DE102018004450A1

DE102018004450A1 - Verfahren zur Aktivhaltung und Reaktivierung von elektrochemischen Sensoren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102018004450A1
Application number: DE102018004450.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: ECM GmbH
Current assignee: ECM GmbH
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Verfahren zur Aktivhaltung und Reaktivierung eines elektrochemischen Sensors, der in einem zu überwachenden Messwasser angeordnet wird und dem eine Elektrolyse-Zelle in einem Abstand vorgelagert wird, um zwischen dem Sensor und der Elektrolyse-Zelle in dem angrenzenden Messwasser ein hochwirksames Reinigungs- und Desinfektionsmittel zu erzeugen, das Biofilmen und Ablagerungen entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet,dass eine gekapselte Elektrolyse-Zelle (EZ) mit einem membranbedeckten Diffusionsfenster zur Abgabe des Reinigungs- und Desinfektionsmittels verwendet wird,dass als Reinigungs- und Desinfektionsmittel Chlor oder Chlordioxid verwendet wird, unddass der Messbereiche des elektrochemischen Sensors (CS) und die Membran (8) der Elektrolyse-Zelle (EZ) mit Abstand zueinander in einem Strömungskanal (S) angeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivhaltung und Reaktivierung von elektrochemischen Sensoren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Elektrochemische amperometrische Sensoren für die Messung des Gehaltes an Chlor, Chlordioxid, Ozon, Peressigsäure, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Brom, Chlorit und Ammoniak in Prozesswasser und anderen Flüssigkeiten sind bekannt. Bei diesen Flüssigkeiten kann es sich z.B. um Trinkwasser, Schwimmbadewasser, Kühlwasser, Wasser für Anlagen zur Umkehrosmose, Prozesswasser, Brauchwasser, Meerwasser oder Dialysewasser handeln.
Die Sensoren für die genannten Stoffe können als Zwei- oder Drei-Elektrodenausführungen mit einer Arbeitselektrode aufgebaut sein. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der Sensoren besteht für die Arbeitselektrode darin, die zu untersuchenden Flüssigkeiten können in direkten Kontakt mit der Arbeitselektrode treten oder die Arbeitselektrode wird durch eine Membran abgedeckt, die der Arbeitselektrode vorgelagert ist. Die zu untersuchenden Stoffe diffundieren durch die Membran und werden von dem Sensor messtechnisch ausgewertet.
Unabhängig davon, ob eine freie oder eine membranbedeckte Arbeitselektrode eingesetzt werden, kommt es früher oder später zu Betriebsstörungen des Sensors. Ursache dieser Störungen, die die Messungen nachteilig beeinflussen, sind Ablagerungen, Verschleimungen oder Biofilme auf der Arbeitselektrode oder der Membran der elektrochemischen Sensoren.
Es wurden bereits zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, wie die Arbeitselektrode oder die Membran von Biofilm und anderen Ablagerungen befreit werden können. Zum Beispiel wurden Lösungen mit Ultraschall, mit UV-Licht, mit elektrischen Mitteln, mit mechanische Mittel, mit Ozon oder mit Elektrolyse-Zellen vorgeschlagen.
Bekannte Beispiele, die zur Reinigung, Desinfektion oder Reaktivierung der Membran oder der Arbeitselektrode eine Elektrolyse-Zelle verwenden, sind:

Die US - Schrift 5 162 077 zeigt eine Vorrichtung mit einem elektrochemischen Sensor, der eine Membran aufweist, bei der mittels einer Elektrolyse-Zelle mit vorgelagerten Elektroden die Membran gereinigt wird. Die mit Spannung versorgten Elektroden der Elektrolyse-Zelle sind nahe der Membran des Sensors in dem Prozesswasser mit angeordnet.

Der DE 198 59 814 A1 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, bei der Wasser mit einer Bypassleitung abgezweigt und zur Entkeimung einer Elektrolysezelle zugeführt wird.
In der DE 103 52 480 A1 wird verunreinigtes Schlammwasser eines Schwimmbeckens einer Elektrolysezelle zugeführt, die Chlor erzeugt. Durch Umpolen der Spannung an den Elektroden der Elektrolysezelle werden die Elektroden zusätzlich gereinigt.
Der EP 2 398 938 ist eine röhrenförmige Elektrolysezelle zu entnehmen, der über Zu- und Abflüsse längs des hülsenförmigen Gehäuses der Elektrolysezelle Prozesswasser zugeführt wird.
Aus der WO 88/07194 ist es bekannt, eine niederfrequente Wechselspannung an die Elektroden eines Sensors anzulegen, damit eine Elektrolyse eintritt, um die Elektroden von Verunreinigungen zu reinigen.
Aus der EP 2 605 007 ist gleichfalls ein Verfahren zum Reinigen von Elektrodenoberflächen bekannt, bei dem Gleichspannung an den Elektroden für bestimmte Zeitabschnitte umgepolt wird.
Aus der DE 103 09 022 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche von Elektroden in einer Messzelle bekannt, die von einem Medium durchströmt wird. Es kann sich hierbei um Wasser handeln, dessen Chlorgehalt bestimmt werden soll. Durch Umschalten der Polung der Gleichspannung wird die Reinigung der Elektrodenoberfläche bewirkt.
Aus der DE 38 22 451 A1 ist ein System zum Reinigen einer Elektrode vom Bewuchs bekannt, bei dem eine hülsenförmige Membran mit einer Ringkammer auf die Elektrode aufgeschoben wird. Der Ringkammer wird ein toxisch wirkendes Mittel zugeführt, um die Elektrode von dem Bewuchs zu befreien.
Aus der EP 0 212 038 ist eine Reinigungsvorrichtung für elektrochemische Sensoren bekannt, bei der eine ringförmige Hülse mit einem Elektrolyten auf den Kopf des Sensors zu Reinigungszwecken zeitweise aufgeschoben wird. Zusätzlich weist die Hülse eine Regenerier-Elektrode auf, die mit Stromimpulsen angesteuert wird.
Bekannte Beispiele, die verschiedene Bauformen von Elektrolyse-Zellen zeigen, sind:

Der DE 197 48 725 A1 ist eine Distanzscheibe zu entnehmen, die einen zu reinigenden Sensor trägt, der in einer Kammer angeordnet ist. Weiter ist in der Kammer ein Piezoschwinger mit Abstand zu dem Sensor angeordnet. Die Kammer weist Durchbrüche (3) auf, in der ein Fluid strömt, das mit Ultraschall in Schwingungen versetzt wird, die die Oberfläche des Sensors reinigen.

Aus der DE 43 91 418 T1 ein stabförmiger Elektrolyseur koaxialer Bauform mit einer Außenelektrode und einer Innenelektrode bekannt (vgl. 2). Die Elektroden spannen einen Arbeitsraum auf. Zwischen den Elektroden ist eine hülsenförmige Keramikmembran angeordnet. Zum Durchfluss von Wasser, das mittels Chlor gereinigt werden soll, sind an den Enden des stabförmigen Elektrolyseurs Eintritts- und Austritts-Öffnungen vorgesehen. Zur Behandlung des Wassers wird Spannung an die Elektroden angelegt.
