NL1038114C2

NL1038114C2 - METHOD AND DEVICE FOR DISINFECTION OF BALLAST WATER IN SHIPS BY means of an alternating voltage superimposed on a DC voltage.

Info

Publication number: NL1038114C2
Application number: NL1038114A
Authority: NL
Inventors: Mateo Jozef Jacques Mayer; Gerrit Oudakker; Wilhelmus Blaauw; Maurice Paul Tax; Roelof Jan Jorritsma
Original assignee: Automatic Electric Europ Special Products B V; Water Waves B V
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-01-24

Description

Werkwijze en inrichting voor desinfectie van ballastwater in schepen door middel van een op een gelijkspanning gesuperponeerde wisselspanningMethod and device for disinfecting ballast water in ships by means of an alternating voltage superimposed on a direct voltage

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting voor de desinfectie van ballastwater in schepen gekenmerkt door tenminste een eerste spanningsbron, tenminste 5 middelen om de door de tenminste eerste spanningsbron geleverde spanning te gelijk te richten, tenminste middelen om de gelijkgerichte spanning ten minste ten dele af te vlakken en / of de amplitude van de gelijkgerichte spanning met een instelbare frequentie te laten fluctueren als functie van de tijd, verderop effectieve spanning genoemd, en tenminste elektroden die zich tenminste ten dele in te desinfecteren water bevinden en die werkzaam 10 verbonden zijn met de effectieve spanning.The present invention relates to a method and device for disinfecting ballast water in ships characterized by at least a first voltage source, at least 5 means for rectifying the voltage supplied by the at least first voltage source, at least means for at least partially reducing the rectified voltage allowing the surfaces and / or the amplitude of the rectified voltage to fluctuate with an adjustable frequency as a function of time, hereinafter referred to as effective voltage, and at least electrodes which are at least partly in water to be disinfected and which are operatively connected to the effective voltage. tension.

Inleidingpreface

Een beproefde en zeer effectieve manier om ballastwater in schepen te desinfecteren is het toepassen van elektrolyse. Volgens stand der techniek wordt deze elektrolyse 15 uitgevoerd in een vloeistof die chloride-ionen bevat zodat actief chloor wordt geproduceerd dat een sterk desinfecterende werking heeft.A proven and highly effective way to disinfect ballast water in ships is by applying electrolysis. According to prior art, this electrolysis is carried out in a liquid containing chloride ions so that active chlorine is produced which has a strong disinfecting effect.

Een belangrijk voordeel van een chloorelektrolyse voor desinfectie van ballastwater is de grote effectiviteit van deze methode en de relatief lage kostprijs van de desinfectiemiddelen ten opzichte van andere technieken. Een nadeel dat gepaard gaat met de produktie van 20 aktief chloor is dat niet alleen (micro)organismen worden gedood maar dat organische verbindingen, die in het water aanwezig zijn, gechloreerd kunnen worden. Dergelijke gechloreerde organische verbindingen zijn vaak giftig en / of hebben een hormonale werking waardoor zelfs zeer lage concentraties van deze verbindingen (in de ordegrootte van nanogrammen per liter) ongewenst zijn.An important advantage of chlorine electrolysis for disinfection of ballast water is the great effectiveness of this method and the relatively low cost of the disinfectants compared to other techniques. A disadvantage associated with the production of active chlorine is that not only (micro) organisms are killed, but that organic compounds present in the water can be chlorinated. Such chlorinated organic compounds are often toxic and / or have a hormonal effect, as a result of which even very low concentrations of these compounds (in the order of nanograms per liter) are undesirable.

25 In de markt is vraag naar een desinfectiemethode van ballastwater in schepen die enerzijds de efffectiviteit van de elektrolyse volgens stand der techniek heeft en anderzijds niet de nadelen met zich meebrengt dat gechloreerde organische verbindingen worden gevormd. De technologie volgens onderhavige vinding betreft een nieuwe elektrolysetechnologie die het mogelijk maakt om ballastwater in schepen effectief te desinfecteren en tegelijkertijd te 30 voorkomen dat ongewenste gechloreerde organische verbindingen worden gevormd.There is a demand in the market for a disinfection method of ballast water in ships which on the one hand has the effectiveness of the electrolysis according to the state of the art and on the other hand does not entail the disadvantages that chlorinated organic compounds are formed. The technology according to the present invention relates to a new electrolysis technology that makes it possible to effectively disinfect ballast water in ships and at the same time prevent unwanted chlorinated organic compounds from being formed.

Beschrijving van de technologie volgens onderhavige vindingDescription of the technology according to the present invention

De technologie volgens onderhavige vinding beoogt om middels een wisselstroom en / of een wisselende gelijkstroom tijdelijk het functioneren van cellen van levende organismen in 35 ballastwater dat wordt ingenomen door een schip of dat wordt geloosd door een schip te beïnvloeden.The technology according to the present invention aims to temporarily influence the functioning of cells of living organisms in ballast water taken by a ship or discharged by a ship by means of an alternating current and / or an alternating direct current.

Volgens een eerste aspect van de technologie volgens onderhavige vinding worden door 1038114 2 een wisselstroom of wisselende gelijkstroom de cellen van bacteriën waaronder cyanobacteriën en / of schimmels en / of protozoa en / of algen en / of sporen en / of eieren waaronder wormeneieren en / of cysten in ballastwater tijdelijk aanzienlijk gevoeliger gemaakt voor chemicaliën waaronder actief chloor. Met name (wormen)eieren en cysten 5 zijn berucht om hun resistentie tegen desinfectie met aktief chloor volgens stand der techniek en de technologie volgens onderhavige vinding is dan ook bij uitstek geschikt om eieren die in het ballastwater voorkomen zoals eieren van schelpdieren, wormen alsmede cysten reeds bij een lage concentratie aktief chloor te doden. Zonder hiermee enige beperking aan te brengen in de draagwijdte van onderhavige vinding hebben de uitvinders 10 van de technologie volgens onderhavige vinding de volgende verklaring voor de waargenomen grote gevoeligheid van levende cellen voor chemicaliën in het geval dat deze cellen zijn blootgesteld aan een wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom: door de wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom in het ballastwater waarin de cellen zich bevinden verandert tijdelijk de permeabiliteit van het celmembraan van de cellen met als 15 gevolg dat chemicaliën sneller en met een hogere concentratie in de cel terechtkomen. Hierdoor is bij toepassing van electrolyse de minimale hoeveelheid actief chloor die nodig is om ballastwater te desinfecteren lager dan in afwezigheid van de wisselspanning of wisselende gelijkspanning.According to a first aspect of the technology according to the present invention, an alternating current or alternating direct current becomes the cells of bacteria including cyanobacteria and / or fungi and / or protozoa and / or algae and / or spores and / or eggs including worm eggs and / or cysts in ballast water temporarily made considerably more sensitive to chemicals including active chlorine. Eggs and cysts in particular are notorious for their resistance to active chlorine disinfection according to the state of the art, and the technology according to the present invention is therefore ideally suited to eggs that occur in ballast water such as shellfish eggs, worms and cysts to kill active chlorine even at a low concentration. Without thereby limiting the scope of the present invention, the inventors of the technology according to the present invention have the following explanation for the perceived high sensitivity of living cells to chemicals in the event that these cells are exposed to an alternating current and / or alternating direct current: due to the alternating current and / or alternating direct current in the ballast water in which the cells are located, the permeability of the cell membrane of the cells changes temporarily with the result that chemicals end up in the cell faster and with a higher concentration. As a result, when applying electrolysis, the minimum amount of active chlorine required to disinfect ballast water is lower than in the absence of the alternating voltage or alternating direct voltage.

