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EinriehtMngen zur elektrolytisehen Ansseheidung von Substanzen ans Fliissigkeiten, insbesondere aus Wasser.
Zur Ausscheidung von Substanzen aus Flüssigkeiten, z. B. zur Entmineralisierung von Wasser, werden bisher die Elektrolytzellen durch feinporöse Seheidewände, sogenannte Diaphragmen, in mehrere voneinander flüssigkeitsdichtend getrennte Räume unterteilt.
Die zwei Hauptaufgabe dieser Diaphragmen sind :
1. zu verhindern, dass die Elektrolyten des Anoden-und Kathodenraumes sich durch Diffusion mischen oder, wenn ein neutraler Raum zwischen zweiDiaphragmen vorgesehen ist. sich mit der in diesem neutralen Raume befindlichen Flüssigkeit mischen können ;
2. trotzdem aber den unter dem Einfluss des Stromes zu ihrer Entladung wandernden Ionen den Durchtritt durch die feinen Poren des Diaphragmas zu ermöglichen.
Häufig wird eine Anzahl solcher Elektrolytzellen hintereinandergeschaltet, wobei die zu reinigende Flüssigkeit von dem neutralen Raume der ersten Zelle in den neutralen Raum der zweiten Zelle usw. geleitet wird, um aus der letzten der vorgesehenen Zellen als Fertiggut abgenommen zu werden. Während dieses Vorganges werden sowohl die Anoden-, als auch die Kathodenräume sämtlicher Zellen ebenfalls unter leichter Strömung gehalten, indem diesen Räumen von unten frische Flüssigkeit zugeführt wird. wodurch deren späteres Überlaufen und dadurch der Abtransport der Umsetzungsprodukte erreicht wird.
Die Diaphragmen können deshalb mit einem äusserst engmaschigen Sieb verglichen werden. weil die Poren desselben in Wirklichkeit nichts anders als hohle, mikroskopische kanalartige, in ihrer Grösse unveränderliche Zwisehenräume in der Substanz des Diaphragmas selbst sind.
Die grossen Nachteile der Diaphragmen sind allgemein bekannt. Zunächst ist nicht zu vermeiden, dass sich dieselben sehr leicht verstopfen, besonders dann, wenn die zu behandelnde Flüssigkeit reich an Kolloidsubstanz ist, da diese gallertartige Massen bilden, welche Diaphragmen besonders rasch verlegen.
Ausserdem müssen letztere je nach den verschiedenen Verhältnissen der zu behandelnden Flüssigkeiten anders beschaffen sein, weil die elektrostatischen Eigenschaften der Diaphragmen von grossem Einfluss sind. Ferner werden je nach Art des Behandlungsgutes in gewissen Fällen grosse mechanische Beanspruchungen an die Diaphragmen gestellt. Würde z. B. Meereswasser zur Entmineralisierung in einem mit Diaphragmen ausgerüsteten Elektrolytbehälter behandelt, so würden die Diaphragmen durch die grossen Mengen an Salzen u. dgl. nicht nur sehr rasch verstopft, sondern zudem auch noch durch die freiwerdenden Chlormengen rasch zerstört werden.
Alle Versuche, die in vielen Fällen so nachteiligen Diaphragmen auszuschalten, sind bisher fehlgeschlagen.
Die Erfindung betrifft nun Einrichtungen, mit welchen ohne Diaphragmen Flüssigkeiten von in ihnen enthaltenen Substanzen befreit, also auch Wasser, selbst Meereswasser, entmineralisiert werden können.
Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen durch im Flüssigkeitsbehälter vor den Elektroden angeordnete, aus undurchlässigem Material bestehende und ganz oder teilweise verschliessbare Kanäle zwischen sich freilassende Hindernisse, die die Ionen einerseits zwangsweise auf bestimmten Bahnen zu den Elektroden leiten, anderseits das Zurückdiffundieren der Umsetzungsprodukte verhindern und gleich-
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Auf den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Elektrolytzelle im Höhenssshnitt und Fig. 2 ist eine teilweise Draufsicht auf Fig. 1.
Fig. 3 ist ein vergrösserter Querschnitt durch einen Einzelteil nach der Linie i-L in Fig. 1. Fig. 4 zeigt eine verkleinerte Darstellung eines Einzelteils und Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Teiles der Einrichtung.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform im Höhenschnitt und in Draufsicht und Fig. 8 zeigt einen Einzelteil dieser Ausführungsform in grösserem Massstabe.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1-4 ist 1 ein rechteckiger Behälter, dessen Boden 2 in der Mitte stufenförmig abgesetzt ist und an beiden Seiten tiefer liegende rinnenartige Sammelräume 3 bildet, die in Ablaufkanäle 4 münden und durch an diese angeschlossene Hähne 5 (Fig. 2) entleert werden können.
Über der Mitte des Bodens ist ein gleichartiger Entleerungskanal 4 a mit Hahn 5 a vorgesehen.