Der DE 10 2014 010 901 ist eine koaxiale Bauform einer Vorrichtung zum Abbau von Biofilmen bekannt. Zwischen den Elektroden ist ähnlich der DE 43 91 418 T1 ein poröses Diaphragma angeordnet. Als Ausgangswasser wird Natriumchlorid verwendet, das beim Anlegen von Spannung an den Elektroden in Chlordioxid hoher Konzentration umgewandelt wird.
Aus der DE 10 2009 054 279 A1 ist ein System von Mess-Zellen bekannt, die nebeneinander angeordnet Chlordioxid und Chlorit in einer Flüssigkeit gleichzeitig messen können.
Aus der DE 10 2010 030 489 A1 ist ein Fluidsystem mit einer Fludikeinheit bekannt, die mehrere Zuleitungen und Kanäle aufweist, über die verschiedene Stoffe miteinander mischbar sind.
Aus der WO 2010/139398 A1 ist ein System zur Fließinjektion bekannt, das in Form von Distanzscheiben ein Dosiermodul mit einem Dosierkanal und ein Mischmodul mit einem Mischkanal aufweist.
Aus der WO 2005/045422 A1 ist ein elektrochemischer Sensor bekannt, der mit einer Membran ausgestattet ist, die über Strömungskanäle mit Flüssigkeiten anströmbar ist.
Aus der DE 10 2012 112 457 ist ein Durchfluss-Messgerät bekannt, bei dem eine Hülse in einem Durchflusskanal eingesetzt ist, die Bohrungen aufweist, über die die zu vermessende Flüssigkeit einem Sensor zugeführt wird.
Bekannte Beispiele, die aufzeigen, wie Chlor und Chlordioxid herzustellen ist, werden nachfolgend beschrieben. Teilweise wird das im Wasser gelöste Chlor, verwendet, das in Form von freiem Chlor, gebundenen Chlor und auch an Cyanursäure gebundenem Chlor vorliegen kann.
Der DE 34 30 610 A1 ist ein Verfahren zu entnehmen, bei der das zu entkeimende Wasser durch einen Durchflusskammer einer Zelle geführt wird (3), die plattenförmige Elektroden aufweist. Die Elektroden weisen einen Abstand von 0,3 bis 1mm auf und sind durch eine Membran voneinander getrennt. Eine Elektrode bildet eine Anode und die andere Elektrode bildet eine Kathode. Wird Spannung an die Elektroden angelegt, werden Keime in dem Wasser gemäß dem Prinzip der elektrolytischen Dissoziation durch freies Chlor abgetötet.
Aus der DE 34 30 316 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entkeimung von Trinkwasser im zahnärztlichen Bereich mit einer Elektrolyse-Zelle bekannt, die eine Durchflusskammer in einem länglichen Gehäuse aufweist. In der Durchflusskammer sind plattenförmige Elektroden angeordnet, die im Abstand von 0,5 bis 2mm angeordnet sind. Nach dem Anlegen von Spannung wandelt die Elektrolyse-Zelle aufgrund elektrolytischer Reaktion das im Wasser vorhandenen Chlorid in freies Chlor und Hypochlorit um. Die Durchflusskammer weist an dem unteren und dem oberen Ende des Gehäuses einen Zufluss- und einen Abfluss-Kanal auf.
Der DE 10 2008 004 663 A1 ist zur Entkeimung eine Elektrolysezelle zu entnehmen, die zur elektrolytischen Erzeugung von Chlor Diamantelektroden verwendet.
Aus der DE OS 2 412 394 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Chlordioxid bekannt, bei der eine wässerige Lösung von Natriumchlorid und Natriumchlorit einer Elektrolyse in einer Elektrolyse-Zelle unterzogen wird. Die Anode und die Kathode der Elektrolyse-Zelle sind durch ein poröses Diaphragma voneinander getrennt.
In der DE 10 2013 010 950 B4 wird eine Elektrolyse-Zelle mit einer Durchflussanode beschrieben, um Chlordioxid zu erzeugen.
Aus der DE 198 46 258 A1 ist es zur Herstellung von Chlordioxid bekannt, die Metallelektroden der Elektrolyse-Zelle mit Edelmetall zu beschichten. Bevorzug werden Eisen- und Titanelektroden verwendet.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird von der US - Schrift 5 162 077 als am nächst kommenden Stand der Technik ausgegangen. In der US-Schrift wird der Membran eines Sensors eine Elektrolyse-Zelle im Prozesswasser vorgelagert. Für die Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Distanzscheibe wird von der DE 10 2009 054 279 A1 des Anmelders ausgegangen, bei der zwei unterschiedliche Sensoren in einem Prozesswasser angeordnet sind.
Obwohl - wie ausgeführt - zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt sind, die über Elektrolyse-Zellen erzeugtes Chlor oder Chlordioxid zur Reinigung, Desinfektion und Reaktivierung von elektrochemischen Sensoren verwenden, sind die Einsatz- und Anwendungsgebiete begrenzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aktivhaltung und Reaktivierung von elektrochemischen Sensoren mittels einer Elektrolyse-Zelle zu verbessern, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, um die Einsatzmöglichkeiten bei unterschiedlichen elektrochemischen Sensoren zu erweitern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruch 6 gelöst.
Da die erfindungsgemäße Elektrolyse-Zelle EZ gekapselt ist, lassen sich das Verfahren auf verschiedene Messzellen CS anwenden. Hierbei bilden die jeweilige Messzelle CS, die Durchflussarmatur und die gekapselte Elektrolyse-Zelle EZ eine erfinderische Baueinheit.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Messzellen CS weit entfernt von einer Steuerungs- und Überwachungs-Einheit reinigen, desinfizieren und in ihrer Funktion überwachen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich analytische Messungen, die ansonsten nur mit hohem Personalaufwand und Kosten durchführbar sind, wesentlich verbessern.
Je nach Art des Elektrolyten in der Elektrolyse-Zelle lassen sich in vorteilhafter Weise Chlor oder Chlordioxid als Reinigungs- und Desinfektionsmittel am Kopf der Messzelle CS direkt vor Ort erzeugen. Das Reinigungs- und Desinfektionsmittel muss nicht mehr dem Messwasser zugeführt werden, was für sich einen hohen Installationsaufwand beinhaltet. Eine Vorratshaltung an Chemikalien zur Reinigung und Desinfektion ist aufgrund der Erfindung nicht mehr erforderlich. Die direkte Zufuhr eines bevorrateten Reinigungs- und Desinfektionsmittels in das Messwasser ist nach der Erfindung nicht mehr erforderlich, zumal die Wasserqualität des Messwassers unterschiedlich sein kann und zu Störungen führt.
Die Menge an Reinigungs- und Desinfektionsmittel in Form von Chlor oder Chlordioxid diffundiert durch die Membran der Elektrolyse-Zelle EZ und gelangt durch das Messwasser als Transportmittel zu der elektrochemischen Messzelle CS, die von Biofilm und anderen Ablagerungen gereinigt werden soll. Aufgrund der Erfindung sind nur geringe Mengen an Chlor oder Chlordioxid erforderlich, wenn sich die Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle in einem kurzen Abstand gegenüberstehen. Um die Wirkung des Reinigungs- und Desinfektionsmittels zu erhöhen, ist es vorteilhaft den Durchfluss des Messwassers kurzfristig abzustoppen, weshalb lange Ausfallszeiten des Gesamtsystems nicht erforderlich sind.
