DE69402262T2

DE69402262T2 - Eingeschlossene Wirbelstrom Ultra-Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE69402262T2
Application number: DE69402262T
Authority: DE
Inventors: Lee Fitzpatrick Frank
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2014-07-20
Also published as: US5411650A; EP0635299B1; DE69402262D1; JPH07171352A; EP0635299A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit Wirbelstromkammer, die besonders nützlich ist, wenn sie als Elektrodialysevorrichtung zur Wiedergewinnung von in einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom vorhandenen Ionen verwendet wird. Der Begriff "Fluid" steht im folgenden für Flüssigkeit.
Herkömmliche Elektrodialysevorrichtungen gemäß dem Stand der Technik enthalten zwei für Ionen durchlässige Membranen, zwischen denen typischerweise ein Flüssigkeitsstrom vorgesehen ist. Über den Membranen ist eine elektrische Ladung vorhanden, um durch sie hindurch einen Stromfluß zu erzeugen, der Ionen aus dem zwischen den Membranen fließenden Flüssigkeitsstrom des unverarbeiteten Ausgangsmaterials herauszieht. In diesen Vorrichtungen verläuft der Flüssigkeitsstrom typischerweise in einer einzigen Richtung und wird so eingeschränkt, daß die zwischen den Membranen fließende Flüssigkeit zwischen ihnen hin und her schwankt, wenn sie zwischen diesen Membranen fließt. Diese eingeschränkte Strömung führt zu Konzentrationsgefällen oder Grenzschichten, die in der Nähe der Membranflächen ausgebildet werden. Effektiv vergrößern diese Grenzschichten die Dicke der Membranen und den elektrischen Widerstand der Zelle. Das wirkt dem Strom- und Ionenfluß entgegen, was ebenfalls zur Unwirksamkeit des Vorgangs und zu einem verhältnismäßig großen Energieverbrauch beiträgt.
Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung durch eine Verringerung der Dicke des Konzentrationsgefälles in der Nähe der Oberfläche verbessert werden kann und somit der Massendurchsatz zwischen den Membranen und den Lösungen erhöht wird. Die im Stand der Technik vorgeschlagenen typischen Lösungen beinhalten die Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit durch die Vorrichtung. Jedoch hat das Problem bestanden, daß diese Lösung oft eine extrem große Rohrleitung und außerdem kleine Druckpumpen erforderlich macht.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Vorrichtung bereit, die einen besseren Stoffaustausch und/oder eine bessere Wärmeübertragung aufweist und die etwas von der Energie der unter Druck stehenden Flüssigkeit in eine schnelle innere Flüssigkeitsbewegung umwandelt. Die vorliegende Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß verschiedene Freiheitsgrade vorgesehen sind, so daß der hydraulische Widerstand der Vorrichtung leicht in herkömmliche Armaturen und Pumpen eingebaut werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zur Wiedergewinnung von in einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom vorhandenen Ionen mit
- mindestens einer Ionenaustauschkammer mit einer ersten für Ionen durchlässigen Wandung, einer zweiten für Ionen durchlässigen Wandung, die von der ersten Wandung beabstandet ist, einer Eintrittsöffnung für den unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom und einer Austrittsöffnung, so daß sich die unter Druck stehende Flüssigkeit entlang der und zwischen den Wandungen bewegt;
- einer Anode und einer Kathode, die auf gegenüberliegenden Seiten der Ionenaustauschkammer angeordnet und von den durchlässigen Wandungen beabstandet sind;
- mindestens einer Wasch-/Spülkammer, die der ersten und zweiten Membranwandung außerhalb der Ionenaustauschkammer jeweils benachbart angeordnet ist, um Spülflüssigkeitsströme zwischen der Anode und einer Membranwandung sowie zwischen der Kathode und der anderen Membranwandung zu erzeugen;
- die dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung so ausgebildet und angeordnet ist, daß beim Durchfließen der Druckflüssigkeit durch jede Ionenaustauschkammer ein im wesentlichen spiralförmiger Wirbel in der Druckflüssigkeit erzeugt wird.
