STAND DER TECHNIK Kapazitive Deionisierungssysteme werden eingesetzt, um elek- trisch geladene Teilchen oder Ionen aus einer Lösung zu ent- fernen. Dabei wird ein Elektrolyt beziehungsweise eine ionen- haltige Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen zwei entge- gengesetzt geladenen Elektroden eines Kondensators gebracht.

Entsprechend ihrer Polarität diffundieren die geladenen Teil- chen zu einer der Elektroden und bilden mit dieser eine elek- trische Doppelschicht (electric double layer). Die Reini- gungsphase dauert an bis die Doppelschicht gesättigt ist und die Spannung zwischen den Elektroden hauptsächlich in der Doppelschicht abfällt und nicht mehr über dem flüssigkeitsge- füllten Zwischenraum. Für die folgende Regenerationsphase wird eine Sole (brine) genannte Lösung in den Zwischenraum gebracht und die Spannung zwischen den Elektroden zurückge- setzt oder sogar teilweise umgekehrt. Die Ionen der Doppel- schicht diffundieren in die Sole zurück. Ein bestimmtes Volu- men an Sole wird im Allgemeinen mehrere Male zur Regeneration

der Elektroden verwendet, wobei sich die Ionenkonzentration in der Sole mit jedem Mal weiter erhöht.

Eine Einrichtung zur kapazitiven Deionisierung umfasst norma- lerweise mehrere Einheiten oder Zellen, welche in ihrem Auf- bau einem Superkondensator oder Doppelschichtkondensator ähn- lich sind. Je nach Spannungsabfall an den Elektroden beträgt die maximale Spannung, mit welcher eine derartige Kondensa- torzelle belastet werden darf, für wässrige Elektrolyte 1.3 bis 3 V. Dies deshalb, weil ab einer bestimmten Spannung über den zwei Doppelschichten die Elektrolyse des Wassers einset- zen kann oder es zu Redoxreaktionen an den Elektroden kommt.

Elektrisch sind die Zellen parallelgeschaltet, hydrodynamisch sind sie seriell oder parallel angeordnet, d. h. eine zu rei- nigende Flüssigkeitsmenge kann auf verschiedene parallelver- arbeitete Teilmengen oder-volumina aufgeteilt werden oder mehrere Zellen nacheinander durchfliessen. Für den maximalen Durchsatz an Flüssigkeit, d. h. die Leistung der Einrichtung ist hauptsächlich die aktive Gesamtelektrodenoberfläche mass- gebend. Letztere wird erhöht durch Verwendung von porösen Elektrodenbeschichtungen.

In der US 5,980,718 ist ein kapazitives Deionisierungssystem zur Wasserreinigung offenbart, welches einen Stapel aus elek- trisch parallelgeschalteten und hydrodynamisch in Serie ange- ordneten Einzelzellen umfasst. Jede dieser Zellen besteht aus zwei kohlenstoffbeschichteten Titan-Elektroden, welche in ei- nem Abstand von etwa 0.5 mm zueinander angeordnet sind. Falls sich in der Lösung leitende Teilchen befinden, deren Line- arausdehnung in zumindest einer Dimension grösser oder nur geringfügig kleiner als der Elektrodenabstand ist, besteht die Möglichkeit, dass die Elektroden einer Zelle kurzge- schlossen werden. Die geladenen Kondensatoren der parallelge- schalteten restlichen Zellen entladen sich durch diesen Kurz- schlusspfad. Besagte leitende Teilchen können beispielsweise abgetrennte Teile einer Elektrodenbeschichtung sein. Zur Ver-