Um den Abstand zwischen der Messzelle CS, die von Biofilm befreit werden soll, und der Elektrolyse-Zelle EZ, die Chlor oder Chlordioxid erzeugt, genauer einzuhalten, ist eine erfindungsgemäße Distanzscheibe vorgesehen. Die Distanzscheibe weist in vorteilhafter Weise Strömungskanäle auf, um das Reinigungs- und Desinfektionsmittel gezielter der Messzelle CS zuzuführen.
In vorteilhafter Weise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die diskontinuierliche Desinfektion der elektrochemischen Messzelle CS vorgenommen werden, die entsprechend ihrer Funktion ein Sensorsignal liefert, das bewertet werden kann. In vorteilhafter Weise kann so die Funktion der Messzelle CS langfristig sichergestellt werden, was Kosten und personellen Aufwand reduziert.
In vorteilhafter Weise weist die erfindungsgemäße Elektrolyse-Zelle EZ ein Stabform auf und kann die identische Bauform aufweisen, die die Messzelle CS besitzt. Auf diese Weise kann die Elektrolyse-Zelle EZ leicht in vorhandene Durchflussarmaturen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, der Messzelle CS eine erste Elektrolyse-Zelle EZ, die Chlor erzeugt, und eine zweite Elektrolyse-Zelle EZ, die Chlordioxid erzeugt, in einer Durchflussarmatur vorzulagern. Die Wirkung von Chlor und Chlordioxid auf Ablagerungen, Verschleimungen und Biofilme ist unterschiedlich. Durch diese vorteilhafte Anordnung von zwei verschiedenen Elektrolyse-Zellen EZ lassen sich unterschiedliche Reinigungs- und Desinfektionswirkungen erzielen.
Die Erfindung ist nicht auf die Erzeugung von Chlor und Chlordioxid durch die Elektrolyse-Zelle EZ beschränkt. Werden andere Elektrolyte verwendet, lassen sich bei Bedarf auch andere Reinigungs- und Desinfektionsmittel in einer gekapselten und membranbedeckten Zelle erzeugen, die der jeweiligen Messzelle CS vorgelagert wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer bekannten elektrochemischen Mess-Zelle CS und einer Elektrolyse-Zelle EZ, die in einer Durchflussarmatur eingesetzt sind;
2 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Durchflussarmatur in 1 mit einer Chlor-Messzelle und einer Elektrolyse-Zelle;
3 Steuerdiagramme zum Betreiben der Vorrichtung nach 1 und 2;
4 eine Distanzscheibe in einem Ausschnitt des Spaltbereichs zwischen der Chlor-Messzelle und der Elektrolyse-Zelle;
5 eine Draufsicht entlang der Schnittlinie CC in 3;
6 eine perspektivische Ansicht der Distanzscheibe aus 4;
7 eine Seitenansicht der Distanzscheibe entlang der Schnittlinie AA in 5;
8 eine Seitenansicht der Distanzscheibe entlang der Schnittlinie BB in 5;
9 eine erste Ausführungsform einer stabförmigen Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung; und
10 eine zweite Ausführungsform einer stabförmigen Elektrolyse-Zelle.

1 zeigt eine längliche Durchflussarmatur 1, die sich in Richtung der Achse X erstreckt. Quer zu der Achse X erstreckt sich ein Strömungskanal S längs der Achse Y. Eine längliche elektrochemische Mess-Zelle (nachfolgend mit CS bezeichnet) ist in eine Bohrung 5 der Durchflussarmatur 1 eingesteckt, die sich in Richtung der Achse X erstreckt.
Wichtig ist, es können alle elektrochemischen Mess-Zellen zur Anwendung kommen, die zum Beispiel Chlor, Chlordioxid, Ozon, Peressigsäure, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Brom, Chlorit und Ammoniak in einem Prozesswasser messen und überwachen. Bei der elektrochemischen Messzelle - in Zwei- oder Drei-Elektrodenausführung - kann es sich um einen amperometrischen Sensor mit und ohne vorgelagerter Membran handeln. Nachfolgend wird anstelle für alle elektrochemischen Sensoren beispielhaft eine Chlor-Messzelle CS beschrieben, die an der Stirnseite eine Membran 7 aufweist.
Die Chlor-Messzelle CS ragt mit ihrer Stirnseite und der Membran 7 in den quer verlaufenden Strömungskanal S. Die Durchflussarmatur 1 weist zusätzlich eine Bohrung 6 auf, die sich gleichfalls in Richtung der Achse X erstreckt. In der Bohrung 6 ist eine Elektrolyse-Zelle EZ eingesteckt, die an ihrer Stirnseite eine Membran 8 aufweist. Die Chlor-Messzelle CS und die Elektrolyse-Messzelle EZ liegen auf der gedachten Achse X. Die Membran 8 der Elektrolyse-Zelle EZ ragt gleichfalls in den Strömungskanal S und steht der Membran 7 in einem Abstand „h“ gegenüber.
Nachfolgend wird zur einfacheren Beschreibung der Funktionsweise und des Verfahrens angenommen, dass die Chlor-Messzelle CS auch Chlordioxid messen könnte. Soll Chlordioxid gemessen werden, ist eine andere Messzelle zu verwenden.
Dem Strömungskanal S wird in 1 längs der Achse Y Prozesswasser zugeführt, das nachfolgend mit Messwasser M bezeichnet wird. Die Chlor-Messzelle CS dient der Messung des Chlorgehaltes in dem Messwasser M. Unter Messwasser M sind alle Flüssigkeiten und Prozesswasser zu verstehen, die mittels elektrochemischer Sensoren überwacht werden sollen. Eine wichtige Messgröße des Messwassers M ist das im Wasser gelöste Chlor, welches in Form von freiem Chlor, gebundenem Chlor und auch an Cyanursäure gebundenem Chlor vorliegen kann.
Die Elektrolyse-Zelle EZ dient der Erzeugung von Chlor oder Chlordioxid. Die Membran 8 der Elektrolyse-Zelle EZ kann aus Silikon, Teflon oder anderen geeigneten Materialien bestehen. Die Achse x bildet die Achse, in der die Messzellen CS und EZ in der Durchflussarmatur eingelagert sind. In 1 verläuft der Strömungskanal S längs der Achse Y und quer zu der Achse X. Das Messwasser M strömt in der Ausführungsform nach 1 in gerader Linie an beiden Membranen 7 und 8 vorbei.
In unerwünschter Weise können sich Ablagerungen, Schleim und Biofilme auf der Membran 7 ausbilden, die die Betriebsfunktion der Chlor-Messzelle CS bereits nach Tage oder Wochen erheblich stören. Das messtechnische Überwachen des Messwassers M mittels der Chlor-Messzelle CS kann aufgrund der Biofilme sogar zum vollständigen Ausfall der Chlor-Messzelle CS führen, die entweder reaktiviert oder ausgetauscht werden muss. Dies ist eine Betriebsstörung des Systems.
Die Elektrolyse-Zelle EZ kommt vorzugsweise nur zeitweise zum Einsatz, wenn die Funktion der Chlor-Messzelle CS gestört ist oder reaktiviert werden muss. Hierzu erzeugt die Elektrolyse-Zelle EZ bei Bedarf Chlor oder Chlordioxid - die wie bekannt - eine hohe Reinigungs- und Desinfektionswirkung aufweisen. Die Elektrolyse-Zelle EZ dient der Aktivhaltung, der Reinigung, der Desinfektion, der Wiederherstellung der Funktionsweise und dem Test der Arbeitsweise der Chlor-Messzelle CS. Die Membran 8 selbst wird in vorteilhafter Weise durch das Chlor oder Chlordioxid gereinigt, das in der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugt wurde.
