Korrosionsschäden an Wasserleitungssystemen stellen ein großes volkswirtschaftliches Pro- blem dar. Laut eines Gutachtens des Verbands Deutscher Sachversicherer sind mehr als die Hälfte aller gemeldeten Wasserschäden im haustechnischen Bereich auf Korrosion zurückzu- führen. Es gibt Schätzungen, daß ca. 5-8% des Nationaleinkommens einer Industrienation durch Korrosionsvorgänge jährlich zerstört werden. In dieser Schätzung sind die als weitaus höher anzusetzenden sekundären Energieverluste nicht berücksichtigt, die z. B. durch quer- schnittsverengende Rostknollen in Rohrleitungen oder Rost-Ablagerung auf Heizflächen ver- ursacht werden.

In wenigen Bereichen der Technik wird der Korrosionsschutz so vernachlässigt wie in der Haustechnik, welche jedoch das wichtigste Lebensmittel,"Wasser", transportiert. Diese Ver- nachlässigung verursacht sehr hohe Nebenkosten bei der Sanierung, da die Installation fast immer im Mauerwerk unter Putz verlegt ist und die Sanierung nur durch Austauschen der Rohrleitungen erreicht werden kann.

Eine Verwendung von Magnesium beim Korrosionsschutz sowohl im galvanischen als auch im klassischen kathodischen Korrosionsschutz (KKS) gehört seit Jahrzehnten zum Stand der Technik. Bekannte Korrosionsschutzverfahren setzen Magnesium-Opferanoden ein. Hierbei wird eine Flüssigkeit mit Magnesium-Ionen angereichert. Der Begriff Flüssigkeit in der hier verwendeten Bedeutung umfaßt Flüssigkeiten mit einem Wasseranteil, insbesondere Trink- wasser und Brauchwasser. Um eine Anreicherung der Flüssigkeit mit Magnesium-Ionen mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik zu erreichen, muß die Flüssigkeit eine längere Zeit, in der Regel mehr als 30 Minuten, in einer speziellen Anodenkammer verweilen oder durch mehrere miteinander in einer Reihe verbundene Kammern oder Behälter fließen. Zur Aufbereitung bereits kleinerer Volumenströme (> 2m3/h) sind Vorlagebehälter mit Volumen von mehreren hundert Litern notwendig. Um eine ausreichende Anreicherung zu gewährlei- sten, sind sehr große Kathodenflächen, asymmetrisch installierte Anodentürme mit erhebli- chen Mengen Reinmagnesiums und ein Einsatz von Potentiostaten erforderlich. Als Katho- denfläche dient zumeist eine Innenwand der Anodenkammer bzw. des Behälters, die in der Regel aus Stahl gefertigt sind. Ein Verfahren dieser Art beschreibt die österreichische Patent- schrift 280728.

Mit Hilfe dieses etablierten Verfahrens kann ein Korrosionsschutz bei Behältern bei fachge- rechter Auslegung gewährleistet werden. Jedoch ist eine Korrosionsschutzwirkung in einer nachgeschalteten Installation oder gar eine Sanierung eines bereits teilweise korrodierten Rohrleitungssystems nicht möglich, da das Magnesium-Ion reaktionsfreudig ist, schnell ab- reagiert und hierdurch korrosions-technisch unwirksam wird. Ferner lassen sich die oben be- schriebenen Verfahren häufig wegen des Platzbedarfs und der mit der Erstellung verbundenen hohen Kosten für die Korrosionsschutzanlage nicht realisieren.

Neuere Verfahren basieren im Gegensatz zu den oben erwähnten klassischen Verfahren, die den Gesetzen der homogenen, wäßrigen Chemie folgen, auf heterogenen und katalysierten Abläufen. Bereits Anfang der 1920-er und 1930-er Jahren wurde beobachtet, daß bei der klas- sischen Anwendung von Magnesium-Opferanoden eine von der klassischen Stöchiometrie erheblich abweichende elektrische Energiebilanz festgestellt werden konnte. Seit Mitte der 1950-er Jahre ist bekannt, daß sich Magnesium unter dem Einfluß galvanisch-chemischer Einflußgrößen statt nach den typischen elektrochemischen Bedingungen nach anderen Ge- setzmäßigkeiten auflöst. 1954 stellten Petty et al. (Petty R. ; Davidson A. ; Kleinberg A., J.

Am. Chem. Soc. 76,366 (1954)) fest, daß die Ausbildung von Lokalelementen in der Magne- sium-Anodenoberfläche besonders heftig ist und ganze Metallpartikel herausbrechen bzw. eventuell zu einer kolloidähnlichen Aggregatausbildung einer (instabilen) einwertigen, hydra- tisierten Magnesiumspezies führen könnte, welche zu Mg2+ abreagiert.

