DE2846452A1 - Elektrische versorgung fuer wasseraufbereitungszellen nach dem verfahren der anodischen oxidation - Google Patents

Description

• Elektrische Versorgung für Wasseraufbe-
• reitungszellen nach dem Verfahren der anodischen Oxidation Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur elektrischen Versorgung von Wasseraufbereitungszellen nach dem Verfahren der anodischen Oxidation. Bei der Versorgung der Reaktionszellen wird hierbei eine getaktete Gleichspannung verwendet, wobei zur Energieeinsparung in einer Regelschaltung eine exakte Anpassung an den Energiebedarf der Reaktionszellen gewährleistet wird, ohne daß die zur Verfügung stehende Energie als Folge der Regelung in nicht nutzbare Wärme überführt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Taktfrequenz verwendet, die über 1 kHz liegt, wodurch Polarisationsverluste bei den Elektroden der Reaktionszellen vermieden werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen elektronische Schaltungen zur Realisierung des Verfahrens.
• Es sind verschiedene Vorschläge bekannt wie Wasseraufbereitungsgeräte nach dem Prinzip der anodischen Oxidation mit Spannung und Strom versorgt werden können. Oblicherweise wird hierzu die Reinigungszelle an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, wobei für eine Entkeimung eine bestimmte Energie pro aufzubereitendes Flüssigkeitsvolumen nötig ist. So ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 26 26 569 bekannt, Zellen und dazugeschaltete Pumpen mit Hilfe von einem Spannungswandler (zur Erzeugung der hohen Zellspannung) mit Gleichrichter und einem Spannungskonstanter zu versorgen. Dabei wird davon ausgegangen, daß bei Batteriebetrieb Spannungen zur VerfüginM ssYnqdJ c die auf einen nötigen höheren Wert umgesetzt werden müssen, damit Zellen mit der notwendigen Stromdichte betrieben werden können.
• Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 26 26 570 ist ebenfalls bekannt mittels Spannungskonstant- bzw. Stromkonstantschaltungen eine Versorgung mittels Gleichstrom für elektrolytische Zellen vorzunehmen. Die o.g. Verfahren haben jedoch alle einen gemeinsamen Nachteil: Um die bedingt durch eine veränderte Wasserleitfähigkeit notwendige Anderung der Zellspannung vorzunehmen, um eine konstante Stromdichte zu gewährleisten, muß ein variabler Vorwiderstand verwendet werden. Das Produkt aus dem dort entstehenden Spannungsabfall und dem Zellstrom stellt eine Verlustleistung dar, die in Form von Wärme anfällt. Dies ist ein entscheidender Nachteil besonders dann, wenn die Wasseraufbereitungszellen aus einer Batterie versorgt werden sollen. Der Wirkungsgrad der Zellen, ausgehend von der Nutzenergie und der investierten Energie am Eingang der elektrischen Schaltung sieht sehr ungünstig aus, da insbesondere bei Batteriegeräten in der Praxis mit einem Verlust von mehr als 20 Prozent gerechnet werden muß.
• Dieses Problem bedingt durch Schwankungen der Wasserleitfähigkeit wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zellen nicht mit Gleichspannung sondern mit einer getakteten Gleichspannung versorgt werden. Es wird eine getaktete Konstantstromquelle verwendet, die nur soviel Energie aufnimmt wie aufgrund einer vorher berechneten oder automatisch ermittelten Energiebilanz für die elektrochemischen Prozesse notwendig ist. Dies wird durch einige Abbildungen erläutert: Fig.1: zeigt die gleichzeitige Darstellung von üblicher Gleichspannung und getakteter Zellspannung mit einer Anderung der Impulsbreite(und Impiil shöhe).
• Fig.2: zeigt das Prinzipschaltbild der verwendeten getakteten Stromregelung.
• Fig.3: zeigt eine elektrotechnische Schaltung des verwendeten Reglers.
• Fig.4: zeigt die separate Stromversorgung der elektronischen Schaltung nach Fig. 3 Fig.1 zeigt den Verlauf der Zellspannung (1), die an einen sich ändernden Zellwiderstand (RZ1 . RZ2) angepaßt werden muß, damit eine konstante Zellstromdichte entsteht. Die gleiche effektive Leistung kann auch in Form einer getakteten Gleichspannung (2) erzeugt werden: Bei geändertem Zellwiderstand (ru2) erfolgt bei der herkömmli-2 chen Regelung eine Gleichspannungsänderung, bei der getakteteten Konstantstromquelle eine Regelung über die Impulsbreite (3) bei konstanter Zellspannung (4).
• Falls sich die elektrochemischen Parameter der Zelle ändern, muß eine Variation der Impulsbreite (oder -höhe) möglich sein.
• Dies ist erforderlich, um bei einem zeitlichen Mittelwert des Stroms arbeiten zu können, der vorher eingestellt worden ist.
• Dies wird durch eine Schaltung bewerkstelligt, die in Fig.2 schematisch dargestellt ist. Ein Rechteckgenerator (R) arbeitet vorzugsweise mit einer Frequenz von größer als 1 kHz und ist mit einem Differenzverstärker D über den invertierenden Eingang verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers D schaltet einen Transistorschalter T, der mit der Reinigungszelle (anodische Oxidation) AO verbunden ist. Der zweite (nicht invertierende) Eingang des Differenzverstärkers D ist mit einem invertierenden Integrator I verbunden, der sein Eingangssignal vom Vergleichspunkt B, dem Emitter des Transistorschalters T,erhält.