Wesentlich ist, in der Elektrolyse-Zelle EZ befindet sich als Elektrolyt Salz, das Chlorid- oder Chlorit-Ionen enthält. Wird die Elektrolyse-Zelle mit Strom angesteuert, entsteht aus dem chloridhaltigen Salz innerhalb des Elektrolytraums (in 9 - mit Bezugszeichen 38 bezeichnet) Chlor.
Wird chlorithaltiges oder chlorathaltiges Elektrolyt verwendet, entsteht Chlordioxid. Das so zeitweise in der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Chlor oder Chlordioxid durchdringt die Membran 8 und dient der Reinigung der gegenüberliegenden Membran 7 der Chlor-Messzelle CS.
Bei Bedarf kann das Chlor auch innerhalb von bestimmten Zeitabschnitten impulsförmig erzeugt werden, um die Funktion der Chlor-Messzelle CS zu testen. Die Chlor-Messzelle CS detektiert das Chlor, sobald die Elektrolyse-Zelle EZ einen Chlor-Impuls erzeugt, der dann zu der Chlor-Messzelle CS diffundiert.
Wird anstelle einer Chlor-Messzelle CS ein Chlordioxid-Sensor verwendet, kann dieser gleichfalls mit einem Chlordioxid-Impuls von der Elektrolyse-Zelle EZ getestet werden, die in diesem Fall Chlordioxid erzeugt. Die Vorrichtung bestehend aus Durchflussarmatur, der Elektrolyse-Zelle EZ und der Chlor-Messzelle CS dient somit der Aktivhaltung, der Reaktivierung, der Desinfektion und der Fernüberwachung des Betriebszustandes der Chlor-Messzelle CS oder eines anderen Sensors.
In 1 ist eine vorteilhafte Ausführungsform dargestellt bei der die beiden Membranen 7 und 8 im Abstand „h“ im Strömungskanal S gegenüberliegend angeordnet sind. Damit das erzeugte Chlor oder Chlordioxid von der Membran 8 zu der Membran 7 durch das Messwasser M diffundieren kann, ist es zweckmäßig, den Durchfluss des Messwassers M kurzfristig zu stoppen. Auf diese Weise kommt das Messwasser M zum Stillstand und ruht zwischen den Membranen 7 und 8.
In anderen Ausführungsformen ist es möglich, dass die Chlor-Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ oberhalb oder unterhalb der Achse Y parallel nebeneinander ausgerichtet angeordnet sind. Wird die Elektrolyse-Zelle EZ in Strömungsrichtung des Messwassers M in Richtung der Achse Y vor der Chlor-Messzelle CS angeordnet, ist sogar Dauerbetrieb möglich. Das von der Elektrolyse-Messzelle EZ erzeugte Chlor oder Chlordioxid wird so mit der Strömung des Messwassers M erfasst und zu der benachbarten Chlor-Messzelle CS transportiert. Auf diese Weise ist eine Reinigung der Membran 7 über einen längeren Zeitraum im Dauerbetrieb möglich, ohne dass der Durchfluss des Messwasser M abgestoppt werden muss.
Die vorgelagerte Elektrolyse-Zelle kann nahe oder weit entfernt von der Chlor-Messzelle CS angeordnet sind. Ist eine Elektrolyse-Zelle EZ weit entfernt von der Chlor-Messzelle CS in dem Rohrsystem, das das Messwasser M führt, ist es durch die Abgabe von Chlor- oder Chlordioxid-Impulsen per Fließinjektion möglich, die Durchflusseigenschaften des gesamten Rohrsystems aufgrund des zeitlichen Abstandes der Mess-Impulse zu überprüfen.
Vorteilhaft ist es, wenn zwei Vorrichtungen bestehend aus der Durchflussarmatur 1, der Elektrolyse-Zelle EZ und der Chlor-Messzelle CS am Anfang und am Ende des Rohrsystems angeordnet sind. Auf diese Weise können das Messwasser M, der Durchfluss, das gesamte Rohrsystem und die Chlor-Messzellen messtechnisch besser überwacht werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrolyse-Zelle EZ wie in 1 angeordnet, aber mit einem seitlichen Versatz zu der Chlor-Messzelle CS angeordnet sein. In diesem Fall würde die Elektrolyse-Zelle EZ auf einer ersten Achse X und die Chlor-Messzelle Y auf einer zweiten Achse X liegen, wobei beide Achsen X mit Abstand parallel zueinander verlaufen. Das von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Chlor oder Chlordioixd wird so mit dem Strom des Messwassers zu der Chlor-Messzelle CS geführt. Da der Abstand „h“ im Millimeter-Bereich liegt, kann die Reinigung der stömungstechnisch nachgeschalteten Chlor-Messzelle CS gleichfalls ohne Unterbrechung des Durchflusses des Messwassers M erfolgen.
Wie in 1 ersichtlich, können die Chlor-Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ in Richtung der Achse X unterschiedlich lang ausgebildet sein. Zusätzlich können die stabförmigen und runden Gehäuse der Zellen CS und EZ im Durchmesser unterschiedlich dick sein. Eine im Durchmesser dickere Elektrolyse-Zelle EZ ist angezeigt, wenn ein größeres Diffusionsfenster der Membran 8 erforderlich ist.
In 1 ist eine gekapselte und membranbedeckte Elektrolyse-Zelle EZ in der Durchflussarmatur 1 dargestellt. In anderen Ausführungsformen können in der Durchflussarmatur 1 auch eine erste Elektrolyse-Zelle EZ₁ und eine zweite Elektrolyse-Zelle EZ₂ ausgebildet und der Messzelle CS vorgelagert sein. Hierbei erzeugt die erste Elektrolyse-Zelle EZ₁ zum Beispiel Chlor und die zweite Elektrolyse-Zelle EZ₂ Chordioxid. Beide nebeneinander liegenden Elektrolyse-Zellen EZ₁ und EZ₂ können zu unterschiedlichen Zeiten aktiviert werden, um unterschiedliche Wirkungen von Chlor und Chlordioxid auf Ablagerungen, Verschleimungen und Biofilme an der Messzelle CS auszugleichen.
In 2 wird die Arbeitsweise der Vorrichtung bzw. des Mess-Systems wieder am Beispiel einer Chlor-Messzelle CS beschrieben, obwohl auch andere elektrochemische Sensoren in die Bohrung 5 der Durchflussarmatur 1 einsteckbar sind. In 2 unterscheiden sich die stabförmige Chlor-Messzelle CS und die stabförmige Elektrolyse-Zelle EZ in ihren Durchmessern nicht. Jedoch kann die die Elektrolyse-Zelle EZ auch hier anders als dargestellt eine andere Länge als die Chlor-Messzelle CS aufweisen.