meidung eines Totalausfalls sind die einzelnen Zellen mit Si- cherungen versehen, welche im Kurzschlussfall die betroffene Zelle elektrisch isolieren. Weiter sind Filter vorhanden, welche verhindern sollen, dass ein grosses Teilchen durch mehrere Zellen geschwemmt wird und letztere nacheinander ein- zeln kurzschliesst. Die Wirkung dieser Filter ist aber bei nadelförmig ausgebildeten Teilchen zweifelhaft.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer kapazi- tiven Deionisationseinrichtung zur Deionisierung einer ionen- haltigen Flüssigkeit mit mehreren Einzelzellen zu verhindern, dass ein Kurzschluss in einer Zelle zum Ausfall des gesamten Systems führt. Diese Aufgabe wird durch eine kapazitive Deio- nisationseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Kern der Erfindung ist es, die Zellen elektrisch in Serie zu schalten. Somit führt ein Kurzschluss in einer Zelle nicht zur Entladung aller anderen Zellen, sondern nur zum Ausfall der betroffenen Zelle, ohne dass dazu der Einsatz von zusatz- lichen Sicherungen vonnöten ist.

Aufgrund der Ionenleitfähigkeit in der zu reinigenden Flüs- sigkeit stellt diese selbst einen leitenden Strompfad zwi- schen Elektroden verschiedener Zellen dar. Da die elektrische Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden aber ein Viel- faches der Zellspannung beträgt, ist nicht auszuschliessen, dass über gewissen elektrischen Doppelschichten der Span- nungsabfall zu gross wird und die Elektrolyse des Wassers oder Redoxreaktionen an den Elektroden einsetzten. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind deshalb Mittel vorgesehen, welche sicherstellen, dass die elektrische Impedanz des durch die Lösung führenden Leckstrompfades genügend hoch bleibt.

Dadurch fliessen nur geringe Leckströme, und die anliegende

Spannung fällt hauptsächlich über dem Elektrolyten ab und nicht an den Doppelschichten.

Vorzugsweise sind die Doppelschichtkapazitäten der endseiti- gen Elektroden, welche direkt mit der Anode und der Kathode der Spannungsquelle verbunden sind, möglichst gross gewählt.

Dadurch verringert sich die Impedanz und die Spannungsbela- stung der endseitigen Doppelschichten, und das Verhältnis der Leckstrompfadimpedanz zur Impedanz des direkten Strompfades über die seriegeschalteten Zellen nimmt weiter zu.

Die Einhaltung einer Mindeststrompfadlänge stellt bei gegebe- nem Gefässquerschnitt eine notwendige Bedingung für eine hohe Leckstromimpedanz dar. Eine Verlängerung besagter Strompfade wird beispielsweise erreicht, indem für verschiedene Zellen getrennte Zuleitungen vorgesehen werden, oder durch den Ein- bau von Verbreiterungen oder die Reduktion von gewissen geo- metrischen Elektrodenoberflächen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Ein- richtung umfasst einen sogenannten bipolaren Aufbau, d. h. es werden Bipolar-Elektroden eingesetzt, welche wasserdicht sind und in zwei benachbarten Zellen gleichzeitig als Elektroden fungieren. Dadurch ergeben sich eine Reihe weiterer Vorteile, so ein platzsparender Aufbau sowie ein Wegfall von Kontaktwi- derständen an den Bipolar-Elektroden und damit ein geringerer Innenwiderstand der Einrichtung.

In einer alternativen Ausführungsform sind Absperrvorrichtun- gen oder Ventile vorgesehen, welche erfindungsgemäss die ein- zelnen Zellen während dem Reinigungsprozess voneinander ab- koppeln. Eine Ionenleitung durch den Elektrolyten ist somit nur noch bei geöffneten Ventilen möglich, d. h. während dem Austausch der Flüssigkeit in den Zellen.

