DE3103464C2 - Dichtungsrahmen für Elektrodialyse-Membranstapel - Google Patents

Abstract

Die Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationen-Austauschermembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse umschließen einen netzförmigen Abstandshalter für die dort zur Anlage kommenden Membranen. Um bei diesen Rahmen die netzförmigen Abstandshalter sicher in ihrer Lage zu halten, ohne dabei die Dicke der Dichtungsrahmen zu vergrößern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Ränder (1a) des netzförmigen Abstandshalters (1) auf einen die Dicke des Rahmens (3) unterschreitenden Wert komprimiert in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen (3) so einzuformen, daß die Dicke des in der Kammer liegenden nichtkomprimierten Teiles des Abstandshalters (1) im wesentlichen mit der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen (10-16) versehenen Dichtrahmens entspricht. Auf diese Weise entstehen sehr dünne Dichtrahmen mit einer Dicke von etwa 1,0 mm, so daß sich der Wirkungsgrad eines Elektrodialyse-Gerätes von vorgegebenem Volumen erheblich vergrößert.

Description

netzförraigcn Abstandshalters in den aus Kunststoff 20 chen würde sich die Rahmendicke in unerwünschter bestehenden Rahmen eingeformt sind und die Dicke Weise vergrößern. Relativ dicke Dichtungsrahmen mit

netzförmigem Abstandshalter sind auch unerwünscht.

da sich der Wirkungsgrad je Volumen Baueinheit erheb-

des in der Kammer liegenden Abstandshalters im wesentlichen der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen versehenen Dichtrahmens entspricht, dalich vermindert

durch gekennzeichnet, daß die Ränder (la; 25 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die des netzförmigen Abstandshalters (1) auf einen die Schaffung eines verbesserten Dichtungsrahmens der Dicke des Rahmens (3) derart unterschreitenden einleitend genannter. Art, welcher besonders auch durch Wert komprimiert in den aus Kunststoff bestehen- weniger qualifiziertes Personal gehandhabt werden den Rahmen (3) eingeformt sind, daß die Dicke des in kann, besonders preiswert in der Herstellung ist ein der Kammer liegenden nicht-komprimierten Teiles 30 geringeres Einbauvolumen einnimmt und besonders gudes Abs».and>haiters (1) mit der Dicke des mit linien- te Abdichtungseigenschaften hat
förmigen Dichtungen (10-16) versehenen Dicht- Die vorstehende Aufgabe wird durch einen Dich-

rahmens nach dem Zusammenpressen des Dichtrah- tungsrahmen gelöst, wie er im Kennzeichnungsteil des mens im Stapel übereinstimmt Hauptanspruches näher spezifiziert ist. Durch das im

2. Dichtungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 komprimierten Zustand vorgenommene Einformen der kennzeichnet, daß der netzförmige Abstandshalter netzartigen Abstandshalter entstehen im Bereich der

Rahmenränder ungestörte plane Flächen, die mit linienförmigen Dichtungen stets eine verläßliche Abdichtung

zickzackförmig konturiert ist und sich nur bis in den zickzackförmigen Randstreifen des Dichtungsrahmens erstreckt (F i g. 7—13).

3. Dichtiingsrahmen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der netzförmige Abstandshalter sich unter Aussparung der Versorgungs- und Veibindungsbohrungen und der Zu- und Abflußrinnen über die gesamte Fläche des Rahmens erstreckt.

