DE1417620C - Elektrodialysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrodialysator, bestehend aus einem Gefäß mit zwischen zwei Elektroden durch zwischengelegte Scheibendichtungen voneinander getrennten Ionenaustauschmembranen, insbesondere zur Behandlung von Wasser aus städtischen Leitungen, durch abwechselnde Anordnung kation- und aniondurchlässiger bzw. neutraler Membranen, wobei Scheibendichtungen und Membranen jeweils wenigstens zwei Löcher aufweisen, die getrennte Entwässerungskanäle für die jeweils zwischen zwei Membranen liegenden Konzentrationsund Verdünnungskammern schaffen.

Bei einem bekannten Elektrodialysator dieser Art (USA.-Patentschriften 2 826 544 und 2 767 135) befinden sich die Verdünnungs- und Konzentrationskammer innerhalb des von den Scheibendichtungen eingenommenen Bereichs und sind zugleich jeweils Teile der getrennten Entwässerungskanäle. Die Membranen sind also auf ihrer ganzen Fläche eingeklemmt, und die nutzbare Membranfläche ist verhältnismäßig klein. Lufteinschlüsse lassen sich aus dem geschlossenen System verhältnismäßig schwer beseitigen. Bei Auftreten von Druckunterschieden zwischen nebeneinanderliegenden Elektrodialysezellen können die Membranen verhältnismäßig leicht beschädigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodialysator der eingangs als bekannt vorausgesetzten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die nutzbaren Flächen der durch Schrumpfen, Dehnen oder andere Verformungen nicht nachteilig beeinflußten Membranen vergrößert und die abzudichtenden Flächen verkleinert sind. Unerwünschte Lufteinschlüsse und eine Polarisation ari den Zwischenflächen der Membranen sollen vermieden sein.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird ein Elektrodialysator der eingangs als bekannt vorausgesetzten Gattung erfindungsgemäß so gestaltet, daß jede der in der Mitte der Membranen angeordneten Scheibendichtungen von wenigstens einem der Löcher ausgehende, am Rand der Dichtung zu den Kammern offene Radialkanäle aufweist und die Anordnung so getroffen ist, daß jeder Entwässerungskanal nur in den von ihm zu entwässernden Kammern über die Radialkanäle Anschluß an diese Kammern hat.

Zum Stande der Technik sei noch bemerkt, daß aus den USA.-Patenten 2 689 826 und 2 943 989 auch bereits Elektrodialysatoren bekanntgeworden sind, bei denen die Membranen in paralleler Lage zueinander in Abständen in einer Wanne angeordnet sind, deren Wände drei Seiten der Membranen einspannen, während die vierte Seite frei ist und bei allen Membranen unter dem Flüssigkeitsspiegel der Wanne liegt. Die benachbarten Membranen bilden somit eine Reihe von Kammern, die auf der Unterseite abwechselnd an getrennte Abläufe angeschlossen sind und als Konzentrationskammern bzw. als Verdünnungskammern dienen. Eine solche Anordnung unterscheidet sich vom Erfindungsgegenstand bereits in der Gattung, indem die Membranen hier nicht zusammen mit Dichtungen gestapelt, sondern je für sich an drei Seiten in einer Wanne befestigt werden, die am unteren Ende getrennte Abflüsse hat. Ein solcher Elektrodialysator ist nicht einfach als Stapelkörper herzustellen. Auch muß ein solcher FJcktrodialysator senkrecht angeordnet sein.

Auf Grund der dreiseitigen Einspannung der Membranen geht verhältnismäßig viel Membranfläche für die Nutzung verloren. Auch hier sind keine Vorkehrungen getroffen, um Polarisationserscheinungen zu unterbinden. Die Strömung in den Konzentrationszellen ist sehr, {angsam und wird mit steigender Konzentration noch langsamer. Das erhöht die Polarisation. Wegen der langsamen Strömungsgeschwindigkeiten kann auf Grund der Polarisation ίο nur ein geringer Strom durchgelassen werden. Dadurch wird die Kapazität der Vorrichtung klein gehalten. Die Zufuhr zu den Konzentrationszellen kann nur auf zwei Wegen erfolgen: Einmal kann das Wasser mit den Ionen durch die Membranen wandem und weiterhin kann das oberhalb der Membranen in den gemeinsamen Raum befindliche, am stärksten verdünnte Produkt, also Wasser in die Konzentrationszellen eintreten. Da dieser letzte Weg notwendigerweise immer benutzt werden muß, ist ein solcher Elektrodialysator in vielen Fällen unwirtschaftlich. Da die Verdünnungszellen vorzugsweise dünner und die Korizentrationszellen vorzugsweise dicker sind, ist eine Stromumkehr ausgeschlossen. .
Von diesem bekannten Elektrodialysator' gibt es auch noch eine Weiterbildung gemäß USA.-Patent 2 943 989, bei der die Membran an allen vier Seiten vollständig eingespannt und die so gebildeten geschlossenen Zellen mit besonderen Entlüftungsleitungen ausgerüstet sind.

