung 25 vorteilhafterweise durch einen Zeitschalter gesteuert wird, der den Betrieb der Umwälzpumpe 13 steuert. Die Stromhöhe des elektrolysierenden Stromes wird mittels eines Knopfes an der Einrichtung 25 gemäss dem Chlorbedarf gewählt, der seinerseits abhängt vom gewünschten Chlorgehalt in dem Wasserbecken, dem Volumen des Wasserbeckens, der Luft- und Wassertemperaturen, der Anzahl der Personen, die das Becken benutzen und so weiter.

Die Durchflussrate des Wassers, das direkt und über die Salzlakequelle 21 der elektrolytischen Zelle 20 durch die Zumesseinrichtung 22 zugeführt wird, ist veränderlich in Abhängigkeit von der Stromhöhe des Elektrolyseestroms, von der Strom- und Steuervorrichtung 25, ist jedoch im allgemeinen sehr gering im Vergleich mit der Strömungsrate der Umwälzleitung 11, beispielsweise 100 bis 300 Kubizentimeter pro Stunde bei einer Elektrolysestromhöhe in der Grössenord-nung von 5 Ampere. Die Strömungsrate durch das Mischventil ist erheblich grösser - beispielsweise 10 bis 100 Liter pro Stunde, doch immer noch klein im Vergleich mit der Strömungsrate in der Umwälzleitung 11.

Die elektrolytische Zelle 20 ist vom Typ mit vertikaler Membran. Demgemäss sind das Anodenabteil 30 und das Kathodenabteil 31 Seite an Seite angeordnet und von einer im wesentlichen vertikalen Membran voneinander getrennt, die eine gas- und flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen dem Anoden- und Kathodenabteilen bildet. Die Membran ist in diesem Fall eine Kationen-durchlässige Membran 32 (unter der Handelsmarke «Nafion» von der Firma E. I. DuPont de Nemours & Co in den Handel gebracht) die es ermöglicht,

dass positive Ionen hindurchwandern, jedoch eine sehr wirksame Barriere für negative Ionen und Natriumhydroxid gebildet wird. Die Natriumionen in der Salzlake können deshalb relativ leicht durch die Membran 32 von dem Anodenabteil 30 in das Kathodenabteil 31 gelangen und dort mit den Hydroxyl-ionen zu Natriumhydroxid NaOH sich verbinden. Die Hydro-xylionen und das Natriumhydroxid in dem Katholyten, andererseits, werden wirksam in dem Kathodenabteil zurückgehalten, insbesondere dann, wenn die Konzentration der Hydroxy-lionen gering ist.

Die Fähigkeit der Membran, die Hydroxylionen und das Natriumhydroxid von dem Kathodenabteil fernzuhalten, hat einen erheblichen Einfluss auf die Fähigkeit der Zelle, die Chlorproduktion nach einer Ruheperiode wieder aufzunehmen und ebenso auch auf die Lebensdauer der Anode. Dies liegt daran, dass bei Vorhandensein von Hydroxylionen im Anoly-ten bei Beginn einer Betriebsperiode anstelle von reinem Chlor Natriumhypochlorit erzeugt wird und dies so weitergeht, bis der Anolyt wieder frei von Hydroxylionen ist.

Die Membran 32 ist im wesentlichen rund und flach und dasselbe gilt für die Anode 33 und die Kathode 34. Der Durchmesser der Membran ist nur geringfügig grösser als der von Anode und Kathode und alle drei Teile sind im wesentlichen Koaxial angeordnet.

Das Anodenabteil 30 bildet einen im wesentlichen geschlossenen Raum, in dem sich eine vertikal Lakeeinlassröhre 35 nach unten bis zu einem Pegel A unterhalb des Anolytenpegels erstreckt, jedoch oberhalb des Pegels des obersten Teils der Elektroden und der Membran. Das obere Ende der Röhre 35 ist immer in offener Kommunikation mit der Atmosphäre und steht demgemäss immer unter Atmosphärendruck. Das Einlassrohr 35 ist im Abstand umschlossen von einem vertikalen Rohr 35a, das sich von dem obersten Teil des Anodenabteils nach unten bis nahe zum Boden des Anodenabteils erstreckt. An der Oberseite des Anodenabteils befindet sich ein Chlorgasauslass 36, der mit dem Mischventil 23 über ein Chlorgasleitung 36a verbunden ist. An einem Pegel B, der höher liegt als der oben erwähnte Pegel A, jedoch niedriger als der Chlorgasauslass 36, befindet sich ein Überlauf 37 als Einlass zu einer Überströmleitung 38. Diese Überströmleitung 38 erstreckt sich nach unten bis unter den untersten Abschnitt der Membran 32 und öffnet sich in das Kathodenabteil 31 an einem Pegel C, der unter dem Pegel B liegt, jedoch noch höher liegt als der Pegel des obersten Abschnitts der Membran.

