DE102018009448B4 - Method for operating a portable immersion electrolysis cell and immersion electrolysis cell - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer transportablen Eintauch-Elektrolysezelle (1) zur Entkeimung und Desinfektion eines Wasserbehälters, mit einer Kathode und Anode (3) in Form einer archimedischen Schraube und einem Sensor zur Erfassung des Leitwertes der Flüssigkeit und optischen Anzeigeelementen zur Darstellung der Funktionsabläufe und einem Mikroprozessor als zentrales Element, umfassend zumindest folgende Funktionen des Mikroprozessors:- Überwachung der Betriebsspannung- Überwachung der Spannung und des Stromes der Anode (3)- Überwachung der Elektrolysedauer in Abhängigkeit vom Leitwert- Überwachung der maximalen Betriebsspannung und des maximalen Stromflusses- Anzeige der Betriebsspannung, des Leitwertes, der Ströme und der Spannung an der Anode (3)- Verwendung einer Bluetooth-Schnittstelle, über welche eine Einstellung der Betriebsspannung, des Mindestleitwertes, des Betriebsstromes und der Spannung an der Anode (3) erfolgt- Protokollierung der Elektrolysevorgänge und Erstellung eines Fehlerberichtes, wobei der Mikroprozessor bei Erreichen eines definierten Leitwertes automatisch eine definierte Spannung an die Elektroden anlegt und der Stromfluss während des Elektrolysevorganges über eine Leuchtdiode angezeigt wird.Method for operating a portable immersion electrolysis cell (1) for sterilizing and disinfecting a water container, with a cathode and anode (3) in the form of an Archimedean screw and a sensor for detecting the conductivity of the liquid and optical display elements for displaying the functional sequences and a microprocessor as the central element, comprising at least the following functions of the microprocessor: - monitoring of the operating voltage - monitoring of the voltage and current of the anode (3) - monitoring of the electrolysis duration as a function of the conductivity - monitoring of the maximum operating voltage and the maximum current flow - display of the operating voltage, the conductivity, the currents and the voltage at the anode (3) - use of a Bluetooth interface via which the operating voltage, the minimum conductivity, the operating current and the voltage at the anode (3) are set - logging of the electrolysis processes and creation of an error report, wherein the microprocessor automatically applies a defined voltage to the electrodes when a defined conductivity is reached and the current flow during the electrolysis process is displayed via an LED.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer transportablen Eintauch-Elektrolysezelle für einen Wasserbehälter, mit einer Kathode und Anode sowie einem Mikroprozessor und eine Eintauch-Elektrolysezelle.The invention relates to a method for operating a portable immersion electrolysis cell for a water tank, comprising a cathode and an anode as well as a microprocessor and an immersion electrolysis cell.
Derartige Elektrolysezellen sind zur Aufbereitung von ungereinigtem Wasser vorgesehen, und zwar in kleineren Mengen von 1 bis 4 Liter, die sich beispielsweise in einem drucklosen Vorratsbehälter befinden. Früher wurde häufig eine Desinfektion mit Chlorpräparaten in Form von Tabletten oder Pulvern durchgeführt. Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass der Tabletten- oder Pulvervorrat nur begrenzt haltbar und im Ausland nicht überall erhältlich ist.Such electrolysis cells are designed for treating untreated water in small quantities of 1 to 4 liters, for example, stored in a non-pressurized storage tank. In the past, disinfection was often carried out using chlorine preparations in the form of tablets or powders. A disadvantage has proven to be that the tablet or powder supply has a limited shelf life and is not widely available abroad.
Die folgende Erfindung vermeidet die Verwendung von Chlorpräparaten und sieht eine transportable Eintauch-Elektrolysezelle vor, mithilfe derer eine Desinfektion des Wassers vorgenommen werden kann.The following invention avoids the use of chlorine preparations and provides a portable immersion electrolysis cell with which water can be disinfected.