Auch die vorstehend erläuterten Elektrodialysatoren waren also zur Lösung der Erfindungsaufgabe nicht geeignet. ,

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand von Zeichnungen. In diesen stellt dar

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene, schaubildliche Schnittansicht eines Behälters, in dem sich ein stapeiförmiger aufgebauter Elektrodialysator nach der Erfindung befindet,

F i g. 2 einen Grundriß einer ersten Dichtungsart, die bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung . Verwendung findet,

F i g. 3 einen Grundriß einer zweiten Dichtungsart, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung Verwendung findet,

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 3,

F i g. 6 einen Grundriß eines Teiles eines Abstandshalters für Membranen,

Fig. 7 einen Grundriß eines Teiles einer bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Membran, .

F i g. 8 einen Aufriß einer unteren Abschlußplatte, an der die Elektrode angebracht ist,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 der F i g. 8, wobei die Elektrode abgenommen ist,
Fig. 10 einen Aufriß einer in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Dichtung, Fig. 11 eine Ansicht von unten der in der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Dichtung,

, Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie 12-12 der Fig. 11,

Fig. 13 eine schaubildliche Darstellung der einen stapeiförmigen Elektrodialysator nach der

Erfindung aufbauenden Bestandteile, und zwar für F i g. 7 zeigt einen Teil einer Membran 37, die eine

die erste Ausführungsform der Erfindung, ■ . große Mittelöffnung 38, um die Mittelöffnung in Ab-

F ig. 14 einen senkrechten Schnitt durch einen stand angeordnete Strömungsölfnungen 39 für die

Behälter mit einem stapeiförmigen Elektrodialysator, Flüssigkeit und Ausrichtöffnungen 40 aufweist,

bei dem die Abstandshalter für die Membranen des 5 Fig. 6 zeigt einen Abstandshalter41 für Mem-

Stapels entfernt sind und der Stapel so aufgebaut ist, branen, der aus einem inerten Siebmaterial, aus

daß ein einziger Stromungsweg durch ihn hindurch- Gewebe oder einem aufgeblähten Kunststoff herge-

— führt. - ^: ■■■■■■■:·■· ■■■ · , stellt ist. Die Abstandhalter41 für die Membranen

Fig. 15 einen Grundriß einer bei der zweiten haben nahezu den gleichen Durchmesser wie die

Ausführungsform der Erfindung verwendeten Mem- ίο Membranen 37 und haben eine einzig große Mittel-

bran, ; ■- öffnung 42, die im Durchmesser etwas größer als die

Fig. 16A einen Aufriß auf eine Elektroden· Scheiben 20 und 30 der ersten und zweiten Dich-

kammerabdichtung gemäß der zweiten Ausführung«- ■ tungen ist. ·

form . der Erfindung zur Verwendung in einem Bei einem ersten stapeiförmig aufgebauten Elek-

stapelförmig aufgebauten Elektrodialysator, bei dem 15 trodialysator, der aus beiden Ausführungsformen der

die Flüssigkeit, von den Elektrodenkammern getrennt Erfindung zusammengestellt werden kann, enthält

abgeführt wird, die obere Abschlußplatte 43 keine Strömungs-

Fig. 16B einen Aufriß auf eine Dichtung gemäß öffnungen für die Flüssigkeit, während die untere

der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in Abschlußplatte 44 eine große, zentral gelegene Strö-

einem stapeiförmig aufgebauten Elektrodialysator 20 mungsöffnung 45 für die Flüssigkeit aufweist, von

Verwendung findet, der so aufgebaut ist, daß das welcher die Röhre oder Leitung 46 ausgeht, die in

Erzeugnis auf zwei Wegen durch ihn hindurchströmt, der öffnung 45 irgendwie befestigt ist. In die obere

und Oberfläche der unteren Abschlußplatte 44 ist rings

Fig. 17 einen senkrechten Schnitt durch einen um die öffnung45 eine große kreisförmige Vertie-Behälter mit einem stapeiförmig aufgebauten 35 fung47 eingeformt. Unten in der Vertiefung 47 Elektrodialysator gemäß der zweiten Ausführungs- mündet eine durch die untere Abschlußplatte 44 hinform der Erfindung, der so aufgebaut ist, daß das durchgehende öffnung 48, in der die Leitung 49 Erzeugnis auf zwei Wegen durch ihn hindurchströmt. befestigt ist. Auf der nach innen weisenden Ober-

