DE2951993A1

DE2951993A1 - Insbesondere fuer die einzelentsorgung einer toilettenanordnung bestimmte elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2951993A1
Application number: DE19792951993
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. 6000 Frankfurt Hrska
Original assignee: LOPEX GmbH
Current assignee: LOPEX GmbH
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-07-02

Description

Insbesondere für die Einzelentsorgung einer
Toilettenanordnung bestimmte Elektrolysezelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle, insbesondere für die Anreicherun#eines Natriumchlorid enthaltenden Abwassers mit Natriumhypochlorit zwecks Einzelentsorgung einer Toilettenanordnung, mit einer Anode, einer Kathode, einem Abwassereingang, einem Abwasserausgang und elektrischen Anschlüssen an den Elektroden zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle.
Bei einer bekannten Elektrolysezelle für diesen Zweck (IJS-PS 3 856 642) sind innerhalb eines Zweikammerbehälters plattenförmige Elektroden und Mischrührer in jeder Kammer zur Fäkalienzerkleinerung angeordnet. Der Abwassereingang befindet sich in Bodennähe in der Ecke einer Kammer und der Abwasserausgang ist im Deckel der anderen Kammer angeordnet. Die Mischrührer und die Strömungsführung durch die Kammern führen zur Bildung toter Ecken in den beiden Kammern und in sich kreisender Wirbel, in denen das Wasser nicht oder nur ungenügend ausgetauscht wird. Dadurch werden die Elektrodenoberflächen nicht optimal ausgenutzt, die Elektroden werden auch nicht über die ganze Fläche gleichmäßig belastet und das Verweilzeitspektrum für das die Elektrolysezelle passierende Abwasser ist groß. Die bekannte Zelle besitzt auch erhebliche Abmessungen, die den Einbau in die enge Raumsituation von Fahrzeugen erschweren können. Die Antriebsmotoren für die eingebauten Mischrührer belasten darüber hinaus die Bordenergieversorgung zusätzlich. In Ermangelung irgendwelcher Maßnahmen zur Abführung des bei der Elektrolyse gebildeten Wasserstoffes sind bei der bekannten Zelle gefährliche Ansammlungen von Wasserstoff nicht auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle bereitzustellen, die bei verhältnismäßig geringen Abmessungen und einem kleinen Verweilzeitspektrum einen im wesentldchen von toten Ecken und Wirbeln freien Durchlauf das Abwassers mit vollständiger Ausnutzung der Elektrodenoberflächen und gleichmäßiger Flächenbelastung erlaubt, ohne daß es zu gefährlichen Wasserstoffansammlungen kommen kann.
Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von der eingangs bezeichneten Gattung dadurch gelöst, daß (a) die senkrecht angeordneten Wandungen der Elektrolysezelle im wesentlichen von den Elektroden selbst gebildet sind, (b) die eine Elektrode aus einer inneren geschlossenen Wandung besteht, die einen inneren Hohlraum umschließt, (c) die andere Elektrode aus einer geschlossenen, die innere Wandung unter Belassung eines umlaufenden Spaltraumes umgebenden äußeren geschlossenen Wandung besteht, (d) die äußere Wandung jeweils abgedichtet an ein Bodenteil und eine obere Verschlußkappe angeschlossen ist, wobei Bodenteil und Verschlußkappe aus einem elektrisch nichtleitenden Material geformt sind, (e) auch die innere Wandung durch das Bodenteil abgeschlossen ist, an ihrem oberen Ende jedoch mit dem Spaltraum kommuniziert, (f) der Abwassereingang unten an den Spaltraum und der Abwasserausgang unten an den inneren Hohlraum angeschlossen ist, und (g) an die Verschlußkappe eine selbsttätig arbeitende Entgasungseinrichtung angeschlossen ist.
