DE2605088C2

DE2605088C2 - Vorrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromanode

Info

Publication number: DE2605088C2
Application number: DE2605088A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 4600 Dortmund Rickert
Original assignee: VEREINIGTE ELEKTRIZITAETSWERKE WESTFALEN AG 4600 DORTMUND
Current assignee: VEREINIGTE ELEKTRIZITAETSWERKE WESTFALEN AG 4600 DORTMUND
Priority date: 1976-02-10
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1978-03-30
Also published as: US4231852A; BE851061A; DE2605088B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromanode, insbesondere für Warmwasserbchälter mit einer an der Innenwandung vorgesehenen passiven Korrosionsschutzschicht.

Warmwasserbehälter kleineren Inhalts, d.h. insbesondere für Haushaltszwecke, hat man bisher praktisch nur mit einer passiven Korrosionsschicht, meistens aus Emaille, sowie mit einer Opferanode aus Magnesium versehen, wobei man die Magnesiumanode meistens durch einen Stutzen von oben in den Behälter schraubt, während die elektrische Heizung über einen Flansch im unteren Teil angeordnet ist In der Praxis hat es sich gezeigt daß derartige Warmwasserbehälter schon nach wenigen Jahren durch Korrosion zerstört werden, und zwar im unteren, das Heizelement aufnehmenden

ίο Bereich. Ausführliche Untersuchungen mit Hilfe von Potential- und Strommessungen haben ergeben, daß bei derartigen Wasserbehältern das untere Drittel dann nicht mehr kathodisch geschützt ist, wenn der Heizflansch nicht gegen den Boiler isoliert ist, was aus elektrotechnischen Gründen meistens nicht der Fall ist Die Verwendung von Magnesium-Opferanoden hat noch weitere Nachteile, nämlich zunächst, daß eine Magnesiumanode eine beträchtliche Eigenkorrosion zeigt, wodurch sie oft schon nach wenigen Jahren völlig zerstört bzw. aufgebraucht ist. Ferner entwickelt sich an einer Magnesiumanode eine nicht unerhebliche Menge Wasserstoffgas, das mit Sauerstoff zu einer Knallgasmischung führt und damit gefährlich ist.

Bei größeren Behältern hat man daher bereits

vorgeschlagen, an Stelle von Magnesiumopferanoden fremdstrombeaufschlagte Elektroden zu verwenden, was jedoch noch zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt hat und einmal damit zusammenhängt, daß die bisher für größere Warmwasserbehälter verwendeten fremdstrombeaufschäägten Elektroden immer nur auf einen Strom eingestellt waren, so daß bei sich ändernden Bedingungen im Behälter, z. B. beim Auftreten einer zusätzlichen Schadstelle in der passiven Korrosionsschutzschicht, das richtige Potential an der Behälterwand nicht mehr eingestellt ist Außerdem bringen die bisherigen fremdstrombeaufschlagten Elektroden keine Lösung für das Problem der besonderen Korrosionsgefährdung im Bereich des Heizelements eines mit einem solchen ausgerüsteten Wasserbehälters.

Die Schäden in diesem Bereich werden darauf zurückgeführt, daß die Flächen des Heizelements als kathodischer Bereich wirken, an denen Sauerstoff reduziert wird und damit als Oxidationsmittel wirksam werden kann, so daß in diesem Bereich etwa auftretende Fehlstellen in der passiven Korrosionsschutzschicht besonders korrosionsgefährdet sind.

Um für derartige Behälter eine wesentliche Langzeitverbesserung des Korrosionsschutzes zu erreichen, wird daher gemäß einer parallellaufenden Patentanmeldung vorgeschlagen, die Elektroden mittels eines an sich bekannten Potentiostaten und einer ebenfalls an sich bekannten Bezugselektrode auf ein optimales Potential einsteuerbar auszubilden und mindestens eine Fremdstromanode in der Nähe des Heizelementes anzuord- nen, und zwar möglichst zentral und gleich weit von alien Wandflächen entfernt. Die Bezugselektrode soll sich dagegen möglichst nah an der Behälterwand befinden, weshalb die Bezugselektrode und die Fremdstromanode gemäß dem parallelen Vorschlag getrennt angebracht und durch besondere Leitungen mit dem Potentiostaten verbunden sind. Aufgrund dieser Anordnung müssen nun für die Bezugselektrode und die Fremdstromanode getrennte Halterungen vorgesehen sein und dementsprechend auch gesonderte öffnungen

^f)? bzw. Einsätze in der Behälterwand. Bei der Montage müssen die Verbindungen zwischen Potrntiostaten und Bezugselektrode, Potentiostat und Fremdstromanode sowie Potentiostat und zu schützender Fläche bzw.