Es wird nun auf die Fig. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 und fläche jeder Abschlußplatte 43 und 44 ist eine von 13 Bezug genommen. Die erste Ausführungsform der 30 den Platinfolienelektroden 50 bzw. 51 angeordnet. Erfindung ist in der folgenden Weise gestaltet und Diese Elektroden können aus Streifen aus Platinaufgebaut: Die Scheibe 20 in den Fig. 2 und 4 ist folie hergestellt sein und bilden ein Viereck mit einer aus einem geeigneten Plastikmaterial hergestellt und Mittelöffnung 52, die wenigstens größer als der besitzt eine große Mittelöffnung 21. Von der Mittel- Durchmesser der kreisförmigen Vertiefung 47 ist. öffnung 21 verlaufen Vertiefungen 22 radial nach 35 Von jeder der Elektroden 50 bzw. 51 erstrecken sich außen, die in die obere Oberfläche der Scheibe 20 ein oder mehrere Ansätze 53 nach außen, so daß eingeformt sind. Die außenliegenden Enden der Ver- die isolierten Leitungen 54 und 55 daran angetiefungen 22 enden in durch die Scheibe 20 hindurch- schlossen werden können.

gehenden öffnungen32. In der unteren Oberfläche Es wird nun auf die Fig. 1 und 13 Bezug ge-

der Scheibe 20 befinden sich Vertiefungen 24, die 4° nommen. Dort ist ein stapeiförmig aufgebauter Elek-

von den öffnungen 23 zum Umfang der Scheibe 20 trodialysator unter Verwendung von Dichtungen

verlaufen. Wenn eine derartige Dichtung 20 fest gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in

zwischen zwei Membranen gehalten wird, kann daher der nun folgenden Weise zusammengestellt, wobei

Π die Flüssigkeit durch die Vertiefungen 24, die öff- die für die Bestandteile angegebenen Abmessungen

nungen 23 und die Vertiefungen 22 vom Umfang der 45 als beispielhaft zu betrachten sind.

Dichtungen 20 in die Mittelöffnung 21 strömen. In Auf der unteren Platte 44 wird eine Elektrode 51

jeder Dichtung 20 sind von der Mittelöffnung 21 aus Platinfolie von weniger als 0,025 mm Stärke an-

Strömungsöffnungen 26 für die Flüssigkeit nach gebracht. Alsdann wird in der öffnung 52 der Elek-

außen versetzt, die zwischen den öffnungen 23 trade 51 eine Dichtung 30 angeordnet, wobei die

liegen. Die Dichtungen 20 weisen weiterhin Ausricht- 50 große Mittelöffnung 31 der Dichtung 30 über der

öffnungen 25 auf, die in noch näher zu beschreiben- Öffnung 45 der unteren Platte 44 zu liegen kommt

der Weise das Zusammenbauen erleichtern. und die öffnung 32 in der Dichtung 30 in der kreis-

Die F i g. 3 und 5 zeigen eine zweite bei der ersten förmigen Vertiefung 47 in der untersten Platte 44 Äusführungsform der Erfindung verwendete Dich- mündet. Um die Dichtung 30 herum ist ein Memtungsart, die aus einer Scheibe 30 mit einer Mittel- 55 branabstandshalter 41 angeordnet. Sowohl die Dichöffnung 31 besteht, um welche in gewissem Abstand tung30 als auch der Membranabstandshalter 41 sind Strömungsöffnungen 32 für die Flüssigkeit in der 1 mm stark, und der Membranabstandshalter ist Scheibe 30 angeordnet sind. Von den Strömlings- genügend elastisch, um sich unter Verformung an die öffnungen 32 für die Flüssigkeit erstrecken sich Ver- dünne Elektrode 51 anzupassen,
tiefungen 33 radial nach außen, die in öffnungen 34 60 Über dem siebartigen Abstandshalter 41 und der enden. In die unterste Oberfläche jeder Dichtung 30 Dichtung 30 wird dann eine kationendurchlässige sind Vertiefungen 35 eingeformt, die sich von den Membran 37 K angeordnet, wobei die Mittelöffnung öffnungen 34 zum Umfang der Scheiben 30 erstrek- 38 der Membran 37 K mit der Mittelöffnung 31 der ken. Wenn die Dichtungen 30 zwischen zwei Mem- Dichtung 30 und die Strömungsöffnungen 39 für die branen eingeklemmt oder befestigt werden, kann die 65 Flüssigkeit der Membran 37 K mit den Strömungs-Flüssigkeit durch' die Vertiefungen 35, die öffnungen öffnungen 32 für die Flüssigkeit der Dichtung 30 34 und die Vertiefungen 33 in die Strömungs- fluchten: Auf die Membran 37 K wird dann eine öffnungen 32 für die Flüssigkeit strömen. Dichtung 20 gelegt, deren Mittelöffnung 21 mit der