Aus der
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Die
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Die US-Anmeldung
Alternativ ist es bekannt, durch Bestrahlung des Wassers mit UV-Licht eine Entkeimung vorzunehmen, wobei Mikroorganismen wirkungsvoll abgetötet werden. In diesem Fall wird aber kein Desinfektionsmittel mit einer entsprechenden Bevorratung gegen Nachverkeimung verwendet, sodass die gewünschte Desinfektion nicht im vollen Umfang möglich ist.Alternatively, it is known to disinfect the water by irradiating it with UV light, which effectively kills microorganisms. However, in this case, no disinfectant with sufficient storage capacity to prevent recontamination is used, so the desired disinfection cannot be fully achieved.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Betrieb einer transportablen Eintauch-Elektrolysezelle aufzuzeigen, welche unter Ausnutzung einer Regeleinheit für eine optimierte Entkeimung sorgt sowie eine Eintauch-Elektrolyse-Zelle mit einer deutlich verbesserten Elektrolysewirkung.The present invention is based on the object of demonstrating a method for the operation of a portable immersion electrolysis cell which ensures optimized disinfection by utilizing a control unit, as well as an immersion electrolysis cell with a significantly improved electrolysis effect.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Verfahrensaufgabe vorgesehen, dass die transportable Eintauch-Elektrolysezelle mit einer Kathode und Anode in Form einer archimedischen Schraube und einem Sensor zur Erfassung des Leitwertes der Flüssigkeit und optischen Anzeigeelemente zur Darstellung der Funktionsabläufe und einem Mikroprozessor als zentrales Element ausgestattet ist, welcher folgende Funktionen umfasst:
- - Überwachung der Betriebsspannung
- - Einen Sensor zur Erfassung des Leitwertes der Flüssigkeit
- - Überwachung der Spannung und des Stromes der Anode (3)
- - Überwachung der Elektrolysedauer in Abhängigkeit vom Leitwert
- - Überwachung der maximalen Betriebsspannung und des maximalen Stromflusses
- - Optische Anzeigeelemente zur Darstellung der Funktionsabläufe
- - Anzeige der Betriebsspannung, des Leitwertes, der Ströme und der Spannung an der Anode (3)
- - Verwendung einer Bluetooth-Schnittstelle, über welche eine Einstellung der Betriebsspannung, des Mindestleitwertes, des Betriebsstromes und der Spannung an der Anode (3) erfolgt
- - Protokollierung der Elektrolysevorgänge und Einstellung eines Fehlerberichtes, wobei der Mikroprozessor bei Erreichen eines definierten Leitwertes automatisch eine definierte Spannung an die Elektroden anliegt und der Stromfluss während des Elektrolysevorganges über eine Leuchtdiode angezeigt wird.
- - Monitoring of the operating voltage
- - A sensor to measure the conductivity of the liquid
- - Monitoring of the anode voltage and current (3)
- - Monitoring of the electrolysis time depending on the conductivity
- - Monitoring of maximum operating voltage and maximum current flow
- - Optical display elements to show the functional processes
- - Display of operating voltage, conductance, currents and voltage at the anode (3)
- - Use of a Bluetooth interface, via which the operating voltage, the minimum conductance, the operating current and the voltage at the anode (3) can be adjusted
- - Logging of the electrolysis processes and setting of an error report, whereby the microprocessor automatically applies a defined voltage to the electrodes when a defined conductivity is reached and the current flow during the electrolysis process is displayed via an LED.
Zur Lösung der Vorrichtungsaufgabe wird eine Eintauch-Elektrolysezelle vorgeschlagen, welche eine spiralförmige Anode in Form einer archimedischen Schraube aufweist. To solve the device task, an immersion electrolysis cell is proposed which has a spiral anode in the form of an Archimedean screw.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprüchenFurther advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims
Ein wesentlicher Vorteil der geregelten Elektrolysezelle gegenüber anderen herkömmlichen Eintauch-Elektrolysezellen liegt darin, dass nicht unnötig aufgelöstes Kochsalz in das Trinkwasser gelangt und somit die Qualität und den Geschmack beeinträchtigt. Zudem besteht die Möglichkeit einer Energieeinsparung, wobei insbesondere mithilfe des Mikroprozessors eine Überwachung sämtlicher Funktionen der transportablen Eintauch-Elektrolysezelle möglich sind. Beispielsweise erfolgt eine Überwachung der Betriebsspannung sowie die Erfassung des Leitwertes der Flüssigkeit durch einen Sensor. Darüber hinaus die Überwachung der Spannung und des Stromes der Anode sowie der Elektrolysedauer in Abhängigkeit vom Leitwert. Ferner kann die maximale Betriebsspannung und der maximale Stromfluss überwacht werden, wobei sämtliche Funktionsabläufe durch optische Anzeigeelemente dargestellt werden können. Über eine Bluetooth Schnittstelle können die Betriebsspannung, der Mindestleitwert, der Betriebsstrom und die Spannung an der Anode voreingestellt werden und eine Anzeige der Betriebsspannung, des Leitwertes, der Ströme und der Spannung an der Anode angezeigt werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit die Elektrolysevorgänge zu protokollieren und mögliche Fehler in einem Fehlerbericht zu erfassen. Auf diese Weise wird somit eine umfängliche Funktionsüberwachung der Eintauch-Elektrolysezelle geschaffen, die zu einer Optimierung des Elektrolysevorganges führen.A key advantage of the regulated electrolysis cell over other conventional immersion electrolysis cells is that no unnecessary dissolved table salt enters the drinking water, which could impair its quality and taste. Energy savings are also possible, with the microprocessor in particular enabling monitoring of all functions of the portable immersion electrolysis cell. For example, the operating voltage and the conductivity of the liquid are monitored by a sensor. Furthermore, the anode voltage and current are monitored, as is the electrolysis duration depending on the conductivity. Furthermore, the maximum operating voltage and the maximum current flow can be monitored, with all functional sequences being represented by optical displays. Via a Bluetooth interface, the operating voltage, minimum conductivity, operating current, and voltage at the anode can be preset, and a display of the operating voltage, conductivity, currents, and voltage at the anode can be shown. Furthermore, it is possible to log the electrolysis processes and record any errors in an error report. In this way, comprehensive functional monitoring of the immersion electrolysis cell is created, which leads to an optimization of the electrolysis process.