Es zeigte sich, daß Magnesium unter bestimmten Voraussetzungen, z. B. unter systematischer Anpassung der Elektrodenpolarisation anodisch geschalteten Metalls nach fraktalen Gesetzen zerfällt, wobei schichtweise Cluster enthaltende Kolloide ausgebildet werden. Die entstehen- den reaktiven Partikel enthalten einen variablen Anteil an unversehrtem, d. h. metallischem Magnesium im Clusterzentrum, unverbrauchtem Magnesium in der Zwischenschicht als Fest- körperverbindung der Summen-Formel Mg20, welches in einer Wurzitgitterstruktur, zusam- men mit Oxid-Hydroxid des Magnesiums, eingebettet ist und eine relativ gute (Meta)- Stabilität in Wasser, speziell bei niedriger Leitfähigkeit aufweist. Die äußerste Kolloidschicht wird von Magnesiumhydroxid und ggf. Magnesiumkarbonat mit ersterem verknüpft, ausge- bildet und ergibt, bei kleinen Kolloiden und ab Leitwerten über ca. 200 gS/cm, eine sehr gute Korrosionsschutzwirkung, so daß selbst in Trinkwasser mit diesen Kolloiden wirksam gear- beitet werden kann. Der geschätzte Durchmesser für diese aggregierten Kolloide beträgt etwa 250-600 nm, wobei die Primärpartikel vermutlich allein etwa 2.000 univalente und wahr- scheinlich auch metallische, d. h. intakte jedoch redoxaktive Teilchen enthalten.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Bereitstellung und Bildung einer ausreichenden Anzahl mobiler Mikro-Opferanoden mittels eines solchen Elektrolyse-induzierten Verfahrens die Einbindung in einen elektrolytischen Prozeß notwendig ist. Solche Prozesse laufen in einem Behälter ab. Eine Flüssigkeit umströmt in einem Innenraum des Behälters eine Anode aus Magnesium und eine Kathode. Als Kathode dient in der Regel eine Innenwand des Innen- raums des Behälters, der im allgemeinen aus Edelstahl hergestellt ist. Die Anode wird mit einem konstanten Gleichstrom einer Stromquelle beaufschlagt. Hierdurch wird der fraktale Zerfall der Anode aus Magnesium in Magnesium-Mikro-Opferanoden und eine Diffusion dieser Magnesium-Mikro-Opferanoden in die Flüssigkeit gefördert. Mit der Flüssigkeit strö- men die Magnesium-Mikro-Opferanoden in ein dem Behälter nachgeordnetes Rohrleitungs- system und können in diesem ebenso wirkungsvoll wie in dem Behälter eine Korrosion ver- hindern, so daß ein Korrosionsschutz für Anlagen mit Behälter und Rohrleitungssystem aus- gebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Korrosionsvermeidung mit Hilfe von Mikro-Opferanoden aus Magnesium und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfah- rens zu schaffen, bei dem (der) eine beabsichtigte Zersetzungsreaktion einer Anode aus Ma- gnesium gefördert wird und eine Anreicherung einer Flüssigkeit mit den Mikro-Opferanoden gesteigert wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.

Der Erfindung umfaßt den Gedanken, die Anode und Kathode mit einem zeitlich periodischen Strom zu beaufschlagen. Hierdurch wird eine Bildung von Mikro-Opferanoden unterstützt, die sowohl mobil als auch redoxaktiv sind und in einer Anlage eine Korrosion wirksam ver- meiden. Mittels der Anwendung des zeitlich periodischen Stroms werden sowohl die Anoden- reaktionen als auch die entsprechenden zugehörigen Kathodenreaktionen gefördert.

Ein Vorteil der Erfindung ist, daß aufgrund der Verwendung des zeitlich periodischen Stroms sowohl eine Pulsstromdichte, eine Pulszeit und eine Zeit zwischen zwei Pulsen unabhängig voneinander frei gewählt werden können. Bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, welches einen konstanten Gleichstrom verwendet, kann hingegen nur eine Durchschnitts- stromdichte gewählt werden. Dies hat sich als nicht funktional erwiesen. Aufgrund der freien unabhängigen Wählbarkeit der Parameter Pulsstromdichte, Pulszeit und Zeit zwischen den zwei Pulsen ist es möglich, eine Anpassung an nicht exakt vorhersehbare Variablen, wie eine Strömungsgeschwindigkeit, hydrodynamische Bedingungen, eine Flüssigkeitsanalytik usw., mittels einer Veränderung dieser elektrischer Parameter einfach zu erreichen.

