DE1929117A1

DE1929117A1 - Kapillarer Austauscher

Info

Publication number: DE1929117A1
Application number: DE19691929117
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dietzsch; Otto Dietzsch
Original assignee: Dietzsch Hans Joachim GmbH
Current assignee: Dietzsch Hans Joachim GmbH
Priority date: 1968-06-08
Filing date: 1969-06-09
Publication date: 1971-02-11
Also published as: BE734206A; US3704223A; US3697635A; NL6908677A; SE355749B; CA941119A; NL7315402A; AT302252B; CH489259A; FR2013332A1; GB1278504A

Description

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Kapillarer Austauscher

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Austauschers sowie.durch das Verfahren erhaltene verbesserte Austauscher. .

Kapillare Austauscher finden auf vielen Gebieten Anwendung, z.B. als Austauscher für Gase oder Lösungskom- ' ponenten, zum Wärmeaustausch und dergleichen, .

Es sind bereits kapillare Austauscher bekannt, welche jedoch mit verschiedenen Mängeln behaftet sind. Vor allen Dingen ist die Verbindung der Stirnseitenzone der Kapillaren eines solchen Austauschers mit den erforderlichen . Endplatten, in welchen die Kapjillaren montiert sein müssen, oft mangelhaft. Die Scherbeanspruchung auf die Kapillaren im Bereich der Endplatten ist erheblich und führt leicht zu Brüchen. Auch treten an der Einbettung der Kapillaren , in die Endplatten oft nur schwer kontrollierbare Undichtigkeiten auf.

. Es ist daher ein erstes Ziel der vorliegenden

Erfindung, solche Mängel zu beseitigen und in einem industriell anwendbarem Verfahren für die Massenanfertigung solche Kapillaraustauschergeräte zu produzieren, welche sich durch besondere Bruchfestigkeit und Dichtheit der Einbettung in die Endplatten auszeichnen.

Die bevorzugte Anwendungsart des erfindungsgemässen Verfahrens führt zu verbesserten Kapillaraustauschern, welche neben den oben erwähnten Vorzügen noch den weiteren Vorteil einer besonders günstigen Durchströmung des Austaus eherinnenraums bieten. Dieser Vorteil wird weiter unten im einzelnen erklärt werden.

Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillaren-Austauschers mit nebeneinander liegenden und dabei voneinander distanzierten Kapillaren, deren beiderseitige Enden mit offenen Stirnseiten in Bohrungen von mindestens zwei Distanzierungswänden dicht eingebettet sind, wobei durch die intrakapillaren Räume ein erstes und durch den interkapillaren Raum zwischen den Distanzierungswänden ein zweites Fluidum fliessen kann, und wobei jede Membrankapillare auf einer vorzugsweise ihrerseits als Kapillaren ausgebildete Hilfsseele, bestehend aus einer auflösbaren oder relativ leicht schmelzbaren Hilfssubstanz, durcn Aufbringung einer oder

mehrerer Membranschichten mit einer Lösung oder mit Lösungen der die Membran selbst bildenden Substanz'oder eines in die letztere Substanz umwandelbaren Zwischenpro-

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dukts, und, im letzeren Fall, nachfolgender !Anwandlung in die die endgültige Membranschicht bildende Substanz erzeugt wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Anzahl von so erzeugten, die genannte Hilfsseele enthaltenden Membrankapillaren oder Zwischenproduktkapillaren unter Wahrung von den Durchfluss des zweiten Fluidums gestattenden Abständen der Membrankapillaren voneinander bündelt und in dieser Anordnung mit ihren Enden in ein in einer Giessform befindliches Trennmittel einführt, darauf auf das Trennmittel eine Giessschicht aushärtbares, mit der Substanz der Stirnseitenzonen der Kapillarenenden sich dicht verbindendes Material aufgiesst, dieses aushärtet, alsdann die Giessform und das darin befindliche Trennmittel von den Kapillarenenden entfernt, und schliesslich aus den Membran- bzw. den Zwischenprodukt kapillar en die HiIfsseelen unter Erhaltung der Membrankapillarensubstanz oder des genannten Zwischenprodukts aus dem Inneren der Kapillaren entfernt.

Insbesondere kann die Entfernung der Hilfsseele entwender durch Herauslösen mit einem die Hilf sseele, aber nicht die Membrankapillarensubstanz oder das genannte Zwischenprodukt auflösende Lösungsmittel geschehen.

Oder die Hilfsseele kann, falls sie aus einer unterhalb des Schmelzpunktes der Membrankapillarensubstanz oder des genannten Zwischenprodukts schmelzenden Substanz besteht, aus .dem Inneren der Kapillaren herausgeschmolzen

werden.

Der fertige Kapillaraustauscher besitzt alsdann, wie üblich, eine austauschende Fläche, ist gebildet durch die Mäntel einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Hohlröhrchen oder Hohlfäden, die im folgenden ' kurz, als Kapillaren bezeichnet werden. Diese Kapillaren sind mit ihren offenen Stirnseiten, bzw. in den den letzteren benachbarten Zonen, die Endwände von Speise- oder Sammelräumen dichtend eingeführt bzw. gelagert, wobei der Austausch zwischen intrakapillaren !Innenräumen der Kapillaren und den interkapillaren, d.h. die die Kapillaren umgebenden Räume in einer oder in beiden Richtungen stattfinden kann.

In den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Austauschern sind die Kapillaren im Bereich ihrer Stirnseitenzonen in die Wände oder Teile der Wände von Speiseräumen bzw. des interkapillaren Raums bildende ausgehärtete Giessschichten dicht eingegossen.

Beim erfindungsgemässen Herstellungsverfahren werden die vorerwähnten Membranschichten auf die Hilfsseelen durch Lackieren oder Besprühen mit trocknenden und/oder härtbaren Lacken, Giessharzen oder anderen verharzenden flüssigen oder pastösen Substanzen, wie z.B. Silikonkautschuk aufgebracht.

Die Aufbringung einer oder vorzugsweise mehrerer Schichten auf die Hilfsseele erfolgt dabei vorteilhaft

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durch Aufbringen einer Lösung eines in die endgültige Membransubstanz unwandelbaren Zwischenprodukts, worauf die aus dem letzeren bestehende Wandung später durch Trocknen, Härten oder eine geeignete chemische Behandlung in die endgültige Membrankapillaren bildende Substanz umgewandelt wird.

Das Herauslösen bzw. das Herausschmelzen der Hilfsseelen erfolgt vorzugsweise nach dem Aushärten der die Wandung des interkapillaren Raums oder eines Speiseraums oder einen Teil der Wandung solcher Räume bildenden Giessschicht bzw. Giessschichten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird mindestens eine der beiden Stirnseitenzonen jeder der Kapillaren im kapillaren Aussenumfäng'vor der oben erwähnten Einführung in das Trennmittel mit einem Hilfsmantel umgeben, welcher die Festigkeit der Verankerung der Kapillaren in der gehärteten Giessschicht erhöht.

Solche Hilfsmantel bestehen z.B. aus auf die Kapillaren aufgebrachten Schichten aus Lacken, nach Aufbringung ausgehärteten Auftragungen aushärtbarer Giessharze odejr aus metallischen Abscheidungen, die vorzugsweise elektrolytisch erzeugt werden,

i Im Sinne der Erfindung fuhren solche Hilfsmantel eine wesentliche Verbesserung der Haftung der Stirnseitenzonen der Kapillaren in den sie umgebenden, ausgehärteten

Giessschichten herbei. Dies ist z.B. der Fall, wenn die Hilfsmäntel aus Silikonharzen oder Metall bestehen. Andererseits ergeben diese Hilfsmäntel eine substantielle Verstärkung der Kapillarenstirnseitenzone im Bereich der sie umschiiessenden ausgehärteten Giessschicht. Vorzugsweise bestehen dabei die Hilfsmäntel aus Lackkomponenten wie Azetylzellulose, ausgehärteten Giessharzschichten wie Epoxyharz oder aus Metall.