Im Betrieb der Chloriervorrichtung fällt der Anolytenpegel zusammen mit dem Überlaufpegel B und wenn frische Lake in das Anodenabteil eingesetzt wird, wird ein entsprechendes Volumen an Anolyten an das Kathodenabteil 31 durch die Überströmleitung 38 übertragen. Die Flüssigkeit in dieser Leitung bildet einen Wasserverschluss, der Gas daran hindert,

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zwischen den Anoden- und Kathodenabteilen ausgetauscht zu werden.

Das Kathodenabteil 31 weist einen Überlauf 40 an einem Pegel D auf, der etwas niedriger liegt als der Pegel C, an dem sich die Überströmleitung 38 öffnet, jedoch oberhalb des s

Pegels des obersten Abschnitts der Membran 32. Dieser Überlauf 40 bildet einen Katholytauslass und der Katholyt kann demgemäss niemals höher steigen als der Pegel D und kann demgemäss auch nicht in die Überströmleitung 38 fliessen und von dort in das Anodenabteil. An der Oberseite des Katho- io denabteils 31 befindet sich ein Wasserstoffgasauslass 41, der sich direkt in die Atmosphäre öffnet, und der Raum oberhalb des Katholyten steht demgemäss immer unter atmosphärischem Druck. Eine Wasserzuflussleitung 42, angeschlossen an die Zumesseinrichtung 22 öffnet sich in das Kathodenabteil is nahe dessen Boden.

Ausser den oben erwähnten Einlässen und Auslässen sind das Anoden- und Kathodenabteil 30 und 31 gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen.

Wie sich aus vorstehenden Ausführungen ergibt, liegen die 2« elektrolytisch aktiven Teile der elektrolytischen Zelle, d.h. hauptsächlich die Elektroden 33 und 34 und die dazwischenliegende Membran 32 vollständig und dauernd unter sowohl dem Anolytpegel B als auch dem Katholytpegel D.

Wenn die Elektrolysezelle 20 wie gewünscht arbeitet, wird 25 frische Lake aus der Lakenquelle 21 intermittierend eingesetzt durch die Einlassröhre 35 in solchen Quantitäten, dass die ' Flüssigkeit in dem Anodenabteil immer beim Pegel B liegt. Das Chlorgas in dem Raum oberhalb des Anolyten hält diesen Raum und demgemäss das obere Ende des Rohres 35a unter 3° einem etwas erhöhten Druck und infolgedessen steht die einlaufende Lake in der Einlassröhre 35 bei einem Pegel E der höher liegt als der Anolytpegel B. Der erhöhte Druck sorgt auch dafür, dass der Flüssigkeitspegel F in dem Anodenabteilabschnitt der Überströmleitung 38 unter den Pegeln C und D 35 im Kathodenabteil iegt. Da das Rohr 35A die Einlassröhre 35 umschliesst und sich nach unten erstreckt bis nahe zum Boden des Anodenabteils, ist sichergestellt, dass die in das Anodenabteil eingesetzte Lake innig gemischt wird mit dem Anolyten anstatt mehr oder weniger direkt in die Überströmleitung zu 40 gelangen. Gleichzeitig wird wirksam dafür gesorgt, das Chlorgasblasen, die an der Anode gebildet werden und zum Anolyten aufsteigen, an dem Eintreten in die Einlassröhre 35 gehindert werden.

Da sich die Lakeneinlassröhre 35 unterhalb des Anolytpe- « gels B öffnet, bildet die einlaufende Lake einen Wasserver-schluss, die wirksam verhindert, dass Chlorgas, welches sich an der Oberseite des Anodenabteils sammelt, durch die Einlassröhre entweichen kann. Demgemäss kann, solange das Anodenabteil bis zum Pegel A gefüllt ist, das Chlor nur durch so den Chlorgasauslass 36 entweichen.