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Mittelöffnung 38 der Membran 37 K und deren verwendet. Die untere Abschlußplatte 75 enthält zwei Strömungsöirnungen 26 mit den Strömungsöffnungen FIüssigkeitsströmungsöfTnungen 76 und 77, die mit 39 der Membran 37 A' fluchten. Um diese Dichtung den Flüssigkeitsströmungsöffnungen 62 und 63 in der 20 wird ein Membranabstandshalter 41 herumgelegt, dancbenliegendcn Dichtung 61 Verbindung haben und dann wird darüber eine anionendurchlässige S und in denen die Leitungen 78 und 79 befestigt sind. Membran 37/1 angebracht, deren MittelöfTnung 38 Wie Fig. 14 zeigt, wird der gesamte stapeiförmig und Strömungsöirnungen 39 mit der MittelöfTnung aufgebaute Elektrodialysator gemäß der zweiten und (den StrönHingsöffiHingen 26 der Dichtung 20 Ausführungsform der Erfindung nach seinem Zufluchtcn. In dieser Weise werden aufeinanderfolgende sammenbau in einem offenen Behälter 80 angeordnet. Lagen von kation- und aniondurchlässigen Mem- ίο Die Leitungen 78 und 79 gehen durch den Behälter brancii37K und 37/1 mit zwischengelegtcn Dich- 80 hindurch und führen von diesem fort. Die isotungen 20 und 30 mit ihren umgebenden Membran- lierten Leitungen 55 und 54, die an die Elektroden 51 abstandshaltern 41 zu einem stapeiförmigen Elektro- und 50 angeschlossen sind, führen ebenfalls von dem dialysator zusammengestellt, der eine gewünschte Behälter 80 fort. Der Behälter 80 kann dann mittels Anzahl von incinandcrgclegten, kation- und anion- 15 einer Einlaßleitung 81, die an einer geeigneten, nicht durchlässigen Membranen aufweist. näher dargestellten Flüssigkeitsquelle angeschlossen Über die oberste Dichtung 30 und ihren umgeben- ist, mit einer zu . behandelnden Flüssigkeit gefüllt den Membranabstandshalter 41 werden eine Folien- werden. Wenn der stapeiförmig aufgebaute Elektroclcktrode und die obere Abschlußplatte 43 gelegt. dialysator vollkommen in die den Behälter 80 Wie Fig. 1 zeigt, kann der ganze stapelförmigc ao füllende Flüssigkeit eingetaucht ist, werden die Lei-Elektrodialysator zwischen der oberen und unteren tungen 55 und 54 an eine geeignete Gleichstrom-Abschlußplattc 43 und 44 mittels Bolzen 60 ge- quelle angeschlossen, und zwar so, daß die Elektrode sichert werden, die die obere und untere Abschluß- 50 als Anode und die Elektrode 51. als Kathode platte 43 und 44 zusammenklammern, um die Be- wirkt. Damit werden die Zwischenräume zwischen standteile des stapeiförmig aufgebauten Elektrodialy- 25 benachbarten Membranen 69/1 und 69 AT abwe'chsators festzuhalten. Wenn geeignete, nicht näher selnd Verdiinnungs- und Konzentrationszellen; das dargestellte Ausrichtstifte Verwendung finden, kann ist in Fig. 14 durch die Buchstaben D „und C an- -ein stapeiförmig aufgebauter Elektrodialysator nach gedeutet. Die Flüssigkeit strömt dann vom Umfang . der Erfindung sehr schnell unter richtiger Ausrich- der Verdünnungszellen D nach innen zu den abwechtung der Mittclöffnungen und Strömungsöffnungen 30 selnd angeordneten Dichtungen 61, durchströmt in den Membranen und den Dichtungen zusammen- deren innere Durchlässe 64, 65, 66, 67, 68 und fließt gesetzt werden. Wenn zwei solche Stifte von der dann durch die Leitung 79 aus dem Stapel heraus, unteren Abschlußplatte vorstehen, würde man sie In ähnlicher Weise strömt die Flüssigkeit durch die durch die Ausrichtöffnungen 25 in den Dichtungen Konzentrationszellen