Vorteilhafterweise gibt es eine Vielzahl von Ionenaustauschkammern mit einer Eintrittskammer und einer Austrittskammer, wobei die Eintrittskammer mindestens eine erste Öffnung aufweist, um zwischen der Eintrittskammer und dem Druckflüssigkeitsstrom eine Flüssigkeitsverbindung herzustellen, und mindestens eine zweite Öffnung aufweist, die es der Druckflüssigkeit ermöglicht, die Eintrittskammer zu verlassen, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung so angeordnet ist, daß in der Eintritts-Ionenaustauschkammer ein Spiralwirbel-Flüssigkeitsströmungsmuster erzeugt wird, wobei die Austrittskammer mindestens eine dritte Öffnung aufweist, die es der Flüssigkeit ermöglicht, daraus abzufließen, wobei zwischen den Ionenaustauschkammern mindestens ein Verbindungsdurchgang vorgesehen ist, damit sich die Flüssigkeit nacheinander durch die Vielzahl der Kammern von der Eintrittskammer bis zur Austrittskammer bewegt, und wobei die erste Öffnung, die zweite Öffnung, die dritte Öffnung und die Verbindungsdurchgänge so ausgebildet und angeordnet sind, daß beim Durchfließen der Druckflüssigkeit durch die Kammern ein im wesentlichen spiralförmiger Wirbel im Druckflüssigkeitsstrom erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen einer Elektrodialyse vorgesehen unter Verwendung einer wie oben beschriebenen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
- Einleiten eines Flüssigkeitsstroms in jede Ionenaustauschkammer,
- Anlegen einer Spannung an die beiden Membranwandungen, die jede Ionenaustauschkammer bilden, und
- Erzeugen eines im wesentlichen spiralförmigen Wirbels im Flüssigkeitsstrom in zumindest einer der Ionenaustauschkammern, so daß die Flüssigkeit entlang der durchlässigen Membranwandungen in einem im wesentlichen spiralförmigen Wirbel zirkuliert.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird jetzt nur beispielhaft Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 die Querschnittsansicht einer Elektrodialysevorrichtung, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist;
Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht einer Elektrodialysevorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist:
Fig. 3 eine Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung im Schnitt, der entlang der Linie 3-3 verläuft;
Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung im Schnitt, der entlang der Linie 4-4 verläuft;
Fig. 5 eine vergrößerte teilweise Vorderansicht einer der in Fig. 3 veranschaulichten Zellen;
Fig. 6 eine entlang der Linie 6-6 verlaufende Draufsicht der in Fig. 5 dargestellten Zelle;
Fig. 7 eine vergrößerte teilweise Vorderansicht einer umgestalteten Zelle, die gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert ist;
Fig. 8 eine vergrößerte teilweise Vorderansicht einer weiteren umgestalteten Zelle, die entsprechend der vorliegenden Erfindung modifiziert ist;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht, die der in der Fig. 3 dargestellten ähnlich ist, aber einer doch noch weiteren modifizierten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 eine Kurve, die die Geschwindigkeit der Flüssigkeit veranschaulicht, die in Abhängigkeit vom Abstand über der Bearbeitungskammer einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Vorrichtung im Vergleich zu einer entsprechend dem Stand der Technik hergestellten Vorrichtung aufgezeichnet wurde.