Ferner führt die Verwendung eines zeitlich periodischen Stroms dazu, daß im Vergleich zur Verwendung eines Gleichstroms, wie es im Stand der Technik vorgesehen ist, bereits bei ei- ner geringeren Durchschnittsstromdichte eine transpassive Metallauflösung möglich ist, die für das Ausbilden der gewünschten redoxaktiven Partikel, nämlich der mobilen Mikro- Opferanoden aus Magnesium, erforderlich ist. Die Anzahl der gebildeten mobilen Mikro- Opferanoden kann so hoch gewählt werden, daß eine Sanierung eines korrodierten nachge- ordneten Rohrleitungssystems bewirkt werden kann. Ferner wird bei der Verwendung des zeitlich periodischen Stroms auch die mit jeder Korrosion einhergehende Schwermetallbela- stung der Flüssigkeit, insbesondere in Blei-oder Kupferrohren, vermieden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß der zeitlich periodische Strom als eine Fol- ge von Rechteckimpulsen ausgebildet wird. Ein Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß ein Rechteckimpulsstrom mit einfachen Mitteln elektronisch erzeugt werden kann.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß die Flüssigkeit tangential zu einer Seiteninnen- wand des Innenraums des Behälters in dem Innenraum des Behälters eingebracht wird, um eine zyklonale Bewegung der Flüssigkeit in dem Innenraum des Behälters zu erzeugen. Dies bietet den Vorteil, daß die Flüssigkeit in dem Innenraum einen längeren Weg zurücklegt und somit länger mit einer Kathodenoberfläche in Kontakt ist, was elektrolytische Kathodenreak- tionen und somit eine beabsichtigte Zersetzung der Anode fördert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zur Korrosionsvermeidung besteht darin, daß die Flüssigkeit durch eine Verjüngung eines Querschnitts in einem Einlaß des Behälters in dem Innenraum des Behälters eingebracht wird, so daß in dem Innenraum des Behälters eine turbulente Strömung erzeugt wird. Eine turbulente Strömung fördert den schnellen Ab-und Antransport von in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen in einer Diffusionsschicht an der Kathode, was zu einer Verbesserung einer Reaktionskinetik der Kathodenreaktionen führt.

Eine Zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mittels eines Strömungsde- tektors in Abhängigkeit von einem Durchsatz der Flüssigkeit durch den Behälter ein Strö- mungssignal erzeugt wird und das Beaufschlagen der Anode und der Kathode mit dem zeit- lich periodischen Strom mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Strömungs- signal gesteuert wird. Hierdurch wird erreicht, daß eine Zersetzung der Anode in Mikro- Opferanoden nur bei einer Entnahme von Flüssigkeit mittels des zeitlich periodischen Stroms unterstützt wird. So wird eine optimale Ausnutzung eines Anodenmaterials erreicht.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, daß in der Flüssigkeit gelöste Ionen vor dem Einbringen der Flüssigkeit in dem Innenraum des Behälters in einem Kationentau- scher entfernt werden. Auf diese Weise wird eine Verwendung des Verfahrens mit sogenann- ten harten Flüssigkeiten, d. h. Flüssigkeiten mit einem Erdalkalimetallanteil von mehr als 2 mmol/1, möglich, die andernfalls an Sekundärreaktionen der Flüssigkeit scheitern würde.

Eine andere zweckmäßige Fortbildung besteht darin, daß die Flüssigkeit mittels einer Trenn- vorrichtung in einen Teilstrom und einen weiteren Teilstrom geteilt wird, wobei der Teilstrom durch den Kationentauscher und den Behälter strömt und der Teilstom mit den Mikro- Opferanoden angereichert wird und sich mit dem weiteren Teilstrom vereinigt, der an dem Kationentauscher und dem Behälter in einem Umleitungsrohr vorbeigeleitet wird. Vorteilhaft ist, daß der Behälter zur Anreicherung der Flüssigkeit mit Mikro-Opferanoden nur für eine Teilmenge der Gesamtmenge an Flüssigkeit ausgelegt werden muß, die durch die gesamte Anlage fließt. Der Behälter kann somit kleiner ausfallen als bei einem Verfahren, das eine Umleitung des weiteren Teilstroms an dem Kationentauscher und dem Behälter vorbei nicht nutzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zum Vermeiden von Korrosion besteht darin, daß ein langgestrecktes Auslaßrohr in einer Längsrichtung des Behälters in dem Innenraum des Behälters angeordnet ist, wobei ein Ende des Auslaßrohrs fest mit dem Auslaß verbunden ist und ein anders Ende des Auslaßrohrs einen kleinen Abstand zu einem Klöppelboden des Behälters aufweist und der Einlaß an einem Klöppelboden entgegengesetzten Ende des Be- hälters angeordnet ist. Hierdurch wird eine Führung der Flüssigkeit in einem sogenannten Abstrom-Aufstrom-Verfahren ermöglicht, d. h. eine gute Führung der Flüssigkeit entlang der Anode und Kathode wird bewirkt.

Eine weitere Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, daß die Kathode eine Seiteninnenwand des Innenraums des Behälters und eine Außenwand des Auslaßrohrs umfaßt. Hierdurch kann eine separate Kathode eingespart werden. Es wird eine kompakte Konstruktion des Behälters möglich.

Eine Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß ein minimaler Abstand der Anode von der Außenwand des Auslaßrohrs gleich einem minimalen Abstand der Anode von der Seitenin- nenwand des Innenraums des Behälters ist. Auf diese Weise bildet sich während der Beauf- schlagung der Anode und der Kathode mit dem zeitlich periodischen Strom ein optimales Stromdichtefeld in der Flüssigkeit in dem Innenraum des Behälters zum Fördern des Bildens von Mikro-Opferanoden und einer Anreicherung der Flüssigkeit hiermit.

