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Elektrodialytisches Zellensystem
Die Erfindung betrifft ein elektrodialytisches Zellensystem, worunter hier sowohl eine Einzelzelle als auch eine Zusammenstellung von mehreren Zellen zu einer Batterie verstanden werden soll und wobei den Diaphragmen gelochte Stützglieder aus isolierendem Material zugeordnet sind. In einem solchen Zellensystem wird mittels einer Kathode und einer Anode ein elektrisches Feld aufgebaut, welches auf einen durch Diaphragmen von den Elektroden abgeteilten Raum wirkt und wobei die abzuführenden Ionen durch die Diaphragmen hindurch in Spü1f1üssigkeitsräume gelangen, aus denen sie fortgespült werden.
Im Betriebe elektrodialytischer Zellensysteme ist es eine bekannte Tatsache, dass der Stromdurchgang über die Höhe bzw. Länge der Zelle ungleichmässig ist, denn die zu behandelnde Flüssigkeit ändert in dem Masse, wie die Behandlung fortschreitet, ihren Leitwert. Wenn es sich um die Reinigung beispielsweise von Wasser handelt, so kann es vorkommen, dass man von einem Rohwasser einer Leitfähigkeit von zehntausend Mikrosiemens oder noch beträchtlich mehr ausgeht, während das gereinigte Wasser nur mehr eine Leitfähigkeit von wenigen Mikrosiemens aufweist. Die Folge davon ist, dass die Querströme, die in der Zelle, gesehen über ihre Höhe oder Länge, auftreten, entsprechend verschieden sind, und dies kann dazu führen, dass die Zelle örtlich überlastet wird, was mit einer Schädigung der Membranen verbunden sein kann.
Der Wirkungsgrad solcher Anlagen ist demgemäss oft sehr niedrig.
Es sind bereits Zellenanlagen und Zellensysteme bekanntgeworden, in denen die Membrane sehr dünne Körper ohne eigene Formbeständigkeit sind, denen ein Stützorgan zugeordnet wird, um einen unzulässigen Durchhang der Membran oder, bei kleinen Querdimensionen der Zelle, gar Berührungen zwischen Membran und Elektrode zu verhindern. Diese Stützorgane sind im wesentlichen Tafeln aus isolierendem Material und sind gelocht, um den Stromdurchgang zu ermöglichen.
Die Erfindung schlägt nun vor, das Entstehen von Turbulenz innerhalb der Zellen möglichst zu verhindern, was durch eine besondere Querschnittsform der Zellen erreicht wird, nämlich eine besonders langgestreckte, flache Form, allenfalls in Verbindung mit einer besonderen Ausbildung der Einlassquerschnitte dieser Zellen, nämlich einer Schlitzform, die so wirkt, dass auch der Eintritt der Flüssigkeit in die Zellen wirbelfrei erfolgt und letztere dann ohne Wirbelbildung durchströmt werden.
Das elektrodialytische Zellensystem ist somit dadurch gekennzeichnet, dass es aus langgestreckten Zellen aufgebaut ist, wobei die Länge der Zelle mindestens fünfmal so gross ist als der grösste Durchmesser der Durchflussquerschnittsform der Zelle und etwa einenrechteckigen oder andern, die Ausbildung einer laminaren Strömung begünstigenden Durchflussquerschnitt der einzelnen Zellen besitzt.
Man kann die Wirbelbildung in einer langgestreckten Zelle zusätzlich noch dadurch unterdrücken, dass man die Abstandhalter, die, wie an sich bekannt, eine Querprofilierung aufweisen können, so gestaltet, dass sie der strömenden Flüssigkeit in der Durchströmrichtung einen geringeren Widerstand entgegensetzen als in der Richtung quer dazu, was im einfachsten Falle durch eine Ausbildung von in der Strömungsrichtung verlaufenden Rippen erreicht werden kann, die vom Abstandhalter abstehen.
Zur Erläuterung weiterer Erfindungsmerkmale sei auf die schematischen Zeichnungen verwiesen, in denen zeigen : Fig. l einen Längsschnitt durch eine Zelle der erfindungsgemässen Art und Fig. 2 einen Querschnitt dazu nach Linie n-n der Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform für einen gelochten Abstandhalter mit ungleicher Lochverteilung über seine Fläche und die Fig. 4 und 5 Querschnitte durch erfindungsgemässe Abstandhalter, Fig. 6 das Schema einer vorteilhaften Zellenausführung im Querschnitt und Fig. 7 einen
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begrenzen. Das Rohwasser oder die sonstige Behandlungsflüssigkeit trete bei 8 ein und bei 9 aus, während die Spülwasserströme bei 10 ein-und bei 11 austreten mögen. Das Wesentliche an dieser Zelle ist ihre langgestreckteForm bei relativ kleinen Durchflussquerschnitten.