Durch die Verwendung der beiden Elektroden als Wandelemente der Elektrolysezelle werden sehr kleine Bauabmessungen bei dennoch relativ großer Elektrodenoberfläche erzielt. Die Elektrolysezelle benötigt daher nur einen sehr geringen Einbauraym. Das unten in den Spaltraum zwischen den beiden Wandungen eingeführte Abwasser, aus dem vorher zweckmäßigerweise mitgeführte Feststoffe im wesentlichen ausgefiltert worden sind, nimmt innerhalb der Zelle einen kreisenden nach oben steigenden Strömungsverlauf, wobei es über die volle Höhe der Elektroden geführt wird. Es bilden sich daher keine toten Ecken oder in sich kreisende Wirbel, so daß der Wasseraustausch und die ausgenutzte Elektrodenoberfläche bei gleichmäßiger Elektrodenflächenbelastung optimal sind. Nach Erreichen der oberen Kante der inneren Wandung tritt das Wasser in den von der inneren Wandung begrenzten Hohlraum ein und bewegt sich nach unten zum Abwasserausgang. Hierbei ist der Querschnitt des Hohlraumes zweckmäßig so bemessen, daß die Sinkgeschwindigkeit des Abwassers geringer ist, als die Steiggeschwindigkeit der Gasbläschen, wodurch diese nicht nach unten mitgerissen, sondern aufsteigen können. Auf diese Weise kann der sich nach oben absetzende Wasserstoff durch die selbsttätig arbeitende Entgasungseinrichtung von Zeit zu Zeit gefahrlos aus der Zelle abgeführt werden.
Eine besonders einfache Bauform wird erzielt, wenn die Elektroden aus konzentrisch zueinander angeordneten Zylinderrohrabschnitten gebildet sind. Der dadurch gebildete Spaltraum besitzt einen Kreisringquerschnitt und über die Höhe die Form eines Hohlzylinders.
Wenn der Abwassereingang in tangentialer Richtung in den Spaltraum einmündet, bildet sich im Spaltraum eine sehr vorteilhafte spiralförmige Aufwärtsströmung aus, insbesondere wenn die Elektroden wie vorstehend angegeben aus Zylinderrohrabschnitten gebildet sind.
Zweckmäßig ist die innere Wandung bzw. der innere Zylinderrohrabschnitt die Anode. Dadurch kann die äußere Wandung bzw. der äußere Zylinderrohrabschritt als Kathode an Masse gelegt werden, wodurch unbeabsichtigte Berührungen der Anode ausgeschlossen sind.
Eine besonders einfache Ausgestaltung ohne Notwendigkeit der Anbringung von Durchbrüchen etc. an den Elektroden selbst ergibt sich, wenn der Abwassereingang und der Abwasserausgang als in das Bodenteil eingeformte Kanäle ausgebildet sind. Diese Kanäle können bei der Herstellung des Bodenteils, beispielsweise bei der Spritzformung aus einem geeigneten Kunststoff unmittelbar mit eingeformt werden. Entsprechend kann auch der Stromanschluß für die Anode durch das Bodenteil geführt sein. Auch die hierfür vorzusehenden Hohlräume lassen sich bei der Spritzformung mit anbringen.
Eine wirksame und dennoch unkompliziert aufgebaute Entgasungseinrichtung ergibt sich, wenn diese nach Art eines in senkrechter Richtung wirksamen Kugelrückschlagventils ausgebildet ist, dessen Kugel ein spezifisches Gewicht von < 1 aufweist. Zweckmäßig besteht hierbei die Entgasungseinrichtung im wesentlichen aus einem mit der Verschlußkappe verbindbaren, hohlzylindrischen und oben mit einem Gasaustritt versehenen Gehäuse, das im Hubbereich der Kugel mit einem Kunststoffrohrabschnitt ausgekleidet ist und am oberen Ende des Hubbereichs einen Ventilsitz für die Kugel aufweist.