Ein weitere Fortbildung sieht vor, daß die Anode mehrere Stäbe umfaßt. So kann eine Ober- fläche der Anode gegenüber einer zylindrischen Anode vergrößert werden. Ferner lassen sich Stäbe kostengünstig herstellen und sind bei einer Wartung leicht zu handhaben.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Korrosionsvermeidung sieht vor, daß die mehreren Stäbe der Anode verteilt auf einem Kreis angeordnet sind, der konzentrisch zu der Seiteninnenwand des Innenraums des Behälters ist, wobei die Seiteninnenwand des Innen- raums zylindrisch ist. Dies stellt eine einfache Anordnung dar, die gewährleistet, daß alle Stä- be gleiche Abstände zu den Oberflächen der Kathode aufweisen.

Es ist vorteilhaft, daß ein Flächenverhältnis einer Oberfläche der Anode zu einer Oberfläche der Kathode maximal 1 zu 4 und idealer Weise 1 zu 1 beträgt. So wird erreicht, daß eine op- timale Menge an Magnesium in der Vorrichtung vorhanden ist und es nicht zu einer zu star- ken oder zu schwachen Zersetzung der Anode kommt, was einen unnötigen Anodenverschleiß bzw. eine unzureichende Korrosionsschutzwirkung zur Folge hätte.

Eine weiter Ausführungsform sieht vor, daß der Einlaß tangential zu der Seiteninnenwand des Innenraums des Behälters angeordnet ist. Hierdurch wird eine zyklonale Strömung in dem Behälter bewirkt, was zu einer längeren Verweildauer der Flüssigkeit in dem Innenraum des Behälters führt und eine Anreicherung der Flüssigkeit mit Mikro-Opferanoden fördert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß ein Querschnitt des Einlasses eine Verjün- gung aufweist. Hiermit kann eine turbulente Strömung insbesondere an der Kathode erzeugt werden. Ein sich hieraus ergebender schneller Stoffan-und Stoffabtransport fördert die Ka- thodenreaktionen und somit auch eine Zersetzungsreaktion der Anode in Mikro-Opferanoden.

Eine andere Ausführungsform kann vorsehen, daß an dem Behälter ein Strömungsdetektor zum Erzeugen eines Strömungssignals angeordnet ist. Dieses ermöglicht es, daß eine Ent- nahme der Flüssigkeit zeitlich überwacht werden kann.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung umfaßt eine mit dem Strömungsdetektor gekoppelte Steuereinrichtung zum Steuern des Beaufschlagens der Anode und der Kathode mit dem zeit- lich periodischen Strom in Abhängigkeit von einem von dem Strömungsdetektor erzeugten Strömungssignal. Hierdurch wird eine optimale Steuerung der Vorrichtung möglich, was zu einer optimalen Ausnutzung des eingesetzten Anoden Materials führt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß an dem Einlaß ein Kationentauscher ange- ordnet ist. Der Kationentauscher verhindert, daß eine Flüssigkeit mit einem hohen Anteil ge- löster Ionen in den Innenraum des Behälters gelangt. Eine Flüssigkeit mit hohem Ionenanteil im Innenraum des Behälters könnte zu unerwünschten Sekundärreaktionen oder Veränderung des Kammerwiderstandes führen.

Eine weitere Fortbildung der Erfindung umfaßt eine Trennvorrichtung mit einem Eingang, einem Ausgang und einem weiteren Ausgang zum Aufteilen eines Flüssigkeitsstroms, wobei der eine Ausgang über den Kationentauscher und den Behälter mit dem Auslaß in einer Fließ- verbindung steht und der weitere Ausgang über ein Umleitungsrohr mit dem Auslaß des Be- hälters in Fließverbindung steht. Diese Vorrichtung ermöglicht es, daß nur ein Teil der Flüs- sigkeit enthärtet und mit Mikro-Opferanoden angereichert wird. Hierdurch kann ein Behälter- volumen des Behälters bei einem festgelegten Tagesdurchsatz kleiner ausgelegt werden als bei einer Vorrichtung, die kein Umleitungsrohr aufweist.

Eine andere Fortbildung der Erfindung besteht darin, daß das Steuermittel zum zeitlich peri- odischen Variieren des Stroms einen Rechteckimpulsstrom erzeugen kann. Ein solches Steu- ermittel ist besonders einfach aus elektronischen Komponenten herstellbar und somit beson- ders kostengünstig.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen : Figur 1 eine schematische Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur Korrosionsver- meidung ; Figur 2 eine Darstellung eines Strom-Zeit-Graphs eines zeitlich periodischen Stroms ; Figur 3 eine weiter schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Korrosionsver- meidung ; Figur 4 eine fotografische Abbildung einer anderen Ausführungsform einer Vorrich- tung zur Korrosionsvermeidung ; und Figur 5 ein schematisches Strangschema einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Korrosionsverminderung.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Korrosionsvermei- dung. Eine Flüssigkeit 1 strömt durch einen Strömungsdetektor 2 und einen Einlaß 3 in einen Innenraum 11 eines Behälters 4, der einen Reaktorbehälter darstellt. Der Behälter 4 umfaßt eine Seitenwand 5, einen Klöppelboden 6, Standbeine 7 und einen Blindflansch 8. An Stelle der Standbeine 7 kann eine Wandmontageschiene vorgesehen sein. Alternativ zu der in Figu- ren 1 dargestellten Ausführungsform kann der Strömungsdetektor 2 auch an einem Auslaß 19 des Behälters 4 angeordnet sein. Der Strömungsdetektor 2 kann bei einem kleineren Behälter- volumen Paddel-bzw. Kolbenschaltersysteme umfassen. Für die Behälter 4 ab einer Nenn- weite von DN 150 werden ausschließlich kaloriemetrische Strömungsdetektoren bevorzugt.