• Ein parallelgeschalteter monostabiler Multivibrator M, der ebenfalls mit dem Emitter des Transistorschalters T (Punkt B) verbunden ist, ermöglicht die überwachung des Maximalstroms über ein einstellbares Referenzpotential URef2. über den Integrator I wird die Spannung am Punkt A der Schaltung so geregelt, daß das zeitliche Integral der Spannung am Punkt B konstant bleibt, d.h. i konstant bleibt; Die Integrationskonstanten können über eine Referenzspannung eingestellt werden (URef1). Durch eine zusätzliche Schaltung ist auch noch eine überwachung der Regelung möglich. So wird der monostabile Multivibrator bei Kurzschluß in der Reinigungszelle oder überschreiten des Maximalstromes über das dann am Punkt B anliegende hohe positive Potential gestartet.
• Dadurch wird die Regelung für die Dauer der Schaltzeit des monostabilen Multivibrators ausgeschaltet. Optisch ist dies durch Blinken einer Leuchtdiode LED, die über einen Operationsverstärker 0 geschaltet wird, zu erkennen. Der Maximalstrom ergibt sich zu: Bei funktionsfähiger Regelschaltung leuchtet eine am Ausgang des Operationsverstärkers gegen Masse geschaltete Leuchtdiode LED auf. Bei noch nicht einsetzender Regelung ist die Leuchtdiode dunkel geschaltet. Hiermit ist eine eindeutige Funktionsüberwachung der elektronischen Schaltung gegeben. Fig.3 zeigt die elektrische Ausführung der verwendeten Regelschaltung. Durch Verwendung von integrierten Bauteilen, beispielsweise durch Vierfach-Operationsverstärker ist die verwendete Schaltung sehr klein auszuführen, besonders auch deshalb,weil nur geringe Verlustleistungen auftreten. Das Bauvolumen einer beschriebenen Schaltung nach dem getakteten Stromprinzip ist somit wesentlich geringer als die Schaltung bei Verwendung der normalen Serienregelung. Durch Verwendung einer Frequenz für den Taktgenerator, die über 1 kHz liegt, läßt sich auch erreichen, daß Depolarisationseffekte, die sonst bei Verwendung von Wechsel strömen oder getakteten Gleichströmen zu einem ungünstigeren elektrochemischen oder bakteriologischen Ergebnis bei den Reinigungszellen führen würden, vermieden werden. Vergleichsuntersuchungen haben keinen Unterschied gegenüber den bisher verwendeten Serienregelschaltungen ergeben. Dies soll mittels einiger Beispiele erläutert werden: 1. Beispiel: Bei einem Strom von 300 mA, einer Zellspannung von 39,4 V und einer Wasserleitfähigkeit von 431 uS/cm, einem pH-Wert von 7,86 und einem Durchfluß von lo cm3/s wurde kein Wachstum von vorher eingesetzten E.-coli-Bakterien gemessen. Diese Werte beziehen sich auf einen Versuch mit dem neuen geregelten Impulsstromregler. Ein Kontrollversuch ohne Impulsstromregler nach dem Serienregelprinzip ergab bei Ausgangswerten von 300 mA Strom, 39,4 V Spannung, Leitfähigkeit von 408pS/cm und einem Durchfluß von lo cm3 /s ebenfalls fast eine loo%ige Abtötung der vorher eingesetzten E.-coli-Bakterien. Es wurden hier lediglich o,l6% überlebende Bakterien gemessen. Dies kann jedoch auch auf Schwankungen bei der statistischen Auswertung zurückgeführt werden.
• 2. Beispiel: Bei 250 mA, 34,3 V und 508 uS/cm, pH-Wert = 7,63 und einem Durchfluß von 20 cm3/s wurde eine überlebensrate der Keime von o,o1% bei Verwendung des Impulsstromreglers gemessen. Im Kontrollversuch mit Serienregler bei den gleichen Parametern wurden ebenfalls weniger als o,ol% Oberlebende ermittelt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRUCHE: 1. Verfahren zur elektrischen Versorgung von Wasseraufbereitungszellen nach dem Verfahren der anodischen Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß eine getaktete Gleichspannung über eine Regelung bezüglich ihrer Impulsbreite und/oder Impulshöhe entsprechend der elektrotechnischen und elektrochemischen Parameter der Zelle zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorwiegend mit einer Taktfrequenz größer als 1 kHz gearbeitet wird.
3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet,daß, ein Rechteckgenerator (R) mit einem Differenzverstärker (D), dieser mit einem Transistorschalter (T) verbunden ist, dessen Ausgang (Punkt B) den Eingang des integrierenden Regelverstärkers (I) beeinflußt und mit dem Differenzverstärker (Punkt A) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte B und C der Schaltung nach Anspruch 3 mittels einer überwachungsschaltung M verbunden sind.
5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine separate Stromversorgung für den Rechteckgenerator (R), den Differenzverstärker (D), den integrierenden Regelverstärker (I), den monostabilen Multivibrator (M) und den Operationsverstärker (0) vorgesehen ist.