Entsprechend einer weiteren besondere*^ Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird bei der Einführung der Enden der Membran- oder Zwischensubstanzkapillaren nebst in diesen befindlichen Hilfsseelen in das Trennmittel auch einen das gesamte Kapillarenbündel umgebenden vorzugsweise vorgefertigter Rahmen auf das Trennmittel aufgelegt, so dass bei Aufgiessen der oben genannten Giessschicht auf das Trennmittel sich diese Schicht auch mit dem Rahiaen verbindet, wobei diesem Rahmen entsprechende Vorsprünge oder Ausnehmungen vorgesehen sein können, weiche mit der endgültig ausgehärteten Giessschicht so verzahnt sind, dass eine äusserst feste Verbindung zwischen Rahmen und Giessschicht erzeugt wird.

Die Bündelung der Kapillaren erfolgt im erfin? . dungsgemässen Verfahren entweder In einer zweidiraensionalen '^v S Anordnung, so dass z.B. eine einzige tage von parallel zueinander gerichteten Kapillaren erhalten wird, odar vorzugsweise in einer dreidimensionalen 'mehrlagigen Anordnung.

Dabei wird die Einzelkapillare zunächst in Abstandsröhrchen und aus diesen gegebenenfalls in Abstandshalter eingeführt, welche mindestens solange im Bündel verbleiben bis die Giessschicht, bzw. die Giessschichten auf das.oder die Trennmittel aufgegossen,sind, oder noch besser, bis die Giessschicht oder die Giessschichten ausgehärtet sind.

Das aus den in den Abstandsröhrchen bzw. Abstandshaltern befindlichen Kapillaren gebildete Bündel kann nun an seinen beiden Enden nach den im Vorhergehenden beschriebenen Behandlungsvorgängen zum Verguss der Kapillarenstirnseitenzonen unterworfen werden.

Das Trennmittel, in welches die Kapillarenenden des einen Endes des Kapillarenbündels in vorzugsweise vertikaler Richtung eingeführt werden, besteht aus einer leicht verformbaren, z.B. ständig oder vorübergehend flüssigen, pastösen oder gelatinösen Masse von vorzugsweise glatter Oberfläche, wobei diese Masse für die zur Ausbildung der Giessschicht verwendeten aushärtbaren Vergusssubstanz und für die Kapillaren inert sein muss. Die Kapillarenenden des Bündels werden in das Trennmittel z.B. eingetaucht oder eingestochen.

Nach der An- oder Aushärtung der Giessschicht wird das Trennmittel von dieser und von den Kapillarenenden durch einfache Massnahmen, wie z.B* Erwärmen oder Auflösung in geeigneten Lösungsmitteln entfernt.

Erfindungsgemäss erfolgt die Aneinanderreihung

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der Kapillaren zu einem Bündel dadurch, dass man die Kapillaren zunächst in eine vorzugsweise einlagige Aneinanderreihung bringt, die mit einer Webkette aus der Textiltechnik vergleichbar ist, und dass man Abschnitte aus solcher einlagigen Aneinanderreihung der Kapillaren abtrennt und mehrere solcher Abschnitte zu einem mehrlagigen Bündel vereinigt.

Die im folgenden beschriebenen Behandlungsvorgänge, welche vor allem an den Endzonen der bereits aneinander gereihten Kapillaren vorzunehmen sind, werden vorzugsweise an einer einlagigen Aneinanderreihung oder Schar von Kapillaren durchgeführt. Sie können aber auch an den bereits zu einem mehrlagigen Bündel vereinigten Kapillaren vorgenommen werden.

Viele dieser Behandlungsvorgänge, wie z.B. Lakierungen, Aushärtungen aufgebrachter, aushärtbarer Substanzen, Metallisierungen u.a.m. lassen sich leichter an der einlagigen Schar als am mehrlagigen Bündel ausführen.

Erfindungsgemäss kann bei der Aneinanderreihung der Kapillaren zum Bündel mit Abstandshaltern gearbeitet werden, die im Bündel verbleiben, wenn die Sjtirnseitenzonen der Kapillaren mit der Vergusssubstanz vergossen werden, und die danach aus dem Bündel entfernt werden oder auch darin verbleiben können.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht

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darin, dass die Abstandshalter mit in die Vergussubstanz vergossen werden, und zwar vorzugsweise in einer Giessschicht, die ihrerseits gleichzeitig in einem vorgefertigten äusseren Rahmen verankert ist.

Die Erfindung betrifft weiter einen neuartigen, nach dem oben beschriebenen Verfahren herstellbaren Multigegenstromaustauscher, der ein Bündel aus sich vorzugsweise parallel zueinander erstreckenden Röhren, vorzugsweise Kapillaren, zwei Endwände, in deren einer das eine Ende des genannten Röhrenbündels und in deren anderer das andere Ende des genannten Bündels befestigt ist, wobei die Röhren des genannten Bündels an beiden Enden auf der Aussenseite der genannten Endwände gelegene Oeffurigen besitzen, eine'sich zwischen den beiden Endwänden erstreckende Kammer, in welcher das genannte Rölarenbündel untergebracht ist, eine Einrichtung zum Beschicken der Röhrenöffnungen am einen Ende des genannten Bündels mit einem ersten fluiden Mittel, und zur Entnahme des'letzteren aus den Röhrenöffnungen am anderen Ende des Bündels, sowie Einlass- und Auslassorgane zum Durchleiten eines zweiten fluiden Mittels durch die genannte Kammer umfasst, und der dadurch'gekennzeichnet ist, dass ein Einsatz vorgesehen ist, der aus mehreren, eine Mehrzahl von beidseitig offenen Einzelkanälen bildenden Wandungen besteht lind der so in der genannten Kammer befestig ist, dass mindestens je eine der genannten Röhren durch das Innere eines der genannten Einzelkanäle hindurchragt, und

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dass im Kammerinneren in den an die genannten Endwände angrenzenden Bereichen freie Räume verbleiben, in welche die Oeffnungen an den beiden Enden der genannten Einzel kanäle einmünden, wobei das genannte Einlassorgan mit dem einen und das genannte Auslassorgan mit dem anderen der beiden freien Räume im Kammerinneren in Verbindung steht.

In diesem erfindungsgemässen Multigegenstrotnaustauscher erstrecken sich die beiden Endwände vorzugsweise in zwei miteinander nicht parallelen ebenen oder gekrümmten Flächen, wodurch die Längen der Röhren,insbesondere Kapillaren, des genannten Bündels voneinander örtlich variieren.

Der Querschnitt eines jeden der genannten Einzelkanäle des Einsatzes ist vorzugsweise nach mindestens einem seiner beiden Enden zu verringert, insbesondere in der Nähe desjenigen Einsatzendes, welches dem mit dem genannten Einlassorgan verbundenen freien Raum zugewandt ist, wobei der Querschnitt so verengt ist, dass das in den letzteren Raum eingeleitete zweite fluide Mittel auf alle Kanäle des Einsatzes annähernd gleichmässig verteilt wird.

In einer besonderen Ausbildungsform besteht der genannte Einsatz aus einer Mehrzahl von Röhren, die mindestens in einer Zone miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung der Röhren des Einsatzes z.B. aus mindestens einem Abstandshalter besteht.

