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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, welche insbesondere zur Erzeugung von Chlor bzw. Hypochlorit oder Brom bzw. Hypobromit zur Schwimmbeckendesinfektion verwendet wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Elektrolysezelle.
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Hintergrund der Erfindung
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Es ist aus der Praxis bekannt, mittels einer Elektrolysezelle aus einer Salzlösung Hypochlorit oder Hypobromit herzustellen und zur Schwimmbeckendesinfektion zu verwenden. Durch die Elektrolysezelle erzeugtes Chlor, insbesondere Hypochorige Säure HClO, wirkt als stark oxidatives Mittel und hat so eine hohe Desinfektionswirkung.
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Bekannte zur Schwimmbeckendesinfektion verwendete Elektrolysezellen umfassen beispielsweise ein rohrförmiges Gehäuse, in welchem ein Elektrodenpaket angeordnet ist. Ein Desinfektionssystem mit einer derartigen Elektrolysezelle wird insbesondere von der Anmelderin unter dem Handelsnamen BWT Hydrolife 16 vertrieben.
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Nachteilig bei bekannten Elektrolysezellen ist, dass der Effizienz nur dann ausreichend ist, wenn das Wasser einen relativ hohen Salzanteil hat, normalerweise > 3 g/l NaCl.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist und welche eine hohe Effizienz, bzgl. Stromausbeute und Umsatz hat. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Elektrolysezelle bereitgestellt werden, welche optimal für eine Anlage zur Desinfektion von Schwimmbecken verwendet werden kann.
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Das Dokument
EP 0 109 789 B1 zeigt eine Elektrolysezelle mit einer Wirbel erzeugenden Vorrichtung im Eingang. Das Dokument
DE 694 31 724 T2 zeigt u.a. sechseckig ausgebildete Elektroden für eine Elektrolysezelle.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch eine Elektrolysezelle sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolysezelle nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
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Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle. Die Elektrolysezelle ist insbesondere für eine Anlage zur Schwimmbeckendesinfektion ausgebildet, um aus einem chlorid- oder bromidhaltigen, oder allgemein aus einem halogenidhaltigen Salz freies Chlor bzw. freies Brom zu erzeugen.
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Die Elektrolysezelle umfasst einen Eingang und einen Ausgang sowie ein Gehäuse mit einer Mehrzahl plattenförmiger Elektroden. Das Gehäuse stellt einen ringförmigen Raum bereit.
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Die Elektrolysezelle ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass in den Raum Elektrolyt vom Eingang derart einleitbar ist, dass eine rotierende Strömung entsteht.
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Gemäß der Erfindung werden die Elektroden, insbesondere das Elektrodenpaket, also nicht linear umströmt, sondern es entsteht in dem Raum ein Wirbel, der an den plattenförmigen Elektroden vorbeiströmt.
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Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch die Effizienz der Elektrolysezelle erhöht werden kann. Die Erfinder vermuten, dass durch die wirbelförmige Strömung die Elektroden in verbesserter Weise mit frischem Elektrolyt umspült werden, was die Effizienz erhöht.
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Der Raum kann insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildet sein.
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Das Gehäuse kann insbesondere einen kreiszylinderförmigen Abschnitt umfassen, welcher den Raum bereitstellt und in welchem die Elektroden gestapelt sind.
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Dieser kreiszylinderförmige Raum schneidet sich bei einer Ausführungsform der Erfindung mantelseitig mit einem rohrförmigen Gehäuseabschnitt, welcher den Eingang und den Ausgang bereitstellt. Aufgrund der Überschneidung öffnet sich der kreiszylinderförmige Raum in den rohrförmigen Abschnitt, so dass hier ein Teilstrom des Wassers in den Raum fließen kann und dort einen Wirbel bildet.
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Zwischen Eingang und Ausgang wird die Strömung des Elektrolyts so in zwei Teilströme unterteilt. Ein erster Teilstrom fließt direkt zum Ausgang, während ein Teil der Salzlösung bzw. des Schwimmbeckenwassers in einem zweiten Teilstrom wirbelförmig das Elektrodenpaket passiert.
