DE1952414A1

DE1952414A1 - Membranpaket

Info

Publication number: DE1952414A1
Application number: DE19691952414
Authority: DE
Inventors: Chapman Clifford Vict Gascoyne
Original assignee: William Boby & Co Ltd
Current assignee: William Boby & Co Ltd
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1970-04-30
Also published as: GB1292952A; NL6915729A; IL33211A0; IL33211A; BE740424A

Description

"ATEN'ANWXLTE 1 § § 2 4 1 4

DlPL-CHEM. DR. WERNER KOCH DR.-ING. RICHARD GLAWE

DIPL.-ING. KLAUS DELFS

HAMBURG

DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÖNCHEN

IHR ZEICHEN

BETRIFFT:

2000 Hamburg 52 ■ Walzstraße 12 · Ruf 892255 8000 MOnchen 22 ■ Llebherritra6e 20 · Ruf 22 6548

IHRE NACHRICHT VOM

UNSER ZEICHEN A 90

MDNCHEN

WILLIAM BOBY & COMPANY LIMITED Riakmansworth, Hertfordshire, England

Membranpaket

Die Erfindung betrifft Membranpakete. Derartige Pakete, die in der Regel bei der Umkehrosmose, bei der Dialyse od. dgl., und insbesondere bei der Elektrodialyse Verwendung finden, bestehen in der Regel.'abwechselnd. aus Membranen und permeablen Trenneinsätzen, wobei Jede Membran über eine Dichtung aus Gummi oder Kunststoff an.der benachbarten Membran flüssigkeitsdicht befestigt 1st. Derartige Pakete be-

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DITSCHEOC, HAMIUIO 147*07 . IANKi COMMHZIAN(C A, O„ HAMIUIO, DSP-KAH! 20/1202» ■ TElEOI.i SPECHTZItS HAMIUKO.Iww. SPECHTZIH MÖNCHEN

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• stehen aus einer Anzahl von Zellen. Jede Zelle wird von zwei Membranen gebildet, die über einen permeabken Trenneinsatz voneinander getrennt sind und mit ihren Kanten über" eine Dichtung flüssigkeitsdicht' aneinander befestigt sind.

Jede ,Zelle weist grundsätzlich Durchlässe auf, durch die Flüssigkeit in die Zelle hinein und aus der Zelle ■^ heraus gelangen kann. Diese Durchlässe sind ihrerseits an Sammelleitungen angeschlossen, die rechtwinklig zur · Ebene der Membranen und Zellen verlaufen. Normalerweise gehören jede zweiten Zellen zu gemeinsamen Sammelleitungen.

Die Zellen sollen so dünn wie möglich sein und damit dafür sorgen, daß so viel Flüssigkeit wie möglich mit den Membranflächen in Berührung kommt. Bei einem Paket für die Elektrodialyse soll auch gewährleistet werden, daß der elektrische Widerstand der Zelle niedrig gehalten wird.

Bei gebräuchlichen Zellen liegen die ".Sammelleitunken, innerhalb des Bereichs, der von den Dichtungen umschlossen wird,und außerdem innerhalb des Bereichs der Membranen. | Während diese Anordnung in der Regel erforderlich ist, um für eine ausreichende Abdichtung in den Randbereichen

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der Membranen zu sorgen, bringt sie den Nachteil mit s ich j daß die effektive 'Membranfläche vermindert wird-. Um diesen Nächteil zu überwinden, werden die Sammeilei-'ciingen ihrer Größe nach so klein und ihrer Anzahl nach so gering gehalten, wie es mit einer angemessenen Funktion des Pakets vereinbar ist. Diese Beschränkungen bringen hohe Flüssigkeitsdurchsätze in den Sammelleitungen mit sich, was wiederum zu hohem Druckverlust*zu Spuleffekt bzw. Sprüheffekt (jetting) und zu dementsprechend J

schlechte!¹ Flüssigkeitsverteilung über eine größere Anzahl von Zellen führt.