Mit Bezug auf die Fig. 1 ist eine entsprechend dem Stand der Technik hergestellte Elektrodialysevorrichtung 10 veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 enthält eine erste ionendurchlässige Membran 12 und eine zweite ionendurchlässige Membran 14, die voneinander beabstandet sind, um dazwischen eine Kammer 15 zu bilden und es einer Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen, zwischen ihnen hindurchzufließen. Typischerweise können die Membranen 12, 14 ihre Anionen und Kationen gegen andere Anionen und Kationen tauschen. Jedoch kann jeder beliebige Typ einer gewünschten Membran verwendet werden, die in einer Elektodialysevorrichtung und in anderen Vorrichtungen ähnlichen Typs verwendet werden. Die Vorrichtung 10 enthält eine Anode 16 und eine Kathode 18, die auf ihren gegenüberliegenden Seiten im Abstand zur benachbarten Membran angeordnet sind und Austrittskammern 19, 21 bilden. Die Elektrodialysevorrichtung 10 enthält ferner einen Einlaßverteiler 20 und einen Auslaßverteiler 22. Das unverarbeitete Ausgangsmaterial strömt unter Druck und wird zur Eintrittsöffnung des Einlaßverteilers 20 kanalisiert, um zu bewirken, daß die Flüssigkeit zwischen den Membranen 12, 14 fließt. Im Verteiler 20 ist eine zusätzliche Wasch-/Spülkammerflüssigkeit an den Eintrittsöffnungen 24, 26 vorgesehen, um einen ersten Spülflüssigkeitsstrom zwischen der Anode 16 und der Membran 12 sowie einen zweiten Spülflüssigkeitsstrom zwischen der Kathode 18 und der Membran 14 zu erzeugen. Der Auslaßverteiler 22 ist mit Austrittsöffnungen 28, 30, 32 versehen, die gestatten, daß die Flüssigkeit aus der Vorrichtung 10 in die Kammern 21, 15, 19 entleert wird. Somit ist ersichtlich, daß drei getrennte Flüssigkeitsströme durch die Vorrichtung 10 fließen. Ein erster Flüssigkeitsstrom bringt die zu behandelnde Flüssigkeit durch die Eintrittsöffnung in die Kammer 15, und die sich daraus ergebende behandelte Lösung verläßt die Kammer 15 durch die Austrittsöffnung 30. Eine zweite Flüssigkeit strömt durch die Eintrittsöffnung 24 in die Kammer 19 und verläßt sie durch die Austrittsöffnung 32. Eine dritte Flüssigkeit strömt in die Eintrittsöffnung 26, fließt in die Kammer 21 und verläßt sie durch die Austrittsöffnung 28. Im Weg jedes Flüssigkeitsstroms ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 36 vorgesehen, so daß sich jeder dieser Flüssigkeitsströme mischen wird, wenn er sich durch jede der jeweiligen Kammern bewegt.
Ein Problem bei Vorrichtungen des Stands der Technik besteht darin, daß verhältnismäßig dicke Konzentrationsgefälle und Grenzschichten in der Nähe der Membranflächen entwickelt werden. Diese Schichten oder Konzentrationsgefälle reduzieren die Wirksamkeit eines Ionenflusses durch die Membranen, womit sich der Energieverbrauch der Vorrichtung erhöht.
Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 ist eine Elektrodialysevorrichtung 40 veranschaulicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die Vorrichtung enthält ein Gehäuse 42 mit einem Paar Seitenwände 44, 45, einer oberen Wandung 46 und einer unteren Wandung 47. Ein Einlaßverteiler 48 ist an einem Ende des Gehäuses 42 vorgesehen, und ein Auslaßverteiler 50 ist am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 42 vorgesehen. Die Vorrichtung 40 enthält ferner eine erste durchlässige Membran 52, durch die Ionen fließen können, und eine im Abstand von der Membran 52 befindliche zweite durchlässige Membran 54. Die Membranen 52, 54 bilden eine dazwischenliegende Bearbeitungskammer 56 zur Behandlung einer Flüssigkeitsströmung.
Der Einlaßverteiler 48 enthält eine Eintrittsöffnung zur Aufnahme einer unter Druck stehenden zu behandelnden ersten Flüssigkeit. Der Einlaßverteiler 48 enthält weiterhin zwei Wasch-/Spülkammereintrittsöffnungen 60, 62, die jeweils mit einer geeigneten Quelle einer Spülflüssigkeit verbunden sind. Eine Anode 64 ist im Abstand zu der ersten durchlässigen Membran 52 vorgesehen, um dazwischen eine erste Waschkammer 65 zu bilden. Eine Kathode 66 ist ebenfalls im Abstand zu der durchlässigen Membran 54 vorgesehen, die eine dazwischenliegende zweite Wasch-/Spülkammer 67 bilden. Die Waschkammern 65, 67 sind so ausgelegt, daß sie Ionen entnehmen, die aus dem behandelten Flüssigkeitsstrom entfernt wurden. Der Auslaßverteiler 50 kanalisiert die Flüssigkeitsströme, die die Kammern 56, 65, 67 verlassen. Insbesondere ist ein Auslaßverteiler mit einer ersten Austrittsöffnung 72 versehen, die gestattet, daß behandelte Flüssigkeit aus der Vorrichtung 40 herausfließt, und mit einer zweiten Austrittsöffnung 74 zur Entfernung des Flüssigkeitsstroms aus der Kammer 65 und einer dritten Austrittsöffnung 76 versehen, die einen Durchfluß des Flüssigkeitsstroms aus der Kammer 67 gestattet. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen 58, 60, 62, 72, 74, 76 weisen in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel im wesentlichen eine kreisförmige Querschnittsform auf. Die Querschnittsform kann jedoch wie gewünscht verändert werden.
