Mit Hilfe derartiger, im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen lässt sich bei- spielsweise Wasser in der Weise aufbereiten, dass im Wasser gelöste, verunreini- gende Ionen durch das Spannungsgefälle zwischen den Hauptelektroden je nach ih- rem Ladungszustand entweder zur Anode oder zur Kathode wandern und sich dort sammeln. Sofern die lonen mit dem Hauptelektrodenmaterial keine chemischen Re- aktionen eingehen, können die vor der Kathode/Anode versammelten lonen dann als sogenannter Anolyt bzw. Katholyt abgeführt werden. Das Prinzip dieser Vorrichtung beruht dabei auf der Elektrolyse.

Nachteilig bei einer derartigen Vorrichtung ist, dass bei gegebenem Abstand der Hauptelektroden voneinander nur eine Zelle-nämlich die Hauptzelle-zur Verfügung steht, in der eine Elektrolyse und damit eine lonentrennung stattfinden kann.

Weiter müssen die Anionen bzw. die Kationen, die zur Anode bzw. zur Kathode wan- dern, relativ große Distanzen überwinden, insbesondere wenn die Hauptelektroden relativ weit voneinander entfernt sind, was die Dauer des Elektrolyseprozesses er- höht.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, in der ohne großen Auf- wand eine Elektrolyse mit deutlich vergrößerter Leistung stattfinden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Bildung von Elektroly- seunterzellen zwischen den beiden Hauptelektroden zumindest eine Polarisations- elektrode angeordnet ist, die aus elektrisch leitfähigem Material besteht und die von der Spannungsquelle getrennt ist.

Das dieser Vorrichtung zugrunde liegende Verfahren wird wegen der zusätzlichen Polarisationselektroden im Folgenden Multi-Elektroden-Elektrolyse (MEE) genannt, da es im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren mehr als zwei Elektroden verwendet. Die nach diesem Prinzip arbeitenden Vorrichtungen können insbesondere eingesetzt werden, um eine Wasserenthärtung in großem Maßstab durchzuführen, was etwa für die chemische Industrie besonders interessant ist, Im Rahmen dieser Anwendung ist es dann möglich, Nebenprodukte, wie Na, K, Li, Mg, Mn und Jodid zu gewinnen und industriell zu verwerten. MEE-Vorrichtungen können aber natürlich auch in kleinerem Maßstab in jedem Privathaushalt Anwendung finden.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des MEE-Prinzips, die später genauer be- schrieben werden wird, sind die Multi-Elektroden-Elektrolyse-Deionisationssysteme (MEEDIS), die insbesondere zur Wasserentsalzung eingesetzt werden können und daher beispielsweise für die Wasserindustrie interessant sind.

Durch die zusätzliche (n) Polarisationselektrode (n) ist es möglich, eine gegebene Hauptzelle mit sich gegenüberstehenden Hauptelektroden auf einfache Weise in zwei oder mehr Unterzellen zu teilen, in denen ebenfalls Elektrolyse stattfindet, ohne dass die dazu notwendige Polarisationselektrode (n) zusätzlich mit der Spannungsquelle verbunden werden muss. Dabei soll unter dem Begriff"Hauptzelle"im Übrigen allein das Behältnis verstanden werden, das den Elektrolyt am Auslaufen aus der Vorrich- tung hindert. Das Fehlen einer Verbindung mit der Spannungsquelle bedeutet im Sin- ne der vorliegenden Erfindung, dass die Polarisationselektrode keine direkte leitende Verbindung mit der Spannungsquelle oder mit den Hauptelektroden in der Art einer Verkabelung aufweist, wodurch ja gerade auch der apparative Aufwand erheblich re- duziert werden soll. Sofern also in der vorliegenden Anmeldung davon die Rede ist, dass die Polarisationselektrode von der Spannungsquelle getrennt ist, so soll hier- unter jeweils der Verzicht auf eine apparative bzw. gegenständliche Verbindung in Form von Kabeln und dergleichen gemeint sein, während natürlich mit den benach- barten Elektroden eine leitende Verbindung über den Elektrolyt bzw. die in der jewei- ligen Unterzelle befindliche Flüssigkeit besteht, die ja für die Elektrolyse erforderlich ist.