Der Blindflansch 8 ist an einem dem Klöppelboden 6 entgegengesetzten Ende 9 des Behälters 4 angeordnet und zum Verschließen des Behälters 4 mit der Seitenwand 5 des Behälters 4 lösbar fluiddicht verbunden. An einem unteren Ende des Klöppelbodens 6 ist ein Auslaßhahn 28 angeordnet, der für eine Druckentlastung im Innenraum 11 bei Wartungsvorgängen und zum Ausspülen größerer eingespülter Partikel verwendet werden kann.

In dem Innenraum 11 des Behälter 4 ist eine Anode 10 aus Magnesium angeordnet, die Stäbe 12 umfaßt. Die Stäbe 12 sind rund. Die Anode 10 ist elektrisch gegenüber dem Blindflansch isoliert und an dem Blindflansch 8 angeordnet. Über Durchführungen 13 sind die Stäbe 12 mit Anschlußkontakten 14 elektrisch leitend verbunden. Eine Seiteninnenwand 15 des Innen- raums 11 des Behälters 4, die leitfähig ist, bildet einen Teil einer Kathode 16.

Ein Auslaßrohr 17 erstreckt sich von dem Blindflansch 8 in den Innenraum 11 des Behälters 4 hinein. Ein Ende 18 des Auslaßrohrs 17 ist mit einem Auslaß 19 verbunden. Ein anderes Ende 20 des Auslaßrohrs 17 endet nahe dem Klöppelboden 6. Eine Außenwand 27 des Auslaßrohrs 17 dient als ein weiterer Teil der Kathode 16.

Aufgrund der Anordnung des Einlasses 3, des Auslaßrohrsl7 und des Auslasses 19 wird für die Flüssigkeit 1 eine Strömungsrichtung durch den Innenraum 11 des Behälters 4 vorgege- ben. Die eintretende Flüssigkeit 1 strömt in dem Innenraum 11 zunächst abwärts, wird dann von dem Klöppelboden 6 umgelenkt, um anschließend aufwärts durch das Auslaßrohr 17 zu dem Auslaß 19 zu strömen und durch den Auslaß 19 den Behälter 4 zu verlassen. Das Auslaß- rohr 17 wird auch als Umlenkrohr bezeichnet. Aufgrund des Strömungsverhaltens wird das Verfahren zur Korrosionsvermeidung, das den in Figur 1 dargestellten Behälter 4 nutzt, als Abstrom-Aufstrom-Verfahren bezeichnet.

Eine Stromquelle 21 ist mittels elektrischer Leitungen 22,23 mit den Anschlußkontakten 14 der Anode 10 und der Kathode 16 elektrisch leitend verbunden. Eine Signalleitung 24 verbin- det den Strömungsdetektor 2 mit einer Steuereinrichtung 30, die bei der Ausführungsform nach Figur 1 von der Stromquelle 21 umfaßt ist. Die Stromquelle 21 umfaßt ferner ein Steu- ermittel 31 zum Erzeugen eines zeitlich periodischen Stroms.

Unter einem zeitlich periodischen Strom wird jeder Strom mit einer Amplitude verstanden, die zeitlich um einen vorbestimmten Amplitudenwert schwankt. Ein zeitlich periodischer Strom ist in diesem Sinne nicht nur ein Strom, der jeweils nach einem festen Zeitintervall denselben Amplitudenwert aufweist, sondern jeder Strom, bei dem nach jedem von mehreren möglicherweise unterschiedlich langen Zeitintervallen jeweils der vorbestimmte Amplitu- denwert auftritt, wobei die Amplitude während der mehreren möglicherweise unterschiedlich langen Zeitintervalle von dem vorbestimmten Amplitudenwert verschieden ist.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Korrosionsvermeidung unter Verwendung der Vorrich- tung nach Figur 1 beschrieben. Die Flüssigkeit 1 strömt durch den Strömungsdetektor 2.

Hierbei wird eine Strömungssignal erzeugt. Die Flüssigkeit 1 wird anschließend durch den Einlaß 3 in dem Innenraum 11 des Behälters 4 eingebracht. Der Einlaß 3 ist an dem Behälter 4 so angeordnet, daß die Flüssigkeit 1 tangential zur Seiteninnenwand 15 in den Innenraum 11 eintritt. Hierdurch wird in dem Innenraum 11 eine zyklonale Strömung der Flüssigkeit 1 bewirkt. Eine in dem Innenraum 11 des Behälters 4 zurückgelegte Strecke wird aufgrund der zyklonalen Strömung etwa um einen Faktor 2,8 verlängert. Somit wird aufgrund der zyklo- nalen Strömung eine Verweilzeit der Flüssigkeit 1 in dem Innenraum 11 des Behälters 4 ver- längert. Das heißt, die Zeitspanne, die für eine Anreicherung der Flüssigkeit 1 mit Mikro- Opferanoden zur Verfügung steht, ist länger.