Mehrere Trennwände 76, 78, 80, 82, 84 sind zwischen den Membranen 52, 54 vorgesehen, die eine Vielzahl von benachbarten Bearbeitungskammern 77, 79, 81, 83 bilden. Somit ist jede Bearbeitungskammer durch ein Paar Trennwände und durchlässige Membranen 52, 54 verbunden. Die Trennwände 76, 78, 80, 82, 84 sind jeweils mit einer Vielzahl von Öffnungen/Kanälen 90, 92, 94, 96, 98 versehen, um zu gestatten, daß die Flüssigkeit aus dem Einlaßverteiler 48 durch die benachbarten Kammern fließt bzw. aus dem Auslaßverteiler 50 austritt. Insbesondere stellt die Öffnung 90 in der Wandung 78 eine Flüssigkeitsverbindung der ersten Bearbeitungskammer 77 mit der Eintrittsöffnung 58 des Einlaßverteilers 48 her. Die Öffnungen 90 sind so bemessen und beabstandet, daß in der Bearbeitungskammer 77 ein Düsenstrom mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, so daß ein sich schnell drehender Wirbel der behandelten Flüssigkeit innerhalb der Bearbeitungskammer 77 ausgebildet wird. Die Öffnungen 90 sind vorzugsweise im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander und benachbart zu jeder der durchlässigen Membran 52 oder 54 vorgesehen. In dem besonderen veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind 47 Öffnungen 90 in der Wandung 76 vorgesehen, die 0,635 cm (0,25 Zoll) voneinander beabstandet sind. Die Größe und Form der Öffnungen 90 kann wie gewünscht verändert werden, um die gewünschte Wirbelgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erzeugen. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen die Öffnungen 90 in der Wandung 76 jeweils eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsform auf und haben einen Durchmesser von 0,1524 cm (0,060 Zoll). Der Flüssigkeitsstrom wird an der Eintrittsöffnung 58 mit einem Druck von 3,6 kPa (0,522 psi) eingeleitet. Deshalb werden Größe und Form der Öffnungen 90 entsprechend dem Eintrittsdruck der Flüssigkeit und der gewünschten Wirbelgeschwindigkeit der Flüssigkeit variieren. Die verbleibenden zahlreichen Öffnungen 92, 94, 96, 98 sind ähnlich dimensioniert und in ihren jeweiligen Wandungen 78, 80, 82, 84 vorgesehen, so daß in jeder der Bearbeitungskammern ein Flüssigkeitsstrom mit einem sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Wirbel erzeugt wird.
Insbesondere sind die Öffnungen in jeder aufeinanderfolgenden Wandung versetzt, so daß sie zwischen den Öffnungen in den benachbarten Wandungen in der Mitte befindlich angeordnet sind. Das heißt, die Öffnungen 92 in der Wandung 78 befinden sich in der Mitte zwischen den Öffnungen 90 in der Wandung 78. Dieses Muster wird wiederholt, wie es am besten durch die Mittellinien ersichtlich ist, die in der Fig. 4 dargestellt sind.