Die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach dem MEE- Prinzip arbeit, beruht dabei darauf, dass sich Ladungsträger, das heißt üblicherweise

Elektronen, in der Polarisationselektrode derart verschieben, dass auf der der Haupt- anode zugewandten Seite der Polarisationselektrode ein Elektronenüberschuß ent- steht, auf der entgegengesetzten Seite, das heißt auf der der Hauptkathode zuge- wandten Seite der Polarisationselektrode dagegen ein Elektronenmangel. Jede Pola- risationselektrode fungiert damit als eigenständige Elektrode zur Elektrolyse, und zwar bzgl. der Unterzelle auf der einen Seite als Kathode und bzgl. der Unterzelle auf der anderen Seite als Anode.

Jede Hauptzelle kann daher in beliebig viele Elektrolyseunterzellen geteilt werden, wobei jede Unterzelle dabei die gleiche Funktion wie die Hauptzelle erfüllt. Wird die Hauptzelle beispielsweise durch n-1 Polarisationselektroden in n Unterzellen geteilt, funktioniert jede Unterzelle wie eine Hauptzelle aber mit einem Widerstand gegen- über der Gesamtzelle von annähernd 1/n. Dadurch wird insgesamt eine n-fache Leistung gegenüber einer herkömmlichen Hauptzelle mit 2 Elektroden erzielt. Anders ausgedrückt wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach dem MEE-Prinzip arbeitet, derselbe Gewinn wie mit einer Hauptzelle mit 2 Elektroden erreicht, aller- dings in annähernd 1/n Zeit (genauere Berechnungen zeigen, dass die erzielbaren Leistungssteigerungen sogar noch größer sind).

Es ist zweckmäßig, die Polarisationselektrode derart in der Hauptzelle anzuordnen, dass die Unterzellen in Hiauptelektrodenrichtung auf der einen Seite von der Polari- sationselektrode und auf der anderen Seite von einer Hauptelektrode oder einer weiteren Polarisationselektrode begrenzt werden. Der Fall, dass die Unterzelle auf beiden Seiten von einer weiteren Polarisationselektrode begrenzt wird, tritt in diesem Zusammenhang dann auf, wenn zumindest zwei Polarisationselektroden vorgesehen sind. Aufgrund der obigen Rechnung ergibt sich natürlicherweise, dass die mit dem MEE-Prinzip erzielbaren Leistungssteigerungen um so größer sind, je mehr Polarisa- tionselektroden eingesetzt werden.

Damit in jeder Unterzelle eine Elektrolyse unabhängig von den anderen Unterzellen stattfinden kann, sind die Unterzellen flüssigkeitsdicht voneinander getrennt, insbe- sondere wenn die Polarisationselektrode selbst als Trennelement dient. Ohne Trenn- element würden sich entgegengesetzt geladene Ionen jeweils benachbarter Unter- zellen vereinigen und somit die durch die Elektrolyse in den Unterzellen erfolgte Trennung von Anionen und Kationen aufheben.

Um in den einzelnen Unterzellen die gleichen Strom-und Spannungsverhältnisse herzustellen, ist es günstig, wenn die der Polarisationselektrode benachbarten Unter- zellen jeweils gleich groß sind und insbesondere die gleiche Länge haben.

Für eine bzw : jede Unterzelle ist vorteilhafterweise eine Membran vorgesehen, die die Unterzelle in eine anodenzugewandte und eine kathodenzugewandte Kammer mit Anolyt bzw. Katholyt unterteilt. Der Anolyt und der Katholyt können dann separat ab- geleitet werden. Dabei beziehen sich die Richtungen"anodenzugewandt"und"katho- denzugewandt"auf die jeweilige Elektrode, durch die die Unterzelle begrenzt ist. Die Begriffe Anolyt und Katholyt sollen jeweils den Elektrolyt in der Nähe der Anode bzw. der Kathode kennzeichnen, in dem hauptsächlich Anionen bzw. Kationen vorhanden sind.

Durch die Membran kann insgesamt eine verbesserte Trennung von Anionen und Ka- tionen erfolgen. Weiter wird verhindert, dass sich Anionen und Kationen nach der Trennung erneut vermischen. Dabei wirkt die Membran beim Durchleiten bzw. Zu- und/oder Abführen von Elektrolyt, Anolyt und oder Katholyt als Strömungsrichter und/oder in Bezug auf die entsprechenden Teilchen (Anionen, Kationen, neutrale Teilchen) als größenselektives Element.

Die Membran kann die Unterzelle mittig in gleich große Kammern teilen.