Nach der Erfindung wird ein Membranpaket für die Elektrodialyse, die Dialyse oder die Umkehrosmose geschaffen mit Membranen, die zwischen sich Zellen bilden,

mit Trenneinsätzen zwischen den^x^el^^cea^eund mit einer Dichtung zwischen Randbereichen mindestens zweier benachbarter Menbranen. die einen Durchlaß zum Eintritt oder Austritt von Flüssigkeit in die Zelle oder aus der Zelle zwischen-den benachbarten Membranen bildet.

Die Dichtung jesteht aus Dichtmaterial oder Dichtstrei fen. ' ' -

Die Dichtung kann so ausgebildet sein, daß sie an gegenüberliegenden Randbereichen benachbarter- Membrane»

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Durchlässe jeweils zum Ein- und Austritt von Flüssigkeit bildet.

Obwohl die Möglichkeit besteht, einige der Eintritts- oder Austrittsdurchlässe in gebräuchlicher . V/eise auszubilden, beispielsweise als Sammelleitungen, die durch den Membranbereich führen, so ist es doch wünschenswert, alle Zellen des Pakets vollständig über Eintritts- oder Austrittsdurchlässe zu versorgen, die nach der Erfindung ausgebildet sind.

In der Regel bestehen die Membranpakete nach der Erfindung aus mehr als einem Paar abwechselnder Membranen und Trenneinsätzen, wobei jedes benachbarte Paar von Membranen zwischen seinen Randbereichen eine Dichtung aufweist, die sowohl Eintritts- als auch Austrittsdurchlässe bildet.

Als Material für die Dichtstreifen oder Dichtungen kommt jedes geeignete Material in Frage, aus dem man Dichtungen herstellen kann, beispielsweise Gummi oder Kunststoff.

Die Dichtstreifen bzw. die Dichtungsmaterialien können, an ihren zugehörigen permeablen Trenneinheiten

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befestigt sein, um die Montage der Zellen zu vereinfachen.-Dies kann man einmal dadurch erreichen, daß man den Dichtstreifen in der Nähe der Kante des zugehörigen Trenneinsatzes anbringt und einen geeigneten Kleber verwendet, um eine dichte Stoßverbindung auszubilden. Andererseits besteht die Möglichkeit, die Maschen des Trenneinsatzes mit einer Dichtmasse, vorzugsweise Gummi oder Polyurethan, entweder durch Gießen oder durch Formgebung auszufüllen, um eine ebene Fläche zu erzielen, die nicht dicker ist, als der permeable Trenneinsatz.

Zwischen den Kantenteilen benachbarter Membranen, zwischen denen kein Dichtstreifen oder Dichtmaterial liegt, kann ein vorgeformter Dichtstreifen eingeführt sein, der einen Teil mit Durchlässen bildet. Dabei weist die Zelle entweder eine aufgerauhte Fläche auf, um den Durchtritt der Flüssigkeit zwischen sich und der benachbarten Membran zu gestatten, oder sie ist in anderer Weise flüssigkeitsdurchlässig. Derartige Teile mit Durchlässen bestehen vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, wie etwa Polypropylen.

Vorteilhafterweise stehen jede zweiten Zellen des Pakets mit gemeinsamen Sammelleitungen in Verbindung, Dabei sind zwei Eintrittssammelleitunrjen und zwei Austrittssarnrnelleitungen vorgesehen, wobei vorzugsweise

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jede Eintrittssammelleitung/in dem Paket ihrer zugehörigen Austrittssammelleitung gegenüberliegt. In einem Paket mit im wesentlichen j?echteckigem oder quadratischem Querschnitt besteht also jede Zelle aus einem Paar von Membranen, die über einen permeablen Trenneinsatz voneinander getrennt sind und an einem Paar gegenüberliegender Seiten über Dichtstreifen oder Dichtungsmaterial jm miteinander verbunden sind, während sie an dem anderen Paar über Durchlaßteile miteinander in Verbindung stehen, die Eintritts- und Austrittsdurchlässe bilden. Übernächste Zellen haben Durchlässe an denselben Seiten des Pakets und können daher mit denselben Sammelleitungen in Verbindung stehen. :