Wie in 1 sind die stabförmige Chlor-Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ, die auf der gedachten Achse X angeordnet sind, in 2 zur Durchführung des Verfahrens mit ihren Stirnseiten in einem Abstand „h“ einander gegenüberstehend angeordnet. Die Zellen CS und EZ sind in Bohrungen 5 und 6 in dem Gehäuse der Durchflussarmatur 1 eingesetzt. Um den Abstand „h“ bei Bedarf zu variieren, sind Stellringe 9, 10 vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich die Ansprechempfindlichkeit der Chlor-Messzelle CS aufgrund unterschiedlicher Abstände „h“ variieren. Entsprechende Dichtungen sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Abweichend von 1 erfolgt die Zufuhr des Messwassers M nicht über den Strömungskanal S, der in 2 verschlossen ist (Verschluss nicht dargestellt). Das Gehäuse der Durchflussarmatur 1 spannt einen Hohlraum 2 auf, in dem über ein Rohr 3 Messwasser M einströmen kann, das über ein Rohr 11 wieder abströmt. In 2 sind Stellschrauben 19a und 19b nur vereinfacht dargestellt. Die Stellschraube 19a dient der Regulierung der Durchflussmenge des Messwassers M, das über ein Rohr 3 zugeführt wird. Die Stellschraube 19b dient der Probenentnahme über ein Rohr 17. Bezogen auf die Achse Y wird der Hohlraum 2, der eine Durchflusskammer bildet, in einen oberen Strömungsraum OR und einen unteren Strömungsraum UR unterteilt.
3 zeigt ein Steuerdiagramm um eine Betriebsstörung zu beseitigen und die Reinigung der Membran 7 bzw. der Elektroden durchzuführen. Die Elektrolyse-Zelle EZ ist über eine elektrische Leitung 18 mit einer Steuerung 12, z.B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) verbunden. Weiter ist die Steuerung 12 über eine elektrische Leitung 20 mit einem Ventil 4 verbunden. Zusätzlich ist die Steuerung 12 mit einer Tastatur 13 verbunden, um zeitliche Steuerbefehle einzugeben.
In 3 sind die digitalen Schaltzustände „0“ (entspricht Null) und „1“ (entspricht eingeschaltet) des Messwassers M, der Elektrolyse „E“ und des Ventils 4 durch die Buchstaben „M“, „E“ und „V“ dargestellt. Die von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Menge an Desinfektions- oder Reinigungsmittel (Chlor oder Chlordioxid) ist in 3 mit „DR“ bezeichnet und wird von der Chlor-Messzelle CS in eine Spannung U im Millivolt-Bereich (mV) umgewandelt.
Um einen Reinigungs- und Desinfektionsvorgang durchzuführen, wird die Elektrolyse-Zelle EZ bei weiterhin strömenden Messwasser M zum Zeitpunkt t1 über die Steuerung 12 (Leitung 18) eingeschaltet. Die Vorlaufzeit zwischen Zeitpunkt t1 und t2 ist erforderlich, damit sich das Chlor oder Chlordioxid in der Elektrolyse-Zell EZ aufbauen kann. Zum Zeitpunkt t2 wird das Ventil 4 angesteuert (Diagramm V), weshalb gleichzeitig der Zufluss des Messwassers M in den Hohlraum 2 unterbrochen wird. Da inzwischen genügend Chlor oder Chlordioxid von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugt wurde und das Messwasser M vor den Membranen 7 und 8 (Diagramm M) ruht, kann das Chlor oder Chlordioxid durch die Membran 8 diffundieren und in der Zeitspanne t2 bis t4 den Reinigungs- und Desinfektionsvorgang der Membran 7 der Chlor-Messzelle CS durchführen. Somit wird ein Wegströmen des Messwasser M in der Zeitspanne t2 bis t4 verhindert.
Ab dem Zeitpunkt t3 detektiert die Chlor-Messzelle CS das von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Desinfektionsmittel (Chlor oder Chlordioxid). Die erzeugte Menge des Reinigungs- und Desinfektionsmittel DR baut sich ab dem Zeitpunkt t3 auf und wird von der Chlor-Messzelle CS in eine Spannung U umgewandelt. Die Spannung U wird über eine elektrische Leitung 15 an eine Anzeige 14 oder ein Auswertegerät weitergeleitet. Zum Zeitpunkt t4 werden das Ventil 4 und die Elektrolyse-Zelle EZ wieder ausgeschaltet, weshalb der reguläre Strom des Messwassers M bei gereinigter Membran 7 wieder zu fließen beginnt. Auf diese Weise wird der gestörte Betriebszustand der Chlor-Messzelle CS beseitigt und die Funktion wieder hergestellt.
Gleichzeitig wird die Funktion der Elektrolyse-Zelle EZ über eine elektrische Leitung 16 an ein Auswertegerät, wie zum Beispiel die Anzeige 14 übermittelt. Auf diese Weise ist der Test, die Überwachung, die Reinigung und die Desinfektion der Chlor-Messzelle CS in vorteilhafter Weise möglich. Auch wenn die Chlor-Messzelle CS weit entfernt von der Steuerung 12 und der Anzeige 14 oder einem Auswertegerät angeordnet ist, sind kurze Elektrolyse-Impulsen durchführbar, um die Arbeitsweise der Chlor-Messzelle zu überprüfen. Auf diese Weise ist es sogar möglich, die Chlor-Messzelle CS neu zu kalibrieren, wenn ihre Empfindlichkeit nachlässt. Zum Betrieb der Elektrolyse-Zelle EZ ist nur eine Stromdichte von 0,6 µA/mm² bis 1,05 µA/mm² bezogen auf eine wirksame Anodenfläche von 2,54 mm² der Anode 36 (vgl. 9) erforderlich.
Abweichend von der Vorrichtung nach 2 können neben den Rohren 3 und 17 ein weiteres Rohr zum Zuführen von Testwasser und ein weiteres Steuerventil vorgesehen sein. Das Ventil 4 wird angesteuert um die Zufuhr des Prozesswassers zu unterbrechen. Hierbei besteht das Testwasser aus chlorfreiem Trinkwasser, das über eine Kreiselpumpe zugeführt wird, um die gesamte Durchflussarmatur 1 von dem Prozesswasser zu reinigen, das im regulären Betrieb mit einem elektrochemischen Sensor überwacht wird. Sobald das Prozesswasser durch das Trinkwasser in der Durchflussarmatur 1 ersetzt wurde, wird die Kreiselpumpe ausgeschaltet. Somit steht chlorfreies Trinkwasser in dem Spalt „h“. Anschließend wird die Elektrolyse-Zelle EZ wie zuvor beschrieben aktiviert und die Funktion des elektrochemischen Sensors kann mit Hilfe des chlorfreien Trinkwassers exakter getestet und kalibriert werden als mit dem Prozesswasser. Beispielsweise lassen sich mehrere Ansteuer-Impulse verwenden, um die Elektrolyse impulsförmig mit zeitlichen Abständen in Gang zu setzen. Anhand des chlorfreien Testwassers detektiert die Chlor-Messzelle CS Spannungs-Impulse. Eine entfernt angeordnete Chlor-Messzelle CS muss daher von keiner Serviceperson vor Ort überprüft werden. Die Funktionsweise der Chlor-Messzelle CS kann somit von einer Schaltzentrale aus überprüft werden, die räumlich weit entfernt liegt. Erst wenn die Chlor-Messzelle CS sich nicht mehr reinigen, desinfizieren und neu kalibrieren lässt, muss diese von einer Serviceperson ausgetauscht werden. Aufwendige Fahrten einer Serviceperson werden so vermieden.