Ein Vorratsbehälter für NaCl ist nicht erforderlich, weil das im Wasser enthaltene natürliche Salz zur Elektrolyse verwendet wird. Der vorgewählte und eingestellte Elektrolysestrom in der Elektrolysezelle führt zu einer Umwandlung des Natriumchlorids (NaCl) in Natriumhypochlorid (NaClO), welches für die Entkeimung und Desinfektion erforderlich ist. Der natürliche pH-Wert des zu desinfizierenden Trinkwassers wird hierbei nicht verändert.A storage tank for NaCl is not required because the natural salt contained in the water is used for electrolysis. The preselected and adjusted electrolysis current in the electrolysis cell converts the sodium chloride (NaCl) into sodium hypochlorite (NaClO), which is required for sterilization and disinfection. The natural pH value of the drinking water being disinfected is not changed.
Durch die gleichzeitige Entstehung von Wasserstoffgas (H2) entsteht in der Elektrolysezelle eine Verwirbelung unter Überdruck, sodass das erzeugte Oxidationsmittel NaClO im oberen Bereich der Elektrolysezelle austreten kann. Gleichzeitig entsteht am Fußende der Elektrolysezelle ein Unterdruck, der das geregelte Nachströmen von Wasser in die Elektrolysezelle unterstützt.The simultaneous production of hydrogen gas ( H2 ) creates a swirling atmosphere under positive pressure in the electrolysis cell, allowing the generated oxidant NaClO to escape from the upper part of the electrolysis cell. At the same time, a negative pressure is created at the bottom of the electrolysis cell, which supports the controlled flow of water into the electrolysis cell.
Biologisch verseuchtes Wasser wird durch das Desinfektionsverfahren absolut keimfrei, wobei der atomare Sauerstoff (O) im Status nescendi zum größten Teil zusammen mit dem entstandenen Chlor (Cl) eine sehr effiziente Oxidation von Kohlenstoffketten (Cn) ermöglicht. Der Mikroprozessor ist hierbei derart ausgestaltet, dass bei Erreichen eines definierten Leitwertes automatisch eine definierte Spannung an die Elektroden anlegbar ist und der Stromfluss während des Elektrolysevorganges über eine Leuchtdiode angezeigt werden kann. Die Kathode und Anode sind in einem definierten Abstand annähernd zueinander parallel verlaufend angeordnet und führen zu einer effizienten Umwandlung des Natriumchlorid (NaCl) in Natriumhypochlorid (NaClO).Biologically contaminated water is rendered completely germ-free through the disinfection process. The atomic oxygen (O) in the necendi state, together with the resulting chlorine (Cl), enables a highly efficient oxidation of carbon chains (Cn). The microprocessor is designed in such a way that, upon reaching a defined conductivity, a defined voltage can be automatically applied to the electrodes, and the current flow during the electrolysis process can be displayed via an LED. The cathode and anode are arranged approximately parallel to each other at a defined distance and lead to the efficient conversion of sodium chloride (NaCl) to sodium hypochlorite (NaClO).
In weiterer besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die stabförmige Anode aus Titan Gr. II mit modifizierter Beschichtung besteht und die Anode spiralförmig in Form einer archimedischen Schraube ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Titan Gr. II liegt eine besonders langlebige Anode vor und durch die Form der spiralförmigen Anode ähnlich einer archimedischen Schraube wird zusätzlich erreicht, dass während des Elektrolyseprozesses eine aufsteigende Strömung entsteht, wodurch eine bessere Verwirbelung erzielt wird.In a further special embodiment of the invention, the rod-shaped anode is made of titanium grade II with a modified coating, and the anode is spiral-shaped in the form of an Archimedean screw. The use of titanium grade II results in a particularly durable anode, and the shape of the spiral anode, similar to an Archimedean screw, also ensures that an upward flow is created during the electrolysis process, thereby achieving better turbulence.