Vorzugsweise ist für das Paket ein Gehäuse vorgesehen, das sowohl den Stapel der Zellen als auch die mit den Zellen in Verbindung stehenden Sammelleitungen auf-

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nimmt, Dabei ist es von Vorteil, daß die Außenwände der Sammelleitungen jeweils von einer Gehäusewand gebildet werden. Die Innenwand einer Sammelleitung besteht vorzugsweise aus der Seite des Pakets, das die mit der Sammelleitung in Verbindung stehenden Durchlässe aufweist. In diesen Fällen können sich Änschlußstücke zum Zu- und Abführen von Arbeitsflüssigkeit zu bzw. aus den Sammelleitungen durch ..öffnungenin den ^Jeweiligen

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Wänden des Gehäuses hindurch erstrecken. Das Gehäuse kann aus beliebigem geeignetem Material bestehen, das den chemischen und elektrischen Bedingungen, die durch den Ablauf des Prozesses hervorgerufen werden, gewachsen ist. Zu derartigen Materialien gehört auch gummibeschichtetes Weicheisen oder Kunststoff, wie Polyvinylchlorid bzw. Polypropylen.

Um das Paket als Einheit zusammenzuhalten, kann ein Dichtmaterial verwendet werden, das an den Seiten des Pakets haftet. Liegt das Paket innerhalb eines Gehäuses, wie es oben beschrieben wurde, so kann das Dichtmaterial eingegossen werden, um flüssigkeitsdichte Unterteilungen zwischen benachbarten Sammelleitungen zu bilden. Geeignete Dichtungsmaterialien weisen irgendeinen Bestandteil auf, der aushärtet bzw. zum Aushärten gebracht werden kann und der sich während des Betriebes des Pakets weder in einem wesentlichen Maße zersetzt noch verformt. Weiterhin ist es erforderlich, daß das ausgewählte Material den chemischen und elektrischen Betriebsbedingungen des Pakets gewachsen ist und daß es zum Haften an den Seiten des Pakets und an den inneren Flächen der Gehäusewände gebracht werden kann. Zu den als Dichtungsmaterial geeigneten Stoffen gehören Wachs, Zement, Teer, gebrannter Gips, Epoxyharz, aushärtender Gummi, zähflüssiger Kunststoff und Bitumen.

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Bei der Herstellung der Membranpakete nach der Erfindung werden die Membranen, die Trenneinsätze und, sofern vorgesehen, die Dichtstreifen zuerst in ihre richtige Lage relativ zueinander gebracht. Die Sammel-) leitungen und die flüssigkeitsdichten Unterteilungen zwischen benachbarten Sammelleitungen können, wie es für den Fachmann verständlich ist, auf mehreren Wegen hergestellt werden.

^ Eine Möglichkeit zur Ausbildung der Unterteilungen

besteht darin, das Paket,wie oben beschrieben, in ein ~ Gehäuse einzubringen und in den Zwischenraum zwischen der Gehäusewand und der Seite des Pakets ein Dichtmaterial einzugießen, wobei man vorher Blöcke dnes anderen Materials, wie etwa Holz, eingelegt hat, um dafür zu sorgen, daß nach dem Entfernen der Blöcke bei ausgehärtetem Dichtungsmaterial Hohlräume für die Sammelleitungen entstehen. Weiterhin besteht die Mög-

P lichkelt, das Paket in ein Gehäuse einzulegen, das

mit Unterteilungen versehen ist. Diese Unterteilungen erstrecken sich von den Innenwänden des Gehäuses und enden direkt an einer Seite des Pakets. Die Unterteilungen sind in vorteilhafter Weise paarweise angeordnet, wobei ein Paar zwischen den Hohlräumen liegt, die die benachbarten Sammelleitungen bilden sollen. Somit können die Zwischenräume, die von jedem

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Paar von Vorsprüngen gebildet werden, mit Dichtungsmaterial ausgefüllt werden, das nach seinem Aushärten die erforderlichen flüssigkeitsdichten Unterteilungen zwischen benachbarten Sammelleitungen darstellt.