C von ihrem Umfang nach 20, die Ausrichtöffnungen 36. in den Dichtungen 30 35 innen zu den abwechselnd angeordneten Dichtungen und die Alisrichtöffnungen 40 in den Membranen 37 61, um dann durch die Leitung 78 aus dem Stapel hindurchgehen lassen. - ■ herauszufließen. Zur gleichen Zeit strömt die Flüssig-Die Fig. 10, 11, 12 und 15 zeigen abgewandelte keit von den Umfangen der Elektrodenkammern, die Dichtungen und Membranen, aus denen eine zweite neben den Äbschlußplatten 43 und 75 liegen, nach Ausführungsform des stapelförmig aufgebauten 40 innen, um sich mit dem Strom aus den Konzen-Elektrodialvsators nach der Erfindung zusammen- trationszellen in der Leitung 7? zu vereinigen. Wähgcbaut werden kann. Die zweite Ausführungsform rend die Flüssigkeit aus dem,Behälter80 durch den der Erfindung verwendet eine einzige Dichtung 61 stapelförmig aufgebauten Elektrodialysator abfließt, mit zwei Flüssigkeitsströmungsöffnungen 62 und 63. kann der Flüssigkeitspegel in dem Behälter durch In jeder Dichtung 61 verlaufen von der Flüssigkeits- 45 irgendwelche bekannten Geräte aufrechterhalten strömungsöffnun.e 62 innere Flüssigkeitsströmungs- werden, die Flüssigkeit in den Behälter nachströrnen durchlässe 64, 65, 66, 67 und 68 quer nach außen lassen, wenn der Flüssigkeitspegel fällt,
zum Umfang der Dichtung 61. Die Dichtung Da die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 61 kann auch mit vier Ausrichtöffnungen 74 aus- in den Zellen radial nach innen ansteigt ,und da das gerüstet sein. , . .'.-'■-... 50 Verhältnis der Stromdichte-zu der Normalität der Es wird nun auf Fig. 15 Bezug genommen, gemäß _ Flüssigkeit, beim Nachinnenströmen in den Verdcren die Membranen 69 jede zwei Flüssigkeits- dünnungszellen steigt, bringt die höhere Strömungsstraniungsöffnungen 70 und 71 und vier Ausricht- geschwindigkeit nach der Mitte der Verdünnungsöffnungen 72 aufweisen.-Der stapelförmig aufgebaute zellen zu einen bedeutenden Vorteil. Bei einer gege-Elektrodialysator nach Fig. 14 ist aus abwechseln- 55 benen Stromdichte vermindert eine höhere Ströden, anion- und kationdurchlässigen Membranen mungsgeschwindigkeit für eine gegebene Normalität 69 A und 69 K und abwechselnd umgekehrten Dich- einer behandelten Lösung die Polarisation. Bei dieser tungen 61 zusammengesetzt. Wie Fig. 14 zeigt, sind Stapelkonstruktion wird daher die Polarisation an die abwechselnd umgekehrten Dichtungen 61 so an- den Membranoberflächen vermindert. Dieser Vorteil geordnet, daß die Flüssigkeitsströmungsöffnung 62 60 tritt besonders beim Schichtbetrieb des Stapels einer Dichtung durch eine Flüssigkeitsströmungs- zutage, wenn nur die konzentrierte Flüssigkeit abgeöffnung in einer danebenlicgcnden Membran an die führt wird und die verdünnte Flüssigkeit mit einer Fliissiükcitsströmungsöffnuna 63 in der nächsten höheren Normalität erneut in Umlauf gebracht wird. Dichtung angeschlossen ist. Wie bei der ersten Aus- Wenn jedoch bei Schichtbetrieb des erfindungsführiiriüsform der Erfindung beschrieben worden ist, 65 gemäßen Dialysators der verdünnte Strom abgeführt ist nahe einer oberen Abschlußplatte eine Elektrode und der konzentrierte.Strom wieder in Umlauf pe-50 angeordnet. Unter der Elektrode 51 wird jedoch brixht wird, hält die höhere Slrömiinusi'csclnvindi.cciric etwas abgewandelte untere Abschlußplatte 75 keit beim Nachinnenströmen der Flüssigkeit in den