Der Einlaß 3 weist eine Verjüngung 29 seines inneren Querschnitts auf. Das Durchströmen der Verjüngung 29 erzeugt eine turbulente Strömung der Flüssigkeit 1 in dem Innenraum 11 des Behälters 4. Somit ergibt sich in dem Innenraum 11 eine zyklonale, turbulent Strömung der Flüssigkeit 1, die die Kathode 16 und die Anode 10 umspült. Die turbulente Strömung insbesondere an der Kathodenfläche ist beabsichtigt und entscheidend. Für einen effektiven Verfahrensablauf ist nicht allein eine Metallauflösung des Magnesiums der Anode 10, son- dern ebenfalls ein schneller Ablauf zugehöriger Kathodenreaktionen erforderlich. Die an der Kathode 16 zwangsläufig immer mit Inhaltsstoffen der Flüssigkeit 1 ablaufenden Kathoden- reaktionen werden durch einen schnellen Stoffan-und Stoffabtransport, der durch die turbu- lente Strömung gefördert wird, in eine Diffusionsschicht an der Kathode 16 beschleunigt.

Da für eine Zersetzung der Anode 10 in Mikro-Opferanoden eine Eigenkorrosion und eine daraus resultierende Verklüftung einer Anodenoberfläche eine wichtige Rolle spielen, ist eine Fremdstrombeaufschlagung der Anode 10 aus Magnesium wichtig. Bei der Verwendung ei- nes zeitlich periodischen Stroms überlagern sich stationären Diffusionsschichten an der An- ode 10 und Kathode 16, die durch eine Hydrodynamik bestimmt sind, zeitlich periodisch pul- sierende Diffusionsschichten.

Um eine besonders günstige Ausbildung der Diffusionsschicht an der Kathode 10 und der Diffusionsschicht an der Anode 10 zu erhalten, ist das Auslaßrohr 19 zentrisch in dem Innen- raum 11 angeordnet, der zylindrisch ist. Die Stäbe 12 der Anode 10 sind auf einem Kreis an- geordnet, dessen Mittelpunkt konzentrisch zu der zylindrischen Seiteninnenwand 15 des In- nenraums des Behälters 4 ist. Ein Radius des Kreises ist so gewählt, daß ein minimaler Ab- stand der Stäbe 12 zu der Seiteninnenwand 15 des Innenraums 11 des Behälters 4 gleich ei- nem minimalen Abstand der Stäbe 12 zu der Außenwand 27 des Auslaßrohrs 17 ist.

Die Stromquelle 21 erzeugt im Zusammenwirken mit dem von der Stromquelle 21 umfaßten Steuermittel 31 den zeitlich periodischen Strom, mit dem die Anode 10 und die Kathode 16 beaufschlagt werden.

Figur 2 zeigt beispielhaft einen Strom-Zeit-Graphen eines zeitlich periodischen Stroms zum Beaufschlagen der Anode 10 und der Kathode 16. Aufgetragen ist eine Stromdichte i gegen eine Zeit t. Bei einer Gleichstromelektrolyse nach dem Stand der Technik kann nur eine Durchschnittsstromdichte frei gewählt werden. Dies hat sich als nicht funktional erwiesen.

Bei der Verwendung von Gleichstrom hängt eine Größe eines anodischen Stroms von hydro- dynamischen Bedingungen ab. Aufgrund eines geringen Kammerwiderstandes, der durch eine Oberfläche 25 der Anode 10 und eine Oberfläche 26 der der Kathode 16 und Abständen zwi- schen den Oberflächen 25,26 bestimmt ist, kann die Anode 10 bereits bei Spannungen unter 0,5 bis 24V mit einem Strom von 25 bis 1500 mA pro m2 Oberfläche 26 der Kathode 16 bei einer turbulenten Flüssigkeitsströmung beaufschlagt werden. Die Durchschnittsstromdichte wird bei der Verwendung des zeitlich periodischen Stroms in Form eines Pulsstroms durch drei unabhängig wählbare Parameter eine Pulsstromdichte ip, eine Pulszeit tp und eine Zeit zwischen zwei Pulsen t'p bestimmt. In Figur 2 sind diese einzelnen Parameter exemplarisch für einen Rechteckimpulsstrom dargestellt.

Zusätzlich kann noch die zeitliche Dauer tpp der Beaufschlagung der Anode und der Kathode gewählt werden. Da die in die Flüssigkeit 1 diffundierenden Mikro-Opferanoden mit einer ausreichend hohen Flüssigkeitsmenge aus dem Behälter 4 fortgetragen werden müssen, ist eine Steuerung des zeitlich periodischen Stroms mittels der Steuereinrichtung 30 (vgl. Figur 1) vorteilhaft. Die Steuereinrichtung 30 bewirkt, daß die Anode 10 und die Kathode 16 mit dem zeitlich periodischen Strom in Abhängigkeit von dem Strömungssignal des Strömungs- detektors 2 beaufschlagt werden. Es ist vorteilhaft vorzusehen, daß die Beaufschlagung mit dem zeitlich periodischen Strom nur erfolgt, wenn der Strömungsdetektor ein Strömungs- signal erzeugt, d. h. eine Strömung der Flüssigkeit 1 in den bzw. aus dem Behälter 4 detek- tiert. Das Strömungssignal wird an die Steuereinrichtung 30 über die Signalleitung 24 über- mittelt.

