DE1211596B - Einrichtung zur Dialyse, insbesondere Elektrodialyse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOId

Deutsche KL: 12 d-1/05

Nummer: 1211596

Aktenzeichen: A 37898IV a/12 d

Anmeldetag: 17. Juli 1961

Auslegetag: 3. März 1966

Eine Elektrodialyseeinrichtung besteht aus Stapeln von mehreren Membranen, von denen zwei benachbarte durch einen Dichtungsrahmen voneinander getrennt sind. Die Membranen sind also zu den Dichtungen so angeordnet, daß sie zwischen sich innerhalb ausgeschnittener Teile der Dichtungsrahmen Zellen bilden. Zum Beispiel können diese Dichtungen eine Dicke haben, die zwischen ungefähr 0,5 und 10 Millimeter liegt. Eine größere Dicke würde die Membranen voneinander zu weit entfernen und den elektrischen Widerstand innerhalb des Stapels übermäßig vergrößern, während eine geringere Dicke die Membranen zu eng zusammendrängen würde, was den hydraulischen Widerstand der Flüssigkeit durch die einzelnen Zellen übermäßig vergrößern würde.

Solche Zellen besitzen ausgerichtete Öffnungen und Durchgänge durch die Dichtungen und Membranen. Wenn die einzelnen Zellen mit Schlitzen oder Rillen in den Dichtungen versehen sind, kann sich eine nahe dem Schlitz oder der Rille befindliche Membrane in diesen Ausschnitt der Dichtung hineinbiegen. Ein solches Hineinbiegen in einen Schlitz läßt Flüssigkeit nach der Kante einer Membran und hinter diese, zwischen die Membran und den ungeschlitzten Teil der angrenzenden Dichtung fließen. Da ein Stapel von Zellen bei der Elektrodialyse beispielsweise aus einer abwechselnden Reihe von Verdünnungs- und Konzentrationszellen besteht, kann infolge des Hineinbiegens einer Membran in einen Schlitz Flüssigkeit in eine falsche Richtung fließen.

Eine andere Weise, in der die Öffnungen mit den Ausschnitten verbunden werden können, wird durch innere Durchgänge innerhalb der Dichtungen erreicht, die zum Ausschnitt führen. Diese inneren Durchgänge müssen sehr viel kleiner sein als die Dicke einer Dichtung. Zum Beispiel bei Durchgängen von 0,5 mm Durchmesser in einer Dichtung, die 1.0 mm dick ist, sind die Wände über und unter den Durchgängen an jeder Seite der Dichtung, die eine Membran tragen, nur 0.25 mm dick und können sich soweit nach innen biegen, daß sich auch die Membran entsprechend biegen kann und so ein kleines Leck entstehen kann. Wenn die Durchgänge kleingemacht werden, um eine dickere Wand in der Dichtung zu ergeben, werden die Durchgänge dem Flüssigkeitsstrom einen großen hydraulischen Widerstand bieten. Außerdem sind die Durchgänge in einer Dichtung schwierig herzustellen und können die Kosten der Herstellung der Dichtungen wesentlich erhöhen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Einrichtung zur Dialyse und insbesondere zur Elektrodialyse mit mehreren Lagen von Membranen, von Einrichtung zur Dialyse, insbesondere
Elektrodialyse

Anmelder:

American Machine & Foundry Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte, Berlin 33, Herbertstr. 22

Als Erfinder benannt:

Bernardus Mulder,

Zwart jun., New Canaan, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 25. Juli 1960 (45 105) - -

denen zwei benachbarte durch einen Dichtungsrahmen voneinander getrennt sind. Von diesem Dichtungsrahmen steht eine große mittlere Öffnung mit einer oder mehreren Durchführungen oder Kanälen hydraulisch in Verbindung, die durch in den Rahmen eingeschnittene Rillen gebildet sind. Die Möglichkeit der Bildung von Undichtigkeiten wird erfindungsgemäß dadurch verringert, daß zu je einer Durchführung zwei Sätze von Rillen vorgesehen sind, von denen der erste annähernd in der ersten Hälfte des Weges an der einen Seite des Dich tungsrahmen s und der zweite in der zweiten Hälfte des Weges an der anderen Seite des Dichtungsrahmens angeordnet ist.

A^m Übergang der Verbindung von der einen Seite zur anderen Seite des Dichtungsrahmens kann im Rahmen eine zusätzliche Öffnung vorgesehen sein, von der aus und zu der die Rillen verlaufen. Die Rillen besitzen zweckmäßig die Tiefe von der Hälfte oder etwas mehr als die Hälfte der Dicke des Dichtungsrahmens und divergieren zur großen Mittelöffnunsr. Die Seiten dieser Öffnung können von den Einmündungen der Rillen aus divergieren und die Rillen selbst sind zweckmäßig an der Oberfläche des Dichtimgsrchmens breiter als an ihrem Boden. Sie können an Stelle von V-förmig auch U-förmig sein.