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Die Erfindung betrifft einen mit netzförmigem Abstandshalter versehenen Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationcn-Austauschcrmembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse, bei dem zickzackförmig konturierte, mit einer linienförmigen Dichtung versehene Rahmenränder, welche eine mit dem netzförmigen Abstandshalter versehene, in entsprechender Weise zickzackförmig berandete Kammer umschließen, gegenüberliegend angeordnete durchgehende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für die zu behandelnde Lösung und die mit abgetrennten gelösten Elektrolyten bzw. elektrisch nicht-ge- t>o ladenen gelösten Stoffe angereicherte b/.w. abgereicherte Lösung, die alternierend über Zu- bzw. Abflußrinnen mit dem Inneren der Kammer in Verbindung stehen, enthalten, wobei Ränder des neizlörmigen Abstandshalter«, in den aus Kunststoff bestehenden Rah- r» men eingeformt sind und die Dicke des in der Kammer liegenden Abstandshalter im wesentlichen der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen versehenen Diehtgewährleisten.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher anhand der Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Dichtungsrahmens mit integriertem netzförmigen Abstandshalter,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie H-II der Fig. 1.

F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie II1-III der

Fig. I.

F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende Schnittdarstellung, in welcher die linienförmigen Dichtungen durch Einbaj in einen Stapel verformt sind,

F i g. 5 und 6 den F i g. 2 und 3 ähnliche Schnittdarstellungen einer abgewandelten Ausführungsform, bei der oberscitig linienförmige und unterseitig flächige Dichtungen vorgesehen sind,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dk-htrahmen gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.

I" i g. 8 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie ViII-

VIII der F ig. 7,

Fig. 9 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IX-

IX der F ig. Λ

I" ig. IO eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dichtiahincn gemäß einer weiteren Ausführuigsform,

F i g. 11 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie Xl-

XI der F ig. 10,

F i g. 12 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie XII-

XII der F ig. 10 und

F i g.! 3 einen der F i g. 11 entsprechenden Querschnitt, bei der oberseitig linienförmige und unterseitig Rächige Dichtungen vorgesehen sind.

Bei der Elektrodialyse befinden sich zwischen zwei an Spannung liegenden Elektroden eine Vielzahl von Kammern, die gegeneinander durch gestapelt angeordnete Dichtungsrahmen und Membranen voneinander getrennt sind. Bei den Membranen handelt es sich um abwechselnd angeordnete Kationen-Austauschermembranen und Anionen-Austauschermembranen. Die Innenfläche eines jeden Dichtungsrahmens enthält einen netzartigen Abstandshalter, der einerseits zur Abstützung der an beiden Seiten angrenzenden Membranen und andererseits zur Verteilung der flächig durchgeleiteten Lösung dient Am Außenrand sind die einzelnen Dichtungsrahmen mit linienförmigen Dichtungen versehen, die einerseits die einzelnen Kammern und andererseits die in den Rahmenrändern vorgesehenen Zufluß- und Abflußbohrungen für die Lösung abdichten.

Weitere Einzelheiten zum generellen Aufbau eines Elektrodialyse-Membranstapels ergeben sich aus der DE-OS 29 02 247.

Der in F i g. 1 dargestellte Dichtungsrahmen ist in etwa eine Verkleinerung eines Originals im Maßstab 1 :2. Der Mittelteil des Dichtungsrahmens wird von einem netzförmigen Abstandshalter t eingenommen, bei dem es sich um ein gewebtes Netz oder auch um ein extrudiertes netzartiges Erzeugnis handeln kann. Gemäß F i g. 1 erstreckt sich der netzförmige Abstandshalter ί bis an den Rand 2 (F i g. 2 und 3) des eigentlichen Rahmenteiles 3. In dem Rahmenteil 3 befinden sich an den Ecken Bohrungen 4 für nicht dargestellte Spannbolzen, mit denen der Membranstapel zusammengespannt werden kann. Außerdem sind an zwei gegenüberliegenden Längskanten des Rahmenteiles 3 durchgehende Bohrungen 5 und -5 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen benachbarten Dichtungsrahmen herstellen oder zur Versorgung der von den Dichtungsrahmen umschlossenen Kammern dienen. An der gegenüberliegenden Rahmenseite befinden sich ähnliche Bohrungen 5 und 6, die ebenfalls die beiden benachbarten Dichtungsrahmen miteinander verbinden oder zir: Abfuhr der verdünnten oder der konzentrierten Lösungen dienen. Von den Bohrungen 6 führen relativ enge Kanäle 7 in das Innere des Dichtungsrahmens. Die Kanäle 7 divergieren nach innen beispielsweise r:nter einem Winkel von 90°. so daß sich eine zickzackförmige Konfiguration der Kammerbeg"enzung neben den Rahmenseitenteilen 3 ergiDt.

Zur Abdichtung der Dichtungsrahmen gegeneinander bzw. gegenüber den zwischenliegenden Membranen dienen linienförmige Dichtungen. Eine erste linienförmige Dichtung 10 verläuft um den gesamten Dichtungsrahmen herum. Im Bereich der Bohrung 4 bis 6 kann zur Verstärkung der Abdichtung noch eine zusätzliche linienförmige Dichtung 11 vorgesehen sein. Die Begrenzung der Kammer übernimmt eine sich im wesentlichen parallel zur Dichtung 10 erstreckende Dichtung 12, die im Bereich der Rahmenseitenteile 3 einen zickzackförmigen Verlauf nimmt. Querverlaufende linienförmige Dichturgseleinente 13 trennen die einzelnen Bohrungen 5 und 6 voneinander. Da erfahrungsgemäß eine linienförmige Dbhtung wirkungsvoller ist als eine flächige Dichtung befinden sich hinter den zickzackförmig vorspringenden Teilen der Umfangsdichtung 12 noch weitere winkelförmige Dichtungsabschnit-Ie 14, die einen großen Teil der dreieckförmigen Ausnehmungen ausfüllen. Eine entsprechende Funktion hat

s auch die wellenförmig verlaufende Dichtung 15 zwischen den Umfangsdichtungen 10 und 11.

Um in erfindungsgemäßer Weise einen Dichtungsrahmen zu schaffen, der bei minimaler Dicke eine maximale Abdichtung gewährleistet und den netzförmigen

ίο Abstandshalter in seiner Lage hält, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den in den Rahmenteil 3 eingreifenden Rand la des netzförmigen Abstandshalters 1 zu komprimieren, um ihn dann im komprimierten Zustand in den eigentlichen Rahmen einzuformen. Dabei wird 5 gemäß F i g. 2 bis 6 dafür gesorgt, daß die Kompression des Abstandshalters 1 vor dem Einformen so vorgenommen wird, daß die Dicke des in der Kammer liegenden, nicht komprimierten Teiles des Abstandshalters im wesentlichen mit der im Stapel vorhandenen Dicke des mit linienförmige'!! Dichtungen versehenen Dichtrahmens entspricht. Die Fi g. 2 und 3 zeigen der Hand des Dichtungsrahmens vor dem Einbau und die Fi g 4 nach dem Einbau. Man erkennt, daß die Außenfläche der linienförmigen Dichtungen im wesentlichen mit der Außenfläche des Abstandshalters 1 fluchtet

Wie die den F i g. 2 und 3 entsprechenden F i g. 5 und 6 zeigen, kann anstelle der unterseitig angeordneten linienförmigen Dichtungen auch eine flächige Dichtung 17 vorgesehen sein, die beispielsweise eine Dicke von etwa 0,1 mm erhält.

Die den netzförmigen Abstandshalter 1 aufnehmenden Rahmenteil können aus einem harten, formstabilen Kunststoff bestehen, auf den anschließend die Dichtkontur mit den linienförmigen Dichtungen 10,11,12,14, 16 im Siebdruckverfahren aufgebracht wird, wie es in der DE-OS 29 02 247 beschrieben ist Das Einbringen des harten, formstabilen Kunststoffes kann durch thermisches Einpressen erfolgen, wobei die Bohrungen 5 und 6 und die Kanäle 7 ausgespart werden.

Da die linienförmigen Dichtungen nach dem Aufdrukken H Siebdruckverfahren kurzzeitig getempert werden müssen, kommen als Materialien für den netzartigen Abstandshalter und den Rahmen nur temperaturbeständige Stoffe wie z. B. Polyester, Polycarbonat und Polyblends aus Acrylnitril/Butadien/Styrcl-Copoiymerisaten (ABS) mit Polycarbonat (PC) in Frage.

Bei der Ausführungsform gemäß der F i g. 7 bis 9 erstreckt sich der netzartige Abstandshalter nicht mehr bis zum Rand des Rahmens, sondern nur noch geringfügig über die zickzackförmige linienförmige Dichtung 16 hinaus. Im übrigen ist diese Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch. Sie wird auch in gleicher Weise hergestellt und arbeitet in gleicnei Weise.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 10 bis 13 wird der Rahmen aus einem weichen elastischen Material, z. B. Polyurethan gefertigt. Dieser Rahmen enthält eine linienförmige Dichtkontur aus dem gleichen Material wie der Rahmen sc'bst, so daß das nachträgliche Bedrucken im S'ebdruckverfahren entfällt. Auch hier können die linienförmigen Dichtungselemente beidseitig vorgesehen werden. Genauso ist es aber ar.ch möglich, in Übereinstimmung mit Fig.5 und 6 die Unterseite flach auszubilden. Entscheidend ist auch hier, daß der netzförmige Abstandshalter in komprimiertem Zustand eingebettet wird und daß nach dem Zusammenpressen des Dichtungsrahmens im Stapel auch dessen Randbereiche die gleiche Dicke erhalten, wie der netzförmige

Abstandshalter selbst. Die Dicke der erfindungsgcmäßen Abstandshalter mit Dichtungsrahmen beträgt nach dem Zusammenpressen im Merrbranstapel im allgemeinen weniger als 1,0 mm; er überschreitet aber keinesfalls eine Dicke von 1.3 mm, so daß sich ein sehr guter volumetrischer Wirkungsgrad ergibt. Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß die Kanäle 7 und die Bohrungen 4 bis 6 je nach Herstellungsverfahren sowohl nachträglich eingestanzt als auch bei der Herstellung durch entspechende Aussparungen mit eingeformt werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mit netzförmigem Abstandshalter versehener Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationen-Austauschermembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse, bei dem zickzackförmig konturieite, mit einer linienförmigen Dichtung versehene Rahmenränder, welche eine mit dem netzförmigen Abstandshalter versehene, in entsprechender Weise zickzackförmig berandete Kammer umschließt, gegenüberliegend angeordnete durchgehende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für die zu behandelnde Lösung und die mit abgetrennten gelösten Elektrolyten bzw. elektrisch nicht-geladenen gelösten Stoffe angereicherte bzw. abgereicherte Lösung, die alternierend über Zu- bzw. Abflußrinnen mit dem Inneren der Kammer in verbindung stehen, enthalten, wobei die Ränder des

rahmens entspricht

Die vorgenannten Dichtungsrahmen sind Gegenstand des deutschen Patentes 29 02 247 der Anmelderin. Diese Dichtungsrahmen haben sich hervorragend bewährt, doch bedarf es für das Stapeln der Dichtungsrahmen mit den eingelegten netzförmigen Abstandshaltern erfahrener Fachkräfte, damit es nicht zu Undichtigkeiten oder Strömungsstörungen kommen kann. Ein an sich bekanntes Einkitten der Abstandshalter in d^;e Rahmenöffnung zur Lagesicherung hat sich wegen des Arbeitsaufwandes als zu teuer erwiesen, zumal die Verkittung zu Abdichtungsstörungen führen kann und die Dikke des Rahmenelementes vergrößert Würde man auf die Randbereiche des netzartigen Abstandshalters unmittelbar ein das Netzwerk durchdringendes härtbares fließfähiges Material aufbringen, ergäbe sich nach dem Einspannen im Stapel durch die Netzstruktur eine nicht sicher abdichtende Oberfläche. Beim Aufbringen größerer Materialmengen zur Erzeugung von guten Dichtflä-