Im Behälter 1, beiderseits seiner Mittelebene, sind aus. Hartgummi oder anderm geeigneten Material bestehende Rahmen 6 angebracht, die als Träger für sehleusenartige Einbauten dienen. Letztere bestehen aus in den Rahmen 6 hintereinander stehend angeordneten, elektrisch nicht leitenden, profilierten Widerlagern 7, wie Platten, Stäben, Stangen, Röhren od. dgl., von geeignetem Querschnitt und zwischen je zwei Widerlagern 7 vorgesehenen Verschlussgliedern, die in ihrer Form oder Stellung veränderlich sind. Nach Fig. 1-4 bestehen diese Verschlussglieder aus Gummischläuchen 8, die über in ihrem Innern befindliche Halteschienen od. dgl. 9 (Fig. 3) gestülpt und mittels einer Saug-und Druckluftpumpe ganz oder teilweise luftleer oder mehr oder weniger aufgepumpt bzw. prall gemacht werden können.
Hiezu sind für die beiden Schlauchreihen Rohre 10 (Fig. 1 und 4) vorgesehen, die an die Pumpenleitung 11 angeschlossen sind und in die von jedem Schlauch 8 Ansehlussröhrchen 12 münden, die auch direkt mit den Röhren 10 verbunden sein können. In der Längsmitte des Behälters 1 kann oben ein Wasserzulaufrohr 13 vorgesehen werden.
Auf der äusseren Seite der Sehlauchwiderlager 7 sind untereinanderliegend waagerechte, nach aussen geöffnete U-Sehienen 14 befestigt, deren Schenkel nahe aneinanderstehen. An diese U-Schienen schliessen sich nach innen geöffnete Winkelschienen 15 an, die mit ihren Stirnenden, z. B. mittels Laschen 16, an den Rahmen 6 befestigt sind und mit den Enden ihrer Schenkel in die U-Schiene 14 hineinragen. Zwischen je zwei Winkelsehienen sind die Elektroden (Anode oder Kathode) angebracht. Sie bestehen aus elektrisch leitenden Platten 17, Stäben, Schienen od. dgl., die waagrecht verlaufend und untereinanderliegend im
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so dass die Entladung der Ionen zwangsweise auf der Aussenseite der Elektroden erfolgen muss, die, wie schematisch durch die Drähte 19 angedeutet, miteinander elektrischleitend verbunden sind.
Der Strom- anschluss erfolgt an den Klemmen 20, 21. Die von den U-und Winkelschienen gebildeten Kammern oder Räume sind mit 22,23 und 24 und die schmalen Durchlassschlitze zwischen den Elektroden- verkleidungen 18 und den Spitzen der Winkelschienen 15 mit 25 bezeichnet.
Mit der Einrichtung wird wie folgt gearbeitet : Man füllt zunächst den Behälter 1 von oben her mit Hilfe des Zulaufrohres 13 mit dem zu behandelnden Gut, z. B. Meereswasser. Die schleusenartigen
Abschlussglieder, hier die Gummischläuche 8, sind durch Luftentzug ganz zusammengeklappt, so dass sie die in Fig. 3 unten eingezeichnete Lage haben und freien Durchgang in den Zwischenräumen 37 geben, so dass der ganze Behälter 1 mit dem Reinigungsgut gefüllt wird. Die Ablasshähne 5, 5 a sind geschlossen.
Nun wird der Strom eingeschaltet und das zu reinigende Wasser der Einwirkung des Gleichstrom- spannungsgefälles ausgesetzt, das die Zersetzung der Säuren, Basen und Salze des Behandlungsgutes im Ionen herbeiführt, die nun durch die offenen Schleusen 7, 8, also zwangsläufig auf vorgeschriebenen
Bahnen, über die U-und Winkelsohienen 14, 15 hinweg zu den Elektroden 17 wandern und sich auf ihrer
Aussenseite entladen. Der Ionenweg ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet. Da die Entladeräume nicht durchspült werden, vollzieht sich die Ionenentladung in vollkommen ruhigen, strömungslosen Räumen, 'so dass jede mechanische Durchwirbelung der sich bildenden Zersetzungs-und Umsetzungsprodukte vermieden ist.
Mit der fortschreitenden Reinigung des Wassers oder irgendeines andern Behandlungs- gutes schliesst man die Schleusen mehr und mehr, wozu man die Schläuche 8 mittels der Luftpumpe unter
Druck setzt. In der Mitte der Fig. 3 sind z. B. die Schläuche 8 bei schwachem Überdruck dargestellt, so dass sie nur noch einen schmalen Durchlass zwischen ihren Widerlagern 7 freigeben ; die Schleusen sind also nahezu geschlossen. Die Ionen können aber nicht durch die Schläuche 8 hindurch, wie dies bei
Diaphragmen der Fall wäre, sondern sie müssen diese aussen umwandern. Ist das Gut genügend gereinigt, so schliesst man die Schleusen durch starkes Aufpumpen der Schläuche 8 ganz, wie in Fig. 3 oben dargestellt ist.
Damit ist die Ionnenwanderung auf mechanische Weise uiiterbunden und der Stromdurchgang unterbrochen.