Die Teile des Dichtungsrahmens, in denen sich die Durchführungen befinden, sind zweckmäßig von Endteilen bedeckt, die praktisch die gleiche Dicke wie die

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Membranen besitzen und deren Verlängerung darstellen.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist

F i g. 1 eine Ansicht eines Teiles einer Dichtung, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet,

F i g. 2 ein Querschnitt an der Linie 7-7 der F i g. 1 mit Membranen bzw. Endstücken, der die Lage an einer Seite der Dichtung zeigt,

F i g. 3 eine Ansicht eines Stückes einer Dichtung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet,

F i g. 4 ein Schnitt an der Linie 9-9 der F i g. 3 mit Membranen bzw. Endstücken an einer Seite der Dichtung,

Fig. 5 eine Ansicht einer Stapeldichtung mit einem in der Mitte ausgebrochenen Teil nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 6 ein Schnitt an der Linie 11-11 der F i g. 5,

F i g. 7 eine Ansicht einer Stapeldichtung mit innen ausgebrochenem Teil nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

F i g. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der mittleren Elemente, die einen Elektrodialysestapel gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ergeben.

Die F i g. 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung, das aus einer Elektrodialysestapeldichtung 20 besteht, die praktisch rechteckig ist und einen großen mittleren Ausschnitt 21 besitzt, der eine Elektrodialysezelle zwischen einer anion-durchlässigen Membrane 22 und einer kation-durchlässigen Membran 23 ergibt. An jedem Ende der Dichtung 20 sind zwei öffnungen 24 und 25 gebildet. Eine öffnung 26 befindet sich an jedem Ende der Dichtung 20 zwischen der großen mittleren öffnung 21 und der öffnung 24. Ein erster Satz von Kanälen wird durch die Rillen 27 gebildet, die sich an einer Seite der Dichtung 20 befinden und die öffnungen 26 und 24 miteinander verbinden. Ein anderer Satz Rillen ergibt die Kanäle 28 an der anderen Seite der Dichtung 20 und verläuft zwischen der mittleren öffnung 21 und der öffnung 26. Es ist also zu erkennen, daß die Flüssigkeit innerhalb der Öffnung 24 durch die Kanäle 27, die öffnung 26 und die Kanäle 28 in die mittlere öffnung 21 fließen kann. Am anderen Ende einer jeden Dichtung 20 kann die Flüssigkeit aus der mittleren öffnung 21 in eine öffnung 25 fließen.

Die F i g. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das aus einer Dichtung 30 mit einer großen mittleren öffnung 31 besteht, die eine Elektrodialysezelle zwischen den Membranen 22 und 23 bildet. Die öffnungen 34 und 35 sind an jedem Ende der Dichtung 30 angeordnet. An einer Seite der Dichtung 30 befindet sich eine Reihe von Rillen, die Kanäle 37, die von der Öffnung 34 zur großen mittleren öffnung 31 verlaufen. An der anderen Seite der Dichtung 30 ergeben Rillen die Kanäle 38, die von der großen Mittelöffnung 31 zu den Kanälen 37 verlaufen. Da die Kanäle 37 und 38 so in der Dichtung 30 gebildet sind, daß sie durch mehr als die Hälfte ihrer Dicke verlaufen, kann die Flüssigkeit aus der öffnung 34 durch die Kanäle 37 in die große mittlere öffnung 31 fließen.

Die F i g. 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das aus einer Dichtung 60 besteht, die in der Mitte eine große öffnung 61 besitzt. An einem Ende der Dichtung 60 befinden sich zwei Öffnungen 62 und 63 und an dem anderen Ende zwei Öffnungen 64 und 65. Die Öffnung 66 befindet sich in der Dichtung 60 zwischen der Öffnung 63 und der mittleren Öffnung 61 und die Öffnung 67 zwischen der Öffnung 64 und der mittleren Öffnung 61. An einer Seite der Dichtung 60 befinden sich die Kanäle 68, die zwischen der Öffnung 63 und der Öffnung 66 verlaufen, und dort befinden sich auch die

ίο Kanäle 69 zwischen der Öffnung 67 und der mittleren Öffnung 61. An der anderen Seite der Dichtung 60 befinden sich die Kanäle 71, die von der mittleren Öffnung 61 zur öffnung 66 verlaufen. Die Enden 72 und 73 der mittleren Öffnung 61 verengen sich in einer Linie in Richtung der Kanäle 69 und 71, die von den öffnungen 67 und 66 nach außen führen. Wenn die Flüssigkeit von der Öffnung 63 durch die Kanäle 68, die öffnung 66 und die Kanäle 71 in die mittlere Öffnung 61 fließt, werden die Kanäle 71 und

ao die Verengung 73 den Flüssigkeitsstrom aus der mittleren öffnung gleichmäßig leiten. Dadurch wird verhindert, daß sich relativ träge fließende- Gebiete ergeben. Die Ausrichtöffnungen 29, die in den Dichtungen 60 zu sehen sind, dienen als Hilfe bei der Zusammenfassung der Dichtungen zu einem Stapel.

Die F i g. 7 und 8 zeigen eine weitere Abänderung der erfindungsgemäßen Anordnung, in der eine Stapeldichtung 130 mehrere Öffnungen 131, 132, 133 und 134 enthält. An einer Seite einer jeden Dichtung 130 verlaufen Rillen 135 von jeder der Öffnungen 131 zu den entsprechenden öffnungen 136. An der anderen Seite einer jeden Dichtung 130 sind Rillen 137 ausgebildet, die von den Öffnungen 136 zur großen mittleren öffnung 138 verlaufen. Am anderen Ende jeder Dichtung 130 verlaufen Rillen 140 zu den öffnungen 141 und Rillen 142 in der anderen Seite der Dichtung verlaufen zu den öffnungen 133. Die öffnungen 132 und 134 stehen mit der mittleren öffnung 138 nicht in Verbindung. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in ähnlicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel verwendet werden, das die Fig. 1 und 2 zeigen. Eine Anzahl Öffnungen werden jedoch Seite an Seite an jedem Ende der Dichtungen 130 angeordnet. Die Flüssigkeit kann von

den öffnungen 131 durch die Rillen 135, die öffnungen 136 und die Rillen 137 in den mittleren Ausschnitt 138 der Dichtung fließen. Die Flüssigkeit kann dann vom mittleren Ausschnitt von 138 durch die Rillen 137, die öffnungen 141 und die Rillen 142 in die öffnungen 136 fließen.

Fig. 8 zeigt die Dichtungen 130, die in einem Elektrodialysestapel mit dazwischenliegenden lochlosen Membranen 150 und den Endteilen 151 und 152 zusammengefaßt sein können. Die Dichtungen 130 sind abwechselnd über 180 Grad um eine vertikale Achse gedreht. Wenn die Ansaugöffnungen mit dem Elektrodialysestapel verbunden sind, um mit den öffnungen 131 und 135 zu kommunizieren, ergibt sich ein Parallelfluß im Stapel, wenn die Flüssigkeit innerhalb der Öffnungen 131 in den Ausschnitt 138 fließt und durch die öffnungen 133 austritt. Die Membranen 150 können anion- und kationdurchlässig sein, um abwechselnd Konzentrierungs- und Verdünnungszellen zu bilden, und sind so angeordnet, daß ihre Enden zwischen benachbarten Dichtungen längs der Flächen dieser Dichtungen auslaufen, die an gegenüberliegenden Rillen in den Dichtungen angeordnet sind. Eine fortlaufende Kontakt-

strecke wird um die Peripherie jeder Membran aufrechterhalten, um sie um die Ausschnitte 138 jeder Dichtung zu verschließen. Ein Leck, das zwischen einer Membran 150 und einer angrenzenden Dichtung 130 auftreten würde, würde nur aus dem Zwischenraum 154 links zwischen den Membranen und den Endstücken 152 und 153 entstehen. Die Endstücke 151 und 152 werden aus einem Material mit praktisch derselben Dicke wie die Membran hergestellt und enthalten Öffnungen, die denen in den Dichtungen 130 entsprechen. Diese besondere Dichtungskonstruktion ergibt einen einheitlichen Fluß in der Breite der Dichtung von einem Ende des Ausschnitts 138 zum anderen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Dialyse, insbesondere Elektrodialyse mit mehreren Lagen von Membranen, von denen zwei benachbarte durch einen Dichtungsrahmen voneinander getrennt sind, von dem eine große mittlere Öffnung mit einem oder mehreren Durchführungen durch in den Rahmen eingeschnittene Rillen hydraulisch in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zu je einer Durchführung zwei Sätze von Rillen vorgesehen sind, von denen der erste annähernd in der ersten Hälfte des Weges an der einen Seite des Dichtungsrahmens und der zweite in der zweiten Hälfte des Weges an der anderen Seite des Dichtungsrahmens angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß am Übergang der Verbindung von der einen Seite zur anderen Seite des Dichtungsrahmens eine zusätzliche Öffnung im Rahmen vorgesehen ist, von der aus und zu der die Rillen verlaufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen eine Tiefe von etwa der Hälfte der Dicke des Dichtungsrahmens besitzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen eine größere Tiefe als die Hälfte der Dicke des Dichtungsrahmens besitzen.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen zur großen mittleren Öffnung divergieren.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der großen mittleren Öffnung von den Einmündungen der Rillen aus divergieren.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen an der Oberfläche des Dichtungsrahmens breiter sind als an ihrem Boden.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen V-förmig sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen U-förmig sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 828 898;
USA.-Patentschrift Nr. 2 894 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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