Damit das Chlorgas nicht durch die Lakeeinlassröhre 35 austritt selbst dann, wenn der Anolytpegel einmal unter den Pegel A fallen sollte, z.B. wegen unzureichender Zufuhr frischer Lake, ist ein Wasserverschlusstopfen 35B (in Fig. 1 ss nicht erkennbar, jedoch in Fig. 1A dargestellt) in das untere Ende der Lakeeinlassröhre 35 eingefügt. Dieser Wasserverschlusstopfen stellt sicher, dass ein Bodensatz an Flüssigkeit, welcher einen Wasserverschluss bildet in der Lakeeinlassröhre verbleibt. «o

Das in dem Kathodenabteil 31 entwickelte Wasserstoffgas entweicht direkt in die Atmosphäre durch den Auslass 41. Das Wasser, das dem Kathodenabteil durch die Leitung 42 zugeführt wird, trägt einen Teil der im Kathodenabteil erzeugten elektrischen Wärme aus. Obwohl die Druchflussrate des flüssi- «s gen Kühlmittels, das demgemäss mit dem Katholyten gemischt wird, relativ gering ist, genügt die Kühlung, die Zellentemperatur auf einem brauchbaren Pegel zu halten. Ein hierzu beitragender Faktor besteht darin, dass die Zelle mit hohem elektrischen Wirkungsgrad arbeitet, so dass hinreichend viel Chlor gebildet wird mit niedriger Elektrolysierstromdichte. Ein Faktor, der zu dem hohen Wirkungsgrad beiträgt, ist die Verringerung der Hydroxyljonenkonzentration des Katholyten, bewirkt durch die Wasserzufuhr zum Kathodenabteil durch die Leitung 42. Ein weiterer hierzu beitragender Faktor ist, dass trotz der Wasserzufuhr die Leitfähigkeit des Katholyten auf einem hohen Pegel gehalten wird wegen der Überströmung von Anolyt zu dem Kathodenabteil durch die Überströmleitung 38.

Da sich die Wasserzufuhrleitung 42 nahe dem Boden des Kathodenabteils 31 öffnet, wird das zugeführte Wasser innig gemischt mit dem Katholyten anstatt mehr oder weniger direkt durch den Auslass 40 abzufliessen.

Am Ende der Betriebsperiode wird die Zufuhr elektrischen Stroms zu den Elektroden 33 und 34 unterbrochen und gleichzeitig endet auch die diskontinuierliche Wasserzufuhr von der Zumesseinrichtung 22. Die Unterbrechung der Stromzufuhr führt zur Beendigung der Chlorentwicklung und das gasförmige Chlor, das im Anodenabtei] verbleibt und das Chlor aus der Chlorgasleitung 36A lösen sich schnell in dem Wasser in dem Mischventil 23. Infolgedessen wird ein Teilvakuum oder ein verringerter Druck geschaffen oberhalb des Anolyten in dem Anodenabteil, doch kann dieses Teilvakuum niemals einen relativ niedrigen Wert übersteigen, bestimmt durch den Abstand der Pegel A und B und die Dichte der Lake (der Unterschied der Dichte zwischen frischer Lake und dem Anolyten bleibt hier ausser Betracht); normalerweise entspricht dieser Wert einem oder mehreren Zentimeters Wasserdruck. Wenn der Druck in dem Anodenabteil die Tendenz hat, sich weiter zu verringern, hat der Flüssigkeitspegel E in der Einlassröhre 35 die Tendenz, unter den Pegel A zu fallen und damit atmosphärische Luft in das Anodenabteil einzulassen.

Damit das Teilvakuum im Anodenabteil nicht zur Ursache dazu wird, dass Wasser durch Saugheberwirkung aus dem Mischventil 23 durch die Chlorgasleitung 36A in das Anodenabteil gelangt und damit veranlasst, dass das Anodenabteil mit reinem Wasser gefüllt wird (wegen der schlechten Leitfähigkeit von reinem Wasser) würde dies das Wiederanlaufen der Chlorproduktion verzögern), erstreckt sich die Chlorleitung 36A hinreichend hoch über den Wasserpegel G im Mischventil, um eine solche Saugheberwirkung zu unterbinden. Demgemäss ist der Vertikalabstand H zwischen dem höchsten Abschnitt der Chlorleitung und dem Wasserpegel im Mischventil mindestens gleich dem Abstand zwischen den Pegeln A und B, multipliziert mit dem Verhältnis von Lake- und Wasserdichten (die relativ geringe Differenz zwischen den Dichten von frischer Lake, die in die elektrolytische Zelle gelangt und dem Anolyten wird wiederum ausser Betracht gelassen).