Vorteilhafterweise werden die Zellen fluid-oder hydrodyna- misch parallel angeordnet. Dies verhindert, dass leitende Teilchen ausreichender Grosse in mehrere Zellen geschwemmt

werden und dort zu Kurzschlüssen führen. Ist insbesondere ei- ne Elektrode brüchig und werden davon grössere Teilchen abge- trennt, so verursachen diese keine weiteren Schäden an ande- ren Zellen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen elektrischen Se- rieschaltung liegt darin, dass die Systemspannung erhöht wer- den kann und nicht auf die Spannung einer Einzelzelle be- schränkt ist. Dies ermöglicht geringere Stromstärken, weniger Verluste in den elektrischen Anschlussleitern und somit höhe- re Wirkungsgrade.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhän- gigen Patentansprüchen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie- len im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. l ein Längsschnitt durch eine Deionisationseinrichtung nach dem Stand der Technik mit elektrisch parallelgeschal- teten Einzelzellen, wobei dargestellt sind in Fig. la eine hydrodynamische Parallelanordnung der Zellen Fig. lb eine hydrodynamische Serieanordnung der Zellen Fig. lc ein Ersatzschaltbild ; Fig. 2 ein Schema einer Deionisationseinrichtung nach der Er- findung mit elektrisch in Serie geschalteten Einzelzellen, wobei dargestellt sind in Fig. 2a eine hydrodynamische Parallelanordnung der Zellen Fig. 2b eine hydrodynamische Serieanordnung der Zellen und Fig. 2c ein Ersatzschaltbild ;

Fig. 3 eine Deionisationseinrichtung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mit Bipolar-Elektroden, wobei dargestellt sind in Fig. 3a ein Längsschnitt und Fig. 3b ein Ersatzschaltbild ; Fig. 4 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Absperr- vorrichtungen.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind glei- che Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG In Fig. 1 ist eine kapazitive Deionisationseinrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt, wobei Fig. la und Fig. lb einen Längsschnitt durch die Einrichtung und Fig. lc ein Ersatz- schaltbild darstellen. Die Einrichtung umfasst insgesamt fünf Kondensatorzellen, wovon zwei Zellen 2,2 gestrichelt umran- det sind. Jede einzelne der fünf Zellen 2,2 weist zwei Elek- troden 20,20', 21,21 auf, welche elektrisch parallelgeschal- tet sind, d. h. die erste Elektrode 20,20 einer Zelle ist mit der Anode 40 und die zweite Elektrode 21,21 einer Zelle ist mit der Kathode 41 einer Gleichspannungsquelle 4 verbunden.

Die Elektroden werden durch Stromkollektoren oder-sammler 42 (current collector) kontaktiert. Während einer Reinigungspha- se liefert die Spannungsquelle 40 eine Zellspannung AU von 1-2 V. Im Zwischenraum zwischen den Elektroden einer Zelle befindet sich möglicherweise ein elektrisch isolierender, po- röser Separator oder Distanzhalter 22 (spacer), welcher ver- hindert, dass sich die Elektroden 20,21 ; 20, 21 berühren.

Ein wasserdichtes, elektrisch nichtleitendes Gefäss 1 mit ei- nem Einlass 10 und einem Auslass 11 umgibt die Einrichtung und leitet die zu reinigende Flüssigkeit oder Elektrolyten 3

zu den einzelnen Zellen. Die in Fig. la gezeigte hydrodynami- sche Parallelanordnung der Zellen weist einen geringen Fluss- widerstand auf. Die dargestellten Elektroden werden doppel- seitig genutzt und erlauben einen kompakten Aufbau. In Fig. lb ist die hydrodynamische Anordnung der Zellen in Serie, d. h. die fünf Zellen werden jeweils nacheinander von demselben Flüssigkeitsvolumen durchströmt. Dieser Aufbau umfasst kon- ventionelle, voneinander abgesetzte Kondensatorzellen ohne doppelseitig genutzte Elektroden.