Behälterwand angebracht werden. Dies erfordert einen hohen Arbeitsaufwand, und zwar von geschulten Fachkräften.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer ganz allgemein verwendbaren Vorrichtung für einen kathodischen Korrosionsschutz, die zwar vorzugsweise für Behälter der vorstehend beschriebenen Art, aber auch für andere Behälter und Einsatzzwecke, beispielsweise Behälter ohne elektrische Heizung oder andere zu schützende Flächen, verwendbar, besonders einfach aufgebaut und mit geringem Personalaufwand auch durch ungeübte Kräfte montierbar ist.

Bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Fremdstromanode und eine Bezugselektrode, die mittels eines Potentiostaten die Fremdstromanode auf ein optimales Potential einsteuert, an ein und derselben in eine Behälterwand einsetzbaren Halterung angeordnet sind, wobei die Bezugselektrode im Betriebszustand der Behälterwand nahe benachbart angeordnet ist und zwischen dieser Bezugselektrode und der mehr zum Behälterinneren gelegenen Fremdstromanode ein Isolierstück angeordnet ist

Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich zunächst eine sehr einfache Ausbildung der Vorrichtung selbst Ferner braucht in der betreffenden Wandung nur eine Aufnahmeöffnung ausgebildet zu werden und vor allem ist die Montage der Vorrichtung aufgrund der beschriebenen Ausbildung so einfach, daß diese auch von weniger qualifizierten Arbeitskräften in kurzer Zeit ausgeführt werden kann.

Besonders günstig ist es, wenn das Isolierstück eine Erstreckung im wesentlichen senkrecht zur Behälterwand aufweist, die mindestens ein N'ehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode von der Behälterwand beträgt. Dadurch wird sichergestellt, daß von der Bezugselektrode das Potential an der Behälterwand ungestört durch von der Fremdstromanode ausgehende Einflüsse gemessen wird, indem sich die Bezugselektrode außerhalb des sogenannten Potentialtrichters der Fremdstoffanode befindet

Eine konstruktiv besonders günstige Ausbildung ergibt sich, wenn die Fremdstromanode sich zentrisch durch das Isolierstück erstreckt, vor allem dann, wenn weiterhin die Bezugselektrode wendel- bzw. ringförmig in einer ringförmigen Ausnehmung des Isolierstückes angeordnet ist, wobei die Ausnehmung von einer strömungsverhindernden Umhüllung abgedeckt ist. Durch letzteres wird die Lebensdauer der meist aus Ag/AgCI bestehenden Bezugselektrode wesentlich verlängert.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung von einer zylindrischen Hülse mit geschlossener Mantelfläche gebildet ist und zwischen der Behälterwand und dem Anfang der Hülse ein Ringspalt zu der Ausnehmung im Isolierstück verbleibt. Dadurch wird nämlich bei Verhinderung einer Flüssigkeitsströmung um die Bezugselektrode die Funktion derselben du'ch die Nähe des Ringspaltes zur Behälterwand besonders günstig.

In Weiterbildung der Erfindung ist es besonders günstig, den Potentiostaten am Kopf der Halterung fest anzubauen und die elektrischen Verbindungen zwischen dem Potentiostaten und der Bezugselektrode sowie der Fremdstromanode in diesem Kopf fest anzuordnen, was naturgemäß zu der vorerwähnten Montagevereinfachung noch vorteilhaft beiträgt.

Dem gleichen Ziel dieirt es, wenn am Kopf der Halterung zwischen dem Potentiostaten und der Behälterwand eine elektrische Verbindung fest vorgesehen ist.