In 2 wurde ein geeigneter Abstand „h“ zwischen der Chlor-Messzelle CS und der Elektrolyse-Zell EZ durch axiales Verschieben längs der Achse X mittels der Stellringe 9, 10 eingestellt. Der Abstand „h“ kann im Bereich von 0,1 bis 10mm liegen. Um möglichst geringe Abstände „h“ kleiner als 2mm verwenden zu können, ist es vorteilhaft eine Distanzscheibe 21 vorzusehen, die in den Zwischenraum zwischen den Stirnseiten der Chlor-Messzelle CS und der Elektrolyse-Zelle EZ eingelagert wird.
4 zeigt die Distanzscheibe 21 in einem Längsschnitt entlang der Achse X. 5 zeigt eine Draufsicht der Distanzscheibe 21 entlang der Schnittlinie CC aus 4. Die Kanäle 22 und 23 erstrecken sich mindestens bis zu dem Durchbruch 24. Um einen größeren Diffusionsraum zu bilden, können sich die Kanäle 22 und 23 in Richtung der Achse Y über den Durchbruch 24 hinaus erstrecken, wie in 4 für den oberen Kanal 23 durch die Kanallänge w angedeutet ist. Der Kanal 23 weist eine Kanallänge w von vorzugsweise 20 bis 21 mm auf.
In 4 und 5 ist die Distanzscheibe 21 als Einzelteil ausgebildet, das entsprechend angepasst in die Durchflussarmatur 1 einsetzt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Distanzscheibe 21 zusammen mit der Durchflussarmatur 1 als einstückiges Spritzteil gefertigt sein. Ebenso kann die Distanzscheibe 21 an dem Kopfteil der Chlor-Messzelle CS oder der Elektrolyse-Zelle EZ befestigt sein. Das Kopfteil und die Distanzscheibe 21 können zum Beispiel miteinander verschraubt oder verklebt sein. Auf diese Weise lässt sich die Distanzscheibe 21 zusammen mit der Chlor-Messzelle CS oder der Elektrolyse-Zelle EZ aus der Durchflussarmatur 1 ziehen.
Die Distanzscheibe 21 weist eine umlaufende Ringnut 26 auf, in der ein Dichtring 25 eingesetzt ist, der sich an der inneren Wandung der Durchflussarmatur 1 abstützt. Der Dichtring 25 und die Distanzscheibe 21 unterteilen den Hohlraum 2 in einen oberen Strömungsraum OR für die Chlor-Messzelle CS und in einen unteren Strömungsraum UR für die Elektrolyse-Zelle EZ.
Damit das Messwasser M von dem unteren Strömungsraum UR in Richtung der Achse X in den oberen Strömungsraum OR fließen kann, ist ein vorzugsweise kreisförmiger Durchbruch 24 vorgesehen, der im Bereich der Membranen 7 und 8 angeordnet ist. Die Distanzscheibe 21 weist tellerförmige Vertiefungen 27 und 28 mit planen Auflageflächen 30 und 31 (vgl. 6, 7 und 8) auf. Die Chlor-Messzelle CS stützt sich unter Abdichtung des oberen Strömungsraums OR auf der Auflagefläche 30 ab. Die Elektrolyse-Zelle EZ stützt sich den unteren Strömungsraum UR abdichtend auf der Auflagefläche 31 ab (vgl. 7 und 6).
Damit das Messwasser M von dem unteren Strömungsraum UR über den Durchbruch 24 zu dem oberen Strömungsraum OR fließen kann, sind radiale Kanäle 22 und 23 vorgesehen, wobei in 4 der das Messwasser M zuführende Kanal 22 zur Unterstützung einer besseren Anströmung eine bogenförmige Rundung 29 aufweist. Dem gegenüber ist der Kanal 23, über den das Messwasser M aus dem Durchbruch 24 abströmt, kantig ausgebildet. Wird die Durchströmung des Messwassers M zum Zeitpunkt t2 (vgl. 3) unterbrochen, bildet der Durchbruch 24 einen Diffusionsraum für das Chlor oder Chlordioxid, das von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugt durch die Membran 8 diffundieren kann.
Aufgrund dieser zeitweisen Vorratshaltung des Chlors oder Chlordioxids in dem Durchbruch 24 kann die Reinigung und Desinfektion der Membran 7 der Chlor-Messzelle CS in dem Zeitraum t2 bis t4 vorgenommen werden. In vorteilhafter Weise können auch Chlor oder Chlordioxid impulsförmig in den Durchbruch 24 diffundieren beziehungsweise eingelagert werden, um die Arbeitsweise der Chlor-Messzelle CS zu testen. Wesentlich ist, dass Biofilme auf der Membran 7 beseitigt werden. Sollte sich ein Biofilm auf der Membran 8 der Elektrolyse-Zelle EZ ausbilden, ergibt sich der Vorteil, die Membran 8 wird durch das Chlor oder Chlordioxid mit beseitigt, das durch die Membran 8 diffundiert. In vorteilhafter Weise weist die Elektrolyse-Zelle EZ einen Selbstreinigungseffekt auf.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Distanzscheibe 21. Der 7 ist eine Seitenansicht der Distanzscheibe 21 entlang der Schnittlinie AA in 5 in Richtung der Achse Y zu entnehmen. Weiter zeigt 8 eine Seitenansicht der Distanzscheibe 21 entlang der Schnittlinie BB in 6 in Richtung der Achse Z. Die Distanzscheibe 21 nach den 6, 7 und 8 ist symmetrisch ausgebildet. Während sich die Kanäle 22 und 23 in 5 nur bis zu dem Durchbruch 24 erstrecken, erstrecken sich die Kanäle 22 und 23 in den 6, 7 und 8 in Richtung der Achse Y bis zu dem Durchmesser, den die planen Auflageflächen 30, 31 aufweisen. Auf diese Weise wird ein größerer Diffusionsraum für das zeitweise erzeugte Chlor oder Chlordioxid geschaffen, der in 4 und 5 aus dem Volumen besteht, das der Durchmesser des Durchbruchs 24 zusammen mit dem Abstand „h“ aufspannt.
Da die Distanzscheibe 21 eine runde Form aufweist, ist ein Einschieben in vorhandene Durchflussarmaturen 1 möglich, die mit der Reinigungs- und Desinfektions-Vorrichtung nachrüstbar sind. Die tellerförmigen Vertiefungen 27, 28 weisen einen konischen Trichter auf, der im Winkel α an die Kopfseite der Chlor-Messzelle CS und der Elektrolyse-Zelle EZ angepasst ist. Der Abstand h entspricht der Dicke des Materials zwischen den planen Auflageflächen 30, 31. Die Distanzscheibe 21 besteht aus Kunststoff und vorzugsweise aus PVC, PEEK, ABS oder PMMA. Ebenso kann die Distanzscheibe 21 aus Keramik bestehen. Weiter kann die Distanzscheibe 21 aus Glas bestehen, das durchsichtig und/oder eingefärbt ist.