Fig. lc zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Einrich- tung nach dem Stand der Technik. Zu jeder Zelle gehört ein anodenseitiger Elektrodenwiderstand RA, eine Anodenkapazität CA, ein ionischer Elektrolytwiderstand RE, eine Kathodenkapa- zitrat c und ein kathodenseitiger Elektrodenwiderstand Rc. Zu RA, RUZ sind auch die Kontaktwiderstände zwischen den Elektro- den 20, 21, 20\21 und den Stromkollektoren 42 zu zählen. Die beiden Kapazitaten CA, C entsprechen den zwei elektrischen Doppelschichten, welche sich an den Elektro- de/Elektrolytübergängen ausbilden. Wird die Spannung der Quelle 4 eingeschaltet, so fällt die Zellspannung AU zuerst über dem Elektrolyten 3 ab und beschleunigt die Ionen zu den Elektroden hin. Je mehr Ionen sich an den Elektroden anla- gern, d. h. mit zunehmender Ladung der Doppelschichten, bildet sich ein Spannungsabfall über den entsprechenden Kapazitäten COR, CL aus. Spätestens sobald die Doppelschichten gesättigt, d. h. vollständig mit Ionen bedeckt sind, fliesst kein Strom mehr im Elektrolyten und über Rs sowie RA und Ru fällt keine Spannung mehr ab. Die Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeit 3 beziehungsweise die Verweildauer der Ionen ist so bemessen, dass jedes Ion in der Flüssigkeit 3 auch bei abgeschirmter oder infolge fortschreitender Elektrodensattigung abnehmender Spannung im Elektrolyten ausreichend beschleunigt wird und eine der Elektroden erreicht, noch bevor es aus dem Zwischen- raum wieder hinausgeschwemmt wird.

Um die Beladung mit einer möglichst grossen elektrischen La- dungsmenge, d. h. eine Anlagerung möglichst vieler Ionen zu ermöglichen, müssen die Doppelschichtkapazitäten CA, CC maxi- miert werden. Deshalb sind Elektroden mit einer grossen akti- ven Oberfläche gefragt, welche überdies gegenüber dem Elek- trolyten inert sein sollen. Kohlenstoffhaltige Materialien sind besonders geeignet, beispielsweise in Form von Fasern, Geweben, Aerogel, Pulver oder Glaskohlenstoff (glassy car- bon), welche möglicherweise auf metallische Träger aufge- bracht sind oder als selbsttragende Elektroden in Form von Kohlenstoffplatten eingesetzt werden. Es lassen sich aktive Oberflächen erreichen, welche je nach der Dicke der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht die geometrische oder sichtbare Oberfläche der Elektroden um bis zu acht Grössenordnungen übertreffen. Die geometrische Oberfläche einer Elektrode kann auch in mehrere Teile zerfallen, die gegebenenfalls alle mit demselben Stromkollektor verbunden sind.

Wie eingangs dargelegt, besteht bei elektrischen Parallel- schaltungen ohne besondere Vorkehrungen die Gefahr, dass beim Kurzschluss in einer Zelle alle anderen Zellen sich über die kurzgeschlossene Zelle entladen. Diese kann dadurch dauerhaft beschädigt werden, zudem werden die an den intakten Zellen angelagerten Ionen wieder in die Flüssigkeit abgegeben. Im Weiteren stellt die Begrenzung der Systemspannung auf 1. 3 bis 2 V einen grossen Nachteil dar. Da bei Halbleiterbauelementen auf Siliziumbasis, welche in Um-und Gleichrichtern oder der- gleichen eingesetzt werden, der Spannungsabfall in Durchlass- richtung in derselben Grössenordnung liegt, ist der Wirkungs- grad beim Gleichrichten stark eingeschränkt. Analoge Probleme ergeben sich bei der Energierückgewinnung während der Regene- rationsphase. Weiter sind für dieselbe Leistung höhere Strom- stärken erforderlich, was wiederum höhere ohm'sche Verluste nach sich zieht oder eine entsprechende Dimensionierung der Leiterquerschnitte erfordert.