Die Lakequelle 21 umfasst einen Behälter 50, der an einem Halter 51 befestigt ist durch eine ohne weiteres lösbare Verbindung an der Behältermündung; der Halter bildet auch eine Abdeckung für die Behältermündung. Eine vertikale Salzein-setz- und Wassereinlassröhre 52 erstreckt sich nach oben von der Behältermündung und öffnet sich in den obersten Abschnitt des Behälters 50. Ein vertikales Steigrohr 53 erstreckt sich von dem Behälterhals nach unten bis hin nahe zum Boden des Behälters und kommuniziert an seinem oberen Ende über eine Überströmleitung 54 und einen Überlauf 55 mit einem Auslassrohr 56, das sich in die Einlassröhre 35 der Elektrolysezelle öffnet. Stromaufwärts des Überlaufs 55 kommuniziert die Überströmleitung 54 mit einer Wasserzufuhrleitung 57. Jedes Mal zu Beginn eines Neubetriebszyklus wird Wasser durch diese Zufuhrleitung in unten noch im einzelnen zu beschreibender Weise zugeführt.

Ein Durchlass 58 verbindet das Salzeinsetz- und Wasserzufuhrrohr 52 mit einem Auslass der Zumesseinrichtung 22.

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Wenn der Chlorentwickler betriebsfertig zu machen ist, wird Natriumchlorid oder Kochsalz in fester kristalliner Form durch das Rohr 52 eingesetzt, bis dass ein vorgesehener Pegel im Behälter 50 erreicht ist. In den Behälter wird dann Wasser eingesetzt, zweckmässig bis zu einem Pegel gleich oder etwas höher als dem Pegel des Überlaufs 55. In dem Behälter bildet sich demnach eine Lake, die im unteren Teil gesättigt ist und deren Konzentration nach oben allmählich abnimmt. Wenn der Flüssigkeitspegel in dem Rohr 52 genügend hoch ist, enthält das Steigrohr gesättigte Lake bis zum Überlauf 55; der Flüssigkeitspegel im Rohr 52 wird etwas höher sein, weil die Dichte der gesättigten Lake in dem Steigrohr höher ist als die der weniger konzentrierten Lake im Rohr 52. Wenn zusätzliches Wasser in das Rohr 52 eingesetzt wird, wird demgemäss eine entsprechende Menge an gesättigter Lake dazu genötigt, über den Überlauf 55 in die Einlassröhre 35 der elektrolytischen Zelle zu fliessen.

Während der Betriebszyklen liefert die Zumesseinrichtung 22 diskontinuierlich eine jeweils vorgegebene Wasserquantität durch den Durchlass 58 in das Rohr 52 in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise alle wenigen Minuten. Immer wenn dies erfolgt, erhält das Anodenabteil der elektrolytischen Zelle eine entsprechende Quantität an gesättigter Lake. Die Quantität an gesättigter Lake, die dem Anodenabteil zugeführt wird, ist grösser als die Quantität an Anolyt, die versetzt wird, entsprechend dem Faradayischen Elektrolysegesetz, und infolgedessen fliesst etwas Anolyt von dem Anodenabteil in die Überströmleitung 38 und verdrängt eine entsprechende Quantität an Anolyt in das Kathodenabteil 31. Gleichzeitig erhält das Kathodenabteil reines Wasser von der Zumesseinrichtung 22 durch die Leitung 42. Die Wassermengen, welche die Zumesseinrichtung 22 der Lakequelle 21 durch den Durchlass 58 und dem Kathodenabteil 31 durch die Leitung 42 zuführt, werden so gesteuert, dass sie etwa proportional sind der Höhe des Stromes, der zwischen den Elektroden fliesst, d.h. der Elektro-lysierstromdichte.

Da die Lake, die durch die Überströmleitung 54 über den Überlauf 55 strömt, gesättigt ist, kann Salz in fester Form nahe dem Überlauf ausgefällt werden nahe einer Stelle, wo eine gewisse Verdunstung des Wassers in der Lake auch erfolgen kann. Wenn das ausgefällte Salz nicht entfernt wird, kann es allmählich feste Ablagerungen bilden, die die Zufuhr von frischer Lake zu der elektrolytischen Zelle stören. Damit jegliche Salzausfällungen entfernt werden können, bevor sie harte Ablagerungen bilden, sind die Zumesseinrichtung 22 und die diese steuernde Einrichtung 25 so ausgebildet, dass die Zumesseinrichtung einmal während jeder Betriebsperiode (d. h. normalerweise einmal oder wenige Male pro Tag abhängig von der Frequenz, mit der die Betriebsperioden auftreten) eine vorgegebenen Quantität an reinem Wasser in den Trans-ferdurchlass 54 durch den Wasserzufuhrdurchlass 57 einspeist. Dieses Wasser löst alle Salzausfällungen und trägt sie zum Anodenabteil 30 aus. Zu diesem Zweck ist die Zumesseinrichtung 22 aufgebaut wie folgt:

Das Zumesselement der Zumesseinrichtung 22 ist ein So-lenoidventil, das auf einem niedrigeren Pegel angeordnet ist als das Mischventil 23 und mit einem Einlass angeschlossen ist an das Mischventil und an zwei Auslässe, von denen der eine verbunden ist mit dem Salzeinsetz- und Wassereinlassrohr 52 der Lakequelle durch den Durchlass 58 und der andere verbunden ist mit einer Staukammer 59. Die Staukammer ihrerseits ist verbunden mit der Wasserzufuhrleitung 42 der Elektrolytzelle durch einen Durchflussbegrenzer 60 und eine Wasserleitung 61 sowie mit der Wasserzufuhrleitung 57. Die Verbindung zur Wasserzufuhrleitung 57 erfolgt derart, dass Wasser in diese Leitung nur dann fliessen kann, wenn die Staukammer 59 bis zu einem vorgegebenen Pegel gefüllt ist.

Der Durchflussbegrenzer 60 ist so bemessen, dass der vorgegebene Pegel dann nicht erreicht wird, wenn das Solenoidven-til wiederholt und regelmässig geöffnet wird, z.B. jede Minute oder alle zwei Minuten während der Betriebsperioden, um nur eine relativ kleine Quantität, z. B. 4 bis 5 Kubikzentimeter Wasser in die Staukammer einzuführen,doch wird dieser Pegel nur dann erreicht, wenn während jeder Betriebsperiode das Solenoidventil geöffnet wird, um eine extragrosse Quantität Wasser, z. B. 40 bis 50 Kubikzentimeter abzugeben. Ein erheblicher Anteil dieser grossen Wassermenge fliesst durch die Wasserzufuhrleitung 57 in die Überströmleitung 54 und spült alle Salzreste fort und in die Auslassröhre 56, welche in die Einlassröhre 35 der elektrolytischen Zelle mündet. Es hat sich gezeigt, dass es normalerweise genügt, die grosse Wassermenge für das Entfernen von Salzresten nur einmal pro Betriebsperiode zuzuführen, d.h. einmal oder wenige Male pro Tag, doch kann, falls es erforderlich ist, diese grössere Wassermenge auch häufiger zugeführt werden.

Das Solenoidventil der Zumesseinrichtung 22 ist normalerweise geschlossen und öffnet im Ansprechen auf ein Signal von der Einrichtung 25, um durch die beiden Auslässe einer Wassermenge abzugeben, die proportional ist der Dauer des Signals. Die Auslässe sind so bemessen, dass der Auslass verbunden mit der Staukammer 59 etwa dreimal die Wassermenge empfängt, die der Salzeinlass- und Wasserzufuhrröhre 52 zugeführt wird. Dieses Verhältnis von etwa 3:1 hat sich als in einem bestimmten Falle zweckmässig erwiesen, doch liegt es im Rahmen der Erfindung, dieses Verhältnis innerhalb eines weiten Bereiches zu ändern, von etwa 1:1 bis etwa 5:1. Der bevorzugte Bereich ist etwa 2:1 bis etwa 4:1. Das Verhältnis, dass das beste Ergebnis (relativ zum Wirkungsgrad und zur Kühlung) liefert, hängt ab u.a. von dem Überschuss an Anolyt, der durch die Überströmleitung 38 übertragen wird, d.h. von der Quantität an frischer Lake, die in die Elektrolytzelle durch die Einlassröhre 35 eingesetzt wird.

Das Mischventil 23, das dazu dient, das in der Elektrolysezelle erzeugte Chlor mit einem Strom von Wasser zu mischen, der abgetrennt wird aus der Umwälzleitung 11 und das ferner dazu dient, Wasser unter konstant hydrostatischem Druck zu der Zumesseinrichtung 22 zu fördern, weist einen Wasserein-lass 70 auf, angeschlossen an die Einlassleitung 14 der Chloriervorrichtung und einen Chlorgaseinlass 71, verbunden mit der Chlorgasleitung 36A, einen Wasserauslass 72, verbunden mit dem Einlass der Zumesseinrichtung 22 und einen Chlor-wasserauslass 73, verbunden mit dem Saugeinlass der Strahlpumpe 24.