Eine weitere Methode zur Herstellung der erforderlichen Dichtungen ist mit der Anwendung von Dichtstreifen verbunden, die sich über die Seiten des Paketes hinaus erstrecken. Bei einem Paket mit rechteckigem oder recht- J winkligem Querschnitt ragen also die Dichtstreifen an jeder Ecke aus dem Paket heraus,und zwar in einer Richtung parallel zu den Seiten des Pakets. Da die Dichtstreifen jeweils übernächster Zellen an abwechselnden Paaren gegenüberliegender Seiten des Pakets liegen, kreuzen die herausragenden Enden ähnliche herausragende Enden von Dichtstreifen benachbarter Zellen. Wird nun Dichtungsmaterial den herausragenden Teilen an jeder Ecke des Pakets zugeführt, so entstehen die erwünschten flüssigkeitsdichten Unterteilungen. Wie oben beschrieben, '" können auch in diesem Falle die Zwischenräume, die die Sammelleitungen bilden sollen, ausgespart werden, indem man Blöcke aus Holz oder anderem geeigneten Material einlegt.

Um die Außenwände der Sammelleitungen herzustellen, kann das gleiche Dichtungsmaterial Verwendung finden,

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das zur Ausbildung der flussigkeitsdichten Unterteilungen dient. Andererseits kann man auch ein unterschiedliches Material verwenden, wobei' dann der Ausformungsprozeß in zwei Stufen durchgeführt wird. Die Außenwand kann auch vorgeformt sein. Sind die Dichtungs- und Ausformungsmaterialien ausgehärtet, so können die Materialblöcke herausgenommen werden, die in den Hohlräumen für die Sammelleitungen liegen.

Die Vorteile der Membranpakete nach der Erfindung liegen nicht nur darin, daß aufgrund der Tatsache, daß keine besonders geformten Dichtungen erforderlich sind, die Produktionskosten sinken, sondern auch darin, daß die Membranfläche besser ausgenutzt wird, da man keine Öffnungen in den Membranen für die Sammelleitungen vorsehen muß. Die Sammelleitungen können also mit großem Querschnitt ausgebildet werden, was zu einer guten Flüssigkeitsverteiiung üB'er die Zellen führt. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß man die Sammelleitungen an Seitenrohre anschließen kann. Somit kann jedes Paket in einem Paketstapel für sich allein versorgt werden, ohne daß man die .Versorgung von einem Ende des Pakets aus vornehmen muß, was wiedeitim eine bessere Plilssigkeitsver teilung zwischen den Paketen mit sich bringt. Außerdem wird praktisch jeglicher Verlust an elektrischer

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Energie vermieden, der sonst aufgrund einer Kurzschluß durch die Leitungen auftreten könnte.

Ein weiterer Vorteil der Pakete nach der Erfindung liegt darin, daß die großen Strömungsquerschnitte in den Durchlässen und in den Leitungen höhere zu verarbeitende Durchsätze gestatten, ohne gleichzeitig die sonst damit verbundenen Nachteile mit sich zu bringen. Da sich die Durchlässe über die gesamte Länge einer Membranseite in einem Paket mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt erstrecken können, fallen außerdem sämtliche Beschränkungen für die Zellengröße fort, die sonst aufgrund der Schwierigkeiten bei der Flüssigkeitsverteilung innerhalb der Zelle gegeben waren. Die einzelnen Membranpakete v/eisen keine äußeren Undichtigkeiten auf und stellen stabile, in sich zusammenhaltende Unterbaugruppen dar, die su Wartungszwecken ohne weiteres aus einem Paketstapel entnommen und behandelt werden können. Da nur eine sehr geringe Berührungsfläche zwischen den Dichtun.^sraaterialien und den Dichtkanten, d.h. insbesondere den Membranen,vo!"handen ist, können alle Einzelteile erneut verwendet werden, wenn die Pakete auseinandergenommen werden.