Volgens een tweede aspect maakt de technologie volgens onderhavige vinding gebruik van 20 electroden die tenminste ten dele in contact staan met het te desinfecteren ballastwater en die werkzaam verbonden zijn met een stroombron die de wisselstroom of wisselende gelijkstroom via het contactoppervlak van de elektroden met het ballastwater door het ballastwater stuurt.According to a second aspect, the technology according to the present invention makes use of electrodes which are at least partly in contact with the ballast water to be disinfected and which are operatively connected to a current source which transmits the alternating current or alternating direct current through the contact surface of the electrodes with the ballast water. controls the ballast water.

Volgens een derde aspect bestaan de electroden volgens de technologie van onderhavige 25 vinding uit een geleidend materiaal dat onder de toegepaste procesomstandigheden stabiel is en / of met een acceptabele snelheid corrodeert of wegreageert en dus als opofferingselektrode dienst doet. Een niet limiterend voorbeeld van geleidend materiaal dat onder de toegepaste procesomstandigheden stabiel is, is metaal dat is voorzien van een titaniumoxide coating. Een niet limiterend voorbeeld van geleidend materiaal dat onder de 30 toegepaste procesomstandigheden als opofferingselektrode fungeert is koolstof of aktieve kool of een composiet van koolstof of een composiet van aktieve kool. Een ander niet limiterend voorbeeld van geleidend materiaal dat onder de toegepaste procesomstandigheden als opofferingselektrode fungeert is een anode die tenminste ten dele uit koper en / of zilver bestaat of uit een composiet materiaal dat zouten of oxiden van 35 deze metalen bevat. Het is de vakman bekend dat koperionen en zilverionen een desinfecterende werking hebben. Indien dergelijke metalen in een elektrode van een elektrolyseproces worden toegepast die als opofferingselektrode wordt gebruikt, kan 3 volgens de technologie volgens onderhavige vinding een drievoudige desinfecterende werking worden verkregen: de wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom verstoort de functie van het te doden organisme zodat dit organisme gevoeliger wordt voor desinfecterende chemicaliën; er wordt aktief chloor gevormd dat dankzij de wisselstroom 5 en / of wisselende gelijkstroom reeds bij lage concentratie werkzaam desinfecteert; er worden koperionen en zilverionen gevormd die eveneens bij een lage concentratie een desinfecterende werking hebben.According to a third aspect, the electrodes according to the technology of the present invention consist of a conductive material which is stable under the applied process conditions and / or corrodes or reacts away at an acceptable speed and thus serves as a sacrificial electrode. A non-limiting example of conductive material that is stable under the applied process conditions is metal with a titanium oxide coating. A non-limiting example of conductive material that acts as a sacrificial electrode under the applied process conditions is carbon or active carbon or a composite of carbon or a composite of active carbon. Another non-limiting example of conductive material that functions as a sacrificial electrode under the applied process conditions is an anode which consists at least in part of copper and / or silver or of a composite material containing salts or oxides of these metals. It is known to those skilled in the art that copper ions and silver ions have a disinfecting effect. If such metals are used in an electrode of an electrolysis process that is used as a sacrificial electrode, a triple disinfecting effect can be obtained according to the technology according to the present invention: the alternating current and / or alternating direct current disrupts the function of the organism to be killed, so that this organism is killed. becomes more sensitive to disinfecting chemicals; active chlorine is formed which, thanks to the alternating current 5 and / or alternating direct current, already effectively disinfects at a low concentration; copper ions and silver ions are formed which also have a disinfecting effect at a low concentration.

Volgens een vierde aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit middelen om een wisselende gelijkspanning op te wekken. Hiertoe wordt gebruik gemaakt 10 van ten minste een eerste voedingsbron. Deze eerste voedingsbron bestaat uit een batterij of accu. De eerste voedingsbron kan ook uit een generator bestaan zoals een windturbine of een waterturbine die een wisselspanning opwekt die vervolgens tenminste ten dele wordt gelijkgericht. Eventueel wordt de tenminste gelijkgerichte voedingsspanning aangewend om een batterij of accu op te laden. Verder kan de eerste voedingsbron ook uit 15 een door het net gevoede inrichting bestaan. Bij voorkeur bevat een dergelijke voedingsbron uit tenminste een scheidingstransformator en vermogensdiodes ter gelijkrichting van de wisselspanning. Nog meer bij voorkeur wordt de gelijkgerichte wisselspanning tenminste ten dele afgevlakt met een condensator. Het meest bij voorkeur is deze condensator een parallelschakeling van een elektrolytische condensator en een 20 keramische condensator of een ongepolariseerde condensator met vergelijkbare eigenschappen als een keramische condensator. Nog meer bij voorkeur wordt tenminste een smoorspoel in het circuit van de gelijrichter opgenomen om de amplitude van storende wisselspanningen te minimaliseren.According to a fourth aspect, the technology according to the present invention consists of means for generating an alternating direct voltage. Use is made for this purpose of at least a first power supply. This first power source consists of a battery or accumulator. The first power supply may also consist of a generator such as a wind turbine or a water turbine that generates an alternating voltage which is then at least partially rectified. Optionally the at least rectified supply voltage is used to charge a battery or accumulator. Furthermore, the first power supply may also consist of a device fed by the mains. Such a supply source preferably comprises at least one isolating transformer and power diodes for rectifying the alternating voltage. Even more preferably, the rectified alternating voltage is at least partially flattened with a capacitor. Most preferably, this capacitor is a parallel circuit of an electrolytic capacitor and a ceramic capacitor or an unpolarized capacitor with similar properties to a ceramic capacitor. Even more preferably, at least one choke is included in the rectifier circuit to minimize the amplitude of interfering alternating voltages.