Der Wassereinlass 70 ist, wie auch der Chlorwasserauslass 73 gesteuert von einem gemeinsamen Schwimmer 74 in einer belüfteten Schwimmerkammer 75 und einem schwenkbeweglichen Ventilglied 76, das mit dem Schwimmer verbunden ist, wobei die Steuerung derart erfolgt, dass der Einlass 70 geöffnet und der Auslass 73 geschlossen wird in Abhängigkeit von der Absenkung des Schwimmers, während der Einlass 70 geschlossen wird und der Auslass 73 sich öffnet im Ansprechen auf das Hochsteigen des Schwimmers. Der schwimmergesteuerte Ventilmechanismus hält den Wasserpegel in der Schwimmerkammer auf einem konstanten Pegel G, der oberhalb des Punktes liegt, wo der Chlorgaseinlass 71 sich in die Schwimmerkammer öffnet. Sinngemäss gelangt das Chlorgas aus der Leitung 36A in die Schwimmerkammer immer unterhalb des Wasserpegels G und das Chlorgas wird unmittelbar durch den Chlorwasserauslass 73 in noch zu beschreibender Weise ausgebracht. Der Chlorwasserauslass 73 befindet sich ebenfalls unter dem Wasserspiegel G nahe dem Chlorgaseinlass 71 und beide, der Chlorwasserauslass und der Chlorgaseinlass sind umschlossen von einer Schürze 77, die einen nach oben geschlossenen Raum begrenzt, mit dem der Chlorwasserauslass kommuniziert und in den der Chlorgaseinlass mündet. Diese Anordnung stellt sicher, dass das Chlorgas unmittelbar s

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in dem Wasser gelöst und von diesem ausgetragen wird, das durch den Chlorwasserauslass 73 strömt und wirksam daran gehindert wird, in die Schwimmerkammer zu entweichen.

Der mechanische Aufbau der Chloriervorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der es sich um eine ins einzelne gehende s Darstellung der oben beschriebenen Hauptteile mit Ausnahme der Stromversorgungs- und Steuereinrichtung 25 handelt.

Diese Hauptteile, d. h. elektrolytische Zelle 20, die Lakequelle 21, die Zumesseinrichtung 22, das Mischventil 23 und die Strahlpumpe 24 und bestimmte Hilfseinrichtungen (nicht io dargestellt) sind in eine gemeinsame Baueinheit kombiniert,

fertig vorbereitet für den Anschluss an die Umwälzleitung 11 des Beckens und an die Stromversorgungs- und Steuereinrichtung 25. Diese Einheit kann auf einer horizontalen Grundplatte aufgebaut werden oder kann an einem Ständer oder is einer anderen Aufhängung an einer Wand oder einem Rahmen mittels des Halters 51 befestigt werden.

Der Halter 51 ist einstückig aufgebaut mit der Salzeinsetz-und Wasserzufuhrröhre 52 und mit einem Kopf 79, der Elektrolytzelle. Dieser Kopf, der eine strukturelle Verbindung 20 zwischen der Elektrolytzelle 20 und der Lakequelle 21 bildet, ist innen mit der Überströmleitung 54, dem Überlauf 55, dem Auslassrohr 56, der Wasserzuführleitung 57, der Staukammer 59, dem Durchflussbegrenzer 60 und der Leitung 61 ausgebildet, die sich in die Wasserzufuhrleitung 42 öffnet. An dem 2s Kopf 79 ist die Chlorgasleitung 36A angeordnet, die mit dem Mischventil 23 in oben beschriebener Weise verbunden ist und sich hinreichend weit über den Wasserpegel G in jenem erstreckt, um die Saugheberwirkung vom Mischventil in die elektrolytische Zelle zu unterbinden. 30

Die Zumesseinrichtung 22, das Mischventil 23 und die Strahlpumpe 24 mit ihren Anschlüssen 14A, 14B für Einlass und Rücklaufleitungen 14,15 aus Figur 1 sind fest verbunden mit dem Rohr 52 und auf einem Pegel oberhalb des höchst möglichen Pegels des Wassers im Rohr 52 angeordnet, der 35 erreicht werden kann.