Die schraubenförmige Anode besitzt hierbei mehrere Vorteile. Die vergrößerte Anodenoberfläche mit einer horizontalen und vertikalen Flächenausrichtung ermöglicht eine deutliche bessere Stromausbeute. Ferner entsteht eine effizientere Verwirbelung durch die Formgebung der Anode, wobei in der ersten Elektrolysestufe Natronlauge (NaOH) und Chlor Cl2 entsteht und beim Aufsteigen des Wasserstoffs H2 aufgrund der Verwirbelung schlagartig zu dem neuen Stoff Natriumhypochlorid (NaClO) reagieren. The helical anode offers several advantages. The larger anode surface with horizontal and vertical surface alignment enables significantly improved current efficiency. Furthermore, the shape of the anode creates more efficient turbulence, with sodium hydroxide (NaOH) and chlorine Cl2 being formed in the first electrolysis stage. As the hydrogen H2 rises, the turbulence causes them to react rapidly to form the new substance sodium hypochlorite (NaClO).
Speziell durch die spiralförmige Formgebung der Anode werden die Stoffe durch die vorhandene Kaminwirkung aufsteigend schneller und effizienter verwirbelt. Dadurch, dass nicht nur Energie in den elektrochemischen Prozess fließt, sondern auch in eine thermische Umsetzung wird der Vorteil erreicht, dass bei sehr harten Wässern durch die auftretende Erwärmung im Anodenraum der Ausfall von Kalzium in Form von Kesselsteinen beschleunigt wird. Dieser Kesselstein setzt sich an den Elektroden in Form eines ständig wachsenden Kalkmantels ab, der bei einer Rundstabanode horizontal wächst, während er bei der spiralförmigen Anodenoberfläche vertikal zunimmt. Beim Entkalken sei es durch Umkehrung der Polarität oder durch ansäuern mittels Zitronensäure oder ähnlichem rutscht daher der Belag durch die nach unten geneigte Spiralform leichter ab, was für Wartungsarbeiten einen wesentlichen Vorteil darstellt.The spiral shape of the anode in particular ensures that the substances are swirled upwards faster and more efficiently due to the existing chimney effect. The fact that energy flows not only into the electrochemical process, but also into thermal conversion has the advantage that, in very hard water, the heating in the anode chamber accelerates the precipitation of calcium in the form of scale. This scale forms on the electrodes in the form of a constantly growing limescale layer, which grows horizontally on a round rod anode, while it grows vertically on a spiral anode surface. When descaling, whether by reversing the polarity or acidifying with citric acid or similar, the downward spiral shape allows the coating to slide off more easily, which is a significant advantage for maintenance work.
Über eine Bluetooth Verbindung besteht ferner die Möglichkeit, die Strom-/Spannungsmessungen und Umrechnung in Leitfähigkeit (W=1/R) zur Anzeige auf einem Display eines Handsenders oder eines Mobilfunktelefons zu bringen. Hierbei kann die Anode als Antenne dienen. Über eine Mobilfunkprogrammierung kann die Elektrolysezelle alternativ ferngesteuert werden beziehungsweise alle Betriebsdaten können abgefragt und gegebenenfalls verändert werden, beispielsweise die Zeitintervalle und Entkeimungsperioden.A Bluetooth connection also allows current/voltage measurements and their conversion to conductivity (W=1/R) to be displayed on a handheld transmitter or mobile phone. The anode can serve as an antenna. Alternatively, the electrolysis cell can be remotely controlled via mobile phone programming, and all operating data can be queried and, if necessary, modified, such as time intervals and disinfection periods.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sämtliche Funktionen zum Betreiben der Eintauch-Elektrolysezelle durch einen Mikroprozessor gesteuert werden und auf diese Weise eine effektive Entkeimung und Desinfektion des verunreinigten Wassers erzielt wird. Gleichzeitig wird unter minimalen Energieaufwand mit maximaler Ausbeute durch die Regelung des Mikroprozessors gewährleistet, dass ein geringstmöglicher Energieverbrauch erforderlich ist.The unique feature of this invention is that all functions for operating the immersion electrolysis cell are controlled by a microprocessor, thus achieving effective sterilization and disinfection of the contaminated water. At the same time, the microprocessor's control ensures the lowest possible energy consumption while minimizing energy consumption and achieving maximum yield.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals erläutert.The invention is explained again below with reference to the figures.