Zweckmäßigerweise ist für jede Unterzelle zumindest ein Zulauf für den unbehan- delten Elektrolyt vorgesehen und wenigstens jeweils ein separater Ablauf für den A- nolyt und den Katholyt. Insbesondere durch die separaten Abläufe für den Anolyt und den Katholyt-und aber auch durch die oben beschriebene Membran-wird verhin- dert, dass sich die Anionen und die Kationen nach erfolgter Trennung wieder vermi- schen.

Es hat sich in diesem Zusammenhang bei Versuchen herausgestellt, dass es beson- ders-günstig ist, wenn die Abläufe im oberen Bereich und der Zulauf im unteren Be- reich der Unterzelle angeordnet sind.

Um über die Trennung des Elektroyts in Anolyt und Katholyt hinaus ein Entfernen von Kationen und Anionen zu ermöglichen, so dass der Vorrichtung von lonen zumindest

weitgehend gereinigtes, im Folgenden als Restelektrolyt bezeichnetes Elektrolyt ent- nommen werden kann, ist es vorteilhaft, in der anodenzugewandten und der katho- denzugewandten Kammer lonenaustauschersubstanzen zum Austausch von Elektro- lytkationen bzw.-anionen vorzusehen. Im Rahmen dieser Anmeldung werden derar- tige Vorrichtungen, bei denen basierend auf dem MEE-Prinzip insgesamt drei Memb- rane zusätzlich in jeder Unterzelle sowie lonenaustauschersubstanzen eingesetzt werden, als MEEDIS bezeichnet. Zusätzlich zu der Trennung von Anionen und Katio- nen durch die Elektrolyse wird hier noch ein Austausch bestimmter unerwünschter Anionen und Kationen durch andere lonen, wie etwa an lonenaustauschersubstanzen haftende Hydroxil-oder Wasserstoffionen erreicht. Zweckmäßigerweise ist dabei in der kathodenzugewandten Kammer zumindest eine Kationenaustauschersubstanz und in der anodenzugewandten Kammer zumindest eine Anionenaustauschersub- stanz vorgesehen, da sich in diesen beiden Kammern jeweils die Kationen bzw. die Anionen des Elektrolyts sammeln.

Besonders vorteilhaft ist es, eine erfindungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, dass für jede Unterzelle zwei Membrane vorgesehen sind, die die Unterzelle in je- weils eine anodenzugewandte und eine kathodenzugewandte Kammer mit Anolyt bzw. Katholyt sowie eine zwischen diesen angeordnete Mittelkammer mit an- nähernd ionenfreiem Restelektrolyt unterteilen. Die Teilung der Unterzelle in drei Kammern macht es dann möglich, sowohl von Anionen als auch von Kationen befrei- ten Restelektrolyt zu erhalten, da die lonen durch die Elektrolyse aus dem Elektrolyt der Mittelkammer in die kathodenzugewandte bzw. anodenzugewandte Kammer wan- dern, wodurch der Restelektrolyt enthärtet wird. Dieser enthärtete Restelektrolyt kann dann aus der Unterzelle abgeleitet werden. Mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist beispielsweise eine Enthärtung von Wasser sehr gut möglich, das enthärtete Wasser befindet sich dann als Restelektrolyt in der Mit- telkammer. Es ist daher bei dieser Ausführungsform zunächst nicht unbedingt erfor- derlich, zusätzliche lonenaustauschersubstanzen vorzusehen, um der Vorrichtung ionengereinigtes Restelektrolyt entnehmen zu können.

Zweckmäßigerweise teilen die Membrane die Unterzelle derart auf, dass die Mittel- kammer größer ist als jeweils die anodenzugewandte und die kathodenzugewandte Kammer. Dadurch steht für den ionenfreien Restelektrolyt dann ein besonders großer Raum zur Verfügung, so dass auch die Elektrolytmenge, die die Vorrichtung aufbe- reiten kann, besonders groß ist.

Vorteilhafterweise ist für jede Unterzelle zumindest ein Zulauf für den unbehandelten Elektrolyt und wenigstens jeweils ein separater Ablauf für den Anolyt, den Katholyt und den Restelektrolyt vorgesehen, so dass insbesondere der ionengereinigte Rest- elektrolyt separat ableitbar ist.