Schließlich kann man einen oder mehrere zusätzliche Anschlüsse für eine oder mehrere weitere Fremdstromanöden am Potentiostaten vorsehen, da es in vielen Fällen zweckmäßig ist, eine weitere Fremdstromanode in einem andeicn Bereich des Behälters anzuordnen, beispielsweise wenn man eine Fremdstromanode in der Nähe einer im unteren Teil eines Behälters angeordneten Heizung anbringen will und eine weitere Fremdstromanode im oberen Bereich eines im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Behälters.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläi tert. Diese zeigt in schematischer Darstellung in

F i g. I im Vertikalschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im in eine Behälterwand eingebauten Zustand und in
Fig.2 einen Vertikalschnitt durch einen abgeänderten Bereich einer Vorrichtung nach Fi^l.

In einer Behälterwand t ist ein Gewi: destutzen 2 vorgesehen, in den eine Halterung 3 mit entsprechendem Gewindeteil 4 eingeschraubt ist Die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Halterung 3 setzt sich in das Innere de·- Behälters in einem Isolierstück 5 fort, in dem sich nahe der Behälterwandung 1 eine ringförmige Ausnehmung 6 befindet, in der eine wendeiförmige Bezugselektrode 7 aus Ag/AgCI angeordnet ist, wobei die Ausnehmung von einer zylindrischen Umhüllung 8 aus flüssigkeitsdurchlässigem Material, z. B. einer porösen Keramikhülse oder einem durchlöcherten Mantel, abgedeckt ist.

Zentrisch durch die gesamte Halterung 3 und das Isolierstück 5 erstreckt sich eine Fremdstromanode 9, wobei die Länge des Isolierstückes 5 mindestens ein Mehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode 7 von der Behälterwand ί beträgt.

Am Kopf 10 der Halterung 3 ist ein Potentiostet 11 fest angebaut. Ferner ist im Kopf 10 eine elektrische Verbindung 12 zwischen dem Potentiostaten 11 und der Bezugselektrode 7 sowie eine weitere elektrische Verbindung 13 zwischen dem Potentiostaten 11 und der Fremdstromanode 9 angeordnet. Schließlich ist eine weitere elektrische Verbindung 14 zwischen dem Potentiostaten 11 und der Behälterwandung 1 bzw. dem Gewindestutzen 2 mittels einer in das Gewindeteil 4 der Halterung 3 eingeschraubten Masseschraube 15 vorgesehen.
Am Potentiostaten 11 ist ein Anschluß 16 für die Stromversorgung, z. R mit 220 V Wechselstrom, sowie ein weiterer Anschluß 17 für die Verbindung mit weiteren, an anderen Stellen des Behälters anzuordnender Frcmdstromanoden vorgesehen.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist eine zylindrische Umhüllung Sa für die wendeiförmige Bezugselektrode 7 vorgesehen, die aus einer Hülse mit geschlossener Mantelfläche besteht und zwischen der Behälterwand 1 und ihrem Anfang einen Ringspalt 18 zur Ausnehmung 6 frei läßt, derart, daß einerseits die die

fio Bezugselektrode 7 umgebende Flüssigkeit an einer Strömung gehindert und andererseits durch die Nähe des Spaltes 18 zur Behälterwand 1 die Funktion der Bezugselektrode 7 optimal ist.

Unter einem wie vorstehend benannten Potentiosta-

f'.s ten wird ein Regelgerät verstanden, das die Aufgabe hat, die Meßelektrode einer elektrochemischen Zelle auf einem konstanten, mit Sollspannungsgeber einstellbaren Potential gegenüber einer Bezugselektrode zu

halten. Hierzu verstärkt der Potentiostat eine sehr kleine Abweichung des Potentials der Meßelektrode von der Sollspannung und regelt damii den durch die Zelle zwischen Meßelektrode und Gegenelektrode fließenden Strom.

Dieses Wirkungsprinzip wird auf den vorliegenden Fall des kathodischen Korrosionsschutzes mit Fremdstrom übertragen, und zwar mit Hilfe des Potentiostaten 11 und der Bezugselektrode 7 dem die Meßelektrode bildenden zu schützenden Gegenstand, nämlich der Behälterwandung 1. ein derart negatives Potential aufgezwungen, daß eine Korrosion verhindert wird und möglichst wenig Wasserstoffenfwicklung auftritt. Weicht das Potential der Behälterwandung 1 von der vorgegebenen Sollspannung ao. verstärkt der Potentiostat diese kleine Abweichurg und regelt damit den durch die Anordnung zwischen der Behälterwandung 1 und der Fremdstromanode 9 fließenden Strom derart, daß die Spannung ihren konstanten Wert behält. Durch das derart fest vorgegebene Potential wird ein Korrosionsschutz dauernd gewährleistet. Die unerwünschte Wasserstoffentwicklung wird weitgehend verhindert und durch die potentiostatische Schaltung der Strom jeweils gerade in der Höhe eingeregelt, wie er für den Korrosionsschutz benötigt wird, so daß ein unnötiger Stromverbrauch vermieden wird.