Volgens een vijfde aspect bestaat de technologie van onderhavige vinding uit een 25 microcontroller. Deze microcontroller wordt aangewend om de stroom die door de eerste voedingsbron wordt geleverd met een softwarematig instelbare frequentie alternerend in en uit te schakelen. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door met een microcontroller een vermogens FET, die werkzaam verbonden is met de eerste voeding, alternerend in en uit te schakelen. Een groot voordeel van toepassing van een microcontroller voor dit 30 doeleinde is dat de frequentie van de gepulseerde gelijkspanning softwarematig kan worden ingesteld. Tijdens een uitgebreid onderzoek naar de effectiviteit van gepulseerde gelijkspanning voor het doden van micro-organismen is gebleken dat verschillende soorten micro-organismen in ballastwater voor verschillende frequenties gevoelig zijn. Hierdoor is het bij een aantal toepassingen van belang om het te behandelen ballastwater bloot te 35 stellen aan een wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom met verschillende frequenties. Dit kan door toepassing van een microcontroller softwarematig worden gerealiseerd. Volgens een zesde aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit een 4 elektrolysereaktor die slechts een beperkt volume heeft i.e., waarin de te behandelen vloeistof slechts een beperkte tijd verblijft. Bij voorkeur verblijft het te desinfecteren ballastwater minder dan 1 uur in de elektrolysereaktor. Meer bij voorkeur verblijft het te desinfecteren ballastwater minder dan 10 minuten in de elektrolysereaktor. Nog meer bij 5 voorkeur verblijft het te desinfecteren ballastwater minder dan 1 minuut in de elektrolysereaktor. Het meest bij voorkeur verblijft het te desinfecteren ballastwater minder dan 10 seconden in de elektrolysereaktor. De reden dat de technologie volgens onderhavige vinding bijzonder geschikt is voor desinfectie van ballastwater in een elektrolysereaktor met korte verblijftijd is dat in de reaktor de functie van de te 10 desinfecteren organismen wordt verstoord door toepassing van de wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom. Een van de gevolgen van de wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom is dat het celmembraan van de organismen tijdelijk permeabel wordt. Aangezien in de elektrolysereaktor tevens aktief chloor wordt gevormd, kan dit snel de cel(len) van de in het ballastwater aanwezige micro-organismen binnendringen. Hierdoor 15 wordt in de reaktor een dodelijke dosis chloor in het organisme gebracht dat vervolgens hetzij in de reaktor hetzij na inwerking van het chloor buiten de reaktor sterft. Opgemerkt wordt dat een door de wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom verstoorde cel of celmembraan enige tijd vermeerderd gevoelig is voor chemicaliën in de directe omgeving van die cel. Hierdoor is het heel goed mogelijk dat de beoogde effecten van aktief chloor en 20 de behandeling met wisselstroom en / of wisselende gelijkstroom buiten de elektrolysecel optreden. Indien het ballastwater wordt gedesinfecteerd bij inname in een schip betekend dit dat ook in de ruimte waarin het ballastwater wordt opgeslagen desinfectie plaatsvindt. Het is de vakman duidelijk dat dankzij de technologie volgens onderhavige vinding desinfectie van ballastwater mogelijk is in aanzienlijk kleinere reaktoren met een kleiner 25 elektrode-oppervlak dan noodzakelijk volgens stand der techniek. Tevens is de vakman duidelijk dat de hoeveelheid energie per kubieke meter ballastwater die nodig is voor desinfectie van dat water met de technologie volgens onderhavige vinding aanzienlijk kleiner is dan het energieverbruik met elektrolysetechnologie volgens stand der techniek. Volgens een zevende aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit 30 tenminste een condensator die parallel wordt geschakeld aan de elektroden die worden aangewend voor elektrolyse. Indien een gepulseerde gelijkstroombron werkzaam is verbonden met de elektroden waaraan de condensator parallel is geschakeld zal een gelijkspanning ontstaan waarop een wisselspanning is gesuperponeerd (alternating current over direct current of verderop kortweg AC over DC genoemd). Tijdens een groot aantal 35 experimenten is gebleken dat deze methode een goedkope en zeer betrouwbare methode is om AC over DC te realiseren. Aangezien de frequentie van de wisselstroomcomponent bij voorkeur in het gebied tussen 10 kHz en 1 MHz ligt, kan met een condensator van 5 beperkte capaciteit worden volstaan. Verder is door het door toepassing van de parallelschakeling van de elektroden en de condensator mogelijk om met relatief eenvoudige elektronische middelen en een hoge energie-efficiency AC over DC te realiseren. Hierdoor kan tegen een relatief lage kostprijs een duurzaam en betrouwbaar AC 5 over DC apparaat worden gerealiseerd waarvan de elektrische eigenschappen zowel softwarematig als door keuze van de condensator instelbaar zijn.According to a fifth aspect, the technology of the present invention consists of a microcontroller. This microcontroller is used to alternately switch the current supplied by the first power source on and off with a software-adjustable frequency. This can be achieved, for example, by alternately switching a power FET, which is effectively connected to the first power supply, on and off with a microcontroller. A major advantage of using a microcontroller for this purpose is that the frequency of the pulsed direct voltage can be adjusted by software. Extensive research into the effectiveness of pulsed direct voltage for killing micro-organisms has shown that different types of micro-organisms in ballast water are sensitive to different frequencies. As a result, in a number of applications it is important to expose the ballast water to be treated to an alternating current and / or alternating direct current with different frequencies. This can be achieved through the application of a microcontroller through software. According to a sixth aspect, the technology according to the present invention consists of an electrolysis reactor having only a limited volume, i.e., in which the liquid to be treated remains only for a limited time. Preferably, the ballast water to be disinfected remains in the electrolysis reactor for less than 1 hour. More preferably, the ballast water to be disinfected remains in the electrolysis reactor for less than 10 minutes. Even more preferably, the ballast water to be disinfected remains in the electrolysis reactor for less than 1 minute. Most preferably, the ballast water to be disinfected remains in the electrolysis reactor for less than 10 seconds. The reason that the technology according to the present invention is particularly suitable for disinfecting ballast water in an electrolysis reactor with a short residence time is that in the reactor the function of the organisms to be disinfected is disturbed by the use of the alternating current and / or alternating direct current. One of the consequences of the alternating current and / or alternating direct current is that the cell membrane of the organisms becomes temporarily permeable. Since active chlorine is also formed in the electrolysis reactor, this can quickly penetrate the cell (s) of the microorganisms present in the ballast water. As a result, a lethal dose of chlorine is introduced into the reactor into the organism, which subsequently dies outside of the reactor either in the reactor or after the chlorine has been activated. It is noted that a cell or cell membrane disrupted by the alternating current and / or alternating direct current is increased for some time to be sensitive to chemicals in the immediate vicinity of that cell. As a result, it is quite possible that the intended effects of active chlorine and the treatment with alternating current and / or alternating direct current occur outside the electrolysis cell. If the ballast water is disinfected when taken in a ship, this means that disinfection also takes place in the room in which the ballast water is stored. It is clear to the skilled person that thanks to the technology according to the present invention, disinfection of ballast water is possible in considerably smaller reactors with a smaller electrode area than is necessary in accordance with the prior art. It is also clear to the skilled person that the amount of energy per cubic meter of ballast water required for disinfecting that water with the technology according to the present invention is considerably smaller than the energy consumption with electrolysis technology according to the prior art. According to a seventh aspect, the technology according to the present invention consists of at least one capacitor that is connected in parallel to the electrodes used for electrolysis. If a pulsed direct current source is operatively connected to the electrodes to which the capacitor is connected in parallel, a direct voltage will arise on which an alternating voltage is superimposed (alternating current over direct current or hereinafter referred to as AC over DC). A large number of experiments have shown that this method is an inexpensive and very reliable method for realizing AC over DC. Since the frequency of the alternating current component is preferably in the range between 10 kHz and 1 MHz, a capacitor of limited capacity can suffice. Furthermore, by using the parallel connection of the electrodes and the capacitor, it is possible to realize AC over DC with relatively simple electronic means and a high energy efficiency. As a result, a durable and reliable AC 5 over DC device can be realized at a relatively low cost price, the electrical properties of which can be adjusted both by software and by choice of the capacitor.

