DE9212580U1 - Elektronische Kalkschutzvorrichtung zur Behandlung von Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten zur Verhinderung von Ablagerungen - Google Patents
Elektronische Kalkschutzvorrichtung zur Behandlung von Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten zur Verhinderung von AblagerungenInfo
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Description
Jürgen Sträub
Lüftestrasse 3
7410 Reutlingen 3. Sept. 1992
Elektronische Kalkschutzvorrichtung zur Behandlung von
Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten zur Verhinderung von Ablagerungen
Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Kalkschutzvorrichtung, welche eine durchfluß- und
härteunabhängige Behandlung von Härtebildner enthaltenden Flüssigkeiten gestattet.
Es lassen sich damit, durch Kalk- bzw. Kesselsteinablagerungen
verursachte Funktionsstörungen in Kalt- und Heißwasserleitungssystemen, Boilern, Durchlauferhitzern,
Kühltürmen, Wäschern usw. weitgehend verhindern.
Die Beeinflussung des durch die Vorrichtung fließenden,
Härtebildner enthaltenden Wassers, erfolgt mit entsprechenden Wechselspannungsimpulsen. Diese werden über
ein oder mehrere Elektrodensysteme auf die zu behandelnde Flüssigkeit übertragen.
Durch eine vorrichtungsgemäße Behandlung werden die im
Wasser enthaltenen Härtebildner, vorwiegend Calcium- und Magnesiumcarbonate derartig beeinflusst, daß sich diese
nach Überschreitung des Löslichkeitsproduktes bevorzugt nicht mehr an Oberflächen anlagern, sondern als eine
Vielzahl kleiner und kleinster Kristalle mit der Wasserströmung aus den Systemen ausgetragen werden können.
Eine Beeinflussung der Qualität des Wassers findet dadurch nicht statt.
Ein grundsätzliches Beispiel einer derartigen Kalkschutzvorrichtungen ist z.B. in der deutschen
Gebrauchsmusterschrift DE-GM 85 31 521.4 beschrieben.
In dieser seit längerem bekannten Kalkschutzvorrichtung
wird die Behandlung des durchströmenden Wassers nur über eine Ein/Aus-Funktion gesteuert. Fließt kein, oder nur sehr
wenig, Wasser so arbeitet diese Vorrichtung im Taktbetrieb von ca. 1 Sekunde. Sobald der Wasserdurchfluß sich nur
geringfügig erhöht, schaltet der Schwimmerschalter die Vorrichtung auf Dauerbetrieb um. Die Gesamtimpulsleistung
bleibt jedoch bis zur maximalen Durchflußmenge gleich.
Von einer Durchflußmengen abhängigen Behandlung des Wassers
kann also keine Rede sein. Außerdem kann durch diese Vorrichtung auch einer Veränderung der Wasserqualität,
welche jahreszeitlich und witterungsbedingt häufig vorkommt, nicht Rechnung getragen werden.
An Hand von praxisgemäSen Versuchen kcnrtte dargestellt
dargestellt werden, daß nicht die Elektrodenspannung, sondern in erster Linie der Elektrodenstrom und in zweiter
Linie auch die Frequenz der Impulse einen ganz entscheidenden Einfluß auf die Beeinflußung und somit auf den
Effekt der Verhinderung der Kalkablagerung hat.
Dieser Einfluß hat bisher bei marktgängigen Anlagen noch
keine Beachtung gefunden.
Bei einer vorgegebenen Impulsform ist die über das Elektrodensystem fließende Stromstärke direkt von der
Leitfähigkeit (dem reziproken ohmschen Widerstand) der zu
behandelnden Flüssigkeit abhängig. Daher verursacht eine Änderung der Leitfähigkeit auch direkt eine Änderung
der Stromstärke. Je nach Wasserzusammensetzung erreicht der, bezüglich der Kaikanhaftung, zu erzielende Effekt sein
Maximum bei verschiedenen Elektrodenstromstärken.
Zwar kann bisher, unter Umständen, mittels eines Potentiometers die Stromstärke bei zum Einstellungszeitpunkt gegebener Leitfähigkeit des Wasser auf einen
bestimmten Wert eingestellt werden, doch kann durch diese einmalige Einstellung eine spätere Änderung der
Leitfähigkeit nicht mehr berücksichtigt werden. Solche Änderungen der Wasserzusammensetzung und somit auch der
Leitfähigkeit treten jedoch tages- und jahreszeitlich
bedingt sehr häufig ein. Zudem ist diese Vorgehensweise zeitintensitiv und umständlich, da sie bei jeder
Installation eines Gerätes separat erfolgen muß.