Es zeigt
-
1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Eintauch-Elektrolysezelle und -
2 in einer Seitenansicht eine einzelne Anode.
-
1 a sectional view of the immersion electrolysis cell according to the invention and -
2 a single anode in a side view.
Die Anode 3 in Form einer archimedischen Spirale ist über den Isolator 4 mit abdichtenden O-Ringen als Dichtelement 5, 6 in dem rohrförmigen Gehäusemantel 2 aufgenommen. Der Gehäusemantel 2 ist unten geöffnet, sodass Wasser in den Anodenraum 9 eindringen kann. Der Gehäusemantel 2 weist ferner umfangsverteilt mehrere Bohrungen 16 auf, durch die das NaCl und der Wasserstoff H2 aus dem Anodenraum 9 entweichen kann. Der rohrförmige Gehäusemantel 2 bildet hierbei die Kathode, sodass in dem Anodenraum 9 der Elektrolysevorgang stattfinden kann. Über eine Elektroeinheit 11 mit Mikroprozessor wird die anliegende Betriebsspannung überwacht und ferner der Leitwert der Flüssigkeit durch einen Sensor ermittelt. Die Spannung und der Strom an der Anode wird ebenfalls überwacht und die Elektrolysedauer in Abhängigkeit vom Leitwert festgelegt, wobei eine maximale Betriebsspannung und ein maximaler Stromfluss eingehalten wird. Des weiteren können die verschiedenen Funktionsabläufe durch optische Anzeigeelemente eines Bedienungsgerätes 12 dargestellt werden. Über eine Bluetooth Schnittstelle erfolgt eine Einstellung der Betriebsspannung, des Mindestleitwertes, des Betriebsstromes und der Spannung an der Anode, wobei ferner eine Anzeige der Betriebsspannung, des Leitwertes, der Ströme und der Spannung an der Anode 3 erfolgen kann. Des weiteren werden die Elektrolysevorgänge protokolliert und im Bedarfsfall ein Fehlerbericht erstellt. Wenn eine ausreichende Leitfähigkeit in der Elektrolysekammer beziehungsweise in dem Anodenraum 9 besteht, baut sich zwischen der Kathode und Anode 3 durch das Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld auf. Der eintretende Elektrolysestrom führt zu einer Elektrolyse von Kochsalz (NaCl) zu Natriumhypochlorid (NaClO). Der entstehende Wasserstoff H2 bei der ersten chemischen Reaktion wird durch die auftretende Verwirbelung in dem Anodenraum 9 gleichzeitig mit dem entstehenden Chlor vermischt, wodurch das gewünschte Natriumhypochlorid (NaClO) entsteht. Das gleichzeitig aufsteigende Wasserstoffgas erzeugt im Anodenraum 9 einen leichten Überdruck, der dafür sorgt, dass das entstandene Desinfektionsmittel Natriumhypochlorid (NaClO) durch die seitlichen Öffnungen 10 austreten kann und in das zu desinfizierende und zu entkeimende Trinkwasser gelangt. Über den Mikroprozessor gesteuert wird der Elektrolyseprozess in Gang gesetzt, sodass nach einer Gesamteinwirkzeit von ca. 15 bis 20 Minuten der Elektrolysevorgang beendet und die Entkeimung und Desinfizierung des Wassers abgeschlossen werden kann. Das Wasser ist damit hygienisch einwandfrei und kann gegebenenfalls noch über einen separaten Aktivkohlefilter gegossen werden, sodass im Anschluss das Wasser für den Menschen unbedenklich ist.The
Über ein Bedienungsgerät 12 kann hierbei eine Programmierung des Mikroprozessors erfolgen, wobei es sich beispielsweise um ein Smartphone oder dergleichen handeln kann.The microprocessor can be programmed via an operating device 12, which can be, for example, a smartphone or the like.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Eintauch-ElektrolysezelleImmersion electrolysis cell
- 22
- GehäusemantelHousing shell
- 33
- Anodeanode
- 44
- Isolatorinsulator
- 55
- DichtelementSealing element
- 66
- DichtelementSealing element
- 77
- Zuleitungsupply line
- 88
- Kabelverschraubungcable gland
- 99
- AnodenraumAnode compartment
- 1010
- Öffnungopening
- 1111
- ElektronikeinheitElectronics unit
- 1212
- BedienungsgerätControl device
- 1515
- Schaftshaft
- 1616
- Bohrungdrilling
- 1717
- WendelWendel
- 1818
- Endstückend piece
Claims (4)
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