Zoals in de nu volgende tekst duidelijk zal worden, bestaat de AC over DC technologie enerzijds uit een unieke procestechnologische concepten die in plaats van of in combinatie met desinfectietechnologieen volgens stand der techniek kunnen worden toegepast en 10 anderzijds uit een elektrotechnisch ontwerp dat dankzij het toegepaste desinfectiemechanisme verrassend eenvoudig kan zijn. Zowel de procestechnologische concepten als het elektrotechnisch ontwerp van de AC over DC technologie maken zowel separaat als gezamenlijk nadrukkelijk deel uit van de technologie volgens onderhavige vinding.As will become clear in the text that follows, the AC over DC technology consists on the one hand of unique process technology concepts that can be applied instead of or in combination with disinfection technologies according to state of the art and on the other hand of an electro-technical design that thanks to the applied disinfection mechanism can be surprisingly easy. Both the process technology concepts and the electrotechnical design of the AC over DC technology form a separate and jointly explicit part of the technology according to the present invention.

15 Bij het ontwerp en de realisatie van de elektrotechnische installatie voor het behandelen van ballastwater met AC over DC dient tenminste rekening te worden gehouden met de volgende aspecten: • Er mag geen hoogfrequente storing in het net worden gebracht.15 When designing and realizing the electrical installation for treating ballast water with AC over DC, the following aspects must at least be taken into account: • No high-frequency disturbance may be brought into the network.

• De installatie mag niet als antenne gaan werken en storende elektromagnetische 20 straling opwekken.• The installation may not work as an antenna and generate disturbing electromagnetic radiation.

• De installatie moet geschikt zijn voor grote vermogens en grote stromen i.e., stromen tot 300 Ampere.• The installation must be suitable for large capacities and large currents, i.e. currents up to 300 Ampere.

• Afhankelijk van de samenstelling van het ballastwater (geleidbaarheid van de vloeistof) moet de spanning over de elektroden automatisch worden aangepast 25 zodanig dat de gewenste stroom door het ballastwater loopt en daarmee de juiste hoeveelheid aktief chloor wordt geproduceerd.• Depending on the composition of the ballast water (conductivity of the liquid), the voltage across the electrodes must be adjusted automatically such that the desired current flows through the ballast water and thus the correct amount of active chlorine is produced.

• De frequentie van de AC component die op de DC is gesuperponeerd moet softwarematig instelbaar zijn.• The frequency of the AC component superimposed on the DC must be software-adjustable.

• De amplitude van de AC component die op de DC is gesuperponeerd moet kunnen 30 per applicatie op een optimale waarde kunnen worden ingesteld.• The amplitude of the AC component that is superimposed on the DC must be able to be set to an optimum value per application.

Het is de vakman duidelijk dat alleen door ontwerp van een speciaal voor de AC over DC technologie volgens onderhavige vinding ontworpen inrichting ter desinfectie van ballastwater aan bovenstaande ontwerpdriteria kan voldoen. Verder is de vakman duidelijk dat commercieel verkrijgbare schakelende voedingen niet eenvoudig aan te passen zijn 35 zodat deze geschikt zijn voor de AC over DC toepassingen.It is clear to a person skilled in the art that only by designing a device specially designed for the AC over DC technology according to the present invention for disinfecting ballast water can the above design criteria be met. Furthermore, it is clear to the person skilled in the art that commercially available switching power supplies are not easily adaptable so that they are suitable for AC over DC applications.

Na een ontwikkeltraject en een serie experimenten werd een verrassend eenvoudig ontwerp verkregen voor het behandelen van ballastwater met AC over DC dat aan alle 6 bovengenoemde functionele eisen voldoet. Hiertoe werd klassieke voedingstechnologie gecombineerd met microcontrollertechnologie enerzijds en de karakteristieke eigenschappen van de elektroden anderzijds. Door vervolgens ook nog softwarematig de klassieke voeding in- en uit te schakelen werd een robuuste en flexibele elektrotechnische 5 oplossing verkregen om de AC over DC technologie in de praktijk toe te passen.After a development process and a series of experiments, a surprisingly simple design was obtained for treating ballast water with AC over DC that meets all 6 functional requirements mentioned above. For this purpose, classical power supply technology was combined with microcontroller technology on the one hand and the characteristic properties of the electrodes on the other hand. By subsequently switching the traditional power supply on and off using software, a robust and flexible electrical solution was obtained to apply the AC over DC technology in practice.

In de nu volgende voorbeelden worden de elektrotechnische aspecten van de technologie volgens onderhavige vinding nader toegelicht. Nadrukkelijk wordt opgemerkt dat de voorbeelden alleen ter toelichting van de technologie worden genoemd en geenszins beperkingen aanbrengen in onderhavige vinding voor de behandeling van ballastwater.The electrical examples of the technology according to the present invention are further elucidated in the following examples. It is explicitly noted that the examples are merely illustrative of the technology and do not in any way impose limitations on the present invention for ballast water treatment.

10 Voorbeeld 1.Example 1

Voor het aansturen van de AC over DC toepassing werd gebruik gemaakt van de elektronische schakeling zoals weergegeven in figuur 1.To control the AC over DC application, use was made of the electronic circuit as shown in Figure 1.

Transformator TR1 is een 50 Hz transformator die met de primaire spoel op het lichtnet (230 V AC) wordt aangesloten. De secundaire spoel van TR1 heeft een middenaftakking.Transformer TR1 is a 50 Hz transformer that is connected to the mains (230 V AC) with the primary coil. The secondary coil of TR1 has a center tap.

15 De transformator is zodanig gedimensioneerd dat deze een secundaire effectieve wisselspanning over de volledige wikkeling van de secundaire spoel van 19 Volt kan leveren bij een belasting op de secundaire spoel van 10 Ampere. De secundaire wisselspanning wordt dubbelzijdig gelijkgericht door middel van diodes D1 en D2 die beiden van het type BYV29 zijn. Spoel L1 is een smoorspoel met een zelfinductie van 100 20 milli Henry. Condensator C1 is een electrolytische condensator van 10.000 micro Farad.The transformer is dimensioned such that it can provide a secondary effective alternating voltage across the entire winding of the 19 Volt secondary coil at a load on the 10 Ampere secondary coil. The secondary alternating voltage is rectified on both sides by means of diodes D1 and D2, both of which are of the BYV29 type. Coil L1 is a choke coil with an inductance of 100 20 milli Henry. Capacitor C1 is an electrolytic capacitor of 10,000 micro Farad.