Das Ventil wird durch die im Abwasser aufschwimmende Kugel geschlossen, wenn keine Wasserstoffansammlung vorhanden ist. Ein sich im oberen Bereich des Gehäuses bildendes Wasserstoffvolumen verdrängt jedoch das Abwasser nach unten, wodurch die Kugel den Ventilsitz freigibt. Der Wasserstoff kann nunmehr entweichen, wobei das nachdrängende Wasser die Kugel Mieder an den Sitz andrückt und das Ventil schließt.
Eine einfache und zuverlässige Bs'weise wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erzielt, daß die Verschlußkappe und das Bodenteil an ihren zueinander gekehrten Flächen jeweils mit einer Ringnut zur Aufnahme des benachbarten Endes der äußeren Wandung bzw. des äußeren Zylinderrohrabschnittes versehen sind, in welcher sich ein Dichtungsring befindet, und daß die Verschlußkappe und das Bodenteil unter Einspannung der äußeren Wandung bzw. des äußeren Zylinderrohrabschnittes durch am Umfang angeordnete Zugstäbe od. dgl. lösbar miteinander verbunden sind. Die Ringnuten in Verschlußkappe und Bodenteil können ebenfalls bei der Spitzformung dieser Teile aus Kunststoff mit eingeformt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Darin zeigt: Fig. 1 einen Höhenschnitt durch eine Elektrolysezelle, Fig. 2 einen teilweise aufgebrochenen Schnitt durch die Zelle entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Höhenschnitt durch die Entgasungseinrichtung.
Die in den Fig. 1 und 2 in etwas schematisierter Form dargestellte Elektrolysezelle besteht im wesentlichen aus der Anode 1, der Kathode 2, der oberen Verschlußkappe 3 und dem Bodenteil 4. Die Anode 1 und die Kathode 2 bilden die senkrecht angeordnete innere Wandung bzw. äußere Wandung der Elektrolysezelle und sind als konzentrisch zueinander angeordnete Zylinderrohrabschnitte ausgebildet.
An ihren zueinander gekehrten Flächen besitzen die Verschlußkappe 3 und das Bodenteil 4 jeweils eine entsprechende Ringnut 5 bzw. 6, in welches das jeweils benachbarte Ende der Kathode 2 unter Vermittlung eines Dichtungsringes 7 bzw. 8 eingreift. Auf einer umlaufenden Ringschulter 9 der im Querschnitt kreisringförmigen Verschlußkappe 3 sitzt eine Tlalterungsplatte 10, die etwa den quadratischen Grundriß des Bodenteils 4 aufweist (Fig. 2). Durch an den vier Ecken des Bodenteils 4 und der Halterungsplatte 10 angebrachte Bohrungen, von denen aus der Zeichnung (Fig. 2) nur die Bohrungen 11 im Bodenteil 4 ersichtlich sind, erstrecken sich Zugstäbe 12.
Die Zugstäbe 12, die zur Verdeutlichung der Darstellung in Fig. 1 nicht eingezeichnet sind, deren Lage aber aus Fig. 2 hervorgeht, spannen die Kathode 2 abgedichtet zwischen der Verschlußkappe 3 und dem Bodenteil 4 ein.
Anode 1 und Kathode 2 begrenzen einen Ringspaltraum 13, der mit einer entsprechenden Ringnut 14 im Bodenteil 4 unmittelbar in Verbindung steht. Die Anode 1 umschließt einen inneren Hohlraum 15, der unten durch die obere Fläche des Bodenteils 4 abgeschlossen ist und oben offen ist, so daß der zum Innenraum 16 der Verschlußkappe hin geöffnete Ringspaltraum 13 über die obere eine Oberströmkante bildende Ringfläche 17 der Anode 1 mit dem Hohlraum 15 in Verbindung steht.