Die Zersetzungsreaktion der Anode 10 hängt stark von einem Flächenverhältnis von der Oberfläche 25 der Anode 10 und der Oberfläche 26 der Kathode 16 ab. Das Flächenverhältnis sollte maximal 1 : 3 bis 1 : 4 und idealerweise 1 : 1 betragen. Das Flächenverhältnis von Anode 10 zu Kathode 16 muß jedoch in Relation zu einem Behältervolumen des Behälters 4 stehen, wie unten näher erläutert wird, da sonst nur eine ungenügende Anzahl redoxaktiver, mobiler Mikro-Opferanoden gebildet wird oder eine zu starke Zehrung der Anode verursacht wird, was häufige Wartungen bzw. häufige Wechsel der Anode 10 erforderlich macht.

Das Flächenverhältnis kann mittels einer Variation einer Nennweite des Behälters 4, die ins- besondere zwischen DN 80 bis DN 800 betragen kann, und einer Veränderung einer Länge des Behälters optimiert werden.

Bei der Dimensionierung des Behälters 4 ist zu beachten, daß aufgrund der beschriebenen diffusionsgesteuerten Vorgänge das Behältervolumen eine maximale Menge vorgibt, die pro Zeiteinheit mit einer für den Korrosionsschutz ausreichenden Anzahl von Mikro-Opferanoden angereichert werden kann. Als Bezugsgröße für die Zeiteinheit wird meist ein Tag gewählt, so daß zu einem Behältervolumen ein maximales Tagesvolumen und ein maximale Tagesdurch- satzleistung korrespondieren. Aufgrund einer Volumenberechnung kann die Tagesdurchsatz- leistung für den Behälter 4 mit einer Nennweite bis DN 150 mit einem 280 bis 400-fachen Faktor des Behältervolumens beziffert werden. Für den Behälter 4 mit einer Nennweite über DN 150 bis DN 800 ist die Tagesdurchsatzleistungen mit einem 80 bis 150-fachem Faktor des Behältervolumens anzugeben. Die angegebenen Spannen sind auf unterschiedliche Betriebs- weisen zurückzuführen, die aus Gleichzeitigkeitsberechnungen für ein Zapfverhalten der Flüssigkeit 1 resultieren (je mehr Verbraucher, d. h. je mehr Tagesdurchsatz erzeugt wird de- sto weniger Gleichzeitigkeitsfaktoren sind gegeben).

Figur 3 zeigt eine Abbildung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Korrosionsver- meidung. Gleiche Merkmale in den Figuren 1 und 3 sind mit denselben Bezugszeichen be- zeichnet. Der Behälter 4 umfaßt bei dieser Ausführungsform eine Rohrzarge 32, den daran angeschweißten Klöppelboden 6 mit dem Auslaßhahn 28 und den Blindflansch 8. Der Blind- flansch 8 ist mittels einer Dichtung 33 und Schrauben 34 lösbar und fluiddicht mit der Rohr- zarge 32 verbunden.

An dem Blindflansch 8 sind der Einlaß 3 mit dem Strömungsdetektor 2, der Auslaß 19 und eine verdeckte in dem Innenraum des Behälters 4 angeordnete Anodenanlage angeordnet. Die einzelnen Bestandteile bestehen aus handelsüblichen Materialien. Die Rohrzarge 32 ist aus einem Werkstoff mit einer Nummer 1.4301, der Flansch 8 aus einem Werkstoff mit einer Nummer 1. 4541 und die Fittinge aus einem Werkstoff mit einer Nummer 1.4571.

Eine turbulente Strömung im Inneren des Behälters 4 wird mittels einer Verjüngung eines Querschnitt des Einlaß 3 sowie durch das Einbringen der Flüssigkeit 1 tangential zu der Sei- teninnenwand 15 im Innenraum 11 des Behälters 4 erreicht. Das tangentiale Einbringen der Flüssigkeit wird bei der Ausführungsform nach Figur 1 durch den tangential in die Seiten- wand 5 eingeschweißten Einlaß 3 ermöglicht. Die Ausführungsform nach Figur 1 ist für den Behälter 4 mit einer Nennweite von mehr als DN 150 vorteilhaft. Ist die Nennweite des Be- hälters 4 kleiner oder gleich DN 150, wie bei der Ausführungsform nach Figur 3, so ist es vorteilhaft, wenn der Einlaß ein an dem Flansch 8 befestigtes 90°-Rohrstück umfaßt, das sich im Innenraum 11 des Behälters 4 befindet und dessen Mündung tangential zur Seiteninnen- wand 15 des Behälters 4 angeordnet ist.