Auch bei dieser Ausgestaltung der Unterzelle mit zwei Membranen haben Versuche ergeben, dass es vorteilhaft ist, wenn die Abläufe im oberen Bereich und der Zulauf im unteren Bereich der Unterzelle angeordnet sind.

Um die Reinheit des Elektrolyts bzgl. der lonen noch einmal zu steigern, kann es auch bei dieser Ausführungsform zweckmäßig sein, wenn in der Mittelkammer und/oder der kathodenzugewandten Kammer und/oder der anodenzugewandten Kammer lonenaustauschersubstanzen zum Austausch von Elektrolytkationen bzw.- anionen vorgesehen sind (MEEDIS). Dabei kann in der Mittelkammer sowohl zumin- dest eine Anionenaustauschersubstanz als auch zumindest eine Kationenaustau- schersubstanz vorgesehen sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind für jede Unterzelle nicht nur zwei, sondern zumindest drei Membrane vorgesehen, die die Unterzelle in zumindest jeweils eine anodenzugewandte und eine kathodenzugewandte Kammer mit Anolyt bzw. Katholyt sowie zumindest zwei, zwischen diesen angeordnete Mittel- kammern mit Restelektrolyt unterteilen, wobei die eine Mittelkammer der Anode und die andere Mittelkammer der Kathode zugewandt ist.

Insbesondere wenn dann in den Mittelkammern zusäzlich zumindest eine Katione- naustauschersubstanz und zumindest eine Anionenaustauschersubstanz zum Aus- tausch von Elektrolytkationen bzw.-anionen vorgesehen ist (MEEDIS), stellt diese Ausführungsform eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zum Entfernen/Trennen von lonen aus einem Elektrolyt dar. Dabei ist es besonders günstig, wenn die Katione- naustauschersubstanz in der kathodenzugewandten Mittelkammer und die Anionen- austauschersubstanz in der anodenzugewandten Mittelkammer vorgesehen wird.

Beim Einsatz dieser zumindest drei Membrane ist es darüber hinaus zweckmäßig, dass die Membrane die Unterzelle derart aufteilen, dass die Mittelkammern jeweils größer sind als die anodenzugewandte bzw. die kathodenzugewandte Kammer. Da- durch wird der Raum für den Restelektrolyt besonders groß, was zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit der Vorrichtung führt.

Dabei ist für jede Unterzelle zumindest ein Zulauf für den unbehandelten Elektrolyt und wenigstens jeweils ein separater Ablauf für den Anolyt, den Katholyt und den Restelektrolyt vorgesehen. Insbesondere für den Restelektrolyt können auch zwei Abläufe-für jede Mittelkammer einer-vorgesehen sein. Auch bei dieser Ausfüh- rungsform ist es vorteilhaft, die Abläufe im oberen Bereich und den Zulauf im unteren Bereich der Unterzelle anzuordnen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden zumindest zwei Un- terzellen einer der oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart miteinander in Reihe verbunden, dass der aus der vorhergehenden Unterzelle der Reihe abfließende Anolyt und/oder Katholyt und/oder Restelektrolyt in zumindest einen Zulauf der in der Reihe nachfolgenden Unterzelle fließt. Es können also Unterzellen, die eine, zwei, drei oder mehr Membrane aufweisen, miteinander verbunden werden. Dadurch wird es insbesondere ermöglicht, besonders gut gerei- nigte Restelektrolyte zu erhalten. Dieses Weiterleiten von Anolyt und Katholyt durch Inreiheschalten hat natürlich nur dann einen Sinn, wenn Anolyt und Katholyt bereits einen relativ hohen Reinheitsgrad aufweisen, wenn also beispielsweise die später näher beschriebene und in Figur 3 dargestellte Ausführungsform am Ende eines Rei- nigungsprozesses angeordnet wird und es nur noch um die Feinstreinigung geht. An- dernfalls wäre zu schnell eine Sättigung der Vorrichtung erreicht. Mit anderen Wor- ten : Das Inreiheschalten empfiehlt sich insbesondere für das Weiterleiten des Rest- elektrolyts und bezüglich Anolyt und Katholyt nur bei vorgereinigtem Zustand.

Zur weiteren Leistungssteigerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der Vorrichtung nach dem MEE-Prinzip, können ein oder mehrere Magnete vorgese- hen werden, die so angeordnet bzw. ausgebildet sind, dass deren Feldlinien im We- sentlichen parallel zu den durch die jeweiligen Elektroden gebildeten elektrischen Feldlinien ausgerichtet sind. Dadurch wird erreicht, dass sich die lonen in einer spi- ralförmigen Bahn zu den entsprechenden Elektroden bewegen.