Im veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in den Wandungen 76, 78, 80, 82, 84 47 Öffnungen vorgesehen, die in jeder Bearbeitungskammer einen Wirbel erzeugen. Es kann jedoch in jeder Wandung eine beliebige Anzahl von Verbindungsöffnungen und in einem beliebigen gewünschten Muster vorgesehen werden, so lange wie in jeder Kammer ein sich schnell drehender Wirbel erzeugt wird. Zum Beispiel kann, aber ohne die Absicht einer Beschränkung, eine einzelne Austrittsöffnung im mittleren Bereich der ersten Bearbeitungskammer und ein Paar Austrittsöffnungen an den Seiten vorgesehen werden, um zu gestatten, daß die Flüssigkeit in die nächste benachbarte Kammer fließt. Die einzelne Austrittsöffnung könnte im mittleren Bereich vorgesehen werden, um das Einströmen in die dritte Bearbeitungskammer vorzusehen. Diese Reihenfolge kann dann wiederholt werden. Es können auch wie gewünscht verschiedene andere Muster ausgewählt werden, um eine Flüssigkeitsströmung mit einem sich schnell drehenden Wirbel zu erzeugen.
Um in einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Vorrichtung einen sich schnell drehenden Wirbel beizubehalten, ist die Reynoldszahl (Re) vorzugsweise gleich oder größer als 3000. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beträgt die Reynoldszahl 18520. Unter dieser Voraussetzung ist es leicht ersichtlich, daß der für die Bearbeitung geeignete Flüssigkeitsdruck berechnet werden kann, wenn folgende Beziehungen bekannt sind:
V = Re ν/δH
ΔP = 0,5δ V²
wobei bedeuten
V - Geschwindigkeit,
Re - Reynoldszahl
ν - Viskosität
H - Kammerhöhe
δ - Dichte
ΔP - Druckabfall über jeder Trennwand
Durch die Festlegung der erforderlichen Geschwindigkeit und des Druckabfalls über den Trennwänden kann durch den gewöhnlichen Fachmann die geeignete Größe der Öffnungen und der Eintrittsdruck verhältnismäßig einfach berechnet werden. Alternativ dazu kann man durch einfaches Experimentieren den geeigneten Zustand bestimmen, der benötigt wird, um in jeder der Kammern eine Strömung mit spiralförmigem Wirbel zu erzielen.
Durch eine genaue Anordnung und Bemessung der Öffnungen 90, 92, 94, 96, 98 werden in jeder der Bearbeitungskammern im Flüssigkeitsstrom spiralförmige Wirbel erzeugt. Aus Gründen der Klarheit wird die Wirkung der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 77 ausführlich beschrieben, wobei es verständlich ist, daß eine ähnliche Flüssigkeitsbewegung in jeder der benachbarten Bearbeitungskammern auftritt.
Insbesondere befindet sich die durch die Öffnungen 90 in die Kammer 77 eintretende Flüssigkeit eng benachbart der durchlässigen Membran 54. Danach wird sich die Flüssigkeit in einem jeder der begrenzenden Wandungen eng benachbarten Muster bewegen, wie es durch die Pfeile dargestellt ist. Die Flüssigkeit bewegt sich in einer allgemein spiralförmigen Weise bis sie die Vielzahl der Öffnungen 92 in der Wandung 78 erreicht, wobei der Flüssigkeitsstrom in die nächste benachbarte Bearbeitungskammer 79 eintritt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit innerhalb der Bearbeitungskammer ist sehr hoch. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel würde die durchschnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit 73 cm/s betragen.
Mit Bezug auf die Fig. 10 ist eine Geschwindigkeitsverteilung der Flüssigkeit in einer Bearbeitungskammer veranschaulicht, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist (Kurve mit "Wirbel" gleichgesetzt), die der Flüssigkeitsverteilung einer entsprechend dem Stand der Technik hergestellten Vorrichtung gegenübersteht (Kurve mit "gerade" gleichgesetzt), die ein Paar beabstandeter Platten verwendet, in denen die Flüssigkeit durch die Bearbeitungskammer gerade fließt. Es wurde herausgefunden, daß die durchschnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mehr sein kann als das 7,5-fache der durchschnittlichen Geschwindigkeit, die in einer typischen Vorrichtung des Stands der Technik auftreten würde, in der Trennplatten verwendet werden.