Die Hauptteile der elektrolytischen Zelle 20 sind zwei identische Gehäuseabschnitte, nämlich ein Anodenabteilabschnitt

80 und ein Kathodenabteilabschnitt 81, die miteinander verschraubt sind in spiegelbildlicher Anordnung, wobei die Membran 32 zwischen die beiden Gehäuseabschnitte geklemmt ist, und die beiden Elektroden 33 und 34 (die Elemente 33 und 34 sind in Figur 2 nicht erkennbar). Eine Basis 82 schliesst das Anodenabteil 30 und das Kathodenabteil nach unten und ist mit Ablaufstopfen 83 und 84 für das Anoden- bzw. Kathodenabteil versehen. Ein Adapter 85 ist zwischen dem Kopf 79 und der Oberseite der Anoden- und Kathodenabteilabschnitte 80,

81 angeordnet und besteht aus transparentem Material, um das Einsetzen von Lake und Wasser visuell beobachten zu können. Die Seitenwandung des Kathodenabteilabschnitts 81 weist ein Verbindungsstück 86 auf, das den Überlauf 40 des Kathodenabteils bildet und verbunden ist mit einem Auslassschlauch (nicht dargestellt) von einem Überlaufauslass des Mischventils 23.

Das Rohr 35A, das die Einlassröhre 35 umgibt, wie auch die Überströmleitung 38 zwischen Anodenabteil 30 und Kathodenabteil 31 und jener Anteil der Wasserzufuhrleitung 42, der sich unterhalb des Adapters 85 befindet, werden von inneren Kanälen oder Bohrungen in dem Anodenabteilabschnitt 80 und Kathodenabteilabschnitt 81 gebildet. Die Lakeeinlassröhre 35 ist ein kurzes, vertikales Rohr dessen oberes Ende mit dem Anodenabteilabschnitt verbunden ist und dessen unteres Ende sich nach unten in das Anodenabteil erstreckt. Ein Stopfen 87 befestigt am Kopf 79 mit einer Belüftungsöffnung stellt sicher, dass das obere Ende der Einlassröhre 35 immer unter Atmosphärendruck steht.

Die Abmessungen für die Vorrichtung gemäss der Erfindung können so getroffen werden, dass der normale Chlorbedarf der meisten Anlagen der eingangs erwähnten Gattung erfüllt werden kann, wobei immer noch relativ geringe Abmessungen möglich sind. Wenn in irgendeinem bestimmten Falle der Chlorbedarf zu gross ist, um von einer einzelnen Vorrichtung erhältlichen Grösse erfüllt zu werden, ist es natürlich nötig, zwei oder mehr Chloriervorrichtungen parallel arbeiten zu lassen.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. 626408

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zum Chloren von Wasser, gekennzeichnet durch a) eine Elektrolysezelle (20) mit einem Anodenabteil (30) mit einem Lakeeinlass (35) und einem Chlorgasauslass (36) und einem Kathodenabteil (31) mit einem Katholytüberlauf-auslass (40), der gegen die Atmosphäre belüftet ist,

   einer im wesentlich vertikal angeordneten Membran (32), die im wesentlichen nur für Kationen durchlässig ist und eine Barriere zwischen dem Anoden- und dem Kathodenabteil definiert, und einer Überströmleitung (38), deren permanente Füllung einen Gasaustausch verhindert und die sich zwischen dem Anodenabteil (30) und dem Kathodenabteil (31) erstreckt und mit dem Kathodenabteil (31) an einem ersten Überlauf (C) kommuniziert und mit dem Anodenabteil (30) an einem zweiten Überlauf (37), der einen maximalen Anolytpegel (B) definiert, wobei der Pegel von mindestens einem dieser Überläufe soweit oberhalb des Pegels (D) des Katholytüberlaufaus-lasses (40) liegt, dass der Übertritt von Flüssigkeit aus dem Kathodenabteil (31) durch die Überströmleitung (38) in das Anodenabteil (30) verhindert wird,