In diesem Zusammenhang ist es aber auch denkbar, die Magnete derart anzuordnen, dass deren Feldlinien senkrecht zu den durch die Elektroden erzeugten elektrischen Feldlinien stehen. Dann werden die lonen senkrecht zu den elektrischen und magne- tischen Feldlinien abgelenkt und in Richtung der Abflüsse der Unterzellen abgeführt.

Schließlich ist auch eine Kombination der oben beschriebenen Möglichkeiten dent- bar.

Was die Bauform der eingesetzten Magnete angeht, so können diese zweckmäßig hohl-oder vollzylinderförmig ausgebildet sein. Dabei hat die Vollzylinderform die Wir- kung, dass die lonen innerhalb des erzeugten magnetischen Feldes gehalten werden.

Durch die Hohizylinderform wird eine Sammlung der lonen im Zentrum des Hohizylin- der erzielt.

Um Strom zu sparen, werden vorteilhafterweise Dauermagneten eingesetzt, wobei natürlich auch Elektromagneten zweckmäßig sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, werden zwei Vorrichtungen ge- mäß zumindest Anspruch 1, d. h. zwei der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, derart miteinander in Reihe verbunden, dass der aus der vorhergehenden Vorrichtung der Reihe abfließende Anolyt und/oder Katholyt und/oder Restelektrolyt in zumindest einen Zulauf der nachfolgenden Vorrichtung fließt. Hier werden also nicht allein Unterzellen miteinander verbunden, sondern die Vorrichtungen selbst, was ebenfalls zu einer erhöhten Reinheit des Restelektrolyts führt.

Dabei kann speziell die vorhergehende Vorrichtung der Reihe eine Vorrichtung ge- mäß zumindest Anspruch 11 (MEE ohne Erweiterung gemäß MEEDIS) und die nach- folgende eine Vorrichtung gemäß zumindest Anspruch 18 (MEEDIS) sein. Die Vor- richtung gemäß zumindest Anspruch 11 reinigt dann das zu behandelnde Elektrolyt vor und die Vorrichtung gemäß zumindest Anspruch 18 führt dann die Endreinigung durch.

Bei allen oben beschrieben Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des Anolyts in einem separaten Behältnis aufbewahrbar und in jede Unterzelle zurückleitbar ist. Insbesondere wenn der Anolyt in die kathodenzugewandten Kam- mern zurückleitbar ist, wird erreicht, dass Ablagerungen, die sich vor allem auf der Kathode der Unterzellen befinden, durch die Behandlung mit Anolyt, das Säureeigen- schaften aufweist, entfernt werden können. Dadurch wird die Vorrichtung gereinigt, was deren Leistungsfähigkeit und Lebensdauer deutlich erhöht.

Ebenfalls zur Reinigung der oben beschriebenen Vorrichtungen ist es vorteilhaft, eine Spannungsumkehrungsvorrichtung zum Umkehren der Spannung an den Hauptelekt- roden vorzusehen. Infolge dieser Umkehrung an den Hauptelektroden kehrt sich na- türlich auch die Spannung an den Polarisationselektroden um. Dann werden die ur- sprünglichen Kathoden zu Anoden, an denen sich dann während der Reinigungspha- se Anolyt bildet, das wiederum dem Entfernen der Rückstände auf den Elektroden dient. Gleichzeitig werden die lonenaustauschersubstanzen regeneriert.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung einen Sensor zum Messen des Ver- unreinigungsgrades der Vorrichtung aufweist. Der Sensor kann an die Spannungsum- kehrungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar angeschlossen sein, so dass die Spannung abhängig vom Verunreinigungsgrad der Vorrichtung umkehrbar ist.

Ein derartiger Sensor ist vorteilhafterweise ein Leitfähigkeitssensor zur Messung der Leitfähigkeit des ionengereinigten Restelektrolyts.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung und/oder Trennung von Anionen und Kationen eines Elektrolyts, in dem der Elektrolyt in einem ersten Schritt durch eine Voraufbereitungsvorrichtung gemäß zumindest An- spruch 11 geleitet wird, in der der Elektrolyt in Anolyt, Katholyt und Restelektrolyt getrennt wird, und in dem der Restelektrolyt anschließend in einem zweiten Schritt in eine Hauptaufbereitungsvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 18 geleitet wird, in der aus dem Restelektrolyt weitere lonen entfernt werden.