Da die Durchflussarmatur 1 selbst durchsichtig ist, lässt sich kontrollieren, ob sich störende Fremdkörper in dem Durchbruch 24 angesammelt haben. Je nach Anwendungsfall kann die Durchflussarmatur 1 auch undurchsichtig sein, um einen Lichteinfall zu verhindern. Gerade bei Lichteinfall kann es verstärkt zu Biofilmen kommen. Die durchsichtige Durchflussarmatur 1 kann mit einem undurchsichtigen Schutzelement (nicht dargestellt) versehen sein, das abnehmbar oder wegschwenkbar ist.
In den soweit beschriebenen Ausführungen weist der Durchbruch 24 eine Kreisform mit dem Durchmesser p auf. Bei Bedarf sind auch andere Formen von Durchbrüchen 24 - wie zum Beispiel rechteckförmige oder quadratische Durchbrüche 24 - möglich. Die Chlor-Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ ragen mit ihrem Kopfteil abschnittsweise in die zylinderische Vertiefung q, wobei der äußere Durchmesser der Zellen CS und EZ dem inneren Durchmesser d der Distanzscheibe entspricht. Die Distanzscheibe 21 weist vorzugsweise folgende Abmessungen auf:

Winkel α = 20°
Durchmesser d = 20 - 30 mm, vorzugsweise 24mm
Durchmesser p = 6 mm
Abstand „h“ = 0,1 - 10 mm
Kanalbreite k = 4 mm
Kanallänge w = 20 bis 21 mm
Höhe I = 8,5 mm
halbe Höhe M = 4,25 mm
zylinderische Vertiefung q = 4 mm

9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Elektrolyse-Zelle EZ mit einem stabförmigen Gehäuse 32. Da die runde Bauform der Elektrolyse-Zelle der runden Bauform der Chlormess-Zelle CS (strichpunktiert dargestellt) entspricht, lässt sich diese in einfacher Weise in vorhandene Durchflussarmaturen einsetzen. In 9 ist die Distanzscheibe 21 gestrichelt angedeutet.
Die Elektrolyse-Zelle EZ weist eine Membrankappe 33 auf, die eine Membran 34 (in 1 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet) aus Silikon, Teflon oder einem anderen Kunststoff trägt. Die im Querschnitt runde Elektrolyse-Zelle EZ erstreckt sich entlang der Achse X. Eine Hülse 42 wird auf das Gehäuse 32 aufgeschraubt. Am gegenüberliegenden Ende der Hülse 42 ist eine Membrankappe 33 befestigt, die eine vorzugsweise runde Öffnung 43 aufweist, in die die Membran 34 eingesetzt ist. Die Membrankappe 33 besteht vorzugsweise aus Edelstahl und/oder Kunststoff.
Die Hülse 42 und das Gehäuse 32 spannen einen Elektrolyt-Raum 38 auf, in dem neben einem Elektrolyten 40 eine vorzugsweise ringförmige Elektrodenhalterung 35 rotationssymmetrisch um die Achse X eingelagert ist. Die Elektrodenhalterung 35 trägt an der Vorderseite eine Anode 36 aus Gold, Platin oder einem anderen geeigneten Elektrodenmaterial. Die Anode 36 liegt an der Membran 34 an. Weiter trägt die Elektrodenhalterung 35 eine hülsenförmige Kathode 37, die in dem Elektrolyt-Raum 38 in den Elektrolyten 40 eingebettet ist. Die Kathode 37 besteht vorzugsweise aus Silber, Edelstahl oder einem anderen geeigneten Elektrodenmaterial. Über eine Kabeldurchführung 39 sind die Anode 36 und die Kathode 37 mittels elektrischer Leitungen (nicht dargestellt) an externe Steuerungen angeschlossen. Vorzugsweise umgibt die Anode 36 eine ringförmige Isolierung 41, damit die plane Fläche der Anode 36 nur mit der nach innen gerichteten Fläche der Membran 34 in Berührung kommt.
Die Gleichspannung zum Betreiben der Elektrolyse-Zelle EZ kann variiert werden und liegt zum Beispiel im Bereich von 100 bis 1.000 mV. Vorzugsweise wird eine Gleichspannung von 550 mV verwendet, wobei - wie bekannt - der Pluspol an der Anode 36 und der Minuspol an der Kathode 37 anliegt. Wird eine Spannung angelegt, fließt ein Strom und es entsteht Chlor oder Chlordioxid in dem Elektrolytraum 38. Das Chlor oder Chlordioxid diffundiert zuerst durch die Membran 34 und diffundiert dann weiter zu der verwendeten Chlor-Messzelle CS oder einem anderen elektrochemischen Sensor.
Das Messwasser in dem Spalt „h“ dient hierbei als Transportmedium für das Chlor oder Chlordioxid, das an der Membran 34 oder der Elektrode eines elektrochemischen Sensors seine Reinigungs- und Desinfektions-Wirkung entfaltet. Auf diese Weise kann die Aktivhaltung und/oder die Reaktivierung eines elektrochemischen Sensors - beispielhaft an einer Chlor-Messzelle CS beschrieben - durchgeführt werden.
Zum Betrieb der Elektrolyse-Zelle EZ ist nur eine Stromdichte von 0,6 µA/mm² bis 1,05 µA/mm² bezogen auf eine wirksame Anodenfläche von 2,54 mm² der Anode 36 erforderlich. Hierbei entstehen ausreichende Mengen an Chlor oder Chlordioxid, die durch die Membran 34 der Elektrolyse-Zelle EZ diffundieren.
Bei dem Elektrolyten 40 handelt es sich um Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Natriumchlorit. Bei dem Elektrolyten 40 handelt es sich um chlorid- oder chlorithaltige wässerige Lösungen. Der Elektrolyt erzeugt bei der Elektrolyse entsprechend der Gleichung (1) Chlor: 2CI- → Cl₂ T + 2e- (1)
Der chlorithaltige oder chlorathaltige Elektrolyt 40 erzeugt bei der Elektrolyse entsprechend der Gleichung (2) Chlordioxid: ClO₂- → CLO₂ ↑ + 1e^- (2)
Wie aus 9 ersichtlich, sind die Kathode 37, die Anode 36 und die Membran 34 längs der Achse X hintereinander angeordnet. Hieraus ergibt sich der vorteilhafte Aufbau der stabförmigen Elektrolyse-Zelle EZ. Während bei bekannten membranbedeckten amperometrischen Sensoren das zu messende Chlor durch eine Membran (in 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet) in die Chlor-Messzelle CS hinein diffundiert, wird das in dem Elektrolyt-Raum 38 der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Chlor oder Chlordioxid in vorteilhafter Weise über die Membran 34 nach außen abgegeben. Hierbei diffundiert das Chlor oder Chlordioxid durch die Membran 34 (in 1 und 2 mit Membran 8 bezeichnet) hindurch und kann in vorteilhafter Weise zu Reinigungs-, Reaktivierungs-, Desinfektions- oder Testzwecken verwendet werden.
Die Dicke der Membran 34 und der Durchmesser der runden Öffnung 43 bestimmen die Menge an Chlor oder Chlordioxid das in Richtung der Membran 7 der Chlor-Messzelle CS in das ruhende Messwasser M diffundiert. Wenn das Chlor oder Chlordioxid in die Membran 7 der Chlor-Messzelle CS weiter diffundiert, kann die Chlor-Messzelle CS zusätzlich ihre Messfunktion erfüllen und ihre Funktionsweise anhand des Chlors oder Chlordioxids überprüft werden, das von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugt wurde. Zusätzlich dient das von der Elektrolyse-Zelle EZ erzeugte Chlor oder Chlordioxid der Reinigung und Desinfektion der Membran 7 der Chlor-Messzelle CS.