Der Abwassereingang 18 und der Abwasserausgang 19 schließen jeweils an das Bodenteil 4 an und sind mit diesem zweckmäßig einstückig ausgebildet. Der Abwassereingang mündet mit seinem in das Bodenteil 4 eingeformten Kanal tangential in die Ringnut 14 ein, während der entsprechend in das Bodenteil eingeformte winkelförmig verlaufende Kanal des Abwasserausganges 19 zentral an den inneren Hohlraum 15 anschließt. Aufgrund dieser Anordnung nimmt das über den Abwassereingang 18 zugeführte Abwasser einen spiralförmigen Aufwärtsweg durch den Ringspaltraum 13, wobei es über die Ringfläche 17 der Anode 1 überströmt und im inneren Hohlraum 15 nach unten absinkt, bis es schließlich aus dem Abwasserausgang austritt.
Im gezeigten Beispiel wird die Anode 1 durch an ihrem unteren Ende befestigte nach innen weisende Laschen 20, von denen in Fig. 1 zur Verdeutlichung nur eine dargestellt ist, durch Schrauben 21 am Bodenteil 4 gehalten.
Während zwei der Schrauben 21 in (nicht dargestellte) Sacklöcher eingeschraubt sind, greift eine der Schrauben 21 in ein elektrisch leitendes Kontaktstück 22 ein, an welchem der Stromanschluß 23 für die Anode 1 befestigt ist. Das Kontaktstück befindet sich in einer von unten in das Bodenteil 4 eingebrachtenRohrung 24 und ist gegenüber dem inneren Hohlraum 15 durch einen Dichtring 25 dicht abgeschlossen. An der Kathode 2 ist der Masseanschluß 26 befestigt.
Das sich im Innenraum 16 der Verschlußkappe 3 ansammelnde Wasserstoffgas tritt über einen an der Verschlußkappe 3 befindlichen Stutzen 27 aus, der zur lösbaren Verbindung mit der nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Entgasungseinrichtung mit einem Außengewinde versehen ist.
Die nach Art eines Kugelrückschlagventils arbeitende Entgasungseinrichtung ist in Fig. 3 in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 größeren Maßstab dargestellt.
Sie besteht im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen allgemein mit 28 bezeichneten Gehäuse, einem allgemein mit 29 bezeichneten Gasaustrittsteil und einer unten an das Gehäuse angeschlossenen Oberwurfmutter 30 zur Verbindung mit dem Stutzen 27 der Verschlußkappe 3.
Das Gasaustrittsteil 29 weist ein.: nach unten zeigende kegelmantelstumpfförmige Ventilsitzfläche 31 auf, die mit der Ventilkugel 32 die Elektrolysezelle abdichtend zusammenarbeitet, wenn diese vollständig mit Abwasser gefüllt ist, welches die auf dem Wasser schwimmende Kugel 32 gegen die Ventilsitzfläche 31 andrückt. Bei 33 verengt sich das Gehäuse 28, so daß die Kugel 32 nicht nach unten aus der Entgasungseinrichtung herausfallen kann, wenn kein Abwasser in der Entgasungseinrichtung vorhanden ist. Im Hubbereich der Kugel 32, die beispielsweise aus Polypropylen hergestellt sein kann, besitzt das Gehäuse 28 eine Auskleidung in Form eines Kunststoffrohrabschnittes 34.
In Fig. 3 ist die Kugel 32 in ihrer unteren Ruhelage gezeigt. Im Betrieb der Elektrolysezelle jedoch wird die Kugel 32 durch den Wasserdruck abdichtend an die Ventilsitzfläche 31 angelegt, bis sich im Innenraum des Gehäuses 28 bzw. im Innenraum der Verschlußkappe 3 ein Wasserstoffgasvolumen angesammelt hat, welches das Abwasser nach unten zu verdrängt. Die auf dem Abwasser schwimmende Kugel gibt dann die Ventilsitzfläche 31 so lange frei, bis das Gas über den Gasaustrittsteil 29 entwichen ist und das nunmehr wieder nachdrängende Wasser die Kugel 32 wieder an die Ventilsitzfläche 31 anlegt.
Dieser Vorgang wbalerholt sich selbsttätig nach Maßgabe des jeweiligen Wasserstoffanfalls.