Dabei kann zumindest ein Teil des Anolyts der Voraufbereitungsvorrichtung in einem Behältnis aufbewahrt werden.

Vorteilhafterweise ist dabei eine Regenerationsphase vorgesehen, in der der Elekt- rolyt aus der Voraufbereitungs-und der Hauptaufbereitungsvorrichtung abgeführt wird, in der die Spannung der Hauptelektroden dieser Vorrichtungen umgekehrt wird und in der unaufbereitetes Elektrolyt zur Reinigung in die Vorrichtungen einge- leitet werden.

Dabei kann der der Voraufbereitungsvorrichtung und/oder der Hauptaufbereitungsvor- richtung zugeführte Reinigungselektrolyt mit Teilen des Anolyts aus dem Behältnis versetzt wird.

Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sowie zusätzliche Erläuterun- gen bzgl. einiger Prinzipien gemäß der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen anhand der folgenden Zeichnungen. Dabei zei- gen : Figur 1 eine Prinzipskizze bzgl. der Wirkungsweise von Polarisationselektroden ; Figur 2 eine erste Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, teilweise im Vertikalquerschnitt ; Figur 2a eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ge- mäß Figur 2 ; Figur 3 die Vorrichtung gemäß Figur 2 in modifizierter Form, teilweise im Vertikal- querschnitt ; Figur 4 eine weitere Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vertikal- querschnitt ; Figur 5 eine dritte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vertikalquer- schnitt ; Figur 6 eine vierte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Prinzipskiz- ze.

In Figur 1 ist die Wirkungsweise von Polarisationselektroden gemäß der vorliegenden Anmeldung dargestellt, die das Grundprinzip der MEE erklärt.

Gezeigt ist eine Elektrolysevorrichtung, bei der eine Spannungsquelle 1 mit Haupt- elektroden 2 und 3 verbunden ist, wobei die Hauptelektrode 2 die Anode und die Hauptelektrode 3 die Kathode bildet. Der Raum zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 ist mit einem Elektrolyt 4 gefüllt, der ausreichend lonen aufweist, so dass ein La- dungstransport und somit ein Stromfluß in dem Elektrolyt 4 möglich ist.

Wesentlich ist nun, dass zwischen die beiden Hauptelektroden 2,3 zusätzliche Elekt- roden 5a, 5b, 5c, 5d eingefügt sind, die den Raum zwischen den Hauptelektroden in einzelne Unterzellen 6a-6e teilen. Dies Elektroden 5a-5d sind aus leitfähigem Ma- terial wie etwa Metall hergestellt.

Aufgrund der an den Hauptelektroden 2,3 anliegenden Spannung fließt ein Strom in dem Elektrolyt 4, der dafür sorgt, dass die zusätzlichen Elektroden 5a-5d ähnlich wie gewöhnliche Widerstände in einer Reihenschaltung an ihren der Hauptanode 2

zugewandten Seiten jeweils einen negativen Pol und an ihren der Hauptkathode 3 zugewandten Seiten jeweils einen positiven Pol ausbilden, wie dies in der Figur 1 durch die"+"und"-"-Symbole angedeutet ist, so dass die zusätzlichen Elektroden quasi polarisiert werden, weshalb diese im Rahmen der gesamten Anmeldung als Polarisationselektroden bezeichnet werden.

Die Polarisationselektroden 5a-5d sind galvanisch von der Spannungsquelle ge- trennt, das heißt, nur die Hauptelektroden 2,3 sind mit der Spannungsquelle 1 durch Kabel oder dergleichen direkt verbunden. Dennoch wirken die Polarisationselektro- den 5a-5d genau wie die Hauptelektroden 2,3 als Elektroden einer Elektrolyse, wo- bei jede Polarisationselektrode auf ihrer einen Seite als Anode und auf ihrer anderen Seite als Kathode fungiert.

Beispielsweise die Polarisationselektrode 5a, die auf ihrer linken Seite einen negati- ven Pol ausgebildet hat, dient in der Unterzelle 6a als Kathode, während sie in der gegenüberliegenden Unterzelle 6b als Anode wirkt. Entsprechendes gilt jeweils für die restlichen Polarisationselektroden 5b-5d.