Es soll, wie gefunden wurde, die Länge der Zelle in der Strömungsrichtung mindestens das 5fache der Querabmessung a betragen, wobei auch die Höhe h der Zelle, d. h. der Abstand der Elektroden, relativ sehr gering sein soll, um das Auftreten von Turbulenz zu verhindern und sicherzustellen, dass der Behandlungsraum ohne Bildung toter Ecken durchströmt wird. Man hat sich dazu noch vorzustellen, dass die Speisung der Zellen durch schlitzförmige Spalte 12 erfolgt, die sich im wesentlichen über die ganze Dimension a erstrecken und entsprechend niedrig sind, eine Massnahme, die ebenfalls der Ausbildung einer laminaren Durchströmung der Zellen förderlich ist.
Wenn es sich, wie dies durch die Fig. l und 2 zum Ausdruck kommen soll, um Zellen grosser Länge und geringer Höhe handelt, so besteht die Gefahr, dass die Diaphragmen durchhängen und dadurch zu allerlei Störungen Anlass geben können. In solchen Fällen pflegt man den Diaphragmen gelochte Stützglieder oder Abstandhalter zuzuordnen, die mit einer ausreichenden Steifheit ausgeführt sind, zu welchem Zwecke auch schon vorgeschlagen wurde, sie mit einem welligen Querschnitt zu versehen.
Im vorliegenden Fall dienen diese Abstandhalter nun dazu, den Stromdurchgang durch die Zelle, den man sich in Fig. 1 und 2 in der Vertikalrichtung erfolgend vorzustellen hat, zu vergleichmässigen oder dem über dem Strömungsweg inkonstanten Leitfähigkeitswert anzupassen. Dies erfolgt, wie schon bemerkt, durch eine ungleichmässige Verteilung der Durchtrittsquerschnitte, wie aus Fig. 3 beispielsweise ersichtlich. Man erkennt, dass in der Zone A eine geringe, in der Zone B eine grössere und in der Zone C eine maximale Lochanzahl vorgesehen ist, doch könnte dasselbe Ergebnis natürlich auch erreicht werden, wenn man die Lochteilung unverändert über die ganze Länge A + B + C ausführt und nur den Lochdurchmesser ansteigen lässt.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung auch die Einhaltung einer laminaren Strömung für wesentlich angesehen wird. Man kann diese dadurch begünstigen, dass man gerippt profilierte Abstandhalter verwendet (wofür die Fig. 4 und 5 zwei Beispiele zeigen) und die Rippen so verlegt, dass sie mit der Strömungsrichtung parallel verlaufen.
Aus den Fig. 6 - 8 ist eine besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemässen Zellensystems ersichtlich. Fig. 6 ist ein Querschnitt, der grundsätzlich der Darstellung der Fig. 2 entspricht, mit dem Unterschied, dass die Zelle wie folgt aufgebaut ist : Auf die erste Elektrode, beispielsweise eine Anode 15, folgt ein erstes Diaphragma 16. auf dieses ein zweites, drittes und viertes Diaphragma 17, 18 bzw. 19 und schliesslich die zweite Elektrode 20, also annahmegemäss die Kathode. Die zu behandelndeFlüssig- keit trete bei 21,23 ein, um die Apparatur zu durchströmen. Die Räume 24,25, 26 sind Spülräume und werden von Spülflüssigkeit durchflossen.
Die Fig. 7 und 8 zeigen, in welcher Weise man dieses Prinzip auf eine besonders zweckmässige Weise praktisch verwirklichen kann : Rahmenartige Gehäuseteile 30, aus einem flüssigkeitsbeständigen Isolier- material, etwa einem Kunststoff, werden übereinander angeordnet, nachdem man in ihre fenster artigen Ausnehmungen 31 Abstandhalter 32 eingelegt und zwischen den Rahmen die Diaphragmen 33 dicht geklemmt hat, was unter Zuhilfenahme der entsprechend starr ausgeführten Elektroden 34 geschehen kann. Die Zu-und Abflussöffnungen dieses Systems hat man sich vor bzw. hinter der Zeichenebene angeordnet zu denken (vgl. 12 zu Fig. 2), und auch die grösste Erstreckung dieser Zelle ist senk- recht zur Zeichenebene zu denken.
Man kommt so zu einer Zelle, die hinsichtlich der Durchströmung jener nach Fig. 6 entspricht und hinsichtlich der Querschnittsform wieder den weiter oben allgemein aufgestellten Forderungen genügt. Bei den Körpern 30 handelt es sich um relativ dünne Teile, die Fig. 7 ist in dieser Hinsicht wie alle Figuren unproportional. Es empfiehlt sich, mehrere Zellen nebeneinander auszubilden, d. h. man gestaltet die Teile 30 so aus, wie dies die Fig. 8 in einem Teilgrundriss erkennen lässt.
Man könnte also dieses System in der Weise ausgestalten, dass man die entstandenen Zel- len I, n usw., Fig. 7, entweder parallel oder inSerie schaltet, wobei allen Zellen die Elektroden 34 gemeinsam sein können, obgleich kein Hindernis besteht, die Elektroden zu unterteilen, etwa um sie mit verschiedenen Spannungen betreiben zu können. Die in Fig. 7 untere Elektrode kann einem zweiten Zellenkörper gemeinsam sein, so dass dann die untere Elektrode 34 in der Mitte eines Zellenblocks läge.