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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine auswechselbare Membranhalterung für Dialysezellen,
insbesondere Elektrodialysezellen. Die Anzahl der in eine Zelle eingebauten Membranhalterungen
führt zu einem Zwei- oder Mehrkammersystem .
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Die Elektrodialyse unterscheidet sich von der reinen Dialyse durch
die Anlegung eines elektrischen Feldes senkrecht zur Fläche der Dialysemembran,
wodurch die Abwanderung iondisperser gelöster Elektrolyte aus einer Lösung im Vergleich
zur reinen Dialyse erheblich beschleunigt werden kann. Solche Elektrodialysezellen
werden beispielsweise eingesetzt zur Gewinnung von Metallen mit möglichst hoher
Reinheizt.
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Nachteilig bei diesen Elektrolysezellen ist jedoch die Halterung
der Dialysemembran selbst. Entweder verwendet man filterpressenartige Konstruktionen
oder wie in der DOS 32 21 371 gezeigt, Rahmen, über die die Membran gespannt ist,
wobei wenigstens ein Schenkel des Rahmens vermittels Federdruck beaufschlagt ist.
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Bei der erstgenannten Ausgestaltung unter Verwendung des Filterpressenprinzips
ist die Anordnung und die von Zeit zu Zeit erforderliche Auswechslung der Membran
umständlich und zeitraubend. Bei der anderen Elektrodenrahmenausgestaltung nach
der DOS ist ebenfalls eine Anordnung eines solchen Rahmens in einem Elektrolytbehälter
schwierig zu bewerkstelligen, weil die Membran außen auf dem Rahmen liegt und die
Dichtung dadurch kompliziert ist. Außerdem ist die Membran gegen Druckbeeinflussung
schlecht geschützt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Membranhalterung
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Ausgestaltungen
nicht besitzt, insbesondere eine sichere und dichte Halterung der Membran ermöglicht,
außerdem im Betriebszustand eine absolute Dichtung zwischen den beiden Elektrodenräumen
gewährleistet, leicht herauszunehmen und wieder einzusetzen ist, wenn die Membran
gewechselt werden muß und kostengünstig herstellbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen zweiteiligen keilförmigen Rahmen,
der zwischen seinen beiden Teilen die Membran aufnimmt und der in einen mit entsprechenden
keilförmigen Nuten versehenen Halter einsetzbar ist, welcher seinerseits im Elektrolysebehälter
befestigt ist.
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Der zweiteilige keilförmige, die Membran enthaltende Rahmen kann
so gestaltet sein, daß die beiden Teile identisch sind, aber spiegelbildlich zueinander
angeordnet, dergestalt, daß die Trennlinie zwischen den beiden Teilen des Rahmens
auf der Längsmittelebene des Keiles erfolgt, der Keil also symmetrische Gestalt
hat, d. h. auf beiden Seiten des Halters Keilflächen gleichen Winkels gebildet sind,
und zwar sind die Keilflächen an den beiden einander gegenüberliegenden Rändern
angeordnet und an dem unteren Rand. Ebenso keilförmig gestaltet sind die Nuten des
Halters, in den der Rahmen eingesetzt wird.
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Es ist aber auch möglich, den Rahmen und entsprechend den Halter
nur einseitig keilförmig zu gestalten, während die andere Seite plan ist, so daß
das zweite Teil des Rahmens ebenfalls aus einem planflächigen damit zusammenwirkenden
Rahmen besteht. Die Membran, die aus jedem bekannten und für den jeweiligen Verwendungszweck
geeigneten Stoff
bestehen kann, wird in den Abmessungen des Rahmens
zwischen die beiden Teile gelegt und Rahmen mit dazwischenliegender Membran in den
Halter eingesetzt und niedergedrückt, so daß die keilförmigen Randflächen des Rahmens
mit den entsprechenden Randflächen des Halters dichtend und die beiden Teile des
Rahmens zusammenpressend in Berührung gelangen.
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Um ein unerwünschtes Hochrutschen des Rahmens mit der Membran zu
verhindern, können an den beiden oberen Enden oder den benachbarten Wänden des Halters
bzw. des Behälters, in welchem der Halter befestigt ist, Niederhaltevorrichtungen,
beispielsweise in Form eines Joches mit Preßschra uben vorgesehen sein.
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Der freie Rahmenausschnitt, der zum Durchgang der Ionen vorhanden
ist und in welchem die Membran ausgespannt ist, kann zum Abfangen von auf die Membran
einwirkenden unterschiedlichen Belastungen mit Längs- und Querverstrebungen versehen
sein, die je nach Membran, Material und Arbeitsbedingungen unterschiedliche Abstände
aufweisen können. Diese Längs- und Querverstrebungen können im Querschnitt rund,
dreieckig oder vieleckig sein, jedoch so bei den querverlaufenden Streben, daß Ablagerungen
auf den obersten dieser Streben vermieden werden. Membranhalterung, also Rahmen
und Halter, sind aus einem inerten kriechfesten Material, vornehmlich aus hochfesten
oder armierten Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen gefertigt, z. B. aus PP, PTFE,
Polymerbeton und dergleichen.
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Falls gewünscht, können in die Dichtflächen des Rahmens und in die
Dichtflächen des den Rahmen aufnehmenden Halters beständige Dichtungen eingearbeitet
sein.
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Zum Abfangen von Verunreinigungen, vor allem bei Einzelmembranwechsel
ohne Elektrolytablauf ist am Grund der unteren über dem Boden liegenden Keilnut
eine rinnenförmige Vertiefung eingearbeitet, in der sich Verunreinigungen ansammeln
können und nicht auf den Dichtflächen liegen bleiben. Zur einfacheren Badreinigung
kann diese Nut auch beidseitig mit Spülverschlüssen versehen sein.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels, welches
in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
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In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Dialysezelle
bzw. Elektrodialysezelle gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt auf der Linie
ll-ll der Fig. 1, Fig. 3 ein Teil des zweiteiligen Rahmens für die Halterung der
Membran, Fig. 4 eine Ansicht des zweiteiligen Rahmens, der die Membran aufnimmt
und Fig. 5 den Halter, in den der Rahmen nach Fig. 4 eingesetzt wird.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Halterung, die das Beazugszeichen
1 trägt und aus den beiden in Fig. 4 und 5 dargestellten Teilen besteht, in einem
Behälter 2 angeordnet und mit dessen Seitenwänden 3 und 4 und der Bodenwand 5 flüssigkeitsdicht
verbunden. In Fig. 1 ist lediglich der Rahmen gemäß Fig. 5 der Zeichnung zu sehen
und hat das allgemeine Bezugszeichen 6. In den Räumen beiderseits der Membranhalterung
befindet sich der Elektrolyt, und auf jeder Seite der Membranhalterung ist eine
Elektrode
angeordnet, die jeweils Kathode oder Anode bildet. In
der Zeichnung sind diese Elektroden der Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Diese
Ausgestaltung ist bekannt.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt auf der Linie ll-ll der Fig. 1 dargestellt,
und die Seitenwand des Behälters ist hier abgebrochen, so daß nur ein Stück davon
übrig bleibt, das mit dem Rahmenhalter 6 verbunden ist, ebenso ein Stück des Bodens
5. In Verbindung mit Fig. 1 und 5 ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß in dem Rahmenhalter
6 Nuten 7 eingefräst sind, die U-förmig verlaufen und deren Seitenwände einen Winkel
x mit der Vertikalen bilden. Dies ist besonders deutlich aus Fig. 2 ersichtlich.
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Die Bodennut 8 besitzt ebenfalls geneigte Randflächen 9 und ist dann
noch um einen Betrag als rechtwinklige Rinne vertieft. Diese Vertiefung ist mit
10 bezeichnet. Die keilförmigen Flächen 9 sind auch gut aus Fig. 1 zu erkennen.
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Der Rahmenhalter 6 nach Fig. 1 ist für sich noch einmal in Fig. 5
dargestellt. Die keilförmig ausgeführten Randflächen sind durch die gestrichelte
Linie 11 seitlich begrenzt, und es ist bei 12 zu ersehen, daß auch diese Randflächen
sich keilförmig nach unten erstrecken, was durch den Winkel y angedeutet ist.
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Es ergibt sich also eine U-förmig verlaufende Nut, die aus drei Seiten
besteht und deren einander gegenüberliegende Flächen keilförmig gestaltet sind.
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Die Nuten 7 und 8 in dem Rahmenhalter 6 sind nun hinsichtlich ihrer
Abmessungen so bemessen, daß in diese U-förmigen Nuten ein Rahmen einsteckbar ist,
der aus zwei der in Fig, 3 dargestellten Teile besteht und der das Bezugszeichen
13 trägt Durch den Winkel x
bei 114 wird angedeutet, daß diese Seitenfläche
der Seitenfläche der beiden gegenüberliegenden keilförmigen Flächen 15 der Nuten
7 entsprechen und der Winkel z der Fläche am unteren Rand des Teiles in Fig. 3 entspricht
dem Neigungswinkel der Randflächen 9 im Rahmenhalter 6, d. h.
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von dem in Fig. 3 gezeigten Rahmen verläuft die eine Oberfläche unter
dem Winkel x, nämlich die Oberfläche 16, während die andere Oberfläche 17 auf der
gegenüberliegenden Seite plan verläuft. Die Oberfläche 17 fällt praktisch mit der
Längsmittellinie 18 in Fig. 2 zusammen. Für die Halterung der Dialysemembran wird
nun noch einmal das in Fig. 3 gezeigte Teil danebengesetzt, so daß sich die beiden
planen Oberflächen 17 gegenüberliegen, und die Membran liegt nun zwischen diesen
beiden Rahmenteilen, von denen einer in Fig. 3 dargestellt ist. Zusammen mit der
Membran wird dann der Rahmen aus den beiden Rahmenteilen 13 in die Nuten 7 und 8
des Rahmenhalters eingesetzt und niedergedrückt.
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Dabei dichtet die Membran, die in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, die beiden Rahmenteile gegeneinander ab, während die keilförmigen Flächen 16
des Rahmens mit den keilförmigen Flächen 15 zusammenwirken und die unteren unter
dem Winkel z verlaufenden Schrägflächen der Rahmenteile 13 mit den Schrägflächen
9 in der Nut 8 des Rahmenhalters. Um ein Heraustreten des zweiteiligen Rahmens mit
der Membran aus den Nuten 7 und 8 des Rahmenhalters 6 zu verhindern, kann ein jochartiger
Niederhalteroberhalb des Rahmens 13 angeordnet sein, der den Rahmen mit Druck beaufschlagt.
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Aus den Fig. 4 und 5 sind die Funktion und der Gebrauch der erfindungsgemäßen
Membranhalterung nun deutlich zu verstehen. Das' Rahmenteil 13 in Fig. 4, das aus
zwei Teilen gemäß Fig. 3 besteht, zwischen
denen die Membran liegt,
wird aus der Stellung gemäß Fig. 4 in Richtung des Pfeiles P in den Rahmenhalter
gemäß Fig. 5 hineingedrückt.
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Dabei drücken die aufeinandertreffenden keilförmigen Flächen, die
beiden Teile 13 des Rahmens zusammen und dichten so zunächst die Membran gegen den
Rahmen ab, und bei weiterem Hineindrücken des Rahmens in den Halter nach Fig. 5
dichten die Keilflächen des Rahmens mit den Keilflächen des Halters beide Teile
ab, so daß ein Durchgang von Flüssigkeit mit Sicherheit vermieden ist.
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Die große Mittelöffnung des Rahmens, die in Fig. 4 mit 19 bezeichnet
ist und die für den Durchgang der Ionen erforderlich ist und in der die Membran
ausgespannt ist, kann mit Längsstreben 20 und Querstreben 21 versehen sein, so daß
eine Abstützung der Membranfläche stattfindet. Diese Streben 20 und 21 sind vorzugsweise
rund oder mehreckig, insbesondere sind die Querstreben 21 so gestaltet, daß sich
auf ihren Oberseiten keine Ablagerungen ansammeln können. Die beim Auswechseln des
Rahmens gegebenenfalls herabfallenden Feststoffteilchen sammeln sich in der nutförmigen
Vertiefung 10 des Rahmenhalters 6 und zur Beseitigung solcher Ansammlungen kann
diese Vertiefung 10 mit Spülanschlüssen versehen sein. Damit sind die dichtenden
Keilflächen immer frei von Ablagerungen und schließen immer dicht ab.
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