Zu erkennen ist in der Figur 1 außerdem, dass beispielsweise die Unterzelle 6a in Richtung der Hauptelektrode 2 von der Hauptelektrode 2 selbst begrenzt wird, auf der anderen Seite wird sie von der Polarisationselektrode 5a begrenzt. Die Unterzellen 6b, 6c und 6d werden von den jeweiligen Polarisationselektroden 5a, 5b ; 5b, 5c und 5c, 5d begrenzt. Für die Unterzelle 6e gilt entsprechendes wie für die Unterzelle 6a, d. h. sie befindet sich zwischen der Hauptelektrode 3 und der Polarisationselektrode 5d.

In Figur 2 ist eine Vorrichtung 7 zum Trennen von lonen eines Elektrolyts 8-in die- sem Fall Meerwasser-dargestellt, die das Prinzip gemäß Figur 1 anwendet.

Zwei Hauptelektroden 9,10 stehen sich in einer nicht dargestellten Hauptzelle ge- genüber und sind an eine Spannungsquelle 11 angeschlossen, so dass die Haupt- elektrode 9 als Kathode wirkt und die Hauptelektrode 10 als Anode.

Aufgrund der an den Hauptelektroden 9,10 anliegenden Spannung fließt ein Strom durch den Elektrolyt 8, also durch das Meerwasser, der die in dem Wasser aufgelös- ten lonen entsprechend ihrem Ladungszustand wandern lässt.

Wesentlich ist, dass zwischen den Hauptelektroden 9,10 zusätzliche, parallel zu den Hauptelektroden 9,10 verlaufende Polarisationselektroden 12a-12c angeordnet sind, die den Raum zwischen den Hauptelektroden in vier Unterzellen 13a-13d auf- teilen. Dabei sind die einzelnen Unterzellen durch die Polarisationselektroden flüs- sigkeitsdicht voneinander getrennt. In gleicher Weise wie bereits bei Figur 1 erläutert, bilden die Palarisationselektroden 12a-12c auf der Seite, die der Hauptanode 10 zugewandt ist, einen negativen Pol aus und wirken dadurch als Kathode für die je- weils angrenzende Unterzelle. Auf der anderen Seite, das heißt auf der der Haupt- kathode zugewandten Seite, bilden die Polarisationelektroden 12a-12c einen positi- ven Pol aus, so dass diese für die entsprechende Unterzelle als Anode wirken. Ins- gesamt ergibt sich daher, dass alle Unterzellen 13a-13d jeweils einzelne Zellen bil- den, in denen Elektrolyse stattfinden kann.

Dadurch werden die in dem Wasser 8 aufgelösten Anionen zur Anode der entspre- chenden Unterzelle wandern, das heißt entweder zur Hauptanode 10, oder zu den jeweiligen Anodenseiten der Polarisationselektroden 12a-12c. Die Kationen dage- gen wandern zu den jeweiligen Kathoden.

Dies bewirkt insgesamt eine Trennung der Anionen und der Kationen des Wassers, so dass sich an den Anodenseiten Anolyt, d. h. Anionen und Wasser, und an den Ka- thodenseiten Katholyt, d. h. Kationen und Wasser sammelt.

Weiter sind in der Figur 2 parallel zu den Hauptelektroden 9,10 verlaufende Memb- rane 14 gezeigt, die derart angeordnet sind, dass sie die einzelnen Unterzellen 13a- 13d mittig in jeweils zwei gleich große Kammern unterteilen, d. h. in eine anodenzu- gewandte und eine kathodenzugewandte Kammer. Diese Membrane 14 sind so be- schaffen, dass sie ein Vermischen der getrennten lonen verhindern. Dies kann bei- spielsweise dadurch geschehen, dass die Membrane die Anionen bzw. die Kationen jeweils in nur eine Richtung durchtreten lassen, so dass den Anionen bzw. den Kati- onen der Rückweg versperrt ist.

Schematisch dargestellt sind darüber hinaus Zuflüsse 16, durch die das zu behan- delnde Wasser von unten in jede Kammer einströmen kann. Natürlich ist auch eine Vielzahl von anderen Möglichkeiten des Elektrolytzulaufs in die einzelnen Unterzellen bzw. einzelnen Kammern denkbar.

Der sich an den Anoden gebildete Anolyt und der sich an den Kathoden gebildete Katholyt werden über entsprechende Abläufe 18 bzw. 19 abgeführt, wobei diese Ab- läufe im oberen Bereich der jeweiligen Kammern angeordnet sind.