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So ist der Bypass bauartbedingt bereits in einem kompakten Gehäuse integriert und es kann auf einen zusätzlichen Bypass verzichtet werden.
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Die Elektrolysezelle ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Elektrolyt tangential oder sekantial in den Raum einströmt. Die plattenförmigen Elektroden sind dabei parallel zur Grundfläche des kreiszylinderförmigen Raums jeweils voneinander beabstandet gestapelt.
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Vorzugsweise ragen die Elektroden aus dem Raum in den Eingangsstrom hinein. Insbesondere ragen die aufeinander gestapelten Elektroden des Elektrodenpakets in den rohrförmigen Abschnitt, welcher sich mit dem Raum überschneidet.
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Die Elektrolysezelle hat vorzugsweise ein Elektrodenpaket mit einer Vielzahl gestapelter Elektroden, insbesondere 3 bis 10 Elektroden.
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Innere Elektroden des Elektrodenpakets können als bipolare Elektroden angeordnet sein. Bipolare Elektroden sind nicht an die elektrischen Anschlüsse der Elektrolysezelle angeschlossen. Die bipolar geschalteten Elektroden stehen frei im Raum und werden mit Elektrolyt umspült. Die bipolaren Elektroden dienen als Reaktionsträger.
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Diese Anordnung stellt einen besonders einfachen Aufbau der Elektrolysezelle sicher.
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Für die Erzeugung von Chlor oder Brom zur Schwimmbeckendesinfektion ist die Elektrolysezelle vorzugsweise als einteilige, also ungeteilte Elektrolysezelle ausgebildet.
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Statt einer bipolaren Anordnung der innere Elektroden des Elektrodenpaket sind diese bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung parallel und/oder in Reihe geschaltet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sitzen die Elektroden in Haltern bzw. Rahmen, welche in dem Raum des Gehäuses gestapelt sind.
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Die Halter können insbesondere Finger zur Aufnahme der plattenförmigen Elektroden umfassen. Insbesondere können die Halter ringförmig, insbesondere kreisförmig, ausgebildet sein.
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Weiter umfassen die Halter vorzugsweise Abstandshalter und können aufeinander gestapelt werden, insbesondere aufeinander gesteckt werden, so dass die einzelnen plattenförmigen Elektroden mit definiertem Abstand zueinander über die Halter im Gehäuse positioniert sind. Die Abstandshalter können beispielsweise als Stege ausgebildet sein. Das Elektrodenpaket mit den Haltern kann so von der Mantelseite her mit Wasser durchströmt werden. Die Halter bilden dabei eine Art Gitter, welches vom Wasser durchströmt werden kann.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Elektroden polygonförmig ausgebildet. Insbesondere sind die Elektroden dreieckig, viereckig oder hexagonal ausgebildet.
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Diese Geometrie hat den Vorteil, dass die Elektroden durch Vereinzelung aus einem Plattenmaterial hergestellt werden, wobei zwischen den einzelnen Elektroden kein Verschnitt entsteht. Insbesondere die hexagonale Ausgestaltung ist dabei gut an die kreiszylindrische Form des Gehäuses angenähert.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Elektrolysezelle, insbesondere eine Elektrolysezelle mit vorstehend beschriebenen Merkmalen.
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Diese umfasst einen Eingang und einen Ausgang sowie ein Gehäuse mit einer Mehrzahl plattenförmiger Elektroden, wobei das Gehäuse einen Raum mit den Elektroden bereitstellt. In dem Raum befindet sich insbesondere ein Elektrodenpaket mit einer Vielzahl an Elektroden.
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In den Raum mit den Elektroden ist ein Elektrolyt einleitbar. Erfindungsgemäß umfasst der Raum einen Elektrolyteingang, über den der Elektrolyt durch den Raum über die Elektroden in einen Hauptstrom einleitbar ist.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektrolysezelle also ein Gehäuse, durch welches ein Hauptstrom, insbesondere einer Umwälzleitung aus einem Schwimmbecken geleitet wird.