Het besturingsblok MC in figuur 1 geeft een schakeling weer met een microcontroller van het type PIC16F88. Blok MC bestaat uit microcontroller 16F88, een middels een spanningsregelaar LM317 gerealiseerde voedingsspanning voor de microcontroller van 5.0 Volt, een extern oscillatorcircuit met een 20 MHz kristal en 2 condensators van 18 pF zodat 25 de microcontroller op een klokfrequentie van 20 MHz draait, ADC ingangen voor de microcontroller en digitale uitgangen voor de microcontroller. Op een digitale uitgang van de microcontroller is, via een weerstand van 3.3k, transistor T1 van het type BC547B aangesloten. Deze transistor wordt softwarematig in en uitgeschakeld. Weerstand R1 bedraagt 235 Ohm, weerstand R2 bedraagt 100 Ohm en weerstand R3 bedraagt 470 Ohm. 30 Weerstanden R1 t/m R3 vormen een spanningsdeler en de waarden van R1 t/m R3 zijn zodanig gekozen dat de spanning over R3 minder bedraagt dan 20 Volt. In figuur 1 is T2 getekend als ware het een NPN transistor. Hoewel de schakeling in figuur 1 goed functioneert indien T2 een NPN vermogenstransistor is, heeft toepassing van een N FET zoals de IRF640 de voorkeur boven een NPN transistor. In voorbeeld 1 is in plaats van T2 35 een N FET van het type IRF640 toegepast. Middels software in de microcontroller wordt vervolgens T1 en bijgevolg ookT2 alternerend ingeschakeld en uitgeschakeld. De FETT2 is werkzaam verbonden met de elektroden E2 en E1 van een elektrolyse-apparaat. Het 7 elektrolyse-apparaat bestaat in het voorbeeld uit een bekerglas van 1000 ml met daarin 2 metalen plaatjes, respectievelijk E1 en E2, beiden voorzien van een 1102 coating en een NaCI oplossing van 25 gram NaCI per liter om de samenstelling van ballastwater (geleidbaarheid van zeewater) te simuleren. Een van beiden elektroden E1 en E2 is 5 verbonden met de FET en de andere elektrode met de plus van de voeding. Door relais RL1 te schakelen kan de polariteit van de elektroden worden omgedraaid. De schakelspoel van relais RL1 is via een schakeltransistor van het type BC547B werkzaam verbonden met een digitale uitgang van de microcontroller. Hierdoor is het mogelijk om na een instelbare periode softwarematig de polariteit van elektroden E1 en E2 om te draaien. Dit is van 10 belang omdat zich in ballastwater calciumionen, carbonaationen, bariumionen, sulfaationen en magnesiumionen bevinden die tijdens de elektrolyse scaling op de elektroden kunnen veroorzaken. Door de polariteit van de elektroden regelmatig om te draaien wordt de vorming van scaling tegengegaan en in de meeste gevallen zelfs volledig onderdrukt. Ten behoeve van het experiment in voorbeeld 1 is de microcontroller voorzien van een 15 softwareprogramma dat transistor T1 en dus ook FET T2 alternerend inschakelt en uitschakelt met een frequentie van 100 kHz. Het gevolg hiervan is dat in het bekerglas via elektroden E1 en E2 gepulseerde elektrolyse optreedt middels een blokgolf met een frequentie van 100 kHz. Tijdens het experiment bedroeg de spanning tijdens de elektrolyse circa 14 Volt (in het maximum van de blokspanning). De tijdsgemiddelde stroom bedroeg 20 circa 4 Ampere. De polariteit van elektroden E1 en E2 werd elke 5 minuten softwarematig omgedraaid en na een dag bleek geen scaling op de elektroden aanwezig te zijn. Met een oscilloscoop werd vastgesteld dat de spanning over E1 en E2 een blokspanning was en dat de polariteit van deze blokspanning inderdaad elke 5 minuten omdraaide.The control block MC in Figure 1 represents a circuit with a microcontroller of the PIC16F88 type. Block MC consists of microcontroller 16F88, a supply voltage for the 5.0 Volt microcontroller realized by means of a voltage regulator LM317, an external oscillator circuit with a 20 MHz crystal and 2 capacitors of 18 pF so that the microcontroller runs at a clock frequency of 20 MHz, ADC inputs for the microcontroller and digital outputs for the microcontroller. Transistor T1 of the BC547B type is connected to a digital output of the microcontroller via a resistor of 3.3k. This transistor is switched on and off with software. Resistance R1 is 235 Ohm, resistance R2 is 100 Ohm and resistance R3 is 470 Ohm. Resistors R1 to R3 form a voltage divider and the values of R1 to R3 are chosen such that the voltage across R3 is less than 20 Volts. In Figure 1, T2 is drawn as if it were an NPN transistor. Although the circuit in Figure 1 functions well if T2 is an NPN power transistor, the use of an N FET such as the IRF640 is preferable to an NPN transistor. In Example 1, instead of T2, an N FET of the type IRF640 is used. Through software in the microcontroller, T1 and consequently also T2 is alternately switched on and off. The FETT2 is operatively connected to the electrodes E2 and E1 of an electrolysis device. The 7 electrolysis device in the example consists of a 1000 ml beaker containing 2 metal plates, E1 and E2 respectively, both provided with an 1102 coating and a NaCl solution of 25 grams of NaCl per liter for the composition of ballast water (conductivity of sea water). One of the two electrodes E1 and E2 is connected to the FET and the other electrode to the plus of the power supply. The polarity of the electrodes can be reversed by switching relay RL1. The switching coil of relay RL1 is operatively connected via a switching transistor of the BC547B type to a digital output of the microcontroller. This makes it possible to reverse the polarity of electrodes E1 and E2 with software after an adjustable period. This is of importance because in ballast water there are calcium ions, carbonate ions, barium ions, sulfate ions and magnesium ions that can cause scaling on the electrodes during the electrolysis. By regularly reversing the polarity of the electrodes, scaling is prevented and, in most cases, even completely suppressed. For the experiment in Example 1, the microcontroller is provided with a software program that alternately turns on and off Transistor T1 and therefore also FET T2 with a frequency of 100 kHz. The consequence of this is that pulsed electrolysis occurs in the beaker via electrodes E1 and E2 by means of a square wave with a frequency of 100 kHz. During the experiment the voltage during the electrolysis was approximately 14 Volts (in the maximum of the block voltage). The time-average current was approximately 4 Ampere. The polarity of electrodes E1 and E2 was software reversed every 5 minutes and after a day no scaling appeared to be present on the electrodes. It was determined with an oscilloscope that the voltage across E1 and E2 was a block voltage and that the polarity of this block voltage indeed reversed every 5 minutes.