Es soll angemerkt werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Bearbeitungskammer der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unterhalb der Achse des Wirbels verhältnismäßig klein ist, so daß die Flüssigkeit oftmals mit der Oberfläche der Bearbeitungskammer in Kontakt kommt, woraus sich große Massenübertragungskoeffizienten ergeben. Die hohe auftretende Geschwindigkeit minimiert die Ausbildung einer Grenzschicht an der Oberfläche. Das hat den bedeutenden Vorteil einer Verringerung der Grenzschicht. Es wurde berechnet, daß die der inneren Oberfläche der Bearbeitungskammer benachbarte Flüssigkeitsgrenzschicht 23 µm betragen würde, was der Flüssigkeitsgrenzschicht von 290 µm in einer Vorrichtung des Stands der Technik gegenübersteht, die ein Paar gegenüberliegender Platten verwendet.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen die Bearbeitungskammern jeweils eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform mit einer Länge L von 0,635 cm (0,25 Zoll) auf. Diese im wesentlichen quadratische Form unterstützt die Erzeugung eines spiralförmigen Wirbels und ist darüber hinaus leicht herzustellen und zusammenzusetzen. Die Querschnittsform der Bearbeitungskammer kann jedoch, wenn gewünscht, andere Formen annehmen, zum Beispiel eine im wesentlichen kreisförmige Form wie es in Fig. 7 dargestellt ist, oder eine ovale Form, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. In diesen Ausführungsbeispielen stellen gleiche Bezugszeichen die gleichen bereits erörterten Teile dar, wobei die Verbindungskanäle vorzugsweise so ausgerichtet sein würden, daß sie in einer Richtung liegen, die sich in der Nähe der Richtung des Flüssigkeitswirbels befindet.
Während in dem veranschaulichten speziellen Ausführungsbeispiel vier Bearbeitungskammern dargestellt sind, ist es verständlich, daß eine beliebige Anzahl von Bearbeitungskammern vorgesehen sein kann, solange es mindestens eine Bearbeitungskammer gibt.
Im veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkeit mit schnell drehendem Wirbel in einer Elektrodialysevorrichtung vorgesehen, wobei die vorliegende Erfindung auf andere Vorrichtungen, zum Beispiel, aber ohne die Absicht einer Beschränkung, auf einen Wärmetauscher angewandt werden kann, in welchem anstelle einer Massenübertragung eine Wärmeübertragung zwischen der Bearbeitungskammer und der benachbarten Wärmeaustauschkammer oder -kammern auftreten wird
Die vorliegende Erfindung ist außerdem für das Entfernen von überschüssigen Ionen aus fotografischen Lösungen, zum Beispiel von Bromidionen aus einer Entwicklerlösung brauchbar.
Mit Bezug auf Fig, 9 ist noch eine weitere modifizierte Vorrichtung 210 veranschaulicht, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, wobei, wie bereits erörtert, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die durch die Spülkammer fließende Spülflüssigkeit ebenfalls gezwungen, in den schnelldrehender Wirbel zu fließen, indem eine Vielzahl von Kammern 101, 103 vorgesehen wird. Die Kammern 101, 103, die in ähnlicher Art und Weise konstruiert sind wie die Kammer 56, weisen jeweils Bearbeitungskammern 77, 79, 81, 83 auf. Somit werden die Spülflüssigkeiten gleichfalls einen Nutzen aus dem schnellen Umrühren ziehen.