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Konzentrationszellen Niederschläge bei ihrer Bildung troden 50 und 51 sind nahe den oberen und unteren-

in Bewegung, so daß sie ausgefiltert werden können, Abschlußplatten 86 und 87 angeordnet. .

wenn sie aus der Leitung 78 ausströmen, um wieder Die obere Abschlußplatte 86 besitzt eine Öffnung

durch den Behälter in Umlauf gebracht zu werden. 88, die mit einem Satz der Flüssigkeitsstromöff-

Selbstverständlich können zwei oder mehrere Stapel 5 nungen 62 oder 63 fluchtet. Eine zweite öffnung 89

kontinuierlich betrieben werden, wobei ihre ver- erstreckt sich am Rand der Dichtung 82 durch die

dünnten oder konzentrierten Flüssigkeitsströme oder obere Abschlußplatte. In den öffnungen 88 und 89

beide in Reihe von einem Stapel zum anderen ge- sind Leitungen 90 und 91 befestigt und verlaufen

schaltet sind, durch den Deckel 85 des Behälters 84. Die untere

Es wird nun wieder auf Fig. 13 Bezug genommen. io Abschlußplatte weist zwei öffnungen 92 und 93 auf,

Die erste Ausführungsform der Erfindung arbeitet die mit den Flüssigkeitsstromöffnungen 62 und 63

genauso, wie es für die zweite Ausführungsform be- in den Dichtungen 61 und 82 fluchten. In den Öff-

schrieben worden ist. Die in F i g. 1.3 mit D bezeich- nungen 92 und 93 sind Leitungen 94 und 95 be-

neten Verdünnungszellen werden durch die Dich- festigt und verlaufen von dort durch die Bodenwand

tungen 20 entwässert, welche zu den Mittelöffnungen 15 des Behälters 84. Zusätzlich geht durch die untere

21 führende Durchlässe haben. Die Mittelöffnungen Abschlußplatte neben der Kante der Dichtung 82

21 führen durch die Mittelöffnungen 38 in den Mem- eine öffnung 96 hindurch, in der eine Leitung 97

branen und die Mittelöffnungen 31 in den Dichtungen befestigt ist, die sich ebenfalls durch die Bodenwand

30 zu der Leitung 46. Der Flüssigkeitsstrom von den des Behälters 84 erstreckt.

Konzentrationszellen, die in Fig. 13 mit C bezeich- 20 Diese abgewandelte Ausführungsform der Erfinnet sind, fließt durch die Dichtungen 30 zu deren dung arbeitet folgendermaßen: Die zu behandelnde Flüssigkeitsstromöffnungen 32 ab, von wo er durch Flüssigkeit wird durch die Leitung 90 in den stapeldie Flüssigkeitsstromöffnungen 39 der Membranen förmig aufgebauten Elektrodialysator eingeführt. Die und die Flüssigkeitsstromöffnungen 26 in den Dich- durch die Seitenwände des Behälters 84 hindurchtungen 20 hindurchgeht, um in die Vertiefung 47 in 25 geführten Leitungen 53 und 54 sind in der Weise der unteren Abschlußplatte einzutreten und durch an eine geeignete . elektrische Stromquelle angedie Leitung 49 aus dem stapeiförmig aufgebauten schlossen, daß die Elektrode 50 als Anode und die Elektrodialysator hinauszuströmen. Die Membranen Elektrode 51 als Kathode .wirkt. Auf diese Weise umgibt ein in Fig. 13 nicht gezeichnetes Gefäß 80 werden die mit den BuchstabenC bezeichneten ab-— analog zu Fig. 14 —, das eine Flüssigkeitszu- 30 wechselnd angeordneten Elektrodialysezellen Konleitung 81 für alle durch die Abstandsscheiben ge- zentrationszellen, während die dazwischenliegenden bildeten Kammern aufweist. Zellen, die die Buchstaben D tragen, Verdünnungs-

Die erste Ausführungsform der Erfindung hat den zellen werden.

Vorteil, daß die Strömungswege der Flüssigkeit in Wie Fig. 17 zeigt, strömt die Flüssigkeit aus der den Dichtungen 20 und 30 alle die gleiche Länge 35 Leitung 90 durch die obere Abschlußplatte 86, die haben und den gleichen hydraulischen Widerstand Dichtung 82 und durch die Innendurchlässe 64 in aufweisen. Das stellt eine gleiche Strömungsmenge den Dichtungen 61 in die Verdünnungszellen D. von jeder der Seiten der Dichtungen 20 oder 30 Wenn die durch die Leitung 90 in den stapeiförmig sicher. Die zweite Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Elektrodialysator eintretende Flüssighat den Vorteil, daß nur eine einzige Dichtungsloim 40 keit die Dichtung 83 erreicht, wird sie aufgehalten

61 hergestellt werden muß, die für den Aufbau des und kann ihre Abwärtsbewegung nicht mehr fortgesamten stapeiförmigen Elektrodialysators verwend- setzen, sondern durch die Durchlässe in Jen Dichbar ist. In den Fig. 16A, 16B und 17 ist ein abge- tungen 61, die in die oberhalb der Dichtung 83 anwandelter, stapeiförmig aufgebauter Elektrodialy- geordneten Verdünnungszellen D münden, in den sator gezeigt, der eine innere Abstufung aufweist, 45 Behälter 84 ausströmen. Währenddessen strömt die die es ermöglicht, in dem Stapel zwei Strömungswege in den Tank 84 durch die oberhalb der Dichtung 83 für das Erzeugnis zusammenzustellen, die entweder angeordneten Verdünnungszellen D eintretende Flüsdie erste oder die zweite Ausführungsform der Erfin- sigkeit in den unterhalb der Dichtung 83 angcorddung benutzen. F i g. 16 A zeigt eine Dichtung 82 neten Verdünnungszellen D nach innen. Diese Flüsohne Innendurchlässe, so daß die Flüssigkeit von den 50 sigkeit strömt auch durch alle in dem stapeiförmig Elektrodenkammern eines stapeiförmig aufgebauten aufgebauten Elektrodialysator befindlichen Konzen-Elektrodialysators getrennt abgeführt werden kann. . trationszellen C nach innen. Die Konzentrations-Jede Dichtung 82 besitzt Flüssigkeitsstromöffnungen zellen C werden alle durch abwechselnd angeordnete