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Die Wandungen des Einsatzes können aus einer Mehrzahl von miteinander in Berührung stehenden Folien bestehen, von denen mindestens ein Teil gerillt oder gewellt ist. Andererseits kann der Einsatz aus einem Block mit als Einzelkanäle ausgebildeten, zueinander im wesentlichen parallel verlaufenden Durchlässen bestehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Multigegenstromaustauschers sind die Röhren des genannten Bündels mindestens an einem ihrer beiden Enden verdickt, wobei die Verdickungen sich durch die an dem betreffenden Rb'hrenende angreifende Endwand und bis in das Innere des die Röhre umgebenden Einzelkanals des ' Einsatzes erstrecken.

^. Das verdickte Ende der Röhren erstreckt sich dabei vorteilhafterweise durch die auf der Einlasseite für das zweite fluide Mittel gelegene Endwand und bis in das Innere von die Röhren umgebenden Einzelkanälen, deren Querschnitt in der Umgebung des Röhrendurchgangs durch dieselben so verengt ist, dass das in den auf der Einlasseite gelegenen freien Raum eingeleitete zweite fluide Mittel auf alle Kanäle gleichmässig verteilt wird.

Die Einzelkanäle sind dabei vorzugsweise mit Einschnürungen versehen, durch welche unter anderem in dem durch sie strömenden zweiten fluiden Mittel Turbulenz erzeugt wird. Auch können die Röhren in ihrem Bereich Einschnürungen aufweisen, durch welche in dem durch sie fliessenden

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ersten fluiden Mittel Turbulenz erzeugt wird.

Anhand der Zeichnungen wird das .Gesagte an Ausr führungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen weisen der besseren Verständlichkeit wegen massstäbliche Verzerrungen auf, sie enthalten auch wesentlich weniger Elemente als in der Praxis. So kann die Anzahl der Kapillaren in der einlagigen "Kettenbaum"-Schicht der Kapillaren mehrere Tausend betragen, die Anzahl der Kapillaren pro Austauscherbündel mehrere Hundertausend.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Apparatur zur Bündelung der Kapillaren in perspektivischer Teilansicht;

Figur 2 dieselbe Apparatur in Seitenansicht;

Figuren 3-7 verschiedene Stufen der Einbringung des Kapillarenbündels in Abstandshaltern;

Figuren 8-11 die verschiedenen Stufen der Anbringung einer Giessschicht;

Figur 12 eine besondere Ausführungsform entsprechend Figur 10;

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Figuren 13-15 Verschiedene Ausführungsformen und Anwendung von Abstandshaltern;

Figuren 16-19 die einzelnen Schritte bzw- Modifikationen der Weiterverarbeitung nach Entfernen des Trennmittels j

Figuren 20-23 die Anbringung einer Giessschicht nach vorheriger Aufbringung von Hilfsm'änteln auf die Stirnseitenzonen der Kapillaren;

Figuren 24-29 die entsprechenden Vorgänge unter gleichzeitiger Verwendung eines Rahmens;

Figur 30 eine bevorzugte Ausführungsform eines nach

dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten neuartigen Multigegenstromaustauschers;

Figur 31 eine besondere Ausbildung des Einsatzes von ^; Kanülen für einen solcher Austauscher;

Figuren 32,33 und 34 weitere abgewandelte Ausführungsformen

eines solchen Austauschers;

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Figuren 35,35a und 35b Herstellungsvarianten für erfin-

dungsgemässe Kapillaren mit unsymmetrischen Querschnittseigenschaften;

Figuren 36 und 37 Vorrichtungen zur Herstellung von

; ■ ' Kapillaren gemäss Figuren 35, 35a und 35b;

Figuren 38a und 38b den Zusammenbau mehrerer solcher

Kapillaren gemäss Figuren 35, 35a und 35b;

Figur 39

die Arbeitsweise eines Pakets von Kapillaren gemäss Figuren 35, 35a und 35b bei Verwendung zur Elektrodialyse.

Figur. 1 zeigt eine solche ⁿkettenbaum"-artige, praktisch einlagige Aneinanderreihung von Kapillaren 1 auf einer Walze 2. Von dieser Walze wird diese einlagige Aneinanderreihung der Kapillaren in Richtung des Pfeiles abgewickelt, einem Speichermagazin 4 zugeführt und.in dieses eingeschoben. Das Speichermagazin 4 weist eine mehrlagige Anordnung vort Bohrungen 5 auf, die man beispielsweise durch

eine entsprechende Aneinanderreihung von Röhrchen 6 bilden

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kann.· Jede Bohrung 5 ist vorteilhafterweise einer Kapillare zugeordnet.

Die Einführung der Kapillaren 1 in das Speicher·* magazin 4 geschieht vorzugsweise dergestalt, dass man immer eine Lage der Bohrungen 5 mit einer Schicht der Kapillaren ausfüllt. Zu diesem Zweck sind die Kapillaren in einer mit Bohrungen 5' versehenen Führungsleiste 7 geführt, welche sich in Richtung des Doppelpfeiles 8 parallel zu sich verschieben lässt.

Nach Einschieben einer Kapillarenschicht in das Speichermagazin trennt das Messer 9 (in Figur 1 nicht dargestellt, siehe Figur 2.) der Stelle 10 diese Kapillarenschicht.

Nach Verschieben der Führungsleiste 7 um einen Lochabstand kann sich der beschriebene Prozess der Kapillareneinführung wiederholen. Der Transport der Kapillarenschicht beim Einschieben in das Speichermagazin kann durch das Walzenpaar 11 (ebenfalls nur in Figur 2 dargestellt) ausgeführt werden, welches entsprechend intermittierend in Richtung der Drehpfeile 12 anzutreiben ist.

Figur 2 zeigt in der Seitenansicht den gleichen Vorgang wie Figur 1. Bei der Eigur 1 ist in perspektivischer · Sicht nur der vordere Teil des Speichermagazins 4 dargestellt, bei Figur 2 die ganze Länge. In beiden Figuren ist die unterste Lage der Bohrungen 5 bereits mit Kapillaren 1 gefüllt. (ΓΗ* Kapilifl·*·⁰" ^Ί

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Vorzugsweise sind die Bohrungen 5 an beiden Seiten des Speichermagazins 4 offen und die Länge des Speichermagazins kleiner ausgestaltet als die Länge der abgeschnittenen Kapillaren, so dass diese, wie in Figur 3 dargestellt, aus beiden Seiten des Speichermagazins eine kurze Strecke heraus stehen können.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die hinteren Enden 13 der Bohrungen 5 bzw. der Röhrchen 6 zugespitzt
sind.

Nach der kompletten Füllung des Speichermagazins 4 mit Kapillarenabschnitten 1, wie es in Figur 3 dargestellt ist, werden an eine Seite des Speichermagazins Abstandshalter 14 (z.B. ein oder mehrere Gewebestücke, deren Maschenweiten gleich oder grosser sind als der Durchmesser der
Kapillaren 1 und deren Maschenabstände den Bohrungsabständen des Speichermagazins entsprechen)' passend herangeführt (Fig. 4), vorteilhafterweise an die Seite, welche die
Bohrungszuspitzungen 13 aufweist.

In Figur 4 ist der nächste Schritt dargestellt.
Durch den Schieber 15 werden die Kapillaren 1 durch das
Spej.chermagazin geschoben und ihre linken Enden in die
Abstandshalter 14 eingeschoben. Danach werden sämtliche Ka-

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pillaren mit den Abstandshaltern 14 nach links gezogen (Figur 6), die Abstandshalter hierbei oder nachträglich über das gesamte Bündel der Kapillaren verteilt, bis schliesslich nach völligem Herausziehen der Kapillaren aus dem Speichermagazin diese lediglich von den Abstandshaltern getragen werden (Figur 7). Diese Verschiebungsvorgänge' können per Hand vorgenommen werden oder es können diese Bewegungen auch durch an sich bekannte (und nicht dargestellte) mechanische Mittel automatisiert werden.