Der Durchmesser d der runden Elektrolyse-Zelle EZ liegt in dem Bereich von 20 bis 30 mm und beträgt vorzugsweise 24 mm, das dem Durchmesser von handelsüblichen runden Sensoren entspricht. Die Membran 34 weist eine Dicke von 0,01 bis 1,0 mm auf. Vorzugsweise beträgt die Dicke 0,15 mm. Die Öffnung 43, die im Wesentlichen das Diffusionsfenster bildet, weist vorzugsweise einen Durchmesser von 3 mm auf. Die darunter angeordnete Anode 36 besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 1,8 mm.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Elektrolysezelle EZ, bei der der Elektrolytraum 38 abweichend von der Elektrolyse-Zelle EZ nach 9 durch ein poröses Diaphragma 44 unterteilt ist, das eine scheibenförmige Form aufweist. Das Diaphragma 44 unterteilt den Elektrolytraum 38 in einen Elektrolytraum für die Kathode 37 und einen Elektrolytraum für die Anode 36. In dem Elektrolytraum für die Kathode 37 kann ein erster Elektrolyt 40a ausgebildet sein In dem Elektrolytraum für die Anode 36 ist ein zweiter Elektrolyten 40b eingelagert. Der erste Elektrolyt 40a und der zweite Elektrolyt 40b können sich in ihrer chemischen Zusammensetzung je nach Anwendungsfall unterscheiden. Wesentlich ist, dass die Membran 34 (in 1 und 2 mit Membran 8 bezeichnet) zusätzlich zu dem porösen Diaphragma 44 vorhanden ist.
Bezugszeichenliste

01:: Durchflussarmatur
02:: Hohlraum
03:: Rohr (Zufluss Messwasser M)
04:: Ventil
05:: Bohrung
06:: Bohrung
07:: Membran/Elektrode des Chlor-Sensors (CS)
08:: Membran der Elektrolyse-Zelle (EZ)
09:: Stellring
10:: Stellring
11:: Rohr (Abfluss Messwasser M)
12:: Steuerung
13:: Tastatur
14:: Anzeige
15:: elektrische Leitung
16:: elektrische Leitung
17:: Rohrleitung zur Probenentnahme
18:: elektrische Leitung
19a:: Stellschraube
19b:: Stellschraube
20:: elektrische Leitung
21:: Distanzscheibe
22:: Kanal (Zuführung)
23:: Kanal (Abfluss)
24:: Durchbruch
25:: Dichtring
26:: Ringnut
27:: tellerförmige Vertiefung
28:: tellerförmige Vertiefung
29:: Rundung
30:: plane Auflagefläche
31:: plane Auflagefläche
32:: Gehäuse
33:: Membrankappe
34:: Membran
35:: Elektrodenhalterung
36:: Anode
37:: Kathode
38: Elektrolyt-Raum
39:: Kabeldurchführung
40:: Elektrolyt
40a:: erster Elektrolyt
40b:: zweiter Elektrolyt
41:: ringförmige Isolierung
42:: Hülse
43:: Öffnung
44:: poröses Diaphragma

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19859814 A1 [0007]
DE 10352480 A1 [0008]
EP 2398938 [0009]
WO 8807194 [0010]
EP 2605007 [0011]
DE 10309022 A1 [0012]
DE 3822451 A1 [0013]
EP 0212038 [0014]
DE 19748725 A1 [0015]
DE 4391418 T1 [0016, 0017]
DE 102014010901 [0017]
DE 102009054279 A1 [0018, 0030]
DE 102010030489 A1 [0019]
WO 2010/139398 A1 [0020]
WO 2005/045422 A1 [0021]
DE 102012112457 [0022]
DE 3430610 A1 [0024]
DE 3430316 A1 [0025]
DE 102008004663 A1 [0026]
DE 2412394 [0027]
DE 102013010950 B4 [0028]
DE 19846258 A1 [0029]

Claims

Verfahren zur Aktivhaltung und Reaktivierung eines elektrochemischen Sensors, der in einem zu überwachenden Messwasser angeordnet wird und dem eine Elektrolyse-Zelle in einem Abstand vorgelagert wird, um zwischen dem Sensor und der Elektrolyse-Zelle in dem angrenzenden Messwasser ein hochwirksames Reinigungs- und Desinfektionsmittel zu erzeugen, das Biofilmen und Ablagerungen entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine gekapselte Elektrolyse-Zelle (EZ) mit einem membranbedeckten Diffusionsfenster zur Abgabe des Reinigungs- und Desinfektionsmittels verwendet wird, dass als Reinigungs- und Desinfektionsmittel Chlor oder Chlordioxid verwendet wird, und dass der Messbereiche des elektrochemischen Sensors (CS) und die Membran (8) der Elektrolyse-Zelle (EZ) mit Abstand zueinander in einem Strömungskanal (S) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 01, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des elektrochemischen Sensors (CS) und die Membran (8) der Elektrolyse-Zelle (EZ) senkrecht zueinander stehend in dem Strömungskanal (S) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 01 und 02, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stirnseite des elektrochemischen Sensors (CS) und die Membran (8) der Elektrolyse-Zelle (EZ) auf einer gemeinsamen Achse X liegen, und dass die Strömung des Messwassers in dem Strömungskanal (S) in Richtung einer Achse Y erfolgt, die senkrecht zu der Achse X steht.
Verfahren nach Anspruch 03, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss des Messwassers in dem Strömungskanal zeitweise unterbrochen wird, damit das von der Elektrolyse-Zelle (EZ) erzeugte Chlor oder Chlordioxid von der Membran (8) durch das stehende Messwasser hindurch zu dem elektrochemischen Sensor (CS) diffundieren kann.
Verfahren nach Anspruch 01 und 02, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stirnseite des elektrochemischen Sensors (CS) und die Membran (8) der Elektrolyse-Zelle (EZ) auf zwei parallelen Achse X liegen, die mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Elektrolyse-Zelle (EZ) in dem Strömungskanal (S) dem elektrochemischen Sensor (CS) in Strömungsrichtung des Messwassers vorgelagert wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einer elektrochemischen Messzelle CS und einer Elektrolyse-Zelle EZ, die in einem Messwasser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse-Zelle gekapselt ist und eine Membran (8) aufweist, und dass die Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ in einer Durchflussarmatur (1) mit einem Strömungskanal S für das Messwasser angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 06, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse-Zelle EZ eine Stabform mit einem runden Durchmesser aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 06 und 07, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle CS und die Elektrolyse-Zelle EZ mit ihren Stirnseiten aufeinander ausgerichtet sind, und dass in dem Hohlraum (2) der Durchflussarmatur (1) zwischen der Messzelle CS und der Elektrolyse-Zelle EZ eine Distanzscheibe (21) angeordnet ist, die einen zuführenden Kanal (22) und einen abführenden Kanal (23), die über einen Durchbruch (24) miteinander verbunden sind, für das Messwasser aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 08, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzscheibe (21) an der Messzelle CS oder der Elektrolyse-Zelle EZ befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 01 bis 08, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse-Zelle EZ Chlor oder Chlordioxid erzeugt.