62 und 63 und Ausrichtöffnungen 74, die den in den Dichtungen 61 entleert, und der konzentrierte Fliis-Dichtungen61 angebrachten entsprechen. Fig. 16B 55 sigkeitsstrom verläßt dann den Behälter84 durch die zeigt eine Dichtung 83, die mit einer Dichtung 61 Leitung 95. Die unter der Dichtung 83 angeordneten übereinstimmt, bis auf die Tatsache, ,daß sie keine Verdünnungszellen D werden durch die Innendurch-Flüssigkeitsstromöffnung 63 aufweist. Fig. 17 zeigt lasse in den Dichtungen 61 entleert, so daß der vereinen Behälter 84 mit einem darauf befestigten dünnte oder Erzeugnisstrom den Behälter 84 durch Deckel 85, in dem ein stapeiförmig aufgebauter 60 die Leitung 97 verläßt. Der über die Anode 50 nach Elektrodialysator nach der Erfindung enthalten ist. innen strömende Flüssigkeitsstrom geht durch die Dieser Stapel ist aus Membranen 69 A und 69K öffnung 89 in der oberen Abschlußplatte 86 nach zusammengesetzt, die zwischen abwechselnd umge- oben, um den Tank 84 durch die Leitung 91 zu verkehrte Dichtungen 61 eingeschaltet sind. Nahe der lassen, während der über die Kathode 51 nach innen Mitte des Stapels befindet sich eine einzige Dichtung 65 fließende Flüssigkeitsstrom durch die öffnung 96 in 83, und an den Enden des Stapels sind zwei Dich- der unteren Abschlußplatte 87 fließt, um den Betungen 82 angeordnet. Es können auch Membran- hälter 84 durch die Leitung 97 zu verlassen,
abstandshalter 41 Verwendung finden, und die F.lek- Die durch die Verdünnungszellen./? hindurdi-

tretende Behandlungsflüssigkeit strömt also von der Mitte nach außen zum Umfang derjenigen Verdünnungszellen, die oberhalb der Dichtung 83 angeordnet sind. Ein Teil dieser Flüssigkeit strömt dann durch die unterhalb der Dichtung 83 angeordneten Verdünnungszellen D und verläßt den Behälter 84. Die zu behandelnde Flüssigkeit kann also so geleitet werden, daß sie auf zwei Wegen durch die Verdünnungszellen in dem stapeiförmig aufgebauten Elektrodialysator strömt, wenn das erwünscht ist.

Während dargestellt ist, daß die Flüssigkeit von den Elektrodenkammern in die öffnung 89 und 96 in der oberen und unteren Abschlußplatte 86 und 87 strömt, kann diese Flüssigkeit auch in eine kreisförmige Vertiefung strömen, die an der oberen und unteren Abschlußplatte 86 und 87 angebracht ist, und die öffnungen 89 und 96 können in dieser kreisförmigen Vertiefung münden. Das getrennte Abziehen der Flüssigkeit aus den Elektrodenkammern kann erwünscht sein, wenn man die Strömung in den Elektrodenkammern größer halten will als in den Konzentrationszellen, so daß die größere Strömung in den Elektrodenkammern an den Elektroden entwickeltes Gas fortführen kann.

Wenn ein geschlossener Behälter der in Fig. 17 dargestellten Art verwendet wird, ergibt sich, egal ob das Erzeugnis wie in Fig. 14 auf einem Weg durch die Elektrodialysezellen oder wie in Fig. 17 auf zwei Wegen strömt, ein großer Vorteil bei der Erfindung. Dieser stapeiförmig aufgebaute Elektrodialysator kann mit größerer Sicherheit mit Stadtwasserdrücken betrieben werden, die im allgemeinen zwischen 4 bis 7 kg je Quadratzentimeter schwanken. Das liegt daran, weil die Möglichkeit, daß die Membranen auf Grund von Druckunterschieden zwischen den Zellen zerstört werden, sehr klein ist. Jeder Druckunterschied zwischen nebeneinanderliegenden Zellen wird nur dazu führen, daß die Zelle des höheren Druckes sich ausbaucht; da jedoch die Umfange der Membranen nicht wie bei herkömmlichen, stapeiförmig aufgebauten Elektrodialysatoren fest eingespannt oder geklemmt sind, können sie sich unter der Beanspruchung ohne Zerstörung bewegen und verformen. Zusätzlich ist der ausgenutzte, wirksame Bereich der Membranen stark vergrößert, da nur ein kleinerer mittlerer Teil jeder Membran abgedichtet werden muß. Darüber hinaus ist eine Luftbindung durch diesen stapeiförmig aufgebauten Elektrodialysator weniger wahrscheinlich, da die Luft von den offenen Umfangen der Elektrodialysezellen leicht entweichen kann. Wenn jedoch Luftbindung auftreten sollte, so kann die Luft leicht entfernt werden, indem man die Strömung durch den Stapel vor Inbetriebnahme umkehrt.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Elektrodialysators wird normalerweise ein Materialstrom von den Seiten des Stapels zur Mitte hin aufrechterhalten, so daß dieser von dem sich bildenden Gas befreit wird. Die Strömungsführung in dem Elektrodialysator nach der Erfindung verhindert somit jegliche Verunreinigung des Wassers mit sich bildendem Chlorgas. _r ' \