Voorbeeld 2 25 Het experiment in voorbeeld 1 is herhaald. Echter in dit geval is een condensator met een capaciteit van 1 micro Farad parallel aan elektroden E1 en E2 geplaatst. In dit geval bleek een tijdsgemiddelde gelijkspanning van 6.65 Volt over de elektroden te staan die met een frequentie van 100 kHz fluctueerde tussen 3.28 Volt en 9.2 Volt. De vorm van de wisselende gelijkspanning was veranderd van een blokspanning naar een "niet perfecte 30 sinusfunctie". Voorbeeld 2 toont eenduidig aan dat met de schakeling in figuur 1 vermeerderd met een condensator tussen elektroden E1 en E2, een AC over DC kan worden gerealiseerd volgens de definitie in deze aanvrage. De tijdsgemiddelde stroom gedurende het experiment in voorbeeld 2 bedroeg circa 5 Ampere.Example 2 The experiment in example 1 has been repeated. However, in this case, a capacitor with a capacity of 1 micro Farad is placed parallel to electrodes E1 and E2. In this case, a time-averaged DC voltage of 6.65 volts was found to be across the electrodes, which fluctuated with a frequency of 100 kHz between 3.28 volts and 9.2 volts. The shape of the alternating DC voltage was changed from a block voltage to a "not perfect sine wave function". Example 2 clearly demonstrates that with the circuit in Figure 1 plus a capacitor between electrodes E1 and E2, an AC over DC can be realized according to the definition in this application. The time-average current during the experiment in Example 2 was approximately 5 Amps.

Voorbeeld 3.Example 3

35 Het experiment in voorbeeld 2 is herhaald. Echter in dit geval is na condensator C1 en in serie met de plus van de voeding een vermogensweerstand van 0.125 Ohm opgenomen. Parallel aan deze vermogensweerstand is een signaalscheidingstransformator geschakeld.The experiment in Example 2 has been repeated. However, in this case, after capacitor C1 and in series with the plus of the power supply, a power resistance of 0.125 Ohm is included. A signal isolation transformer is connected in parallel to this power resistor.

88

De verhouding van het aantal primaire windingen en het aantal secundaire windingen bedroeg 1:1. De signaaitransformator is geschikt voor overdracht van frequenties tot 500 kHz. Na opstart van de elektrolyse bleek op de secundaire zijde van de transformator een wisselspanning meetbaar met een frequentie van 100 kHz en een amplitude van circa 1 5 Volt. Vervolgens werd deze wisselspanning enkelzijdig gelijkgericht met een diode van het type BYV29 en een elektrolytische condensator van 1 micro Farad / 63V. De aldus verkregen gelijkspanning werd gevoed aan een ingang van een ADC (analoog naar digitaal converter) van de microcontroller PIC16F88 die in blok MC aanwezig is. Softwarematig werd vervolgens de middels de ADC gemeten spanning vertaald naar een tijdsgemiddelde 10 stroom. Indien de stroom de gewenste waarde overschreed werd softwarematig het signaal van 100 kHz afgewisseld door een periode waarin FET T2 uit geleiding was. Op deze wijze werd een soort dutycycle ingesteld en wel zodanig dat de tijdsgemiddelde stroom door elektroden E1 en E2 circa 5 Ampere bedroeg. Vervolgens werd de zoutoplossing in het bekerglas vervangen door een zoutoplossing met een zoutgehalte van 100 gram per liter.The ratio of the number of primary windings to the number of secondary windings was 1: 1. The signal transformer is suitable for transmitting frequencies up to 500 kHz. After the electrolysis was started, an alternating voltage on the secondary side of the transformer was measurable with a frequency of 100 kHz and an amplitude of approximately 1 Volt. This alternating voltage was then rectified on one side with a diode of the BYV29 type and an electrolytic capacitor of 1 micro Farad / 63V. The DC voltage thus obtained was supplied to an input of an ADC (analog to digital converter) of the microcontroller PIC16F88 which is present in block MC. In software terms, the voltage measured by the ADC was then translated into a time-average current. If the current exceeded the desired value, the 100 kHz signal was alternated by software during a period in which FET T2 was out of conduction. A kind of duty cycle was set in this way in such a way that the time-average current through electrodes E1 and E2 was approximately 5 Amps. The saline solution in the beaker was then replaced by a saline solution with a salinity of 100 grams per liter.

15 De elektrolyse-unit volgens figuur 1 werd ingeschakeld en waargenomen werd dat de software automatisch de dutycycle zodanig instelde dat de tijdsgemiddelde stroom door de elektroden 4.9 Ampere bedroeg. Hierna werd de zoutoplossing in het bekerglas vervangen door een zoutoplossing met een zoutgehalte van 10 gram zout per liter. Het gevolg hiervan was dat de spanning over elektroden E1 en E2 steeg van circa 8 volt als maximale waarde 20 naar circa 12 volt als maximale waarde en dat de tijdsgemiddelde stroom ongeveer gelijk bleef aan 5 Ampere. Na een aantal simulaties met van het elektrisch circuit in figuur 1 met het simulatiepakket Edison bleek dat de Ohmse weerstand van diodes D1 en D2 samen met de Ohmse weerstand van de secundaire wikkeling van TR1 en de Ohmse weerstand van L1 samen met de zelfinductie L van L1 ervoor zorgen dat de spanning over E1 en E2 25 inzakt bij toenemende belasting. Van dit verschijnsel wordt in voorbeeld 3 handig gebruik gemaakt om de elektrolysestroom constant te houden bij veranderende zoutconcentratie in het te behandelen ballastwater.The electrolysis unit according to Figure 1 was switched on and it was observed that the software automatically adjusted the duty cycle such that the time-average current through the electrodes was 4.9 Ampere. The salt solution in the beaker was then replaced by a salt solution with a salt content of 10 grams of salt per liter. The result of this was that the voltage across electrodes E1 and E2 increased from approximately 8 volts as a maximum value to approximately 12 volts as a maximum value and that the time-average current remained approximately equal to 5 Amps. After a number of simulations of the electrical circuit in Figure 1 with the Edison simulation package, it was found that the ohmic resistance of diodes D1 and D2 together with the ohmic resistance of the secondary winding of TR1 and the ohmic resistance of L1 together with the self-inductance L of L1 ensure that the voltage across E1 and E2 25 collapses with increasing load. This phenomenon is conveniently used in Example 3 to keep the electrolysis current constant with changing salt concentration in the ballast water to be treated.

Samenvattend toont voorbeeld 3 eenduidig aan dat met de technologie volgens onderhavige vinding de tijdsgemiddelde stroom softwarematig kan worden ingesteld door 30 de FET periodiek softwarematig uit te schakelen indien de tijdsgemiddelde stroom de gewenste maximale waarde overschrijdt. Verder toont voorbeeld 3 eenduidig aan dat de karakteristieke eigenschappen van TR1, L1 en C1 ervoor zorgdragen dat bij wisselende zoutconcentraties van het ballastwater in de elektrolyse-unit, de spanning over E1 en E2 via een zelfregulerend mechanisme wordt bijgesteld zodanig dat de stroom door de 35 elektrolyse-unit wordt gestabiliseerd.In summary, example 3 clearly demonstrates that with the technology according to the present invention the time-average current can be set by software by periodically switching off the FET by means of software if the time-average current exceeds the desired maximum value. Furthermore, example 3 clearly demonstrates that the characteristic properties of TR1, L1 and C1 ensure that with varying salt concentrations of the ballast water in the electrolysis unit, the voltage across E1 and E2 is adjusted via a self-regulating mechanism such that the current through the 35 electrolysis unit is stabilized.