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Der Raum ist mit dem Hauptstrom derart verbunden, dass Elektrolyt vom Raum in den Hauptstrom fließen kann.
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Weiter umfasst das Gehäuse einen weiteren Eingang, nämlich einen Elektrolyteingang, über den Elektrolyt direkt in den Raum leitbar ist. Mittels des Elektrolyts wird beispielsweise freies Chlor oder Brom in dem Raum hergestellt und sodann in den Hauptstrom geleitet.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Bereitstellung einer Elektrolysezelle ohne zusätzlichen Bypass.
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Es kann sich insbesondere um die vorstehend beschriebene Elektrolysezelle handeln, welche einen zusätzlichen Elektrolyteingang umfasst, der in den Raum mit dem Elektrodenpaket führt.
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Der Elektrolyteingang kann insbesondere verwendet werden, um aus einem Elektrolytkonzentrat Chlor oder Brom zu erzeugen und um dieses in den Hauptstrom einzuleiten.
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Der konzentrierte Elektrolyt kann beispielsweise über eine Anlage zur Salzabtrennung bereitgestellt werden, über die das Schwimmbeckenwasser geleitet wird. Es kann sich dabei insbesondere um eine Umkehrosmoseanlage handeln.
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Über die Anlage zur Salzabtrennung wird also salzarmes Wasser erzeugt, welches zurück ins Schwimmbecken geleitet wird, sowie konzentrierter Elektrolyt, welcher über den Elektrolyteingang in die Elektrolysezelle eindosiert wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass im Hauptstrom ein Einsatzteil eingesetzt ist, welches einen Ausgang für den Raum mit den Elektroden bereitstellt.
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Das Einsatzteil ist vorzugsweise herausnehmbar ausgebildet, wird dann verwendet, wenn die Elektrolysezelle am Elektrolyteingang angeschlossen werden soll.
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Wird das Schwimmbeckenwasser direkt als Elektrolyt verwendet, so kann der Einsatz weggelassen werden und der Elektrolyteingang wird nicht angeschlossen. Bei dieser Verwendung muss sich insbesondere ein Wirbel in dem Raum der Elektrolysezelle und es wird direkt aus dem Schwimmbeckenwasser Chlor oder Brom erzeugt.
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Wird die Elektrolysezelle dagegen verwendet, um aus einem Elektrolysekonzentrat, beispielsweise einer Anlage zur Salzabtrennung, Chlor oder Brom zu erzeugen, wird das Einsatzteil eingesetzt und stellt den Ausgang des Raums mit den Elektroden bereit.
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Der Einsatz kann insbesondere als Deckel ausgebildet sein, welcher die Öffnung zwischen dem Hauptstrom und dem Raum mit den Elektroden verkleinert. Es fließt nunmehr keine nennenswerte Menge Wasser vom Hauptstrom in den Raum hinein, sondern es wird Elektrolytkonzentrat über den Elektrolyteingang in den Raum geleitet und das mit freiem Chlor oder Brom angereicherte Wasser tritt über das Einsatzteil in den Hauptstrom hinein.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolysezelle, insbesondere einer Elektrolysezelle, wie sie vorstehend beschrieben wurde.
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Gemäß der Erfindung wird ein plattenförmiges Elektrodenmaterial aus einem beschichteten Metall bereitgestellt.
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Die Elektroden können insbesondere aus beschichtetem Titan, Tantal oder Nickel bereitgestellt sein und eine leitende Oxidschicht umfassen.
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Als leitende Oxidschicht kann beispielsweise Iridiumoxid und/oder Rutheniumoxid bzw. Platin dienen.
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Das Material der plattenförmigen Elektrode kann beispielsweise eine Dicke von 0,5 bis 2 mm haben.