Es ist auch möglich, die Kapillaren ohne Zwischenschaltung eines Speichermagazines direkt in die Abstandshalter einzufüllen.

Das Kapillarbündel wird nun, wie in den Figuren 8 bis 11 erläutert, den weiteren Behandlungsschritten unterworfen. In Figur 8 befindet sich dieses Bündel mit vertikaler Kapillarenrichtung über einem in einer Wanne 16 ausgegossenen Trennmittel 17 mit ebener und glatter Oberfläche.In diese Trennmittelschicht werden die unteren Kapillarenenden eingetaucht (oder eingestochen) (Figur 9). Danach wird, wie in Figur 10 dargestellt, auf die Oberfläche des Trennmittels 17 und zwischen die Kapillaren eine Vergussubstanz 18 eingegossen und in dieser ausgegossenen Form ausgehärtet. Nach diesem Aushärteprozess, oder auch während desselben,wird das Kapillarenbündel mitsamt dieser ausgegossenen und verfestigten Giessschicht 18 aus dem Trennmittel herauszogen (Figur 11). Nach diesen BearbeitungsVorgangen kann die andere

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Seite des Kapillarenbündels nach Drehung um 180° senkrecht zur Kapillarachse in der gleichen Weise wie in den Figuren 8 bis 11 dargestellt, mit einer ausgehärteten Giessschicht versehen werden.

Figur 12 zeigt eine Variation dieses Verfahrens und der Ausgestaltung des Austauschers, indem in der Stirnseitenzone der Kapillaren diese enger aneinandergeführt sind als im darüberliegenden Bereich des Austauschers.

Umgekehrt kann aber in den Fällen, in denen eine gegenseitige Distanzierung der Kapillaren auch in der Zone ihrer Einbettung in den abschliessenden BegrenzungswSnden erwünscht ist, gerade durch die in den Figuren 8 bis 11 erläuterten Verfahrensschritte eine Realisation dieser Forderung erfüllt werden. Die dadurch bedingte Ausgestaltungsform eines Austauschers mit Kapillaren ist daher ein Merkmal der Erfindung .

Die Abstandshalter 14 können vorschlagsgemäss im Austauscher verbleiben oder nach der Erzeugung der ausgehärteten Verguss schicht en 18 entfernt werden. Dieses Entfernen kann durch Herausziehen oder durch lösetechnisches Zerstören der Abstandshalter bewerkstelligt werden.

Als Abstandshalter könrien z.B. Lochplatten oder ^ Gewebe, wie im Abschnitt in Figur 13 dargestellt oder gekreuzt übereinanderliegende Kämme, wie in Figuren 14a und 14b (auseinandergezogener Zustand) und Figur 14 (gekrauster Zustand, in welchem die Kapillaren 1 eingefädelt sind)

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dienen. Zwischen einigen der Maschen der Abstandshalter nach Figuren 13 und 14 sind die Querschnitte von eingefädelten Kapillaren 1 des Kapillarenbündels nach Figur 7 dargestellt.

Figur 15 stellt eine als Einsatz ausgebildete Ausführungsform der Abstandshalter 14 dar,und zwar werden diese Abstandshalter durch ebene Wände 114 und wellblechartige Wände 115 gebildet, die so aufeinander liegen, dass zwischen ihnen Kanäle 116 gebildet werden, in welchen die Kapillaren 10Γ gelagert sind. Die Figuren 30 und 31 enthalten weitere Varianten der als Einsatz dienenden Abstandshalter 214 bzw. 314.

Figur 30 zeigt dabei einen Querschnitt durch einen Multigegenstromaustauscher gemäss der Erfindung, welcher aus einem Gehäuse 221 einer in diesem befestigten Aneinanderreihung von sechs einlagigen Scharen 210a bis 21Of von Kapillaren jeweils von Schar zu Schar von innen nach aussen abnehmender Länge, deren jede aus einer Schar von Kapillaren 201 besteht, welche an ihren Enden bei 201a und 201b,wie im einzelnen in Figur 23 gezeigt, in Lamellen verschmolzenen, bzw. vereinigten Hilfsschichten 234 dicht gelagert sind. Diese Hilfsschichten sind an Stelle der j erwähnten Hilfsmäntel 20, wie in Figur 23 gezeigt, z.B. durch nachträgliches Lackieren auf die Kapillaren Γ, jeweils einer einlagigen Schar und vorzugsweise aus Substanzen oder Sub-'

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to

Stanzmischungen ausgewählt, welche die Membranschichten 35 anlösen, sowie aus einem durch die Kanalmäntel 206 gebildeten Einsatz 236 besteht. Der Einsatz 236 umfasst weiter zwei durch Verschmelzen der Kanalmantelränder gebildete Endschichten,; deren eine, 237, in Figur 30 plan, und deren andere, 238, konvex ausgebildet ist.

Die Lamellen 234 der einlagigen Kapillarenscharen sind miteinander durch Zwischengiessschichten 218 verbunden und bilden so einerseits die plane Endplatte 239 und andererseits die konvexe Endwandung 240, deren Krümmung vorzugsweise geringer ist als diejenige der durch die Kanalmantelränder gebildeten Endschicht 238.

Die hierdurch zwischen der Endschicht 238 und der Endwandung 240 gebildete Kammer 242 von konkav-konvexlinsenförmigem Rauminhalt besitzt folglich in ihrem mittleren Bereich einen geringeren Querschnitt als in ihren Randzonen. Bei Speisung der Kammer 242 mit Flüssigkeit F2 durch die Einlasse 243, 244 bildet sich so im Kammerinnern eine Ringströmung aus, welche zu einer gleichmMssigen, radialsymmetrischen Speisung zuvor der Flüssigkeit in die Kanülen 206 wesentlich beiträgt.

Die zwischen der Endschicht 237 und der Endplatte 239 gebildete Kammer 245 ist mit Auslässen 246 für die aus den Kanülen 206 nach oben austretende Flüssigkeit versehen, \e, Jj. Oberhalb der Endplatte 239 befindet sich im Gehäuse 221 eine

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Einlasskammer 247 mit zentraler Einlassöffnung 248 für die durch die Kapillaren 201 zu leitende Flüssigkeit F, .

Die Kanülen 206 sind in der Nähe ihrer offenen Enden bei 206a und 206b mit Einschnürungen versehen, welche zur gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit: Fp beiträgt und durch Stauung eine Verlangsamung der Durchströmgeschwindigkeit der Flüssigkeit F_? durch die Kanülen 206 bewirken.

Die am unteren offenen Ende jeder Kapillare 201 aus der Endwandung 240 austretende Flüssigkeit F-. ' wird in einem den Austauscherboden bildenden Bassin 249 aufgefangen und kann aus demselben durch einen vorzugsweise mit Ablasbhahn versehenen Ausflussstutzen 250 abgelassen werden.

In der Figur 31 sind die Kanülen 314 nicht nur dem Bereich ihrer offenen Ende, sondern auch noch in mehreren Zwischenbereichen mit Einschnürungen 314a bis 314e..versehen. Neben einer weiteren Verlangsamung der Durchströmgeschwindigkei-t der Flüssigkeit F₂ durch die Kanülen, dienen diese Einschnürungen vor allem der Zentrierung der Kapillaren 301.

In den Figuren 32 und 33 sind weitere Ausführungsbeispiele für MuItigegenstromaustauscher gezeigt, wobei in Figur 32 die Kapillaren 401 von der Seitenwand 402 zur gegenüberliegenden Seitenwand 403 hin an Länge abnehmen, wodurch die Endwandungen 439 und 440 miteinander einen nach

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der Seitenwand 403 zu laufenden Winkel miteinander bilden, während in Figur 33 die Endwandungen 539 und 540 ebenfalls einen Winkel miteinander bilden., aber die Kapillaren 501 im Gegensatz zu der Ausführungsform Figur 33 nicht geradlinig sondern gekrümmt sind.