Voorbeeld 4Example 4

In het bekerglas waarin zich de elektroden bevinden (de elektrolysereaktor) wordt een 9 chloorsensor geplaatst. De chloorsensor genereert een 4 mAtot 20 mA signaal dat gerelateerd is aan het in het bekerglas gemeten aktief chloorgehalte. Middels een weerstand wordt het 4 mAtot 20 mA signaal omgezet in een spanning. Deze spanning wordt via een tweede ADC ingang van de PIC microcontroller in unit MC aan de 5 microcontroller gevoed. Vervolgens wordt het signaal softwarematig uitgelezen. De software wordt zodanig geconfigureerd dat de chloorproductie doorgaat totdat het aktief chloorgehalte dat door de sensor wordt gemeten gelijk is aan 10 ppm. Vervolgens wordt de elektrolyse-unit ingeschakeld en na een korte periode schakelt de elektrolyse-unit softwarematig uit. Verversen van de zoutoplossing in het bekerglas doet de elektrolyse-unit 10 weer softwarematig opstarten. Hiermee is eenduidig aangetoond dat de schakeling in figuur 1 geschikt is om de chloorproduktie automatisch en softwarematig in- en uit te schakelen wanneer het chloorgehalte in het ballastwater respectievelijk onder of boven de gewenste waarde komt.A 9-chlorine sensor is placed in the beaker containing the electrodes (the electrolysis reactor). The chlorine sensor generates a 4 mA to 20 mA signal that is related to the active chlorine content measured in the beaker. The resistor converts the 4 mA to 20 mA signal into a voltage. This voltage is supplied via a second ADC input from the PIC microcontroller in unit MC to the 5 microcontroller. The signal is then read out using software. The software is configured so that chlorine production continues until the active chlorine content measured by the sensor equals 10 ppm. The electrolysis unit is then switched on and after a short period the electrolysis unit switches off with software. Changing the saline solution in the beaker causes the electrolysis unit 10 to start up again with software. This clearly demonstrates that the circuit in figure 1 is suitable for automatically and software switching chlorine production on and off when the chlorine content in the ballast water falls below or exceeds the desired value.

Voorbeeld 5 15 Het experiment in voorbeeld 4 wordt herhaald, echter de schakeling is vermeerderd met een datalogger. De datalogger slaat de softwarematig gemeten tijdsgemiddelde stroom op. Deze stroom is een directe maat voor de hoeveelheid geproduceerd aktief chloor. Na ijking bleek de in totaal geproduceerde hoeveelheid aktief chloor goed overeen te komen met de middels de datalogger en tijdgemiddelde stroom berekende hoeveelheid geproduceerd 20 chloor per kubieke meter ballastwater.Example 5 The experiment in example 4 is repeated, but the circuit is increased with a data logger. The data logger stores the time-averaged current measured by software. This stream is a direct measure of the amount of active chlorine produced. After calibration, the total amount of active chlorine produced was found to correspond well with the amount of chlorine produced using the data logger and time-average stream per cubic meter of ballast water.

Voorbeeld 6Example 6

De experimenten in voorbeelden 1 t/m 5 werden herhaald. Echter in dit geval werd een elektrolytische condensator van 10.000 micro Farad direct achter diodes D1 en D2 geschakeld, dat wil zeggen de + van de elektrolytische condensator op de kathode van 25 diodes D1 en D2 en de - van de elektrolytische condensator op de min van de voeding. Op deze wijze werd een C-L-C filter verkregen. Duidelijk werd waargenomen dat de piekwaarde van de spanning over elektroden E1 en E2 nu in een belastinggebied van 1 Ampere tot 6 Ampere nagenoeg constant was en dat het mogelijk was om, afhankelijk van de zoutconcentratie in het ballastwater, middels de dutycycle de gewenste tijdsgemiddelde 30 stroomsterkte in te stellen.The experiments in Examples 1 to 5 were repeated. However, in this case an electrolytic capacitor of 10,000 micro Farad was connected directly behind diodes D1 and D2, i.e. the + of the electrolytic capacitor on the cathode of diodes D1 and D2 and the - of the electrolytic capacitor on the minus of the nutrition. A C-L-C filter was obtained in this way. It was clearly observed that the peak value of the voltage across electrodes E1 and E2 was now practically constant in a load range of 1 Ampere to 6 Ampere and that it was possible, depending on the salt concentration in the ballast water, to use the duty cycle to achieve the desired time-average current intensity configure.

Voorbeeld 7Example 7

De experimenten in voorbeelden 1 t/m 6 werden herhaald. Echter in dit geval werd de elektronische schakeling in een kooi van Faraday gebouwd, werden afgeschermde kabels toegepast om de elektrische energie te transporteren van de voeding naar de 35 elektrolysecel en werd de elektrolysecel eveneens in een kooi van Faraday geplaatst. EMC tests lieten zien dat de desinfectie-apparatuur aan de ICNIRP richtlijnen voldoet. Verder bleek geen meetbare storing van de elektrolyse-apparatuur het elektriciteitsnet in te gaan.The experiments in Examples 1 to 6 were repeated. However, in this case, the electronic circuit was built in a Faraday cage, shielded cables were used to transport the electrical energy from the power supply to the electrolysis cell, and the electrolysis cell was also placed in a Faraday cage. EMC tests showed that the disinfection equipment meets the ICNIRP guidelines. Furthermore, no measurable malfunction of the electrolysis equipment appeared to enter the electricity grid.

1010

Hierdoor was het niet noodzakelijk om de elektrolyse-inrichting te voorzien van een netfilter aan de primaire zijde van de scheidingstransformator. Opgemerkt wordt dat een dergelijk netfilter indien noodzakelijk kan worden geplaatst of als extra veiligheid kan worden geplaatst. Een dergelijk filter maakt deel uit van de technologie volgens onderhavige 5 vinding.As a result, it was not necessary to provide the electrolysis device with a mains filter on the primary side of the isolation transformer. It is noted that such a net filter can be placed if necessary or can be placed as extra safety. Such a filter forms part of the technology according to the present invention.

De voorbeelden tonen aan dat de ontworpen elektronische schakeling ondanks zijn eenvoud de volgende unieke eigenschappen heeft: • Goede elektromagnetische compatibiliteit.The examples show that, despite its simplicity, the designed electronic circuit has the following unique properties: • Good electromagnetic compatibility.

• Automatische regeling van de tijdsgemiddelde stroom 10 · Automatische regeling van het chloorgehalte in het ballastwater • Automatisch en periodiek omdraaien van de polariteit van de elektroden om scaling te voorkomen.• Automatic control of the time average current 10 · Automatic control of the chlorine content in the ballast water • Automatic and periodic reversal of the polarity of the electrodes to prevent scaling.