Der Sinn dieser Erfindung ist daher, eine elektronische Kalkschutzvorrichtung vorzuschlagen, welche in der Lage
ist, eine von der Wasserqualität (Wasserzusammensetzung)
unabhängige Behandlung zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt außerdem auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Wirksamkeit auch durch die Strömungsart und die
Strömungsgeschwindigkeit des Wassers, d.h. durch die Art und Stärke der Verwirbelung während der Behandlung,
beeinflusst wird.
Die Lösung erfolgt durch Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen.
Es zeigen:
Abb. 1: Ein Prinzipschema der Steuerelektronik.
Eine Netzversorgung mit galvanisch trennendem Transformator,
anschließender Gleichrichtung und Spannungsstabilisierung versorgt einen Signalerzeugungsbaustein.
Die Spannungsstabilisierung dient zur Verbesserung der Erzeugung eines sauberen Signals ohne Streuungen. Mit
diesem Signalerzeugungsbaustein ist eine Frequenzerzeugungseinheit
gekoppelt.
&ogr;
Dieses Signal durchläuft einen SignaIv^rstärker.
Anschließend durchläuft das erzeugte Signal eine in ihrer Taktrate und Schrittweite einstellbare Stromstärkenwobbelung.
Diese Wobbelung des Elektrodenstroms garantiert somit eine für jede Wasserqualität und
geometrische Abmessung der Behandlungsvorrichtung eine optimale Elektrodenstromstärke und somit auch ein Maximum
des Effektes bezüglich der Verminderung der Kalkanhaftung.
Außerdem kann der Signalverstärker optional noch mit einem
am Filterteil angebrachten Baustein zur Durchflußmessung gekoppelt werden. Diese Koppelung hat die Aufgabe, die
Behandlung auch in Abhängigkeit des Wasserdurchflusses zu regeln.
Anschliesend wird das so erzeugte und aufbereitete Signal über das Elektrodensystem direkt auf die zu behandelnde
Flüssigkeit (Wasser) übertragen.
Vorzugsweise wird zur Behandlung von Härtebildnern enthaltenden Flüssigkeiten ein Rechtecksignal mit, einer
vom Nullwert aus gesehenen, positiven und einer negativen Amplitude eingesetzt. Bei Wasserzusammensetzungen die nicht
der Trinkwasserverordnung entsprechen ( Kühlwässer, Wasser
aus Eigenbrunnen u.a.) kann optional zwischen der positiven und negativen Flanke des Signals auch ein, in seiner Dauer
variabler, Nulldurchgang des Signals eingebaut werden.
Um einem möglichem elektrolytischen Abbau des Elektrodensystems und einer deutlichen Erhöhung der Wasseraggressivität,
welcher unter Umständen zu Korrosionserscheinungen an Leitungssystemen führen kann, zu
vermeiden, sollte das Flächenintegral aus Strom, Spannung und Zeit insgesamt gleich Null sein. Zumindest
muß ein evtl. noch vorhandenes positives oder negatives Restpotential kleiner als das Korrosionspotential des im
schlechtesten Falle verwendeten Elektrodenmaterials bleiben.
Der Bereich einer sinnvollen Elektrodenstromstärkewobbelung
beträgt 0,01 bis 10000 mA pro cm2 wirksamer Elektrodenoberfläche,
vorzugsweise jedoch zwischen 0,1 und 500 mA. Dieser Stromstärkebereich sollte 1 bis 1000 mal pro
Sekunde durchgefahren (gewobbelt) werden.
Die Elektrodenspannung sollte aus Sicherheitsgründen im Bereich der Schutzkleinspannung liegen.
Eine konkrete Ausgestaltung der einzelnen Teile der Steuerelektronik ist Stand der Technik und kann auf
verschiedene Art und Weise vom Fachmann ausgeführt werden.
Abb. 2- Prinzipaufbau eines Ausführungssbeispiels eines
Filters mit Elektrodensystem.
Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Kalkschutzvorrichtung
aus einem Filtergehäuse (5), welches aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein kann und mit einem Einlauf und
Auslauf (1 u. 2) versehen ist. Im Gehäuseoberteil (6) sind voneinander elektrisch isoliert zwei Elektroden (3 u. 4)
angebracht. Die Innenelektrode (3) ist zentrisch in der dazugehörigen Außenelektrode (4) angeordnet. Seide
Elektroden sind mit Anschlußmöglichkeiten zum elektrischen Anschluß an die Elektronik (7) versehen.
Die Elektroden können als Rohr und einer zentrisch dazu angeordneten Stabelektrode gefertigt werden. Um eine
entsprechende turbulent Strömung zu erzwingen, sollte jedoch die Rohrelektrode (4) auf ihrer Innenseite eine
alternierende Querschnittsverengung und Erweiterung aufweisen. Die Stabelektrode (3) sollte ebenfalls
diesen Änderungen folgen, so daß der Abstand beider Elektroden an allen Stellen jedoch gleich groß ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist derart
gestaltet, daß sich im Innenbereich der Elektroden eine Strömungsleiteinrichtung (8) aus elektrisch nichtleitendem
Material, welche im Elektrodenbereich eine Aufspaltung des Flüssigkeitsstromes bewirkt, angeordnet ist. Diese
Strömungsleiteinrichtung ist derart gestaltet, daß der
Flüssigkeitsstrom am ersten Segmentpaar einen Drall im Uhrzeigersinn erfährt, am zweiten erfolgt eine Umkehrung
des Dralls und so weiter .