Schliesslichi zeigt Figur 34 in perspektivischer Ansicht rein schematisch den Zusammenbau mehrerer einlagiger Kapillarenscharen 601 zu einem Paket, in welchem einerseits jede einzelne Schar aus Kapillaren von aussen nach innen zunehmender Länge besteht, und andererseits die Kapillaren der verschiedenen Scharen von der Endseite 602 bzw. 603 nach Paketmitte zu an !Länge gegenüber den entsprechenden zur nächsten nach aussen zu benachbarten Schar gehörigen Kapillaren zunehmen.

Figur 16 zeigt in vergrösserter Form den in Figur dargestellten Zustand nach dem Herausziehen aus dem Trennmittel 17. Reste dieses Trennmittels haften unter Umständen an der unteren Seite der gehärteten Giessschicht an und in den unteren Kapillarstücken. Diese Reste können z.B. durch inerte Lösemittel oder Erwärmen beseitigt werden. Der gesäuberte Zustand ist in Figur 17 vergrössert dargestellt.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann es oder können mehrere Schichten 19 (Figur 18) oder Figur 19' (Figur 18') zusätzlich auf die Ober- oder Unterseite der ausgehärteten Giessschicht 18, z.B. durch Aufgiessen eines trocknenden Lackes oder eines härtbaren Giess-

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harzes oder Elastomers aufgetragen werden.

Figur 19 zeigt schliesslieh .eine weitere Variante

des
der Behandlung/Stirnseitenbereiches der Kapillaren. Man kann durch spanabhebende Vorgänge (z.B. Fräsen, Schleifen) die untere Seite der ausgehärteten Giessschicht mitsamt der aus ihr hervorstehenden Kapillarenstücken glättend bearbeiten, so dass die Kapillaren bündig mit der ausgehärteten Vergussschicht abschliessen.

Die Figuren 20 bis 23 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des. Verfahrens der Ausbildung einer ausgehärteten Giessschicht mit sie durchsetzenden Kapillarenenden und damit auch eine Erweiterung der Austauscherausgestaltung.

Die Kapillarenenden werden hierbei vor der Ausbildung der ausgehärteten Giessirhicht 18 durch Hilfsmäntel 20 verstärkt. Diese Hilfsmäntel können beispielsweise durch Eintauchen der gesamten mehrlagigen Anordnung der Kapillarenenden nach Figur 20 in einen Lack oder in ein Giessharz und anschiiessendes Trocknen und/oder Aushärten der durch das Eintauchen auf die Kapillarenenden aufgetragenen Mantelüberzüge gebildet werden oder auch durch Metallabs cheidungen ohne oder mit Hilfe von elektrolytisehen Prozessen, letzteres nach Leitfähigmachung der Kapillarenenden beispielsweise durch Silberreduktion. Die Hilfsmäntel 20 können so kurz ausgebildet sein, dass sie, wie in Figur 22 (die der Figur 19 entspricht) dargestellt, nicht über

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die ausgehärtete Vergussschicht 18 hinausgehen, oder, wie in Figur 21 (die der Figur 10 entspricht) dargestellt, über die Vergussschicht 18 hinausgehen.

In Figur 23 sind die mit Hilfsschichten versehenen Stirnseitenzonen der Kapillaren eng aneinandergelegt, eine Anordung, die gerade bei Metallschichtverstärkung erfindungsgemäss besonders hohe Festigkeiten der Vergussschicht erzielt '^fY '²-'²~ ° J'**^ ^///cw^i- t^/Zcf / c.^^ #f

Der Figur 10 entsprechend illustriert die Figur 24 eine weitere Variante des erfindungsgemässen Verfahrens. Hierhin wird gleichzeitig mit der Erzeugung der Giessschicht 18 ein vorgefertigter Rahmen 21 in diese Schicht miteingebettet. Vorzugsweise besitzt der Rahmen 21 leistenfö'rmige Vorsprünge 22, so dass die Giessschicht 18 an der Innenseite des Rahmens durch formschlüssige Verzahnung befestigt wird. Der Rahmen kann durch Distanzbolzen 23 mit dem ihm gegenüberliegenden Rahmen verbunden und von diesem distan-= ziert sein, wie schliesslich in den Figuren 26 und 27 in Seiten- und in Aufsicht an einem kompletten Austauscher dargestellt ist.

Die Figuren 28 und 29 zeigen analog einen Austauscher mit nicht rechteckigem Rahmen.

In Figur 26 ist zusätzlich auf beiden Seiten je ein angeschlossener Speiseraum 24 dargestellt, welcher die summarische Zu- bzw. Abführung der intrakapillaren Substanz für alle Kapillaren über die Zuleitungen 25 ge-

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währleistet.

Die Wandungen der Kapillaren des erfindungsgemäss hergestellten Austauschers können ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die die Wandung darstellenden Membranschichten können anorganischer, organischer oder metallischer Natur sein. Organische Membranschichten bestehen beispielsweise aus Hydratzellulose. Sie können z.B. mittels des im Schweizerischen Patent (Patentanmeldung No. 12'305/67) beschriebenen Verfahren erzeugt werden.

Die Kapillaren können auch als Beschichtungshüllen von Hilfskörpern hergestellt sein, wobei diese Hilfskörper vorgefertigte Vollfäden, Volldrähte oder ihrerseits Kapillaren sind, welche aus gegenüber den Membranschichten oder Zwischenproduktschichten relativ leicht löslichen und/ oder relativ leicht schmelzbaren Substanzen gebildet wurden und welche zwecks Freilegung der die eigentlichen Kapillaren darstellenden, BeSchichtungshüllen aus diesen herausgelöst und/oder herausgeschmolzen worden sind. Die Erzeugung der Beschichtungshülle auf dem Hilfskörper kann vorschlagsgemäss durch Lackierung, Besprühung oder dergleichen des Hilfskörpers mit trocknenden und/oder härtenden Lacken, Giesshar.zen oder anderen vernetzten, flüssigen oder pas tosen Substanzen? wie Silikonkautschuk erfolgen. Die Hilfskörper können vorschlagsgemäss aus Polystyrol, Polyvinylazetat oder Wachs bestehen, ihr spezifisches Lösemittel kann vorschlagsgemäss Trichloräthan, Benzin o.'ä, sein.

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Das Herauslösen und/oder Herausschmelzen aus der Beschichtungshülle kann im Sinne der Erfindung vorzugsweise nach Ausbildung der ausgehärteten Giessschicht 18, und zwar an allen Kapillaren gleichzeitig, vorgenommen werden.

Die Durchmesser der Kapillaren liegen vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 mm, ihre gegenseitigen Abstände im Kapillarenbündel des Austat'cchers haben ähnliche Abmessungen.

Der Werkstoff der ausgehärteten Giessschicht 18 besteht aus durch thermische, trocknende und/oder chemische Prozesse ausgehärteten oder vernetzten Substanzen, die vor der Einwirkung dieser Prozesse giessfähig oder auch pastenförmig waren, also z.B. Azetyl^ellulose, Epoxyharze, Polyesterharze, Polymethacrylate, Ein- und Mehrkomponenten-Silikongummi, Metall/Kunststoffpasten usw.

Als Trennmittel 17 können beispielsweise GeIatine-Wassermischungen, Wachs,, Silikonharze verwendet werden.

Als zur Auflösung des Trennmittels verwendbare Lösemittel, die gegen die Giessschichten und die Kapillaren inert sind, dienen z.B. Wasser, Alkohol, Benzin o.a. Das Material der Rahmen 21 und der Distanzbolzen 23 kann aus Metall oder Kunststoff (wie z.B. Polypropylen) bestehen.