In Fig. 2 ist eine Deionisationseinrichtung mit einer erfin- dungsgemässen elektrischen Serieschaltung von Einzelzellen schematisch dargestellt. Fig. 2a zeigt eine hydrodynamische Parallelanordnung und Fig. 2b eine Serieanordnung von jeweils vier Zellen. Das Gefäss 1 sorgt für eine entsprechende Zu- und Ableitung der Flüssigkeit 3 zu den Zellen. Aus Gründen der Obersichtlichkeit sind die Zellen deutlich voneinander abgesetzt gezeichnet, was einer Verwendung von konventionel- len Kondensatorzellen entspricht. Das Gefäss 1 umfasst indi- viduelle Zuleitungen 12,12 zu den Zellen 2,2, beispielswei- se in Form von Schläuchen. In Fig. 2c ist das entsprechende elektrische Ersatzschaltbild ersichtlich. RA und Rc bezeich- nen weiterhin den anoden-respektive kathodenseitigen Elek- trodenwiderstand, obschon die jeweiligen Elektroden nicht un- mittelbar mit der Anode 40 respektive Kathode 41 der Span- nungsquelle verbunden sind. Letztere liefert im vorliegenden Fall das Vierfache der Zellspannung AU.

Zu beachten ist, dass zwischen den Punkten A und B der Ein- richtung in Fig. 2a, d. h. zwischen der anodenseitigen Endelek- trode 20"und der kathodenseitigen Endelektrode 21", die er- wähnte Gesamtspannung von t 4 AU anliegt. Die gelösten Ionen bewirken eine gewisse elektrische Leitfähigkeit der Flüssig- keit 3, so dass zwischen A und B alternative, ausschliesslich auf Ionenleitung beruhende Leckstrompfade (leakage current paths) 5,5 definiert werden können. Letztere drohen unter Umständen den direkten Strompfad kurzzuschliessen, welcher in Fig. 2 in gerader Linie über die seriegeschalteten Zellen die Anode 40 mit der Kathode 41 verbindet und sowohl auf Ionen- leitung wie auch auf nicht-ionischer Leitung beruht. Dadurch kann es zu einem erhöhten Spannungsabfall über den Doppel- schichten und einer Elektrolyse des Wassers oder gegebenen- falls eines anderen, eventuell organischen Lösungsmittels wie Alkohol, kommen. Im Ersatzschaltbild von Fig. 2c ist eine ent- sprechende elektrische Bypass-oder Leckimpedanz RL zwischen

den Punkten A und B eingezeichnet. Selbstverständlich sind auch alle weiteren alternativen Leckstrompfade zwischen zwei zu unterschiedlichen Zellen gehörigen Elektroden zu beachten.

Auch in der hydrodynamischen Serieanordnung gemäss Fig. 2b sind solche Leckstrompfade definiert, beispielsweise der Strompfad 5", an welchem die doppelte Zellspannung anliegt.

Zwei Elektroden können nur dann auf einem verschiedenen Po- tential gehalten werden, falls der alternative Strompfad eine charakteristische Zeitkonstante TL = RL'C aufweist, welche viel grösser ist als die Zeitkonstante des direkten Strompfa- des. Der Leckimpedanz RL muss also ausreichend gross sein um den alternativen Strompfad unattraktiv zu machen und potenti- elle Leckströme zu reduzieren.