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Dieses Material wird gemäß der Erfindung in polygonförmige, insbesondere hexagonale, Elektroden zerteilt, welche sodann in ein Gehäuse der Elektrolysezelle eingesetzt werden.
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Insbesondere können die Elektroden ausgestanzt, laser- oder wasserstrahlgeschnitten werden.
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Die Verwendung einer hexagonalen Form ermöglicht eine Herstellung nahezu ohne Verschnitt.
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Vielmehr wird vorzugsweise ein Material, wie beispielsweise Titan verwendet, welche randseitig oxidiert und so eine oxidierende Schutzschicht bildet. Die Schnittkante wird somit passiviert.
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Dies hat sogar den Vorteil, dass automatisch eine Elektrode bereitgestellt wird, welche an den Kanten mit einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit als an Vorderseite und Rückseite hat.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen 1 bis 5 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle.
- 2 ist ein Längsschnitt der Elektrolysezelle.
- 3 ist ein Querschnitt der Elektrolysezelle.
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Bezugnehmend auf die Schnittansichten gemäß 4 und 5 soll die Verwendung der Elektrolysezelle für ein Konzentrat verwendet werden, wobei ein Einsatz in den Hauptstrom der Elektrolysezelle eingesetzt ist.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle 1. Die Elektrolysezelle 1 umfasst ein Gehäuse 10, welches einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Raum 13 bereitstellt, der mit einem Deckel 11 verschlossen ist.
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Der Deckel 11 kann insbesondere als Schraubdeckel ausgebildet sein.
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Weiter umfasst das Gehäuse 10 ein Rohrstück 14, welches einen Eingang 15 und einen Ausgang 16 bereitstellt.
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Mittels des Rohrstücks 14 kann die Elektrolysezelle 1 insbesondere in die Umwälzleitung eines Schwimmbeckens eingebaut werden.
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Das Gehäuse 10 wird somit durch einen kreiszylindrischen Raum 13 gebildet, welcher sich mantelseitig mit dem Rohrstück 14 schneidet.
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Der Deckel 11 umfasst sternförmig verlaufende Stege 12, welche als Versteifungsstege oder Griffstücke zum Auf- und Zuschrauben des Deckels 11 dient. Aus dem Gehäuse 10, genauer gesagt aus dem Deckel 11, ragt ein elektrischer Anschluss 3a zum Anschließen einer Elektrode heraus.
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2 ist ein Längsschnitt in etwa mittig durch das Rohrstück 14.
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In dem kreiszylinderförmigen Raum 13 sind plattenförmige Elektroden 2 aufeinandergestapelt.
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Der Raum 13 überschneidet sich mit dem Rohrstück 14, so dass der Raum 13 seitlich zum Rohrstück 14 offen ist.
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Der über den Eingang 15 einströmende Elektrolyt fließt so teilweise in den Raum 13, in welchem sich ein Wirbel bildet. Die Flussrichtungen sind mit Pfeilen gekennzeichnet.
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Elektrolyt, welcher den Wirbel wieder verlässt, fließt zurück in den Hauptstrom und verlässt über den Ausgang 16 die Elektrolysezelle 1.
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Weiter dargestellt sind die ringförmigen Halter 20, welche in den Raum 13 eingesetzt sind.
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Die Halter 20 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel Finger 21, die die Elektroden 2 an den Ecken fassen und halten.
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Weiter umfassen die Halter 20 Abstandshalter 22, die für einen definierten Abstand der Halter 20 und damit der Elektroden 2 dienen.
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Der Raum 13 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 50 - 200 mm (Innendurchmesser).
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Auf der dem Rohrstück 14 gegenüberliegenden Seite umfasst das Gehäuse 10 den Elektrolyteingang 17.
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Der Elektrolyteingang 17 kann insbesondere ein Rückschlagventil umfassen und kann alternativ verwendet werden, wenn der Elektrolyt nicht über den Eingang 15, sondern beispielsweise als Konzentrat über den Elektrolyteingang 17 zugeführt werden soll (siehe dazu 4 und 5).