Das Material der Abstandshalter 14 kann aus Kunststoff, Metall o.a. bestehen, sofern diese Abstandshalter nachträglich durch lösetechnische Vorgänge aus dek Kapillaren-·

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bündel entfernt werden sollen, kann man die Abstandshalter (insbesondere als Gewebe) aus monofilen Polyalkoholfäden herstellen, die sich im Wasser auflösen lassen.

Die Austauscher der Erfindung dienen z.B. als Dialysatoren (z.B. zur Stofftrennung,wie Abtrennung niedermolekularer Anteile aus Eiweisslösungen oder Blutdialyse), zur Wassergewinnung nach den Prinzipien der umgekehrten Osmose, zur Kälteerzeugung oder zur Sterilisation, z.B. für Substanzen wie Milch, die durch den intrakapillaren Raum geleitet werden und dort in genauer Dosierung kurzzeitig erhitzt und gegebenenfalls abgekühlt werden können, indem man dem interkapillaren Raum entsprechende Heiz- und Kühlmittel zuführt.

Weiterhin ist es möglich, solche Austauscher für Destillationsprozesse-, z.B. für das Vacuum-Mültiflash-Verfahren zur Meereswasserentsalzung einzusetzen, wobei das Seewasser intrakapillar geleitet und die_t Kondensation des Wasserdampfes im interkapillaren Vakuum erfolgt.

Schliesslich betrifft die Erfindung auch noch eine durch das erfindungsgemässe Verfahren herstellbare Ausführungsform des Austauschers, welche sich zur Elektrodialyse, z.B. zur Entsalzung van Salzwasser eignet. Auch kann diese Aus-führungsform zur Entsalzung unter Anwendung eines Magnetfeldes eingesetzt werden.

Zur Durchführung dieser Variante zwecks Herstellung von Austauschern für die letztgenannten Zwecke

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OC

werden als Ausgangskapillare, die noch eine Hilfsseele entr halten, solche verwendet, deren Membranwandungen unsymmetri-" sehe Eigenschaften, bezogen auf den kapillaren Querschnitt, besitzen. Dies bedeutet, dass z.B. die eine Wandungshälfte ein und derselben Kapillare mehr und die andere Wandungshä'lfte weniger ionenselektiv, oder dass die eine Wandungshälfte anionenselektiv und die andere kationenselektiv ist. In diesem Falle müssen die Abstandshalter so gestaltet sein, dass sie die Kapillaren gegen Verdrehung, z.B. in bezug auf die Kanülen eines Austauschereinsatzes fixieren. Diese Fixierung geschieht z.B. durch Verkleben der Kapillaren mit den einzelnen Zellen oder Kanülen des Abstandshaltereinsatzes oder auch an den Kreuzungspunkten platten- oder gitterfö'rmiger Abstandshalter mit den Kapillaren.

In diesem Zusammnehang betrifft die Erfindung auch die Herstellung von zur Verwendung in Austauschern der letztgenannten Art geeigneten "unsymmetrischen" Kapillaren, sowie deren Fixierung in entsprechend ausgebildeten . Abstandshaltern oder Einsätzen.

Die Erzeugung dieser Kapillaren erfolgt erfindungsgemäss so, dass man analog dem weiter oben angegebenen Verfahren zur Herstellung von Beschichtungshüllen auf vorgefertigten Hilfskörpern und deren Auslösung aus diesen Beschichtungshüllen zur Bildung der eigentlichen Kapillaren die unsymmetrischen Kapillaren als Beschichtungshüllen aus mehr als einer Substanz auf Hilfskörper aufträgt und an-

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anschiiessend, vorzugsweise nach der mehrlagigen Bündelung derartiger Schichtkörper, die Hilfsseelen herauslöst und/ oder herausschmilzt. Als Hilfsseeelen können auch hier Vollfäden, "Volldrähte, vorzugsweise aber Kapillaren aus relativ leicht löslichen und/oder relativ leicht schmelzbaren Substanzen, wie Polystyrol, Polyvinylazetat, Wachs und, dergleichen verwendet werden.

Die Hilfskörper können aus der durch ihre Beschichtung gebildeten Kapillare herausgelöst werden, z.B. durch Trichloräthan oder Benzin und gegebenenfalls durch Erwärmen verflüssigt und durch Druckanwendung oder Zentrifugieren aus ihrer Beschichtungshülle entfernt werden.

Die Beschichtung der Hilfskörper kann Vorschlagsgemäss dadurch geschehen, dass man durch Walzenauftrag einen Lack halbseitig auf den Hilfskörper' aufbringt und nach dessen Austrocknen oder Aushärtung mittels chemischer und/oder thermischer Mittel die um 180° verdrehte andere Halbseite des Hilfskörpers mit einer anderen Lacksubstanz ebenso behandelt. Die beiden Lacksubstanzen der beiden Beschichtungshälften enthalten erfindungsgemäss verschiedene Trockenbestandteile mit verschiedenen Eigenschaften, wie z.B. anionen- und kationenselektiver Filmbildner.

Erfindungsgemäss können diese halbseitigen Beschichtungen mehrmals erfolgen, es kann auch vorher oder nachher eine vollständige Beschichtung mit anderen Lacken (z.B. Azetylzellulose und deren Modifikationen) erfplgen,

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welche sogar nachträglich noch chemischen Behandlungen (z.B. Verseifung zur Hydratzellulose) ausgesetzt werden können. Die Beschichtungen können an einer eindimensionalen Aneinanderreihung (webkettenartig) von Hilfskörpern kontinuierlich vorgenommen werden. Hierbei ist es auch möglich, Abstandshalter quer auf die fertigbeschichteten Hilfskörper aufzulegen und diese z.B. durch Klebstoff verwendung punktförmig zu verbinden. Derartige Abstandshalter können quer aufgelegte Fäden sein.

Die Figuren 35■bis 39 erläutern das Gesagte näher: Figur 35 zeigt im Querschnitt eine unsymmetrische Kapillare. Sie ist hier nur aus zwei Half ten von untereinander verschiedenen Substanzen gebildet, von denen die eine, 26, z.B. anionenselektive Eigenschaften aufweist, und die andere, 27, kationenselektive.

Figur 35 zeigt, wie bereits gesagt, nur zwei asymmetrisch angeordnete Halbmäntel, die an ihren Berührungslinien miteinander dicht und fest verbunden sind. Im Sinne der Erfindung kann eine solche Kapillare jedoch noch weitere Schichten innen und aussen aufweisen, die auch symmetrisch um den ganzen Umfang herum angeordnet sind.

Figur 35a zeigt die kleiche Kapillare wie in Figur 35, jedoch noch im Zustand ihrer Erzeugung. 28 ist ein kapillarförmiger Hilfskörper, auf welchem im Sinne _i; der Erfindung die HalbmMntel 26 und 27 aufgebracht worden sind, und welcher anschliessend noch zu entfernen ist.

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Analog zeigt Figur 35b einen Volldraht (oder -faden) 28 V als Hilfskörper.

Figuren 36 und 37 zeigen die'erfindungsgemässe Erzeugung der unsymmetrischen Kapillaren an Hand eines Beispiels. Die Hilfskörper 28 (in diesem Falle als Kapillaren gezeichnet) sind in linearer Anordnung auf der Walze 29 aufgewickelt und durchlaufen im Sinne des Pfeiles 30 die beiden Walzenwerke 31. Diese Walzenwerke bestehen aus einer .Lackwanne 31', mehreren Verteilerwalzen 31" und der Lakierungswalze 3Γ " .