Ein ausreichend grosser Leckwiderstand RL wird beispielsweise erreicht, indem die Länge der Leckstrompfade 5,5, 5"erhöht wird oder der Querschnitt des Ionenleiters, d. h. des Gefässes 1, verringert wird. In einer Ausführung gemäss Fig. 2 mit kon- ventionellen, einzeln angeordneten Zellen führen vom Einlass 10 getrennte, elektrisch isolierende Zuleitungen 12,12 zu den Zellen 2,2 hin. An den Verjüngungsstellen 13,13 weisen die Zuleitungen 12,12 ihren kleinsten Querschnitt auf. Die- ser ist so bemessen, dass der elektrische Widerstand des Elektrolyten an dieser Stelle möglichst gross ist, ohne dabei den Flüssigkeitsdurchfluss zu stark zu behindern. Die Länge der einzelnen Zuleitungen 12,12 ist in Fig. 2a mit x bezeich- net. Auf der Einlassseite 10 ist die Ionenkonzentration No und damit die spezifische Leitfähigkeit höher als auf der Auslassseite 11, dementsprechend ist die einlassseitige Aus- dehnung x der Zuleitungen grösser als die auslassseitige Aus- dehnung y zu wählen. In der Ausführung gemäss Fig. 2b mit hy- drodynamischer Serieschaltung der Zellen liegt am Leck- strompfad 5"zwischen den Punkten A und C nur die doppelte Zellspannung 2-AU an, zudem ist die Ionenkonzentration durch die Wirkung der ersten Zelle bereits auf einen Wert unterhalb

No reduziert. Jede weitere Passage in einer der Zellen redu- ziert den Ionengehalt und verringert somit die Minimallänge des nachfolgenden Gefässabschnitts.

Fig. 3a zeigt im Längsschnitt einen sogenannt bipolaren Aufbau einer Deionisierungseinrichtung unter Verwendung von Bipolar- Elektroden 23. Letztere werden doppelseitig eingesetzt, d. h. eine erste 21 und eine zweite 20 Oberfläche ein und dersel- ben Kohlenstoffplatte werden in zwei benachbarten Kondensa- torzellen 2, 2 als Elektroden entgegengesetzter Polarität verwendet. Der dargestellte Stapel umfasst abwechselnd eine Bipolar-Elektrode 23 und einen Separator 22 oder sonstigen Abstandshalter. Der Abstand zwischen den Elektroden einer Zelle ist im übrigen ein Kompromiss zwischen elektrischen und hydrodynamischen Anforderungen. Der Querschnitt der Einrich- tung senkrecht zum Stapel und zur Stromrichtung kann eine be- liebige Form annehmen. Aus dem Gebiet der Super-oder Ultra- kondensatoren ist ein entsprechender bipolarer Aufbau be- kannt, beispielsweise aus dem Artikel"Bipolar Glassy Carbon Electrochemical Double-Layer Capacitor : 100000 Cycles Demon- strated"von M. Bärtsch et al., J. New Mat. Electrochem. Sy- stems 2, Seite 273-277 (1999). Obschon in Fig. 3a nur eine hy- drodynamische Parallelanordnung der Zellen dargestellt ist, ist bei einer entsprechenden Ausbildung des Gefässes 1 auch eine hydrodynamische Serieanordnung denkbar.

Die Elektroden 20", 21"am anoden-und kathodenseitigen Ende des Stapels sind auf ihrer Rückseite grossflächig und somit unter einem kleinen Kontaktierungswiderstand mit einem Strom- kollektor 42 verbunden. Alle anderen Elektroden sind nur über den Elektrolyten an die Spannungsquelle angeschlossen, so dass sich weder Kontaktierungsprobleme noch eine Reduktion der Elektrodenfläche durch Stromkollektoren ergeben. Da Bipo- lar-Elektroden 23 von zwei benachbarten Zellen gemeinsam ge- nutzt werden, fällt die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Zellen weg und der Innenwiderstand der Anordnung

verringert sich. Somit reduziert sich auch der interne Span- nungsabfall beziehungsweise die interne Verlustleistung. Die vorzugsweise aus thermisch aktivierten Glaskohlenstoff gefer- tigten Bipolar-Elektroden verfügen über Poren, welche ins In- nere des Elektrodenmaterials führen, sind im Gegensatz zu Ae- rogel-Elektroden jedoch wasserdicht und ionenundurchlässig und weisen eine hohe aktive Oberfläche auf. Die entsprechen- den Doppelschichtkapazitäten CA, CC betragen bis zu 2 F/cm2. Im Weiteren ergibt sich ein platzsparender Aufbau für unter- schiedliche Spannungen zwischen 3 und einigen 100 V.