Die sehr einfach herzustellenden, schlauchartigen Schleusen ermöglichen somit eine rasche und genaue Regelung der Ionendurchlässe in den feinsten Abstufungen, ohne dass das Behandlungsgut eine merkbare Bewegung erfährt, somit nahezu völlig ruhig bleibt.
Dem Zurückströmen der in den Entladeräumen befindlichen Zersetzungs-bzw. Umsetzungs- produkte in das Behandlungsgut ist durch die vorgesehenen Hindernisse vorgebeugt. Zunächst bieten die engen Sehlitze 25 zwischen den Elektrodenfassungen 18 ein beträchtliches Hindernis gegen das Zurück- strömen. Die dennoch hinter die Elektrodenschirme 18 gelangenden Ausscheidungen sammeln sich zunächst
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Einströmen der auszuscheidenden Produkte in das Zelleninnere vollkommen begegnet werden, ohne die lonenwanderung zu unterbinden. Die Schläuche können mit der fortschreitenden Behandlung sanft mehr und mehr aufgepumpt werden, um schliesslich, wie schon erwähnt, bei beendeter Behandlung ganz geschlossen zu sein. Damit bilden die Schleusen dicht geschlossene, für Ionen undurchlässige Trennwände.
Das innerhalb dieser mechanischen Trennwände sich befindliche gereinigte Gut kann nun durch den Hahn 5 a abgezapft und die Entladeräume können durch die Hähne. 5 entleert und sodann durch Ausspülen u. dgl. gereinigt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die schlauchartigen Schleusen durch Schiebeschleusen ersetzt. Hiezu ist zwischen zwei im Behälter 1 befestigten Platten 26,27, die einander deckende Unterbrechungen 28 haben, eine mittels eines Hebels 29 auf-und abbewegliche Schieberplatte 30 eingebaut, die ebenfalls geeignet verteilte Unterbrechungen besitzt. Zwischen den Schiebeschleusel1 und den Elektroden befinden sich die Hindernisse 14 und j ! J. Durch entsprechendes Verstellen der Schieber. 30 können die Schleusendurchlässe 28 mehr oder weniger geöffnet bzw. ganz oder teilweise verschlossen werden.
Die Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 zeigt einen Kasten 1 mit mehreren Elektroden. Als Schleusen sind hier wieder Gummischläuche 8 vorgesehen, die mittels Röhrchen 12 an die Druckluft- leitung 10 angeschlossen und über innere Haltestäbe 36 gestülpt sind. Die Widerlager zum Abdichten der Durchflusswege bestehen aus senkrechten isolierenden Stäben 31 od. dgl., die im Viereck oder in einer andern beliebigen Art um jeden Schlauch 8 angeordnet sind. Die Hindernisse zwischen letzteren und den Elektroden 17 werden hier durch isolierende, glatte Leisten oder Schienen 32 gebildet. die in zwei Schichten aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die eine Schicht dieser, z.
B. aus Glas bestehenden Schienen 32 liegt waagerecht, während die andere Schicht senkrecht steht. Die Schienen 32 lassen zwischen sich enge Spalte frei, so dass ein Netzwerk von sich kreuzenden Durchflusskanälen entsteht.
Zweckmässig ist vor den Gummischlauchschleusen 8 ebenfalls eine solche Hinderniswand aus Glas-od. dgl.
Leisten 32 angebracht. Hier reicht aber eine einzige Schicht aus.
Fig. 8 zeigt die Arbeitsweise der drucklosen und unter Druck gesetzten Schleusen. Im oberen Teile können die Ionen abströmen, während im untern Teile durch die aufgeblasenen Gummischläuche. die sich an die Widerlager 31 anlegen, der Weg zuverlässig verschlossen ist.
Die Entladeräume sind bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 durch Kappen. 33 abgedeckt. innerhalb welchen sich Auslassventile 34 befinden. Der so beschaffene Kasten kann, nach Aufsetzen eines luftdicht abschliessenden Deckels 35, luftleer gemacht werden, um im Bedarfsfalle die elektrolytische Behandlung der Flüssigkeit im Vakuum vorzunehmen, was für manche Spezialzwecke vorteilhaft ist.
Sammeln sich dabei Gase unter Druck in den Entladeräumen an, so können sie ohne weiteres durch die Ventile 34 abblasen.
Im Rahmen der Erfindung sind auch weitere Ausführungsmögliehkeiten gegeben ; es lassen sich die Schleusen und die andern Hindernisse vor den Elektroden auch noch in anderer Weise herstellen, als in den Ausführungsbeispielen angegeben und dargestellt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtungen zur elektrolytischen Ausscheidung von Substanzen aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Wasser, gekennzeichnet durch im Flüssigkeitsbehälter vor den Elektroden angeordnete, aus undurch- lässigem Material bestehende und ganz oder teilweise verschliessbare Kanäle zwischen sich freilassende Hindernisse, die die Ionen einerseits zwangsweise auf bestimmten Bahnen zu den Elektroden leiten, anderseits das Zurückdiffundieren der Umsetzungsprodukte verhindern und gleichzeitig einen flüssigkeitdichten, die Elektrolyse unterbrechenden Abschluss vor den Elektroden ermöglichen.