Die erste Lackierungswalze 31' ' ' ist nochmals in Figur 36 in der Ansicht gezeichnet. Auf ihr laufen in Nuten, in welche durch das Vertexlerwalzenwerk die Lackkomponente 32 aufgetragen ist, die Hilfskapillaren 28, werden halbseitig lackiert und durchlaufen die Trocknungseinheit 33. Danach durchlaufen die halbseitig-lackierten und getrockneten Hilfskapillaren 28 die zweite Lackierungseinheit 31, welche wie die erste arbeitet, jedoch um 180° versetzt, indem die Walze 31* ' ' von oben arbeitet. Nach Passieren der zweiten Trocknungseinheit 33 kann die eindimensionale Schicht der nunmehr mit zwei Mantelhälften lackierten Hilfskapillaren auf die Trommel 34 aufgewickelt werden. Vorher oder danach können Fäden 29 (siehe Figuren 38a und 38b) quer auf die Kapillarenschicht aufgelegt werden und beispielsweise durch' punktförmige Materialanhäufungen 30 fixiert werden.

Natürlich können auch symmetrische Kapillaren

te

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ausgehend von einer einlagigen Schar von Hilfsseelen, z.B. mittels der Apparaturen der Figuren 3 6 und-3 7, erzeugt werden.

Figur 38a zeigt im Schnitt, Figur 38b in der Draufsicht die erfindungsgemässe Anordnung von mehreren (in den Figuren drei) unsymmetrischen Kapillaren laut Figur 35, die punktweise mit Abstandshaltern fo verbunden sind, z.B. durch KLekstoffanhäufungen $0. Durch diese Anordnung und lagenfeste Verbindung ist gewährleistet, dass alle Kapillaren in bezug auf ihre__unsymmetrische Ausgestaltung gleichgerichtet sind.

Der intrakapillare Raum aller Kapillaren kann mit den oben beschriebenen Ausgestaltungen an Verteiler räume angeschlossen werden. Es liegt aber auch im Sinne der Erfindung, dass derart beschriebene unsymmetrische Kapillaren und ihre gegenseitigen Anordnungen auch mit konventionellen und bekannten Methoden an Verteilerräume angeschlossen werden können.

Durch Paketierung von Kapillaren-"ketten" gemäss Figuren 38a und 38b erhält man ein System, wie es in Figur 39 gezeigt ist und welches z.B. als elektrodialytisch arbeitendes System eingesetzt werden,kann, bei welchem der intrakapillare Raum pl aller Kapillaren mit dem interkapillaren Raum /3 zwischen den Kapillaren innerhalb eines durch

Ψ + Ψ
die Elektroden 21 und #L~ erzeugten elektrischen Feldes in Reaktion gebracht wird.

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Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Ausübung elektrodialytischer Trennprozesse, welches sich dadurch kennzeichnet, dass man den intrakapillaren Raum einer Nebeneinanderreihung von drehungsfixierten Hohlrö'hrchen oder Hohlfaden (im folgenden Kapillaren genannten) mit dem zwischen dieser Aneinanderreihung befindlichen interkapillaren Raum in ein elektrostatisches Kraftfeld bringt, dem intrakapillaren Raum und den interkapillaren Räum je mit einer fliessfähigen Substanz durchströmen lässt, wobei die Mäntel der Kapillaren aus mehr als einer ionenselektiven Substanz verschiedener Eigenschaft dergestalt hergestellt sind, dass pro Kapillarmantel diese verschiedenen Substanzen unsymmetrisch (bezogen auf den Querschnitt) angeordnet sind und dass alle Kapillarmäntel in bezug auf diese Unsymmetrie relativ zum elektrostatischen Kraftfeld gleichorientiert und drehfixiert angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche

1. / Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillarenaustauschers mit nebeneinander liegenden und dabei voneinander distanzierten Kapillaren, deren beiderseitige Enden mit offenen Stirnseiten in Bonrungen von mindestens zwei Distanzierungswänden dicht eingebettet sind, wobei durch die intrakapillaren Räume ein erstes und durch den interkapillaren- Raum zwischen den DistanzierungswMnden ein zweites Fluidum fliessen kann, und wobei jede Membrankapillare auf einer Hilfsseele, bestehend aus einer auflösbaren oder relativ leicht schmelzbaren Hilfssubstanz, durch Aufbringung einer oder mehrerär Membranschichten mit einer Lösung oder mit Lösungen der die Membran selbst bildenden

in ' "

Substanz oder eines/die letztere Substanz umwandelbaren Zwischenprodukts, und, im letzteren Fall., nachfolgender Umwandlung in die die endgültige Membranschicht bildende Substanz erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Anzahl von so erzeugten, die genannte Hilfsseele enthaltenden Membran- oder Zwischenprodukrtkapillaren unter Wahrung von den Durchfluss des zweiten Fluidurös gestattenden Ab- f ständen der Membrankapillaren voneinander bündelt und in | dieser Anordnung mit ihren Enden in ein in einer Giessförm befindliches Trennmittel einführt, darauf auf das Trenn-

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mittel eine Giessschicht aushärtbares₅ mit der Substanz der Stirnseitenzonen der Kapillarenenden sich dicht verbindendes Vergussmaterial aufgiesst, dieses aushärtet, alsdann die Giessform und das darin befindliche Trennmittel von den Kapillarenenden entfernt, und schliesslich aus den Membran- bzw. den Zwischenproduktkapillaren die HiIfsseelen unter Erhaltung der Membrankapillarensubstanz oder des genannten Zwischenprodukts aus dem Inneren der Kapillaren entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranschichten auf die Hilfsseele durch Lackieren oder Besprühen mit trocknenden und/oder härtbaren Lacken, Giessharzen oder anderen vernetzenden, flüssigen oder pastosen Substanzen wie Silikonkautschuk aufgebracht werden.

3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung einer oder mehrerer Schichten auf die Hilfsseele mit einer Lösung eines in die Membransubstanz umwandelbaren Zwischenprodukts erfolgt, und dass die aus dem letzteren bestehende Wandung später durch Troesknerl^ Härten öder chemische Behandlung in die die endgültige Membrankapillare bildende■Substanz umgewandelt wird. "-'-·■'

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4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsseelen aus den Membran- bzw;· den Zwischenproduktkapillaren mittels eines die ersteren, aber nicht die Membrankapillarensubstanz bwz. das Zwischenprodukt auflösenden Lösungsmittels herausgelöst werden.

5. ■ Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauslösen der Hilfsseelen nach dem Aushärten der Giessschicht erfolgt.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsseelen aus den Membran- bzw. den Zwischenproduktkapillaren herausgeschmolzen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausschmelzen der Hilfsseelen nach dem Aushärten der Giessschicht erfolgt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Stirnseitenzonen jeder der Kapillaren am Kapillarenaussenumfang vor Einführung in das Trennmittel mit einem Hilfsmantel umgeben wird, welcher die Festigkeit der Verankerung der Kapillaren in der Giessschicht erhöht.

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9. Verfahren nach Ansprüchen- 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einführung der Enden der Membran- oder Zwischensubstanzkapillaren nebst in diesem befindlichen Hilfsseelen in das Trennmittel auch ein das gesamte- Kapillarenbündel umgebender Rahmen auf das Trennmittel aufgelegt wird und dass beim Aufgiessen der genannten Giesschicht diese sich auch mit dem Rahmen verbindet.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, | dass zwischen den Kapillaren Abstandshalter angeordnet sind, die mindestens solange im Bündel verbleiben bis die Giesschicht auf das Trennmittel aufgegossen ist,

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter nach Aufgiesaen der Giesschicht aus dem Bündel entfernt

12_t Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter nach Aufgiessen der Giesschieht durch das erwähnte Aushärten der letzteren mit ihr fest verbunden werden und im Bündel verbleiben.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren an den Abstandshaltetfi gegen Verdrehung gesichert werden..