In Fig. 3b ist das elektrische Ersatzschaltbild aufgezeichnet.

Die endseitigen Kontaktwiderstände RK bezeichnen den Obergang vom Stromkollektor 42 zu den beiden Endelektroden 20", 21", welche direkt mit der Anode respektive Kathode der Spannungs- quelle verbunden sind. Der Widerstand RB einer nicht- endseitigen Bipolar-Elektrode ist sinngemäss zu gleichen Tei- len auf die zwei angrenzenden Zellen aufgeteilt. CB bezeich- net die Doppelschichtkapazität einer Bipolar-Elektrode, wel- che hier vereinfachend als für beide Elektrodenseiten gleich gross angenommen wurde.

Bei einer hydrodynamischen Parallelanordnung der Zellen ist der durch Ionenleitung in der Lösung definierte alternative Leckstrompfad 5 zwischen den Endelektroden 20", 21" in Fig. 3a strichpunktiert eingezeichnet und in Fig. 3b durch den Wider- stand RL repräsentiert. An diesem Strompfad 5 liegt die grösstmögliche Spannung an. Um seine Länge und damit seinen Widerstand zu erhöhen sind die Endelektroden 20", 21" quer zur Anordnung weniger ausgedehnt vorzusehen. Letztere weisen also eine reduzierte geometrische Oberfläche auf, wie im Längs- schnitt durch die Einrichtung in Fig. 3a gezeigt.

Diese Reduktion der geometrischen Querausdehnung sollte je- doch zu keiner Einbusse bei der aktiven Oberfläche und damit der Doppelschichtkapazität CA205\, CA21"der Endelektroden

20", 21"führen. Dazu kann die aktive Schicht der Endelektro- den dicker sein als bei den Bipolar-Elektroden, d. h. tiefere Poren aufweisen. Eine möglichst grosse Endelektrodenkapazität hat weitere Vorteile. Obschon an den Endelektroden die grösstmögliche Spannung anliegt, steigt die Spannung in der zugehörigen Doppelschicht langsamer als an den übrigen Bipo- lar-Elektroden. Mit vergrösserter Endelektrodenkapazität nimmt die entsprechende Impedanz ab, welche in Serie zu den Leckstrompfaden wie auch dem direkten, über die seriegeschal- teten Zellen führenden Strompfad steht. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung des Impedanzverhältnisses zugunsten des Letzteren.

Um einen Widerstand zwischen zwei nicht endseitigen Zellen anzuheben, wird die Länge der Leckstrompfade verlängert, in- dem die Bipolar-Elektroden randseitig mit einer elektrisch isolierenden Verbreiterung oder Abdeckung 6 versehen werden.

Diese Verbreiterung oder Abdeckung 6 impliziert einen Umweg für den Ionentransport zwischen benachbarten Zellen und die zur Ausführungsform gemäss Fig. 2 gemachten Bemerkungen finden Anwendung.

Die Bipolarausführung weist weitere Vorteile auf. Die Strom- leitung in den Bipolar-Elektroden 23 erfolgt senkrecht zur Ebene der Elektroden und nicht in der Ebene, wie dies bei- spielsweise in Fig. la der Fall ist, wo jede Elektrode über einen Stromkollektor 42 seitlich kontaktiert wird. Weist die Bipolar-Elektrode einen Riss auf, so behindert dies die Funk- tion der Einrichtung somit nicht.