Auf den beiliegenden schematischen Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfin-

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dung beispielsweise dargestellt.

Pig. 1- ist ein Querschnitt durch ein Paket parallel zu- einer der Membranen.

, Fig. 2 ist eine Seitenansicht gesehen in Richtung des Pfeiles A und zeigt zwei benachbarte Zellen, wobei das äußere Dichtmaterial fortgelassen ist.

Fig. Z) zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, wobei die obere Zelle mit einer abgewandelten Ausführungsform eines Durchlaßteiles versehen ist.

Die gezeigte Ausführungsform nach der Erfindung umfaßt eine rechteckige Membran 11, die von einer benachbarten Membran 12 über einen Trenneinsatz-getrennt ist.

Ein Paar gegenüberliegender Kanten 14 und Ip der Membran 11 ist flüssigkeitsdieht mit den entsprechenden Kanten der Membran 12 verbunden, und zwar jeweils über Dichtstreifen 16 und 17, die aus Gummi bestehen und deren Länge größer ist als die Länge der Meinbrankante. Zwischen dem verbleibenden Paar von Kanten 16 und 19 der Membran 11 liegen Durchlaßteile 21 und 22, die entweder entsprechend Fig. 2 als Polypropylenstreifen mit aufgerauhter Kante zur Bildung von Flüssigkeits-

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durchlassen zwischen dieser Kante und der benachbarten Membran oder entsprechend Fig. J zweiteilig ausgebildet sind, wobei ein Teil 121 eine krenelierte Fläche aufweist, auf der das andere Teil 121 <l als dünner Streifen Mit glatter Fläche aufliegt.

Zwischen der Membran 12 und einer weiteren benachbarten Membran 2;5 befindet sich eine Konstruktion, die der zwischen den Membranen 11 und 12 entspricht, abgesehj.'i davon, daß die Positionen der Durchlaßstücke und der Dichtstreifen vertauscht sind. Somit liegen die von dem Paket abstehenden Enden der Dichtstreifen 25 und 26 zwischen den Membranen 12 und 2 3 rechtwinklig zu den herausratenden Enden der Dichtstreifen 16 bis 17.

Die Anordnung der beiden von den Membranen 11, 12 und 23 gebildeten Zellen wiederholt sich über die Länge des gesamten Pakets,das beispielsweise zwischen 2o und 2oo Membranen umfassen kann. Das Paket liegt in einem Gehäuse J5l. Dieses kann aus gummibeschichtetem Weicheisen oder aus Kunststoff, wie etwa Polyvinylchlorid oder Polypropylen bestehen. An jeder Ecke des Pakets sind die herausragenden Teile der Dichtstreifen bei 27, 28, 29 und. jjo über ein aushärtbares Material, vie

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etwa Polyurethan, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Auf diese Weise entstehen vier Sammelleitungen 32, 33* Jk und 35> ^von denen die Sammelleitungen 32 und 33 mit jeweils übernächsten Zellen des Paketes in Verbindung stehen, während die Sammelleitung 3^ und 35 mit den verbleibenden jeweils übernächsten Zellen verbunden sind. An die Sammelleitungen können Seitenrohre ' angeschlossen sein, indem man nämlich Verbindungsflansche 36 am äußeren Gehäuse vorsieht.

Für den Fachmann ist es klar ersichtlich, daß eine Vielzahl anderer Ausführungsformen der Erfindung möglieh ist. Beispielsweise können die Durchlaßstücke und nicht die Dichtstreifen die an den Ecken herausragenden Teile bilden.

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Claims

Patentansprüche

1. Membranpaket für die Elektrodialyse, die Dialyse oder die Umkehrosmose mit Membranen, die zwischen sich Zellen bilden, und mit Trenneinsätsen zwischen den Membranen, gekennzeichnet durch eine Dichtung (16, IJ, 18, 19) zwischen Randbereichen mindestens zweier benachbarter Membranen (11, 12, Ij?), die einen Durchlaß zum Eintritt oder Austritt von Flüssigkeit in die Zellen oder aus den Zellen zwischen den benachbarten Membranen bildet.