Ein für einen Haushalts-Warmwasserbehälter von ca. 801 Fassungsvermögen erforderlicher Potentiostat besteht im wesentlichen aus einem Trafo 220/2 χ 18 V, einem Gleichrichter- und Stabilisierungsteil, bestehend aus Gleichrichtern, Zener-Dioden, Transistoren, Kondensatoren. Widerständen, einem sogenannten SoII-Spannungsgeber, bestehend aus Dioden, Widerständen und Potentiometern, einem Differential- und Vorverstärker als integriertes Element (IC) und aus zwei Transistoren als leistungsverstärkende Endstufe. Die Einzelheiten eines solchen Potentiostaten bilden keinen

in Teil drr vorliegenden Erfindung und sind daher auch nicht näher beschrieben.

Wie sich aus Vorstehendem ergibt, ist die Montage der beschriebenen Vorrichtung denkbar einfach, da lediglich die Halterung 3 in den Stutzen 2 einzuschrau-

ι s ben und der Anschluß 16 an eine geeignete Stromquelle vorzunehmen und ggf. noch die Verbindung zwischen einer weiteren an anderer Stelle des Behälters anzuordnenden Fremdstromanode an den Anschluß 17 herzustellen ist.

>o Es könnte die Bezugselektrode auch in Form von ein oder mehreren sich axial zur Fremdstromanode erstreckenden Stäben ausgebildet sein, wobei jedoch uuch hier zweckmäßig eine strömungsverhindernde Umhüllung für die Bezugselektrode vorgesehen wird !Die Verbindung zwischen Behälterwand und Potentiostaten könnte natürlich auch außerhalb des Kopfes der Halterung erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromanode, insbesondere für Warmwasserbehälter mit einer an der Innenwandung vorgesehenen passiven Korrosionsschutzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstromanode (9) und eine Bezugselektrode (7), die mittels eines Potentiostaten die Fremdstromanode auf ein optimales Potential einsteuert, an ein und derselben in eine Behälterwand (1) einsetzbaren Halterung (3) angeordnet sind, wobei die Bezugselektrode im Betriebszustand der Behälterwand nahe benachbart angeordnet ist und zwischen dieser Bezugselektrode und der mehr zum Behälterinneren gelegenen Fremdstromanode ein Isolierstück (5) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daßdas Isolierstück (5) eine Erstreckung im wesentlichen senkrecht zur Behälterwand (1) aufweist, die mindestens ein Mehrfaches des Abstandes des freien Endes der Bezugselektrode (7) von der Behälterwand beträgt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdsiromanode (9) sich zentrisch durch das Isolierstück (5) erstreckt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Bezugselektrode (7) wendel- bzw. ringförmig in einer ringförmigen Ausnehmung (6) des Isolierstück^s (5) angeordnet ist, wobei die Ausnehmung von einer strörrrrngsverhindernden Umhüllung (8) abgedeckt is?

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, -iadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung von einer zylindrischen Hülse (Sa) mit geschlossener Mantelfläche gebildet ist und zwischen der Behälterwand (1) und dem Anfang der Hülse (Sa) ein Ringspalt (18) zur Ausnehmung (6) des Isolierstückes (5) verbleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Potentiostat(ll) am Kopf (10) der Halterung (3) fest angebaut ist und die elektrischen Verbindungen (12, 13) zwischen dem Potentiostaten (11) und der Bezugselektrode (7) sowie der Fremdstromanode (9) in diesem Kopf fest angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß am Kopf (10) der Halterung (3) zwischen Potentiostat (11) und Behälterwand (1) eine elektrische Verbindung (14,15) fest vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zusätzliche Anschlüsse (17) für eine oder mehrere weitere Fremdstromanoden am Potentiostaten (11) vorgesehen sind.