Eine weitere Möglichkeit, bei einer hydrodynamischen Paralle- lanordnung von Einzelzellen unerwünschte Entladungen über Leckstrompfade zu vermeiden, besteht im Einsatz von Absperr- vorrichtungen 7. In Fig. 4 sind diese schematisch dargestellt, wobei aus Gründen der Obersichtlichkeit im Bereich der Zwi- schenräume 24 zwischen den Elektroden einer jeder Zelle keine

Separatoren eingezeichnet sind. Absperrvorrichtungen 7 in Form von Ventilen oder Hahnen trennen in geschlossenem Zu- stand den Zwischenraum 24 einer Zelle 2 gegenüber den Zu-und Ableitungen 12 wasserdicht ab. Somit ist auch keine Ionenlei- tung in die oder aus der Zelle 2 mehr möglich. Nur in geöff- netem Zustand der Absperrvorrichtungen 7, d. h. während einem Austausch der Flüssigkeit im Zwischenraum 24, sind die Leck- strompfade durchgehend. Entsprechend muss der Flüssigkeits- austausch möglichst schnell geschehen. Vorteilhafterweise sind die Elektroden seitlich gegenüber den Zuleitungen abge- dichtet und stehen nur mit der im Zwischenraum 24 vorhandenen Flüssigkeit in Kontakt.

Das entsprechende Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung ge- mass Fig. 4 umfasst die folgenden Schritte. Zu Beginn einer Regenerationsphase wird eine Sole in die Zwischenräume ge- bracht und die Spannung an der Einrichtung so gewählt, dass die Ionen aus den Doppelschichten in die Sole diffundieren oder driften. Sobald die Ladungen der Doppelschichten abge- baut sind, wird die Sole aus den Zwischenräumen gespult. Im Anschluss daran werden die auslassseitigen Ventile geschlos- sen und die Zwischenräume mit ionenhaltiger, zu reinigender Flüssigkeit gefüllt. Darauf werden die einlassseitigen Hahnen geschlossen und die Spannung am Stapel erhöht, bis an jeder Zelle die Zellspannung AU anliegt. Sobald die ruhenden Flüs- sigkeitsvolumina in den Zwischenräumen ihre Ionen an die Dop- pelschichten abgegeben haben, werden die auslassseitigen Ven- tile kurz geöffnet und die gereinigte Flüssigkeit entleert.

Während diesem Prozess bleibt die Spannung an der Zelle be- vorzugterweise aufrechterhalten. Daraufhin werden die ein- lassseitigen Hahnen geöffnet, und entweder ein nächstes Flüs- sigkeitsvolumen oder, falls die Doppelschichten schon gesät- tigt sind, die Sole zur Einleitung der nächsten Regenerati- onsphase eingefüllt.

Zusammenfassend ergibt sich eine Einrichtung zu Deionisierung einer Flüssigkeit, welche auf Kurzschlüsse in den Zellen we- niger anfällig ist. Zudem sind im System höhere Spannungen möglich, und damit kleinere Ströme und geringere elektrische Verluste. Wegen der erhöhten Spannung können existierende Leistungselektronikkomponenten für ein vereinfachtes Ener- giertckgewinnungsmanagement während der Regenerationsphase eingesetzt werden. Zur weiteren Leistungssteigerung sind zu- sätzlich elektrische Parallelschaltungen von weiteren erfin- dungsgemässen Serieschaltungen von Kondensatorzellen denkbar.

Andererseits ist eine höhere Korrosionsbeständigkeit vonnöten und einer ungleichen Spannungsverteilung zwischen den einzel- nen Zellen ist vorzubeugen.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gefäss 10 Einlass 11 Auslass 12,12 Zuleitung 13,13 Verjüngung 2,2 Zellen 20,20 erste, anodenseitige Elektrode 21,21 zweite, kathodenseitige Elektrode 22 Separator 23 Bipolar-Elektrode 24 Zwischenraum 3 Ionenhaltige Flüssigkeit, Elektrolyt 4 Spannungsquelle 40 Anode 41 Kathode 42 Stromkollektor AU Zellspannung 5,5,5" Leckstrompfad 6 Verbreiterung 7 Absperrvorrichtung