2. Membranpaket nach Anspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (16, IT, 18, I9) an gegenüberliegenden Randbereichen benachbarter Membranen (11, 12, 23) Durchlässe jeweils zum Ein- und Austritt von Flüssigkeit bildet.

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^. Membranpaket nach Anspruch 2, dadurch g e k ennz ei chnet, daß jedes benachbarte Paar von Membranen (11, 12, 2^) zwischen seinen Randbereichen eine Dichtung aufweist, die sowohl Eintritts- als auch Austrittsdurchlässe bildet.

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4τ Membranpaket nach Anspruch J>, dadurch g e kennzeichne t, daß die Eintrittsdurchlässe jeder zweiten Zellen mit einer gemeinsamen Sammelleitung; (j52, ~5~5, ~ϊ>Κ, 35) und die Austrittsdurchlässe dieser zweiten Zellen mit einer anderen gemeinsamen Sammelleitung (32, 33, 3'4, 35) in Verbindung stehen.

5. Membranpaket nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe larig-

φ gestreckt sind und sich über einen Teil des liandbereicns

der Zelle erstrecken.

ο. Membranpaket nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite (Ic, I9) des langgestreckten Durchlasses eine Riffelung aufweist, die in Durchflußrichtung des Durchlasses liegt.

7. Membranpaket nach Anspruch 1 bis 4, dadurch

_ gekennzeichnet, daß die Dichtung (16, 1?,

18, 19) eine Mehrzahl über einen Teil des Randbereichs der Zellen verteilte Eintrittsdurchlässe und eine Mehrzahl über einen anderen Teil des Randbereichs der Zelle verteilter Austrittsdurchlässe bildet.

8. Membranpaket nach Anspruch 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß das Paket im parallel

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zu den Membranen. (11, 12, 2j?) liegenden Querschnitt i;n wesentlichen quadratisch oder rechteckig ausgebildet

9. Membranpaket nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe in einem Paar gegenüberliegender Selten (16, I¹J, 18, I9) vorgesehen sind, während das andere Paar gegenüberliegender Seiten (lo, I?, 18, I9) vollkommen abgedichtet ist.

10. Mernbranpaket nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Paar gegenüberliegender Seiten (18, I9) einer Zelle, in dem Durchlässe vorgesehen sind, rechtwinklig zu dem Paar gegenüberliegender Selten der benachbarten Zelle, in dem ebenfalls Durchlässe vorgesehen sind, angeordnet ist.

11. Membranpaket nach Anspruch 8 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (16, 17, 18, 19) an gegenüberliegenden Seiten der Zellen von Dichtstreifen (16, 17, l8, I9) zwischen den Membranen geoildet werden.

12. Membranpaket nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket in einem Gehäuse (j51) angeordnet ist.

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13 · Membranpaket nach Anspruch 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände der Sammelleitungen von Wänden des Gehäuses (31) gebildet werden.

14. Membranpaket nach Anspruch 11 bis 12, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß sich Anschlußstücke (35) zum Zu- und Abführen von Arbeitsflüssigkelt zu bzw. aus den Sammelleitungen durch öffnungen in den· Wänden des Gehäuses (31) hindurch erstrecken.

15» Membranpaket nach Anspruch 12 bis 14, dadurch g e k e η η ζ e i c h 11 e t, daß das Gehäuse (31) aus gummibeschichtetem Weicheisen oder aus Kunststoffmaterial besteht.

16. Membranpaket nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial Polyvinylchlorid oder Polypropylen ist.

17. Membranpaket nach Anspruch 12 bis 16, dadurch g e k e η η ζ ei ohne t, daß Dichtmaterial (27/ 28, 29, 30) so eingegossen ist, daß flüssiskeitsdichte Unterteilungen zwischen benachbarten Sammelleitungen entstehen.

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