Bis zu einem Härtebereich von etwa 2,0 mmol/1 Erdalkaliemetalle kann eine Vorrichtung zur Korrosionsvermeidung ohne eine Flüssigkeitsaufbereitungsanlage betrieben werden. Eine Flüssigkeit die mehr als etwa 2,0 mmol/1 Erdalkaliemetalle aufweist, wird hier als harte Flüs- sigkeit bezeichnet. Bei einer harten Flüssigkeit oder einer Flüssigkeit mit einem hohen Kal- kausfällungspotential wird zumindest ein Teil des Flüssigkeit 1 vor einem Durchsatz durch den Behälter 4 mittels eines handelsüblichen Kationentauschers enthärtet. Meist ist es nur notwendig einen Teilstrom der Flüssigkeit 1 zu enthärten und mit Mikro-Opferanoden anzu- reichern. Abhängig von der Tagesdurchsatzleistung sind etwa 50% der Flüssigkeit durch den Kationentauscher und den Behälter 4 zu führen.

Figur 4 zeigt einen Abschnitt einer Anlage in der die Erfindung ausgeführt ist. Diese Anlage ist für einen Einsatz mit einer harten Flüssigkeit 1 vorgesehen. Für gleiche Merkmale in den Figuren 1, 3 und 4 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Flüssigkeit 1 gelangt durch einen Eingang 60 in eine Trennvorrichtung 51. In der Trennvorrichtung 51 wird die Flüssigkeit 1 in einen Teilstrom 52 und einen weiteren Teilstrom 53 getrennt. Der Teilstrom 52 gelangt durch einen Ausgang 64 in einen Kationentauscher 54 zum enthärten des Teil- stroms 52. Anschließend durchströmt der Teilstrom 52 den Strömungsdetektor 2 und tritt in den Innenraum 11 des Behälters 4 ein. Die Kathode 16 umfaßt die Seiteninnenwand 15 des Innenraums 11 und die Außenwand 27 des Auslaßrohrs 17. Die in dem Innenraum 11 des Behälters 4 angeordneten Stäbe 12 bilden die Anode 10. Beim Durchströmen des Strömungs- detektors 2 wird über die Signalleitung 24 die Steuereinrichtung 30 veranlaßt, einen Strom mittels der Stromquelle 21 zu erzeugen, der mittels des Steuermittels 31 in einen zeitlich peri- odischen Strom umgewandelt wird. Solange der Strömungsdetektor eine Strömung der Flüs- sigkeit feststellt, werden die Anode 10 und die Kathode 16 mit dem zeitlich periodische Strom beaufschlagt. Das Steuermittel 31 ist elektrisch leitend mit der Stromquelle 21 und der Anode 10 über Zuführleitungen 61 und 63 verbunden.

Aufgrund der tangentialen Zuführung und der Verjüngung 29 des Querschnitts in dem Einlaß 3 umspült die Flüssigkeit 1 die Kathode 16 und die Anode 10 mit einer zyklonalen, turbulen- ten Strömung. Hierbei zersetzt sich die Anode 10 mittels elektrolytisch induzierten fraktalen Zerfalls in Mikro-Opferanoden, die in die Flüssigkeit 1 des Teilstroms 52 diffundieren. Der mit Mikro-Opferanoden angereicherte Teilstrom 52 strömt durch das Auslaßrohr 17 zu einem Auslaß 19. Der Auslaß 19 ist über ein Umleitungsrohr 67 mit einem weiteren Ausgang 68 der Trennvorrichtung 51 verbunden, so daß der weitere Teilstrom 53 sich mit dem enthärteten, mit Mikro-Opferanoden angereicherten Teilstrom 52 vereinigt und in ein nachgeordnetes Leitungssystem eintreten kann.

Figur 5 zeigt ein schematisches Strangschema einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Korrsionsvermeidung. Gleiche Merkmale in den Figuren 1 bis 5 sind mit identischen Bezugs- zeichen versehen. Die Flüssigkeit 1 strömt durch ein Hauptabsperrventil 70. Nach dem Durchströmen eines Wasserzählers 71 und eines weiteren Ventils 72 wird die Flüssigkeit 1 in einem Filter 73 gefiltert. Es wird angenommen, daß die Flüssigkeit 1 eine harte Flüssigkeit ist. An einem T-Stück 79 wird die Flüssigkeit 1 in den Teilstrom 52 und den weiteren Teil- strom 53 geteilt. Der Teilstrom 52 strömt durch das Absperrventil 74 in den Kationentauscher 54. In dem Kationentauscher 54 wird der Teilstrom 52 enthärtet. An Stelle eines Kationentau- schers kann jede beliebige Enthärtungsvorrichtung verwendet werden. Über eine Verbin- dungsleitung 75 strömt der Teilstrom 52 in den Behälter 4, in dem der Teilstrom 52 mit Mi- lcro-Opferanoden angereichert wird. Der mit Mikro-Opferanoden angereicherte Teilstrom 52 strömt durch ein weiteres Absperrventil 76 zu einer Verschneidearmatur 77. Der weitere Teil- strom 53, der über das Umleitungsrohr 67 zu der Verschneidearmatur 77 gelangt, wird mit dem mit Mikro-Opferanoden angereicherten Teilstrom 52 vereinigt und strömt in Hausver- teilerleitungen 78.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.