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3 ist ein Querschnitt der Elektrolysezelle.
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Dargestellt ist das Gehäuse 10, welches auch auf der dem aufgeschraubten Deckel gegenüberliegenden Seite sternförmig verlaufende Stege 12 aufweist.
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Mittig aus dem Raum 13 sind die elektrischen Anschlüsse 3a, 3b herausgeführt. Diese sitzen abgedichtet im Gehäuse 10, insbesondere eine davon im Deckel 11 des Gehäuses 10.
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Über die elektrischen Anschlüsse 3a, 3b werden die äußeren Elektroden 2a und 2e kontaktiert.
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Die inneren Elektroden 2b - 2d sind dagegen bipolar angeordnet und dienen nur als Reaktionsträger.
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Die Elektroden 2a - 2e sind die Halter 20a - 20f eingesetzt. Die Halter 20a - 20f sind zusammengesteckt und bilden so zusammen mit den Elektroden 2a - 2e ein Elektrodenpaket, bei welchem die Elektroden 2a - 2e in einem definierten Abstand zusammengehalten werden.
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Das Elektrodenpaket ragt in das Rohrstück 14 hinein.
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Bezugnehmend auf 4 und 5 soll die alternative Verwendung der Elektrolysezelle 1 zur Prozessierung eines Elektrolytkonzentrats näher erläutert werden.
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4 ist eine Schnittansicht, bei der das Rohrstück 14 aufgeschnitten ist.
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In das Rohrstück 14 ist nunmehr ein Einsatzteil 30 eingesetzt, welcher eine Aufwölbung 31 umfasst, in die die Elektroden hineinragen.
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Innerhalb der Aufwölbung 31 ist ein Ausgang 32 vorhanden, durch den der mit Chlor oder Brom angereicherte Elektrolyt in den Hauptstrom in dem Rohrstück 14 einfließt.
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Das Einsatzteil 30 dient also der Verkleinerung des Durchlassquerschnittes zwischen Rohrstück 14 und dem Raum mit den Elektroden.
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In diesem Betriebszustand fließt nunmehr keine nennenswerte Menge Wasser mehr von dem Rohrstück 14 in den Raum mit den Elektroden.
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Vielmehr wird, wie in dem Längsschnitt gemäß 5 dargestellt ist, der Elektrolyt über den Elektrolyteingang 17 in den Raum 13 mit den Elektroden 2 eingeleitet.
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Der Elektrolyt strömt durch das Paket mit den Elektroden 2 und das mit freiem Chlor oder Brom angereicherte Wasser fließt über den Ausgang 32 in den Hauptstrom in dem Rohrstück 14.
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So wie hier zusammen mit dem Einsatzteil 30 kann die Elektrolysezelle 1 insbesondere verwendet werden, wenn das Konzentrat aus einer Anlage zur Salzabtrennung (nicht dargestellt) direkt über den Elektrolyteingang 17 in die Elektrolysezelle eingeleitet werden soll.
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Die Entstehung eines Wirbels, der die Elektroden 2 umspült, ist in diesem Betriebszustand nicht notwendig, da die Salzkonzentration höher ist als in dem in 1 bis 3 dargestellten Betriebszustand.
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Durch die Erfindung konnte eine Elektrolysezelle bereitgestellt werden, welche eine hohe Effizienz hat und flexibel verwendet werden kann, insbesondere für die Erzeugung von freiem Chlor oder Brom zur Schwimmbeckendesinfektion.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrolysezelle
- 2
- Elektrode
- 3a, 3b
- elektr. Anschluss
- 10
- Gehäuse
- 11
- Deckel
- 12
- Steg
- 13
- Raum
- 14
- Rohrstück
- 15
- Eingang
- 16
- Ausgang
- 17
- Elektrolyteingang
- 20
- Halter
- 21
- Finger
- 22
- Abstandshalter
- 30
- Einsatzteil
- 31
- Aufwölbung
- 32
- Ausgang