• Grote stabiliteit bij wisselende zoutconcentraties in het te behandelen ballastwater. Opgemerkt wordt dat de conventionele voeding bestaande uit TR1, D1, D2, L1, C1 ook 15 vervangen kan worden door een schakelende voeding. De elektronische schakeling volgens figuur 1 alsmede een configuratie die is gecombineerd met een schakelende voeding maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.• Great stability with varying salt concentrations in the ballast water to be treated. It is noted that the conventional power supply consisting of TR1, D1, D2, L1, C1 can also be replaced by a switching power supply. The electronic circuit according to Figure 1 as well as a configuration that is combined with a switching power supply is emphatically part of the present invention.

Verder wordt opgemerkt dat de schakeling zoals uiteengezet in voorbeelden 1 t/m 6 bij uitstek geschikt is voor opschaling naar grote vermogens i.e., naar elektrolysestromen tot 20 300 Ampere. Uitgebreide analyse van de schakeling in combinatie met modelsimulaties in het softwareprogramma Edison voor dynamische simulatie van elektronische schakelingen laat zien dat de aansturing voor de FET zoals weergegeven in figuur 1 uitermate geschikt is voor aansturing van een IGBT. Een dergelijke IGBT (insulated gate bipolar transistor) kan stromen tot 300 Ampere schakelen en kan effectief worden aangestuurd met de 25 microcontrollerschakeling zoals beschreven in voorbeelden 1 t/m 6. Verder kan bij toepassing van grote vermogens een stroomspoel worden toegepast. Een dergelijke spoel bestaat uit een spoellichaam waardoorheen een stroomvoerende draad wordt geleid. Door de gepulseerde gelijkspanning ontstaat in de spoel een wisselspanning die na gelijkrichting kan worden gevoed aan een ADC ingang van de microcontroller.It is further noted that the circuit as set forth in Examples 1 to 6 is pre-eminently suitable for upscaling to large powers, i.e., to electrolysis currents up to 300 Ampere. Extensive analysis of the circuit in combination with model simulations in the Edison software program for dynamic simulation of electronic circuits shows that the control for the FET as shown in Figure 1 is extremely suitable for controlling an IGBT. Such an IGBT (insulated gate bipolar transistor) can switch currents up to 300 Amps and can be effectively controlled with the microcontroller circuit as described in Examples 1 to 6. Furthermore, a current coil can be used when using large powers. Such a coil consists of a coil body through which a current carrying wire is guided. The pulsed direct voltage creates an alternating voltage in the coil which, after rectification, can be supplied to an ADC input of the microcontroller.

30 Om de technologie volgens onderhavige vinding te kunnen toepassen zonder storingen door elektromagnetische golven te veroorzaken dient de elektronische schakeling in een kooi van Faraday te worden gebouwd. Verder dient gebruik te worden gemaakt van afgeschermde kabel die van de elektronische schakeling naar de elektrolysecel lopen. De elektrolysecel dient eveneens te zijn ingebouwd in een kooi van Faraday.In order to be able to use the technology according to the present invention without causing interference by electromagnetic waves, the electronic circuit must be built in a Faraday cage. Use should also be made of shielded cable that runs from the electronic circuit to the electrolysis cell. The electrolysis cell must also be built into a Faraday cage.

35 Tot slot wordt de frequentie van de AC component van de AC over DC wisselende gelijkspanning gedefinieerd. De AC component heeft een frequentie in het gebied tussen 0.01 Hz en 10 GHz. Bij voorkeur ligt de frequentie van de AC component in het gebied van 11 1 Hz en 100 MHz. Meer bij voorkeur ligt de frequentie van de AC component in het gebied van 1 kHz tot 1 MHz. Nog meer bij voorkeur ligt de frequentie van de AC component in het gebied van 10 kHz tot 500 kHz. Het meest bij voorkeur ligt de frequentie van de AC component in het gebied van 50 kHz tot 250 kHz.Finally, the frequency of the AC component of the AC alternating DC voltage is defined. The AC component has a frequency in the range between 0.01 Hz and 10 GHz. Preferably, the frequency of the AC component is in the range of 11 1 Hz and 100 MHz. More preferably, the frequency of the AC component is in the range of 1 kHz to 1 MHz. Even more preferably, the frequency of the AC component is in the range of 10 kHz to 500 kHz. Most preferably, the frequency of the AC component is in the range of 50 kHz to 250 kHz.

5 De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.The present invention is by no means limited to the above described preferred embodiments thereof. The requested rights are determined by the following claims within the scope of which many modifications are conceivable.

10 15 20 25 30 35 103811410 15 20 25 30 35 1038114

Claims

Device as claimed in claim 1, wherein the means for at least partially smoothing the direct current comprise at least one choke coil.

Device according to one of the preceding claims 1 and 2 plus at least one smoothing capacitor.

4. Device as claimed in any of the foregoing claims 1-3, wherein the means for converting the direct current into an alternating direct current comprise at least one microprocessor and / or microcontroller.

Device according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein the electrolysis reactor itself forms a Faraday cage or is housed in a Faraday cage.

Device according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the electrolysis reactor has a residence time for the liquid to be disinfected that is shorter than 1 minute.

Device as claimed in any of the foregoing claims 1-6, wherein at least one of the electrodes is provided with a titanium oxide coating.

Device according to one of the preceding claims 1 to 7, wherein at least one of the electrodes is used as a sacrificial electrode.

The device of claim 8 wherein the sacrificial electrode contains at least carbon.

10. Device as claimed in any of the foregoing claims 7 to 9, wherein the sacrificial electrode comprises at least silver and / or silver ions and / or silver salts and / or silver oxide. II. Device as claimed in any of the foregoing claims 7 to 10, wherein the sacrificial electrode comprises at least copper and / or copper ions and / or copper salts and / or copper oxide.

Device as claimed in any of the foregoing claims 1 to 11 plus a capacitor which is connected in parallel with the electrodes of the electrolysis reactor.

An apparatus according to any one of the preceding claims 1 to 12 plus 1038114 a current sensor that feeds a reflection of the current through the electrolysis reactor at an ADC input of the microcontroller.

14. Device according to claim 13 plus software to alternately switch the AC over DC electrolysis on and off by means of a duty cycle when the time-average electrolysis current exceeds a predefined value and software to adjust the duty cycle iteratively so that the desired time-average current passes through the electrodes of the electrolysis reactor are running.

Device according to one of the preceding claims 1 to 14 for the disinfection of ballast water in ships.

Device according to one of the preceding claims 1 to 15, in which an IGBT is used to scale up the electrolysis reactor.

The device of claim 16, wherein the time-average alternating direct current is more than 50 Amps.

18. Device as claimed in any of the foregoing claims 1 to 17, wherein the electrical energy is transported from the power source to the electrolysis cell through a shielded electricity cable.

Device according to one of the preceding claims 1 to 18, wherein the housing of the power source is a Faraday cage.

Device as claimed in any of the foregoing claims 1 to 19 plus a mains filter to prevent malfunctions of the electrolysis device in the mains.

Device according to any of the preceding claims 1 to 20, wherein the power supply that supplies a direct current is a switching power supply.

Method for disinfecting a liquid characterized by a device according to one of the preceding claims 1 to 21.

Method for the production of a device according to one of the preceding claims 1 to 22. 30 35 1038114