Die Anode 1 kann aus Titan oder einem ähnlichen Metall hergestellt sein und ist mit einer elektrisch leitenden elektrokatalytisch aktiven Beschichtung versehen, beispielsweise mit Platin. Dagegen kann die Kathode 2 aus einem rost- und säurebeständigen Stahl bestehen. Das Bodenteil 4 und die Verschlußkappe 3 können beispielsweise aus Polyvinylchlorid spritzgeformt sein.
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Claims

Patentansprüche Elektrolysezelle, insbesondere für die Anreicherung eines Natriumchlorid enthaltenden Abwassers mit Natriumhypochlorit zwecks Einzelentsorgung einer Toilettenanordnung, mit einer Anode, einer Kathode, einem Abwassereingang, einem Abwasserausgang und elektrischen Anschlüssen an den Elektroden zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die senkrecht angeordneten Wandungen der Elektrolysezelle im wesentlichen von den Elektroden (1,2) selbst gebildet sind, (b) die eine Elektrode (1) aus einer inneren geschlossenen Wandung besteht, die einen inneren Hohlraum (15) umschließt, (c) die andere Elektrode (2) aus einer geschlossenen, die innere Wandung unter Belassung eines umlaufenden Spaltraumes (13) umgebenden äußeren geschlossenen Wandung besteht, (d) die äußere Wandung (Elektrode 2) jeweils abgedichtet (8, 7) an ein Bodenteil (4) und eine obere Verschlußkappe (3) angeschlossen ist, wobei Bodenteil (4) und Verschlußkappe (3) aus einem elektrisch nichtleitenden Material geformt sind, (e) auch die innere Wandung (Elektrode 1) durch das Bodenteil (4) abgeschlossen ist, an ihrem oberen Ende (17) jedoch mit dem Spaltraum (13) kommuniziert, (f) der Abwassereingang (18) unten an den Spaltraum (13) und der Abwasserausgang (19) unten an den inneren Hohlraum (15) angeschlossen ist, und (g) an die Verschlußkappe (3) eine selbsttätig arbeitende Entgasungseinrichtung (28 bis 34) angeschlissen ist.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) aus konzentrisch zueinander angeordneten Zylinderrohrabschnitten gebildet sind.
3. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwassereingang (18) in tangentialer Richtung in den Spaltraum (13) einmündet.
4. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung bzw. der innere Zylinderrohrabschnitt die Anode (1) ist.
5. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwassereingang (18) und der Abwasserausgang (19) als in das Bodenteil (4) eingeformte Kanäle ausgebildet sind.
6. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanschluß (23) für die Anode (1) durch das Bodenteil (4) geführt ist.
7. Ekktrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungseinrichtung (28 bis 34) nach Art eines in senkrechter Richtung wirksamen Kugelrückschlagventils ausgebildet ist, dessen Kugel (32) ein spezifisches Gewicht von 41 aufweist.
8. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungseinrichtung im wesentlichen aus einem mit der Verschlußkappe (3) verbindbaren, hohlzylindrischen und oben mit einem Gasaustritt (29) versehenen Gehäuse (28) besteht, das im Hubbereich der Kugel (32) mit einem Kunststoffrohrabschnitt (34) ausgekleidet ist und am oberen Ende des Hubbereiches einen Ventilsitz (31) für die Kugel (32) aufweist.
9. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (3) und das Bodenteil (4) an ihren zueinander gekehrten Flächen jeweils mit einer Ringnut (5, 6) zur Aufnahme des benachbarten Endes der äußeren Wandung bzw. des äußeren Zylinderrohrabschnittes (Elektrode 2) versehen sind, in welcher sich ein Dichtungsring (7, 8) befindet, und daß die Verschlußkappe (3) und das Bodenteil (4) unter Einspannung der äußeren Wandung bzw. des äußeren Zylinderrohrabschnittes durch am Umfang angeordnete Zugstäbe od. dgl. (12) lösbar miteinander verbunden sind.