Ein durch die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Vorrichtung vorgesehener weiterer Vorteil ist der, daß der schnelldrehende Wirbel einen Selbstreinigungseffekt erzeugt. Das heißt, infolge des schnellen Umrührens der Flüssigkeit werden Ablagerungen und ein weiteres Anwachsen entlang der Oberfläche der Kammer auf ein Mindestmaß gebracht oder eliminiert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Vorrichtung bereit, die eine bessere Massenübertragung und/oder Wärmeübertragung aufweist, und die etwas von der Energie der Druckflüssigkeit in eine schnelle innere Flüssigkeitsbewegung wirksam umwandelt. Die vorliegende Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß verschiedene Freiheitsgrade vorgesehen sind, so daß der hydraulische Widerstand der Vorrichtung leicht in herkömmliche Armaturen und Pumpen eingebaut werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von in einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom vorhandenen Ionen mit

- mindestens einer Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) mit einer ersten für Ionen durchlässigen Wandung (52), einer zweiten für Ionen durchlässigen Wandung (54) die von der ersten Wandung (52) beabstandet ist, einer Eintrittsöffnung (90, 92, 94, 96) für den unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom und einer Austrittsöffnung (92, 94, 96, 98), so daß sich die Druckflüssigkeit entlang der und zwischen den Wandungen (52, 54) bewegt;

- einer Anode (64) und einer Kathode (66), die auf gegenüberliegenden Seiten der Ionenaustauschkammer (7, 79, 81, 83) angeordnet und von den durchlässigen Wandungen (52, 54) beabstandet sind;

- mindestens einer Wasch-/Spülkammer (65, 67), die der ersten (52) und zweiten (54) Membranwandung außerhalb der Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) jeweils benachbart angeordnet ist, um Spülflüssigkeitsströme zwischen der Anode (64) und einer Membranwandung (52) und zwischen der Kathode (66) und der anderen Membranwandung (54) zu erzeugen;

dadurch gekennzeichnet, daß jede Eintrittsöffnung (90, 92, 94, 96) und Austrittsöffnung (92, 94, 96, 98) so ausgebildet und angeordnet ist, daß beim Durchfließen der Druckflüssigkeit durch jede Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) ein im wesentlichen spiralförmiger Wirbel in der Druckflüssigkeit erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen (90, 92, 94, 96, 98) so angeordnet sind, daß der Flüssigkeitsstrom in unmittelbarer Nähe einer der Membranwandungen (52, 54) in die Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) einfließt und diese wieder verläßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ionenaustauschkammern (77, 79, 81, 83) mit einer Eintrittskammer (77) und einer Austrittskammer (83) vorgesehen sind, wobei die Eintrittskammer (77) mindestens eine erste Öffnung (90) aufweist, um zwischen der Eintrittskammer (77) und dem Druckflüssigkeitsstrom eine Flüssigkeitsverbindung herzustellen, und mindestens eine zweite Öffnung (92), die es der Druckflüssigkeit ermöglicht, die Eintrittskammer (77) zu verlassen, wobei die erste und zweite Öffnung (90, 92) so angeordnet ist, daß in der Eintritts-Ionenaustauschkammer (77) ein Spiralwirbel-Flüssigkeitsströmungsmuster erzeugt wird, wobei die Austrittskammer (83) mindestens eine dritte Öffnung (98) aufweist, die es der Flüssigkeit ermöglicht abzufließen, wobei zwischen den Ionenaustauschkammern (77, 79, 81, 83) mindestens ein Verbindungsdurchgang (94, 96) vorgesehen ist, damit sich die Flüssigkeit nacheinander durch die Vielzahl der Kammern (77, 79, 81, 83) von der Eintrittskammer (77) bis zur Austrittskammer (83) bewegt, und wobei die erste Öffnung (90), die zweite Öffnung (92), die dritte Öffnung (98) und die Verbindungsdurchgänge (94, 96) so ausgebildet und angeordnet sind, daß beim Durchfließen der Druckflüssigkeit durch die Kammern (77, 79, 81, 83) ein im wesentlichen spiralförmiger Wirbel im Druckflüssigkeitsstrom erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom in mindestens eine der Ionenaustauschkammern (77, 79, 81, 83) unter einem Druck von 3,6 kPa eingeleitet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) Bromidionen abscheidet.

7. Verfahren zum Durchführen einer Elektrodialyse unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Einleiten eines Flüssigkeitsstroms in jede Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83),

- Anlegen einer Spannung an die beiden Membranwandungen (52, 54), die jede Ionenaustauschkammer (77, 79, 81, 83) bilden, und

- Erzeugen eines im wesentlichen spiralförmigen Wirbels im Flüssigkeitsstrom in zumindest einer der Ionenaustauschkammern (77, 79, 81, 83), so daß die Flüssigkeit entlang der durchlässigen Membranwandungen (52, 54) in einem im wesentlichen spiralförmigen Wirbel zirkuliert.