Dadurch wird im Bereich der Elektroden eine äußerst turbulente Strömung, welche bereits Merkmale der
Mikrokavitation aufweist, erzwungen. Dadurch erfolgt bei nur mäßig erhöhtem Gesamtdruckverlust ein mehrmaliger
Strömungsabriß, welcher so eine sehr hohe Anzahl von Kristallisationskeimen erzeugt.
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In einem weiterem Ausführungsbeispiel können bei einer entsprechenden Filterausführung auch lamellenförmige
Plattenelektroden zur Anwendung kommen.
Claims (18)
1. Elektronische Kalkschutzvorrichtung zum Einbau in
Wasserleitungssysteme mit mindestens zwei in gleichem
Abstand stehenden Elektroden ( 3 u. 4) welche mit Strömungsleiteinrichtungen (8) versehen sein können und
durch welche die zu behandelnde Flüssigkeit durchfließt und einer Steuerelektronik (7) welche in ihrem Signalerzeugungsteil
eine Wechselspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet daß, die Steuerelektronik (7) eine
Wobbelung der Elektrodenstromstärke zur härteunabhängigen
Behandlung aufweist und optional eine Durchflußmessung (9) derart auf die Verstärkungsseinheit einwirkt, daß die
gesamte Elektrodenleistung durchflußunabhängig ein Maximum der Behandlung Härtebildner enthaltender Flüssigkeiten
bezüglich der Kalkanhaftung bietet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die an den Elektroden anliegenden Wechselspannungsimpulse
als ein Rechtecksignal ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Wechselspannungsimpulse unterschiedlich große
positive und negative Amplituden besitzen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Tastverhältnis der Wechselspannungsimpulse
(Verhältnis der positiven und negativen Amplitude zueinander) zwischen 1:50 und 50:1, vorzugsweise zwischen
1:5 und 1:2 liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Signal zwischen den positiven und negativen
Wechselspannungsimpulsen auch, in ihrer Dauer einstellbare, Nulldurchgänge aufweisen kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Dauer der Nulldurchgänge zwischen 0,0 und 10
Sekunden beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, das Integral eines Gesamtimpulses mindestens kleiner
als das Korrosionspotential des im schlechtesten Falle verwendeten Elektrodenmaterials, vorzugsweise jedoch gleich
Null ist.
O
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß, der Bereich des verwendeten Ulechselspannungsimpuls
innerhalb der Schutzkleinspannung liegt.
daß, der Bereich des verwendeten Ulechselspannungsimpuls
innerhalb der Schutzkleinspannung liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß, die Elektrodenstromstärke wobbelbar ist.
daß, die Elektrodenstromstärke wobbelbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektrodenstromstärke im Bereich von 0,01 bis
10000 mA pro cm2 wirksamer Elektrodenoberfläche,
vorzugsweise jedoch zwischen 0,1 und 500 mA liegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Frequenz der möglichen Stromstärkewobbelung im
Bereich zwischen 0,1 und 1000 Hz, vorzugsweise zwischen
5 bis 50 Hz liegt.
5 bis 50 Hz liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Frequenz der an den Elektroden anliegenden
Wechselspannungsimpulsen fest eingestellt ist und im
Bereich zwischen 0,5 und 20 kHz, vorzugsweise zwischen 4 und 10 kHz liegt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, über eine Durchflußmessung (9) am Filter eine Mengenbwz.
durchflußabhängige Behandlung erfolgen kann.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektroden auf der vom Wasser durchströmten Seite
Strömungsschikanen (Strömungsleiteinrichtungen (8)), welche jedoch immer den gleiche Elektrodenabstand garantieren,
aufweisen können.
aufweisen können.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) in dem
durchfließenden Wasser einen Drall erzwingen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) derart gestaltet
sind, daß sich die Drallrichtung des strömenden Wassers im Bereich der Elektroden mehrmals umkehrt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, diese Strömungsleiteinrichtungen (8) aus elektrisch
nichtleitenden Materialien, vorzugsweise aus Kunststoffen bestehen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Elektroden (3 u. 4) aus nichtrostendem Stahl
bestehen.
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Cited By (1)
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EP0639532A2 (de) * | 1993-08-19 | 1995-02-22 | Ruckelshausen Wassertechnik Aktiengesellschaft | Elektronischer Kalkwandler |
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1992
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