   b) eine Lakequelle (21) mit einem Chloridbehälter (50) zur Aufnahme einer Charge, einer elektrolysierbaren Chloridverbindung in fester Form mit Mitteln (22) für die gesteuerte Zufuhr von Wasser in den Chloridbehälter (50) zur Erzeugung von Lake in diesem, und mit Lakezufuhrmitteln (22, 53-56) für die Zufuhr von Lake zum Lakeeinlass (35) der Elektrolysezelle (20), und c) einen Chlorgas-Wasser-Mischer (23) mit einem Chlorgas-einlass (71), angeschlossen an den Chlorgasauslass (36) der Elektrolysezelle (20) und mit einem Einlass (70) und einem Auslass (73) für eine Strömung von zu chlorendem Wasser, welcher Wasserstromauslass (73) mit dem Chlorgaseinlass (71) kommuniziert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel (C) des ersten Überlaufs höher liegt, als der Pegel (D) des Katholytauslasses (40) und dass der Pegel (B) des zweiten Überlaufs (37) höher liegt als der Pegel (C) des ersten Überlaufs.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel (22, 59-61, 42), für die gesteuerte Zufuhr von Wasser zum Kathodenabteil (31) der Elektrolysezelle (20) in vorgegebenen volumetrischem Verhältnis zu der Wassermenge, die dem Chloridbehälter (50) zugeführt wird, wobei das Verhältnis zwischen 1:1 und 5:1 liegt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (22, 59-61, 42) für die gesteuerte Zufuhr von Wasser zum Chloridbehälter (50) und zum Kathodenabteil (31) für die intermittierende Wasserzufuhr in vorgegebenen diskreten Quantitäten ausgebildet sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lakezufuhrmittel ein Steigrohr (53) umfassen, das sich von einer Stelle nahe dem Boden des Chloridbehälters (50) nach oben erstreckt, sowie eine Lakezufuhrleitung (54—56), die vom oberen Ende des Steigrohrs (53) zum Lakeeinlass (35) der Elektrolysezelle (20) erstreckt und einen dritten Überlauf (55) auf einem Pegel aufweist, der höher liegt als die Pegel (C, B) des ersten und des zweiten Überlaufs, und dass die Mittel für die gesteuerte Zufuhr von Wasser zu dem Chloridbehälter eine Wasserquelle (23) und eine Zufuhrmesseinrichtung (22) für die Zufuhr in regelmässigen Intervallen eines vorgegebenen ersten Wasservolumens von der Wasserquelle zum Kathodenabteil (31) unter der Wirkung eines konstanten hydrostatischen Druckes umfassen und für die Zufuhr in mehrfach längeren Intervallen eines mehrfach grösseren zweiten Wasservolumens zur Lakezufuhrleitung (54, 56) stromaufwärts des dritten Ueberlaufs (55).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Bildung einer Staukammer (59) mit einem an den Auslass der Zumesseinrichtung (22) angeschlossenen Einlass zur Aufnahme der ersten und zweiten Wasservolumina, mit einem ersten Auslass, einer Wasserleitung (61) mit einem Durchflussbegrenzer (60) zum Verbinden des ersten Auslasses mit dem Kathodenabteil (31) und mit einem Überlauf auslass (57), der mit der Lakezufuhrleitung (54, 56) kommuniziert, wobei die Staukammer (59) und der Durchflussbegrenzer (60) so bemessen sind, dass der Pegel des Überlaufauslasses (57) in der Staukammer (59) nur bei Zufuhr des zweiten Wasservolumens erreicht wird.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lakeeinlass (35) der Elektrolysezelle gegen die Atmosphäre belüftet ist und ein Rohrelement umfasst, das sich nach unten in das Anodenabteil (30)

   erstreckt und dort auf einen Pegel (A) mündet, der tiefer liegt als der Pegel (B) des zweiten Überlaufes (37), dass der Chlorgas-Wasser-Mischer (23) ein belüftetes Wasserreservoir (75) umfasst und Mittel (74, 76) für die Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserpegels (G) im Wasserreservoir, wobei sich der Auslass (73) für den zu chlorenden Wasserstrom und der Chlorgaseinlass (71) in das Wasserreservoir (75) unter diesem Wasserpegel (G) öffnen, und dass die Verbindung des Chlorgaseinlasses (71) und des Chiorgasauslasses (36) des Anodenabteils (31) mittels einer Chlorgasleitung (36A) vorgesehen ist, die sich bis zu einem soweit (H) oberhalb des Wasserpegels (G) liegenden Pegel erstreckt, dass ein Ansaugen des Wassers aus dem Wasserreservoir (75) in die Elektrolysezelle (20) durch Unterdruck im Anodenabteil solange unterbunden ist, wie die Differenz zwischen dem Unterdruck und dem Atmosphärendruck kleiner ist als der hydrostatische Druck, der hervorgerufen wird durch die Anolytsäule zwischen dem Mündungspegel (A) des rohrförmigen Elementes (35) und dem Pegel (B) des zweiten Überlaufs (37).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Lakeleitung (35A), die den untersten Abschnitt des Rohrelementes (35) mit Abstand umgibt und die sich nach oben über den Pegel (B) des zweiten Überlaufes (37) und nach unten bis mindestens zu einem Pegel nahe dem Pegel der untersten Abschnitte des Elementes (33), bei welchem Chlorgas im Anodenabteil entwickelt wird, erstreckt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserreservoir (75) eine Mischkammer umfasst, die im wesentlichen haubenförmig ist, und dass der Chlorgaseinlass (71) und der Auslass (73) für den zu chlorenden Wasserstrom in das Innere dieser Mischkammer oberhalb deren unterer Kante münden.