14r " Verfahren nach Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren zu einer: ßinlagigen Schar gebündelt werden.

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SAD ORiQiNAt

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Membran- oder Zwischenproduktschichten durch kontinuierliche Beschichtung von zu einer einlagigen Schar gebündelten Kapillaren erfolgt.

16. Membrankapillarenaustauscher, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Ansprüchen 1-15.

17. Membrankapillarenaustauscher gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Speiseraum für eine durch die Kapillaren zu leitende Flüssigkeit besitzt, und dass die Kapillaren im Bereich ihrer Stirnseiten in mindestens ·

ausgehärtete

eine/Giesschicht dichtend eingegossen sind, wobei diese Giesssehichten eine Wand oder einen Teil einer Wand des genannten Speiseraums bildet.

18. Membrankapillarenaustauscher gemäss Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseitenzonen der Kapillaren am Kapillarenaussenumfang mit Hilfsmänteln umgeben sind, welche die Festigkeit der Verankerung der Kapillaren in den gehärteten Giesschichten vergrössern.

19. Membrankapillarenaustauscher gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren in einer einlagigen Schar .. angeordnet sind, und dass die genannten Hilfsmäntel derselben in ein und derselben Stirnseitenzone der Kapillaren eine durchgehende Lamelle bilden. _; .-■__- . , .· -

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20. Membrankapillarenaustauscher gemäss Ansprüchen 16 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehärteten Giessschichten, in welche die Stirnseitenzonen der Kapillaren dichtend eingeführt sind, ihrerseits in vorgefertigten Rahmen befestigt sind, wobei diese Befestigung durch einen Verguss der Verguss-Substanz mit dem jeweiligen Rahmen ausgebildet ist.

21. Membrankapillarenaustauscher gemäss Ansprüchen 16 bis

20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kapillaren Ab-Standshalter angeordnet sind.

22. Membrankapillarenaustauscher gemäss Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter Kanäle bilden, in deren jedem mindestens eine Kapillare gelagert ist.

23. Membrankapillarenaustauscher gemäss Ansprüchen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Kapillaren desselben unsymmetrische Wandungseigenschaften bezogen auf den Kapillarenquerschnitt aufweist, und dass Abstandshalter vorgesehen sind, welche die Kapillaren gegen Verdrehung fixieren.

24. Multigegenstrotnaustauscher umfassend ein Bündel aus sich vorzugsweise parallel zu einander erstreckenden Röhren, zwei Endwände, in deren einer das eine Ende des genannten Röhren-' bündeis und in deren anderer das andere Ende des genannten Bündels befestigt ist, wobei die Röhren des genannten Bündels an beiden Enden auf der Aussenseite. der genannten Endwände

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gelegene Oeffnungen besitzen, eine sich zwischen den beiden Endwänden erstreckende Kammer, in welcher das genannte Röhrenbündel untergebracht ist. eine Einrichtung zum Beschicken der Röhrenöffnungen am einen Ende des genannten Bündels mit einem ersten fluiden Mittel, und zur Entnahme des letzteren aus den Röhrenöffnungen am anderen Ende des Bündels sowie Einlass- und Auslassorgane zum Durchleiten eines zweiten fluiden Mittels durch die genannte Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz vorgesehen ist, der aus mehreren, eine Mehrzal von beidseitig offenen Einzelkanälen bildenden Wandungen besteht und der so in der genannten Kammer befestigt ist, dass mindestens je eine-der genannten Röhren durch das Innere eines der genannten Einzelkanäle hindurchragt, und dass im Kammerinneren in den an die genannten Endwände angrenzenden Bereichen freie Räume verbleiben, in welche die Oeffnungen an den beiden Enden der genannten Einzelkanäle einmünden, wobei das genannte Einlassorgan mit dem einen und das genannte Auslassorgan mit dem anderen der beiden freien Räume im Kammerinneren in Verbindung steht.

25. Multigegenstromaustauscher gemäss Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endwände sich in zwei miteinander nicht parallelen ebenen oder gekrümmten Flächen erstrecken, wodurch die Längen der Röhren des genannten Bündels voneinander örtlich variieren.

26. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 oder 2 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines jeden der

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genannten EinzelkanMle des Einsatzes nach mindestens einem seiner beiden Enden zu verringert ist.

27. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 oder

25, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines jeden der genannten Einzelkanäle in der Nähe desjenigen Einsatzendes, welches dem mit dem genannten Einlassorgan verbundenen freien Raum zugewandt ist, so verengt ist, dass das in den letzteren Raum eingeleitete zweite fluide Mittel auf alle Kanäle- des Einsatzes annähernd gleichmässig verteilt wird.

28. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 bis

27, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Einsatz aus einer Mehrzahl von Röhren besteht, die mindestens in einer Zone miteinander verbunden sind.

29. Multigegenstromaustauscher gemäss Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Röhren des Einsatzes aus mindestens einem Abstandshalter besteht.

30. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 bis

27, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Einsatzes aus einer Mehrzahl von mit einander in Berührung stehenden Folien bestehen, von denen mindestens ein Teil gerillt oder gewellt ist,

31. Multigegenstromaustauscher genulss Ansprüchen 24 bis

28, dadurch gekenn^e^^hnet,, dass der E LnH at ζ aus einem Block

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mit als Einzelkanäle ausgebildeten, zu einander im wesentlichen parallel verlaufenden Durchlässen besteht.

32. MuItigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren des genannten Bündels mindestens an einem ihrer beiden Enden verdickt sind, wobei die Verdickungen sich durch die an dem betreffenden Röhrenende angreifende Endwand und bis in das Innere des die Röhre umgebenden Einzelkanals des Einsatzes erstrecken.

33. Multigegenstromaustauscher gemäss Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass sich das verdickte Ende der Röhren durch die auf der Einlasseite für das zweite fluide Mittel gelegene Endwand und bis in das Innere von die Röhren umgebenden Einzelkanälen erstreckt, deren Querschnitt in der Umgebung des Röhrendurchgangs durch dieselben so verengt ist, dass das in den auf der Einlasseite gelegenen freien Raum eingeleitete zweite fluide Mittel auf alle Kanäle gleichmässig verteilt wird.

34. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkanäle mit Einschnürungen versehen sind, durch welche in dem durch sie strömenden zweiten fluiden Mittel Turbulenz erzeugt wird.

35. Multigegenstromaustauscher gemäss Ansprüchen 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühren in ihrem sich innerhalb der KanUle befindlichen Bereich Einschnürungen aufweisen, durch

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welche in dem durch sie fliessenden ersten fluiden Mittel Turbulenz erzeugt wird.

36. Verfahren zur Ausübung elektrodialytischer Trennprozesse mittels eines Membrankapillarenaustauschers, dadurch gekennzeichnet, dass man den intrakapillaren Raum einer Nebeneinanderreihung von drehungsfixierten Kapillaren mit dem zwischen dieser Aneinanderreihung befindlichen interkapillaren Raum in ein
elektrostatisches Kraftfeld bringt, dem intrakapillaren Raum und den interkapillaren Raum je mit einer fliessfähigen Substanz durchströmen lässt, wobei die Membranschichten der Kapillaren aus mehr als einer verschiedenartig ionenselektiyen Substanz dergestalt hergestellt sind, dass pro Kapillarmantel diese verschiedenen Substanzen unsymmetrisch bezogen auf den Querschnitt angeordnet sind und dass alle Kapillarmäntel in
Bezug auf diese Umsymmetrie relativ zum elektrostatischen Kraftfeld gleichorientiert und drehfixiert angeordnet sind.

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