Als Beispiel für die Arbeitsweise der Erfindung wurde ein stapeiförmig aufgebauter Elektrodialysator nach der zweiten Ausführungsform und der in Fig. 17 dargestellten Abwandlung zusammengestellt. Der Stapel bestand aus 20 Zellenpaaren, und die Dichtung 83 war so angeordnet, daß sich zehn Verdünnungszellen in dem ersten Weg des in den Stapel eintretenden Flüssigkeitsstromes und zehn Verdünnungszellen in dem zweiten Weg des den Stapel verlassenden, verdünnten Stromes befanden. Die Membranen 69Λ und 69 K maßen 392 mm und die Dichtungen alle 89 mm im Durchmesser.

Der Stapel wurde so beschickt, daß der Erzeugnisstrom mit 80 1 je Stunde floß. Das zugeführte Wasser war ein synthetisches Texas-Midiand-Hartwasser mit ppm vollständig gelösten Feststoffen. Der Stapel wurde 16 Stunden lang mit einer Stromleistung von etwa 65% betrieben, und der erhaltene Erzeugnisstrom enthielt 500 ppm vollständig gelöste Feststoffe.

Obwohl gemäß der Beschreibung anion- und kationdurchlässige Membranen abwechselnd angeordnet sind, kann der erfindungsgemäße Stapel auch durch abwechselnde Anordnung von neutralen Membranen und von nur für eine Ionenart durchlässigen Membranen zusammengesetzt werden:

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrodialysator, bestehend aus einem Gefäß mit zwischen zwei Elektroden durch zwischengelegte Scheibendichtungen voneinander getrennten Ionenaustauschmembranen, insbesondere zur Behandlung von Wasser aus städtischen Leitungen, durch abwechselnde Anordnung kation- und aniondurchlässiger bzw. neutraler Membranen, wobei Scheibendichtungen und Membranen jeweils wenigstens zwei Löcher aufweisen, die getrennte Entwässerungskanäle für die jeweils zwischen zwei Membranen liegenden Konzentrations- und Verdünnungskammern schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in der Mitte der Membranen (37, 69) angeordneten Scheibendichtungen (20, 30, 61) von wenigstens einem der Löcher (21, 31, 62) ausgehende, am Rand der Dichtung zu den Kammern offene Radialkanäle (22 bis 24, 33, 35, 64, 68) aufweist und die Anordnung so getroffen ist, daß jeder Entwässerungskanal nur in den von ihm zu entwässernden Kammern über die Radialkanäle Anschluß an diese Kammern hat. .

2. Elektrodialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Entwässerungskanäle bildenden Löcher (70, 71 bzw. 62, 63) von Membranen (F i g. 15) und Scheibendichtungen (F i g. 10 bis 12) symmetrisch angeordnet sind und gleichartige Scheibendichtungen abwechselnd in verschiedenen Lagen zwischen die Membranen eingelegt sind, um die Kammern abwechselnd in die beiden Kanäle zu entwässern.

3. Elektrodialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibendichtungen (F i g. 2, 3) ein zentrales Loch. (21,31) aufweisen und entweder von dem zentralen Loch (21) ausgehende radiale Kanäle (22, 23, 24) oder von symmetrisch angebrachten Löchern (32) nach außen führende Kanäle (33,34,35) enthalten, wobei die Löcher (32) in den Scheibendichtungen (30) mit den Löchern (39) in der Membrane, in einer Richtung liegen und mit einem Auslaß (49), die Löcher (21,31 und 38) in den Scheibendich-

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tungen und in den Membranen (37) mit einem Auslaß (46) verbunden sind, und daß das die Membranen umgebende Gefäß (80) eine Flüssigkeitszuleitung (81) für alle durch die Abstandsscheiben gebildeten Kammern aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen