DE4334317A1

DE4334317A1 - Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen

Info

Publication number: DE4334317A1
Application number: DE19934334317
Authority: DE
Inventors: David Livshits
Original assignee: Dombaj GmbH
Current assignee: Dombaj GmbH
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von disso ziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen in zwei Teil ströme, von denen jeder Teilstrom mit Ionen nur einer Ladung angereichert ist, mit einem Flüssigkeitseinführungsstutzen, ei nem mit einer Spannungsquelle verbundenen in einem Arbeitsraum angeordneten Elektrodenpaar zur Bildung eines elektrostatischen Feldes, zwei im unteren Bereich einer jeden Elektrode abführen den Flüssigkeitskanälen und einer Gasabführung.

Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise zur Meerwasser entsalzung verwendet. Bei der beispielsweise in der DE-A-25 59 037 behandelten Elektrodialyse werden die Ionen di rekt aus der Salzlösung extrahiert, wobei die Ionen ihre Ladung an den Elektroden abgeben und sich die hierbei gebildeten Me tallatome an der Kathode abscheiden. Dieses Verfahren ist im Prinzip jedoch nur bei schwachen Salzlösungen anwendbar, nicht jedoch bei der Entsalzung von Meerwasser, in dem die Konzentra tion der fluktuierenden Ionen bei 105 Coulomb pro Liter Lösung liegt. Versuche, die Zahl der zu extrahierenden Ionen durch Einsatz von Ionenfiltern zu erniedrigen, sind daher ungeeignet, da diese Filter nach kurzer Zeit infolge der dort abgelagerten Ionen unbrauchbar werden. Auch tritt bei elektrolytischen Ver fahren das Problem der Korrosion verstärkt in den Vordergrund.

Weiterhin wird in der WO 90/12758 eine Vorrichtung zur Meerwas serentsalzung beschrieben, die u. a. einen Behälter mit einem im wesentlichen vertikal angeordneten Elektrodenpaar zur Bildung eines elektrostatischen Feldes besitzt, der im Boden oder Bo denbereich mit der oder den Wasserzuführungsleitungen verbunden ist und der unterhalb der Elektroden jeweils zwei Abflußkanäle für die mit Ionen einer Sorte angereicherten Flüssigkeitsströme und oberhalb der Elektroden eine weitere Abflußleitung auf weist. Die Elektroden sind mit einem Dielektrikum überzogen. Diese Vorrichtung bedarf jedoch sehr hoher Spannungen an den Elektroden, um überhaupt eine wirksame Ionenseparation herbei führen zu können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Vor richtungen dahingehend zu verbessern, daß die Wirkungsweise op timiert wird, insbesondere die Geschwindigkeit des Elektroly seprozeßes gesteigert und der Energieverbrauch minimiert wer den. Dabei soll die Vorrichtung möglichst platzsparende Abmes sungen, eine konstruktiv einfache Bauweise bei möglichst ener giearmer wirtschaftlicher Leistung aufweisen. Schließlich soll die Wartungsfreundlichkeit erhöht und eine größere Funktionssi cherheit gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Vor richtung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektroden aus zwei koaxial zueinander und jeweils senkrechtstehenden Rohrzylindern mit unterschiedlichen Durch messern bestehen, zwischen denen ein Ringraum als Arbeitsraum zur Flüssigkeitsdurchführung gebildet ist, wobei jede der Elek troden mindestens eine umfangsseitige Öffnung aufweist, die in einen Ablaufkanal mündet, daß in dem Ringraum (21) zwischen den Elektroden 16, 18 eine zylindrische flüssigkeitsdurchlässige Membran 24 aus elektrisch neutralem Material angeordnet ist und daß oberhalb des Arbeitsraumes eine Gasabführung angeordnet ist. Der ringförmige Arbeitsraum, der durch die Elektroden un mittelbar begrenzt wird und damit keine korrosionsgefährdeten Kanten aufweist, besitzt in einer waagerechten Querschnittsan sicht ein radialsymmetrisches Feld und erlaubt den Aufbau einer stehenden Flüssigkeitssäule, in der mit schwachen elektrischen Feldern eine hervorragende Wirkung erzielt werden kann. Zur Vermeidung einer weiteren Durchmischung der elektrodenoberflä chennahen Flüssigkeitsteilchen mit solchen der gegenüberlie genden Elektrode, insbesondere zur Verhinderung einer Rekoinbi nation bereits getrennter Ladungen wird nach der Erfindung in dem Ringraum zwischen den Elektroden eine zylindrische flüs sigkeitsdurchlässige Membran aus elektrisch neutralem Material angeordnet. Diese Membran besteht vorzugsweise aus einem syn thetischen Gewebe, wie Viskosegarn, oder einem Textilstoff, wie beispielsweise dichter mehrschichtiger Baumwolle.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 26 beschrieben.

Vorzugsweise ist der Flüssigkeitszulauf zum Ringraum im Boden bereich angeordnet und der Ringraum als Flüssigkeitssteigrohr mit Öffnungen im oberen Bereich ausgebildet. Durch diese Maß nahme werden gleichmäßige laminare Strömungen mit einer gut do sierbaren Strömungsgeschwindigkeit ohne Turbulenzen gewährlei stet.

Als konstruktiv einfach hat es sich bewährt, jeweils mehrere Öffnungen der Elektroden umfangsseitig der Elektrodenzylinder vorzusehen und um die äußere Elektrode einerseits einen Ringzy linder und inmitten der inneren Elektrode andererseits ein ko axial angeordnetes Abflußrohr anzuordnen. Die in dem ringförmi gen Arbeitsraum zwischen den Elektroden aufsteigende Flüssig keit fließt bei Erreichen der jeweiligen Durchbrechungen der Elektrodenzylinder nach innen bzw. außen ab, wobei die getrenn ten Flüssigkeitsströme je nach Polung der Elektrode mit Ladun gen einer Art angereichert sind.

Zur Stabilisierung der zylindrischen Membran an den Stirnseiten ist ferner vorgesehen, außen und/oder innen um die Membran per forierte Zylinder aus festem Material anzuordnen. Auch diese Zylinder müssen sich selbstverständlich elektrisch neutral ver halten.

Eine weitere Maßnahme zur Schaffung eines von Turbulenzen weit gehend befreiten Flüssigkeitssteigstromes besteht darin, unter halb eines oberen Flüssigkeitseinfüllstutzens eine Glocke zur Ablenkung der Flüssigkeit in einen Ringstrom anzuordnen, der in einen Ringzylinder mündet, der Durchflußöffnungen zum Ringraum zwischen den Elektroden, und zwar in deren unteren Bereich auf weist. Das gravitationsbedingt einfließende Wasser wird somit in einen um die äußere Elektrode gebildeten Ringraum geführt, von wo es radial nach innen strömend in den Ringraum zwischen den Elektroden gelangen kann. Hierbei wird der äußere Ringzy linder als Flüssigkeitsfüllkammer benutzt, deren Flüssigkeits säule höher liegt als die umfangsseitigen Öffnungen der Elek troden, worüber die Teilströme aus dem Ringraum zwischen den Elektroden abfließen können, so daß zwangsläufig nach dem Prin zip der verbundenen Gefäße auch der Ringraum zwischen den Elek troden flüssigkeitsgefüllt ist, ohne daß es einer Pumpe bedarf.

Schon aus herstellungstechnischen Gründen ist die Glocke hohl kegelstumpfförmig mit einem kleineren größten Durchmesser als dem Ringzylinderdurchmesser ausgebildet, aber einem größeren Durchmesser als dem Rohrdurchmesser des Flüssigkeitseinfüll stutzens.

Weiterhin hat es sich bewährt, vom Flüssigkeitseinfüllstutzen zum Ringzylinder einen Labyrinthflüssigkeitsweg anzuordnen. Der Flüssigkeitseinfüllstutzen selbst steht im einfachsten Fall senkrecht auf der Glocke und weist in seinem unteren Bereich mehrere umfangsseitige Öffnungen auf.

Vorzugsweise besitzen der Ringzylinder und der innere Elektrode einen gemeinsamen Boden, während die äußere Elektrode oberhalb dieses Bodens endet, so daß hierdurch eine Verbindung zwischen dem Ringzylinder und dem Ringarbeitsraum zwischen den Elektro den geschaffen ist. Die Elektroden bestehen nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus Titan und/oder sind mit Platin, vorzugsweise einer Dicke von 8 bis 10 µm beschichtet. Platin ist als Edelmetall reaktionsträge und verhindert somit eine frühzeitige Korrosion der Elektrodenzylinder. Die jeweiligen oberen Stirnflächen der Elektroden, der Membran und des inneren Abflußrohres schließen etwa bündig in gleicher Höhe ab und sind am oberen Tragflansch des Arbeitsraumes befestigt. Der Trag flansch weist ferner Gasdurchlaßbohrungen auf, die Teil einer Verbindung des Arbeitsraumes zwischen den Elektroden mit einem unterhalb der Glocke befindlichen Gaskollektor sind, worüber die entstehenden Gase, wie Wasserstoff und Chlorgas, unmittel bar bzw. mittelbar abgezogen werden können. Hierzu sind nach einer weiteren Ausgestaltung auf dem Tragflansch senkrechte Rohre angeordnet, die in den Kollektor münden. Eine kompakte Bauweise wird weiterhin dadurch gewährleistet, daß um den Ring zylinder im oberen Bereich ein weiterer Ringraum angeordnet ist, der über waagerechte Rohre mit dem genannten Gaskollektor verbunden ist. Aus dem Ringraum führt vorzugsweise ein tangen tial hierzu angeordneter Stutzen, der ggf. über einen Flansch mit einer Abzugsvorrichtung verbunden ist. In konstruktiv ein facher Weise wird der Aufbau so gewählt, daß die als Füllkammer dienende Ringkammer durch Schlitze im Deckel mit einer oberhalb dieser angeordneten stabilisierten Ringkammer verbunden ist, die konzentrisch zur Behälterachse aufgestellt ist und die über Schlitze jeweils oberhalb der Glocke an verschiedenen Trennwän den mit der Flüssigkeitseinführung verbunden ist. Vorzugsweise ist der äußere Ringraum zur Gassammlung konzentrisch zur vorge nannten stabilisierten Ringkammer angeordnet. Die vertikalen Rohre zur Gasableitung enthalten in ihrer Basisfläche einen ko nischen Ansaugdiffusor, oberhalb dessen mit Hilfe von Distanz ringen Filterscheiben befestigt sind, oberhalb derer ein kon zentrisch angeordnetes perforiertes Rohr in Zylinderform ange bracht ist, wobei in dem Ringraum, der von dem perforierten Zy linder und dem Gasweiterleitungsrohr gebildet wird, eine Netz spirale angebracht ist. Die Filterscheiben sowie die Netzspi rale dienen als Tröpfchenabscheider und reinigen somit die ab geführten Gase.

Optimale Ionenseparationsergebnisse können mit Elektroden er halten werden, die einen Abstand von 10 bis 40 mm voneinander haben. Der Durchmesser der Membran sollte in einem Verhältnis zum Elektrodendurchmesser so gewählt werden, daß die Membran entsprechend der Formel D_m = d + (D-d)/2 angeordnet ist, wobei D_m den Membrandurchmesser, d den Außendurchmesser der Elektrode und D den Innendurchmesser der äußeren Elektrode bezeichnen.

Weiterhin vorzugsweise besitzt die äußere Elektrode mit größe rem Durchmesser eine geringere Höhe und ist an ihrer unteren Stirnfläche mit einer Bördelung versehen. Die innere Elektrode mit kleinerem Durchmesser ist vorzugsweise mit dem Behälterbo den verbunden.

Eine weitere Optimierung der Arbeitsweise erhält man, wenn zusätzlich auf der Membran eine mit einem Kondensator verbun dene Drahtwicklung angeordnet ist. Diese Drahtwicklung wirkt in Verbindung mit den Elektroden transformatorähnlich, da in der Drahtwicklung Spannungen induziert werden, wobei die Drahtwick lung gleichzeitig zur Ladungsabnahme aus der Elektrolytflüssig keit dient. Die notwendige Zeit zur Ladungstrennung wird durch die verstärkende Wirkung der Drahtwicklung in dem elektrischen Feld der Vorrichtung erheblich verkürzt.

Besonders günstige Arbeitsbedingungen werden geschaffen, wenn die Elektroden mit einer Wechselspannungsquelle, vorzugsweise zur Abgabe von positiven und negativen Rechteckimpulsen verbun den ist. Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wer den Spannungsimpulse bis zu +/-5 V, vorzugsweise 4,5 V, und/oder Stromdichten von 8 bis 100 A/dm² gewählt, wobei Span nung wie Stromdichte jeweils auf den Salzgehalt der Flüssig keitsströme abgestimmt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird inmitten der Spule und der Membran, vorzugsweise zentrisch hierzu, ein Magnetstab angeordnet, der weiterhin feldverstärkend wirkt. Zur besseren Flüssigkeitsableitung besitzt der Magnetstab an seiner Oberfläche eine wendelförmige Nut. Insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit werden die Drahtwicklung und/oder der Magnetstab mit Teflon beschichtet, vorzugsweise der Magnet stab mit einer Schichtdicke von 25 bis 50 µm und die Drahtwick lung mit einer Schichtdicke von 20 bis 35 µm.

Auch außerhalb des Bereiches der Spule und des Magnetstabes sollte zusätlich eine oder mehrere Büchsen aus einem Magnet stoff angeordnet sein, die vorzugsweise an ihrer Oberfläche wendel- oder spiralförmige Nuten aufweisen. Aus konstruktiven Gründen sind die Zulauf-, Arbeits- und Ablaufkammern oder deren Mantelwandungen mit einem Stufenflansch verbunden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Stufenflansch mehrere Öffnungen, die auf der Stirnfläche und/oder in Radialrichtung ausgebildet sind. Die stirnflächigen Öffnungen sind vorzugsweise auf einem Kreisbogen verteilt ange ordnet und/oder die in Radialrichtung ausgebildeten Öffnungen im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Bevorzugt besitzen die Zulauf-, Arbeits- und Ablaufkammer einen gemeinsamen Flansch deckel und den genannten Stufenflansch als obere Abdeckung bzw. Boden und eine Seitenwandung, die durch einen rohrförmigen Man telkörper jeweils gebildet wird, der an der oberen und unteren Stirnseite mit dem Flanschdeckel bzw. dem Stufenflansch verbun den ist.

Der Flanschdeckel besitzt gleichmäßig verteilte Öffnungen, sowie an seiner Unterseite einen Gaskollektor, der radial nach außen ragende Öffnungen mit einer Gasabfuhr aufweist.

Bevorzugt wird die umschriebene Vorrichtung dazu verwendet, insbesondere Meerwasser zu enthärten und/oder Laugen zu gewin nen. Die Härte des Wassers ist im wesentlichen durch Alkali- und Erdalkaliionen, wie Calcium und Magnesium, bestimmt. Führt man mit Calcium und Magnesium angereicherte Flüssigkeiten mit Hydroxidionen zusammen, so bildet sich Calcium- bzw. Magnesium hydroxid, das sich als Sediment abscheidet.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A - A nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B - B in Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Vorrichtung,

Fig. 5 eine weitere Ansicht des Behälters mit Spannungs versorgung und Wasserzu- und Wasserablaufvorrich tungen,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des unteren Elektro denbereiches,

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht des Bereiches der Gasabführungsstutzen,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer weiteren erfin dungsgemäßen Ausführung und

Fig. 9 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 8.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Flüssigkeitseinführungsstutzen 1, einem Wasserein lauf, der beispielsweise aus einem PVC-Rohr mit einem Durchmes ser von 80 bis 100 mm gebildet werden kann. Im unteren Bereich besitzt dieses Rohr äquidistante Schlitze 2, durch welche das Wasser radial nach außen abströmen kann. Der Flüssigkeitsein führungsstutzen 1 steht auf einer Ablaufglocke 3, die ebenfalls aus PVC mit einer Stärke von 5 bis 8 mm gebildet sein kann. Diese Glocke 3 ist hohlkegelstumpfförmig ausgebildet und be wirkt, daß das Wasser radial nach außen in eine Ringkaminer 4 geleitet wird, die über Schlitze 5 einer vertikalen zylinder förmigen Begrenzung der Glocke 3 zugänglich ist. Die Ringkam mer 4 endet bodenseitig mit dem Deckel der als Füllkaminer aus gebildeten Ringkammer um die äußere Elektrode, wobei die die Schlitze 5 im oberen Bereich enthaltende Zylinder-Trennwand auch im unteren Bereich Schlitze 6 besitzt, über die die dort geleitete Flüssigkeit ein- und ausströmen kann. Der Deckel 14 der Füllkammer besitzt ebenfalls Schlitze 15, wobei die Schlitze 5, 6 und 15 derart angeordnet sind, daß sich hierdurch ein Labyrinth für das durchströmende Wasser ergibt. Die Glocke 3 ist im Bereich ihres größten Durchmessers mit der Zy linderinnenwand der genannten Ringkammer 4 verschweißt, wobei die Schlitze 5 in der Zylinderinnenwand bis an den Glockenrand reichen. Umfangsseitig des Außenmantels der Ringkammer 4 ist ein Ringkollektor 7 für Gase angebracht, der mit einem Kollek tor 8 unterhalb der Glocke und inmitten des Innenmantels der Ringkaminer 4 verbunden ist. Das bei der Elektrolyse entstehende Gas kann durch Rohre 9 in den Kollektor 8 und über waagerechte Rohre 10 in den Ringkollektor 7 gelangen. Die Rohre 9 sind auf dem oberen Tragflansch 11 einer Arbeitskammer befestigt, auf die noch eingegangen werden wird. Dieser Flansch 11 trägt gleichzeitig Elektroden 12 und 13 als Anoden- und Kathodenzu führung für die Elektroden. Der Boden der Ringkammer 4 ist gleichzeitig der obere Deckel des als Füllkammer dienenden Ringzylinders 25. Dieser Ringzylinder 25 umschließt einen In nenraum, in dem jeweils zylindrische Elektroden 16 und 18 ko axial zueinander angeordnet sind. Die zylindrische Elektrode 16 besitzt einen Durchmesser von 200 mm und liegt auf negativer Spannung. Die zylindrische Elektrode 18 besitzt einen Durchmes ser von 160 mm und liegt an positiver Spannung. Beide Elektro den bestehen aus Titan und sind mit Platin beschichtet. Die Elektrode 16 weist in ihrem oberen Bereich Bohrungen 17 auf, über die dort abströmende Flüssigkeit in eine Ringkammer 20 ge langen kann, die Teil des Wasserablaufsystems ist. Etwa in der gleichen Höhe besitzt die innere Elektrode 18 Bohrungen 19, durch die dort in ein zentrisch angeordnetes Ablaufrohr 22 ge langende Flüssigkeit abströmen kann. Zwischen den Elektroden 16 und 18 befindet sich ein ringzylindrischer Arbeitsraum 21 für eine aufsteigende Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Das Ablauf rohr 22 besitzt in Höhe der genannten Bohrungen 19 der inneren Elektrode 18 Schlitze bzw. Bohrungen 23, deren untere Kante un terhalb der Bohrungen 19 der Elektrode endet. Entsprechendes gilt für den Innenmantel 30 der Ringkammer 20, der unterhalb der Bohrungen 17 endet.

Zwischen den Elektroden 16 und 18 befindet sich ein ringförmi ger Arbeitsraum 21, in dem eine aus elektrisch neutralem Mate rial bestehende Membran, hier aus dichter mehrschichtiger Baum wolle, angeordnet ist. Der Ringzylinder 25 besitzt einen Bo den 58, der gleichzeitig die obere Stirnfläche eines Sammelbe hälters 26 bildet, der über gleichmäßig im Boden des Ablau fes 20 verteilte Rohre 27 mit dem Ablauf 20 verbunden ist. Im in Form einer schiefen Ebene ausgeführten Boden des Sammelbe hälters 26 ist ein Ablaufstutzen 28 angebracht.

Die Innenwand des Ringzylinders 25 sowie die Innenwand 30 des Ablaufes 20 und die Elektrode 16 enden etwa in gleicher Höhe und besitzen einen gemeinsamen bodenseitigen Abschluß, der oberhalb des Bodens 58 endet. Demgegenüber sind die Elek trode 18 und die Membran 24 bis zu dem Boden 58 nach unten ver längert, so daß das aus der Ringkammer 25 radial nach innen zwischen den Rohren 27 durchströmende Wasser in den Arbeits raum 21 zwischen die Elektroden bzw. links und rechts von der Membran gelangen kann. Die Fließrichtung des Wassers ist durch Pfeile angedeutet, wobei aus der Polung der Elektroden 12 und 13 ersichtlich wird, daß das über das Ablaufrohr 22 abströmende Wasser mit negativen Ladungen angereichert ist, während das über das Ablaufrohr 28 abströmende Wasser mit positiven Ladun gen angereichert ist. Das obere Ende der Elektroden 16 und 18 sowie der Membran und des Ablaufrohres 22 ist durch den Trag flansch 11 bestimmt, der gleichzeitig als Träger für die senk rechten Gasabführungsrohre 9 dient. Diese Rohre sind über ent sprechende Bohrungen im Tragflansch 11 oberhalb der Arbeitskam mer 21 angeordnet.

Aus der Schnittansicht nach Fig. 2 ergibt sich, daß das über die Rohre 9 abströmende Gas, im wesentlichen Wasserstoff und Chlor in den Kollektor 8 gelangt, von dem aus waagerecht füh rende Rohre 10 in den Ringkollektor 7 münden, der einen tangen tialen Ablaufstutzen 29 aufweist, über den die Gase abgesaugt werden können.

Die jeweils koaxiale Lage des zylinderförmigen Ablaufes 20, der Innenwand 30, die vorzugsweise ebenfalls aus PVC besteht, der Elektrode 16, der Membran 24, der inneren Elektrode 18 sowie des Ablaufrohres 22 ist Fig. 2 zu entnehmen, aus der zusätzlich erkennbar ist, daß die Rohre 27 gleichmäßig auf einem Kreis im Boden des Behälters 20 angeordnet sind.

Den äußeren Aufbau entnimmt man Fig. 4, aus dem in Verbindung mit Fig. 1 weiterhin ersichtlich ist, daß der Ablauf 22 durch den Sammelbehälter 26 nach außen geführt wird. Die jeweils oberhalb des Flüssigkeitseinfüllstutzens 1 und der Rohre 22 und 28 unterhalb dargestellten Pfeile demonstrieren die Wasserfluß richtung.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der tangentiale Absaugstut zen 29 mit einem Ablaufstutzen 31 und der Flüssigkeitseinlauf 1 mit einem Zulaufstutzen 32 versehen ist. Die Stromanschlüsse 12 und 13 sind über Kontaktstecker 33 und 34 sowie Stromleitun gen 35 und 36 mit einer Spannungsquelle 39 verbunden.

Der Sammelbehälter 26 ruht auf einem Tragrahmen 37, der wie derum über senkrechte Stützen 38 mit dem Boden befestigt ist. Die Abläufe 22 und 28 sind mit Flanschen 40 und 41 verbunden.

Aus der Detailansicht nach Fig. 6 entnimmt man weiterhin, daß die äußere Elektrode 16, die Kathode, eine Umbördelung 42 in Form eines Ringkragens besitzt. Weiterhin ist aus dieser De tailansicht ersichtlich, daß die Membran 24 innen und außen mit perforierten Zylindern zur Stabilisierung der Membran umrahmt ist. Die dargestellten Pfeile demonstrieren den Weg von La dungsträgern in dem durch die Elektroden 16 und 18 gebildeten elektrostatischen Feld, wobei die angelegte Spannung von etwa 4,5 Volt bereits zur Ladungsanreicherung der jeweiligen Flüs sigkeitsströme ausreicht.

Der konstruktive Aufbau des Gasableitungssystemes oberhalb des Tragflansches 11 ergibt sich aus Fig. 7. Im Inneren der senk rechten Gasableitungsrohre 9 sind ein konischer Diffusor 45 und mehrere Filtrierscheiben 47, 49, 51 und 57 übereinander ange ordnet, deren Abstand durch Distanzringe 46, 48 und 50 bestimmt ist. Die Filtrierscheiben bestehen aus einem porösen Silikat. Oberhalb der letzten Filtrierscheibe 51 befindet sich ein Ring raum zur Kondensatabscheidung etwa noch in der Abluft vorhande ner Flüssigkeitströpfchen. Dieser Ringraum weist eine Netzspi rale 55 auf und ist über Öffnungen 53 mit dem Innenraum 54 des Rohres 9 verbunden, dessen Innenwandung aus dem perforierten Zylinder 56 besteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Meerwasser wird durch den Flüssigkeitseinfüllstutzen 1 einge führt und gelangt dann durch Schlitze 2 oberhalb der Glocke 3, Schlitze 5, 6 und 15 in die Ringfüllkammer 25. Von dort aus fließt es bodenseitig in die Arbeitskammer 21 zwischen den Elektroden 16 und 18, zwischen denen eine Spannung von 4,5 Volt angelegt ist. Die Stromdichte auf den Elektroden liegt in einem Bereich von 1,8 bis 4,2 A/dm². Wie insbesondere anhand der Fig. 6 ersichtlich, werden die Kationen in Richtung der Ka thode 16 und die Anionen in Richtung der Anode 18 wandern, wo bei sie ggf. durch die Membran fließen. Dies führt dazu, daß außerhalb der Membran im Zwischenraum zur Kathode 16 die Katio nen stärker vertreten sind, während im Innenraum zwischen der Membran 24 und der Anode 18 verstärkt Anionen gesammelt wer den, die bei Weiterfluß des Wassers über Öffnungen 17 bzw. 19 in den Ablaufringzylinder 20 bzw. das zentrale Ablaufrohr 22 strömen. Vom Raum 20 gelangen die mit positiven Ionen angerei cherten Flüssigkeitsströme über Rohre 27 in den Sammler 26 und den Abfluß 28.

Die Gase, die sich infolge der elektrolytischen Vorgänge gebil det haben, werden über den Diffusor 45, die Filtrierschei ben 57, 47, 49 und 51 in den Ringraum 52 geleitet, von wo sie aus über die Öffnung 53 in den Innenraum 54 des Rohres 9 bzw. des Innenmantels 56 gelangen. Nach Einströmen in den Kollek tor 8 und Ausströmen durch die Rohre 10 erreichen die Gase den Ringkollektor 7, von wo aus über den Stutzen 29 eine Absaugung erfolgt.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung ist ein Gehäuse 101 mit einem Kollektor 102 zur Gasentfernung vorgesehen. Über dem Kollektor ist ein weiterer Behälter 103 mit einem Flüssigkeits zulaufrohr 104 angeordnet. Das Gehäuse 101 ist auf einem weiter unten beschriebenen Stufenflansch 105 installiert, auf dessen nach unten gerichteter Stirnfläche ein Ablaufbehälter 106 mit getrennten Ableitungsrohren 107 und 108 angeordnet ist. Zur Versorgung der Elektroden dient eine Spannungsquelle 109, die vorzugsweise im Impulsbetrieb arbeitet. Mit später noch zu beschreibenden Drahtwicklungen im Inneren des Behälters 101 ist ein Kondensator 1,10 bzw. ein Gerät, das zur Ladungsaufnahme geeignet ist, verbunden. Zur Gasabfuhr dient ein Ventilatorsy stem 111 mit angedeuteter Gasableitung 112.

Wie im einzelnen aus Fig. 9 ersichtlich, sind auf einem Stufen flansch 105 zylindrische Mäntel 113, 114, 115, 116 sowie ein Membran 117, die mit einer Drahtwicklung bzw. Spule 118 umwickelt ist, und die Elektroden 119 und 120 mit Durchflußöff nungen 121 im oberen Bereich installiert. Diese genannten Män tel bilden eine ringförmige Zulaufkammer 122 sowie eine ring förmige Ablaufkammer 123 sowie eine zentrale, ebenfalls ring förmige Ablaufkammer 124 und schließlich die Arbeitskammer 125. In der Ablaufkammer 124 ist zentrisch und entlang der Längs achse ein Magnetstab 126 mit wendelförmigen Nuten angeordnet. Der Magnetstab 126 ist mit einer Teflonschicht bedeckt. Im Stu fenflansch 105 sind Horizontalöffnungen 127. In die Vertikal öffnungen 128 sind ringförmige Büchsel 129 mit spiralförmigen Nuten 130 eingepreßt. Diese Büchsen bestehen ebenfalls aus einem Magnetstoff, der mit Teflon oberflächenbedeckt ist. Die genannten Kammern 122, 123, 124 und 125 sind nach oben hin mit Hilfe des Flanschdeckels 131 über entsprechende Ringrillen abgeschlossen. Der Deckel besitzt Durchbrechungen 132, die vor zugsweise entlang eines Kreisumfanges angeordnet sind. Oberhalb des Flanschdeckels 131 ist ein Gaskollektor 102 mit einer Gas ableitung 136 vorgesehen. Dieser Kollektor besitzt ebenfalls eine Stufenflansch-Form mit einer Ausdrehung 133, einer Hori zontalöffnung 134 sowie Vertikalöffnungen 135. Im Unterflansch des Anschlußbehälters 103 sind Vertikalöffnungen 137 zum Flüs sigkeitsdurchlauf vorgesehen. Die Stromleiter 138, die mit den Elektroden 119 und 120 einerseits und mit der Drahtwicklung 118 andererseits verbunden sind, werden durch Öffnungen 134 geführt und sind mit der Spannungsquelle 9 bzw. dem Kondensator 10 ver bunden.

Die vorbeschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Das über das Anschlußrohr 104 einfließende Wasser gelangt über den Anschlußbehälter 103, Öffnungen 137, 135 und 132 in die Zulaufkammer 122, von wo aus es durch die Öffnungen 127 in die Arbeitskammer 125 gelangt. Dort stellt sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ein entsprechender Flüssigkeitsan stieg ein, wobei durch die an den Elektroden 119 und 120 anlie gende Spannung in Verbindung mit der Membran 117 zwei Flüssig keitsströme entstehen, die jeweils mit einem der Ladungsträger (Anionen oder Kationen) angereichert sind. Über die im oberen Bereich der Arbeitskammer liegenden Ablauföffnungen 121 gelan gen die zu einem großen Teil entionisierten Flüssigkeitsströme in die Ablaufkammern 124 und 123 zum Abflußrohr 107 bzw. über die Öffnung 128 und den unteren Behälter 106 zum Ablauf rohr 108. Durch den impulsartig auf die Elektroden gegebenen Strom werden in der Spule 118 Spannungen induziert bzw. dort abgegebene Ladungen abtransportiert.

Die erhaltenen Flüssigkeitsströme aus Abflußrohren 107 und 108 können einer weiteren Elektrodialyse zugeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthal tenden Flüssigkeitsströmen in zwei Teilströme, von denen jeder Teilstrom mit Ionen nur einer Ladung angereichert ist, mit einem Flüssigkeitseinführungsstutzen (1), einem mit einer Spannungsquelle (29) verbundenen in einem Ar beitsraum (21) angeordneten Elektrodenpaar (16, 18) zur Bildung eines elektrostatischen Feldes, zwei im unteren Bereich einer jeden Elektrode (16, 18) abführenden Flüs sigkeitskanälen (22; 20, 27) und einer Gasführung (7 bis 10), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18) aus zwei koaxial zueinander und jeweils senkrechtstehenden Rohrzylindern mit unter schiedlichen Durchmessern (D, d) bestehen, zwischen denen ein Ringraum (21) als Arbeitsraum zur Flüssigkeitsdurch führung gebildet ist, wobei jede der Elektroden (16, 18) mindestens eine umfangsseitige Öffnung (17, 19) aufweist, die in einen Ablaufkanal (22, 20) mündet, daß in dem Ring raum (21) zwischen den Elektroden (16, 18) eine zylindri sche flüssigkeitsdurchlässige Membran (24) aus elektrisch neutralem Material angeordnet ist, und daß oberhalb des Arbeitsraumes (21) eine Gasabführung (7 bis 10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszulauf zum Ringraum (21) im Bodenbereich angeordnet ist und daß der Ringraum (21) als Flüssigkeits steigrohr mit Öffnungen (17, 19) im oberen Bereich ausge bildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß jeweils mehrere Öffnungen (17, 19) der Elektro den (16, 18) umfangsseitig vorhanden sind und daß um die äußere Elektrode (16) einerseits ein Ringzylinder (25) und inmitten der inneren Elektrode (18) andererseits ein ko axial angeordnetes Abflußrohr (22) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gasabführung einen Gasauffangbehäl ter (Kollektor 8) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Membran (24) aus einem synthetischen Gewebe, wie einem Viskosegarn, oder einem Textilstoff, vorzugsweise dichter mehrschichtiger Baumwolle, besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß außen und/oder innen um die Membran (24) perforierte Zylinder (43, 44) aus festem Material zur Stabilisierung angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß unterhalb des Flüssigkeitseinfüllstut zens (1) eine Glocke (3) zur Ablenkung der Flüssigkeit in einen Ringstrom angeordnet ist, der in einen Ringzylin der (25) mündet, der Durchflußöffnungen zum Ringraum (21) zwischen den Elektroden (16, 18) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke ein Hohlkegelstumpf mit einem kleineren größten Durchmesser als dem Zylinderdurchmesser ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß vom Flüssigkeitseinfüllstutzen (1) zum Ringzylinder (25) ein Labyrinthflüssigkeitsweg (2, 5, 6, 15) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseinfüllstutzen (1) senkrecht auf der Glocke (3) aufliegt und im unteren Bereich mehrere um fangsseitige Öffnungen (2) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringzylinder (25) und die innere Elektrode (18) einen gemeinsamen Boden (58) besitzen und daß die äußere Elektrode (16) oberhalb dieses Bodens (58) endet, so daß hierdurch eine Verbindung zwischen dem Ring zylinder (25) und dem Arbeitsraum (21) besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18) aus Titan beste hen und/oder mit Platin, vorzugsweise eine Dicke von 8 bis 10 µm, beschichtet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die jeweiligen oberen Stirnflächen der Elektroden (16, 18), der Membran (24) und des Abflußroh res (22) etwa bündig in gleicher Höhe abschließen und am oberen Tragflansch (11) des Arbeitsraumes (21) befestigt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der Tragflansch (11) Gasdurchlaßbohrun gen aufweist, die Teil einer Verbindung des Arbeitsrau mes (21) mit einem unterhalb der Glocke (3) befindlichen Kollektor (8) sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Tragflansch (11) senkrechte Rohre (9) angeordnet sind, die in den Kollektor (8) mün den.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß um den Ringzylinder (25) im oberen Be reich ein weiterer Ringraum (7) angeordnet ist, der über waagerechte Rohre (10) mit dem Kollektor (8) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ringraum, vorzugsweise tangential hierzu angeord net, ein Stutzen (29) führt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (29) über einen Flansch (31) mit einer Abzugs vorrichtung verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringzylinder (25) durch Schlitze im Deckel (14) mit einer stabilisierenden Ringkammer (4), die konzentrisch zur Behälterachse aufgestellt ist, und über Schlitze (5), eine Glocke (3) und Schlitze (2) mit der Rohrleitung (1) zur Flüssigkeitseinführung verbunden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringraum (7) konzentrisch zur Ring kammer (4) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, daß die vertikalen Rohre in ihrer Basisflä che einen konischen Ansaugdiffusor (45) enthalten, ober halb dessen mit Hilfe von Distanzringen (46, 48, 50) Fil terscheiben (47, 49, 51, 57) befestigt sind, oberhalb de rer ein konzentrisch angeordnetes perforiertes Rohr (56) angebracht ist und daß in dem Ringraum, der von dem perfo rierten Rohr (56) und dem Rohraußenmantel des Rohres (9) gebildet wird, eine Netzspirale (55) angebracht ist.

22. Vorrichtung nach eine der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spannungsquelle (39) bei einer Span nung von 5 Volt eine Stromdichte auf den Elektroden in ei nem Bereich von 1,8 bis 4,2 A/dw² gewährleistet.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß der Durchmesser der Elektroden in einem Verhältnis D - d = 10 bis 40 mmbeträgt, wobei D den Innendurchmesser der Elektrode (16) und d den Außendurchmesser der Elektrode (18) bezeichnen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch ge kennzeichnet, daß der Durchmesser der Membran (24) in ei nem Verhältnis zum Elektrodendurchmesser von D_m = d + (D-d)/2wobei D_m den Membrandurchmesser und d den Außendurchmesser der Elektrode (18) und D den Innendurchmesser der Elek trode (16) bezeichnen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektrode (16) eine kleinere Höhe hat, im Durchmesser größer ist und an ihrer unteren Stirn fläche eine Bördelung (42) aufweist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch ge kennzeichnet, daß die innere Elektrode (18) mit kleinerem Durchmesser und größerer Höhe mit dem Behälterboden (58) verbunden ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch ge kennzeichnet, daß auf der Membran (117) eine mit einem Kondensator (110) verbundene Drahtwicklung (118) angeord net ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (119, 120) mit einer Wechselspannungsquelle (109), vorzugsweise zur Abgabe von positiven und negativen Rechteckimpulsen, verbunden ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse bis zu +/-5 V, vorzugsweise 4,5 V, und/oder die Stromdichte 8 bis 100 A/dm² betragen.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß inmitten der Spule (118) und der Mem bran (117), vorzugsweise zentrisch, ein Magnetstab (126) angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetstab (126) an seiner Oberfläche eine wendelför mige Nut besitzt.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklung (118) und/oder der Magnetstab (126) mit Teflon beschichtet ist, vorzugsweise der Magnetstab (126) mit einer Schichtdicke von 25 bis 50 µm und/oder die Drahtwicklung mit einer Schichtdicke zwischen 20 und 35 µm.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich im Abflußbereich (106) der Vorrichtung außerhalb des Bereiches der Spule (118) und des Magnetstabes (126) eine oder mehrere Buchsen (130) aus einem Magnetstoff angeordnet ist/sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß diese Buchsen (130) an ihrer Oberfläche wendelförmige oder spiralförmige Nuten aufweisen.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß, die Zulauf- (122), Arbeits- (125) und Ablaufkammern (123, 124) oder deren Mantelwandungen mit einem Stufenflansch (105) verbunden sind.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenflansch (105) mehrere Öffnungen (127, 128) besitzt, die auf der Stirnfläche und/oder in Radialrich tung ausgebildet sind.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch gleich mäßig auf einem Kreisbogen verteilt liegende Öffnun gen (128).

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die in Radialrichtung ausgebildeten Öffnungen (127) im Querschnitt trapezförmig sind.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch ge kennzeichnet, daß die Arbeits- (125), Zulauf- (122) und Ablaufkammern (123, 124) durch einen Flanschdeckel (131) abgedeckt sind, der in Verbindung mit dem Stufen flansch (105) und rohrförmiger Mantelkörper (113 bis 116) die Kammern bildet.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch ge kennzeichnet, daß im Flanschdeckel (131) gleichmäßig ver teilte Öffnungen (132) zum Flüssigkeitsdurchfluß angeord net sind.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch ge kennzeichnet, daß der Gaskollektor (102) mit einem Gasent fernungssystem in Form eines Stiftflansches (134) ausge führt ist.

42. Verwendung des durch die Vorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 41 gewonnenen mit negativen Ionen angerei cherten Wassers zur Enthärtung von Wasser, insbesondere Meerwasser, und/oder zur Laugengewinnung.