Figur 2a zeigt die Vorrichtung 7, allerdings dahingehend erweitert, dass im Unter- schied zur Figur 2 in den einzelnen anodenzugewandten Kammern der Unterzellen 13a-13d zusätzlich eine Anionenaustauschersubstanz 15a vorgesehen ist, mit der das Wasser Anionen austauscht. Dabei tauschen Hydroxil-lonen (OH-) der Austau- schersubstanz mit den Anionen ihren Platz, so dass OH'-tonen in das Wasser über- gehen. Dieser Austausch findet auf dem durch die Elektrolyse erzwungenen Weg der Anionen zu der jeweiligen Anode statt, auf dem diese dann auch durch die Austau- schersubstanz hindurchwandern müssen.

Entsprechendes gilt für die Kationen, die sich an eine Kationenaustauschersubstanz 15b anlagern, die sich in den kathodenzugewandten Kammern der Unterzellen 13a- 13d befindet. Für die positiven Kationen gehen Wasserstoffionen (H+) in das Wasser über.

Durch dieses Verfahren werden die Anionen bzw. die Kationen einer jeden Unterzelle nicht nur aufgrund des elektrischen Stromflusses bzw. des zwischen den Elektroden wirkenden elektrischen Feldes voneinander getrennt, sondern darüber hinaus auch lonen aus dem Wasser entfernt, die sich an die Austauschersubstanzen anlagern.

Der an den Abläufen 18 und 19 abgeführte entionisierte Anolyt bzw. Katholyt wird in einem gemeinsamen Ablauf 18a zusammengeführt und deren Gemisch als Endpro- dukt verwendet.

Figur 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung 7 aus Figur 2. Als wesentli- cher Punkt sind dort im Unterschied zu der Vorrichtung 7 gemäß Figur 2 die einzel- nen Unterzellen 13a-13d in Reihe miteinander verbunden, das heißt die Abläufe 18, 19 der anodenzugewandten bzw. kathodenzugewandten Kammern der vorhergehen- den Unterzelle sind jeweils mit dem Zulauf 16 der nachfolgenden Unterzelle verbun- den. Allerdings wird der aus den Abläufen 18, 19 austretende Anolyt bzw. Katholyt zunächst in einem gemeinsamen Ablauf 18a zusammengeführt, so dass sich deren Anionen und Kationen vermischen und erst dann dem Zulauf 16 der nachfolgenden

Zelle zugeführt. Dadurch wird eine mehrfache und immer weiter verbesserte Reini- gung des zu Beginn der ersten Zelle 13a zugeführten Wassers erreicht. Wenn das Wasser alle Zellen 13a-13d durchlaufen hat, tritt es in den Abläufen 18,19 der Zelle 13d endgültig in gereinigtem Zustand in den gemeinsamen Ablauf 18a aus.

Dieser Vorrichtung, die für die Endbehandlung von bereits vorgereinigtem Wasser besonders geeignet ist, kann daher von lonen gereinigtes Wasser entnommen wer- den, da die Ionen durch die Austauschersubstanzen entfernt werden, während die Vorrichtungen gemäß Figuren 2 und 2a allein der Trennung der lonen des Wassers bzw. allgemein eines Elektrolyts dienen.

Zu erwähnen ist noch, dass die Anionen-bzw. die Kationenaustauschersubtanz nur zirka 70 % des Volumens der jeweiligen Unterzellen bzw. Kammern ausfüllen. Da- durch schwimmen die Substanzen frei im Wasser, so dass alle Kügelchen der übli- cherweise als Granulate ausgebildeten Substanzen den gleichen Wirkzustand auf- weisen. Weiter wird dadurch der bei lonenaustauschsubstanzen bekannte Water- splitting-Prozess unterstützt.

Schließlich ist die in Figur 2 nicht dargestellte Hauptzelle 17 gezeigt, die die einzel- nen Elektroden 9,10,12a-12c als Behältnis umfasst.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform 20 gemäß der vorliegenden Erfindung, die im Prinzip wie die Vorrichtung 7 der Figur 2 aufgebaut ist. In der Zeichnung be- zeichnen Bezugszeichen daher gleiche Teile.

Im Unterschied zu der Vorrichtung 7 gemäß Figur 2 sind die Unterzellen 13a-13d allerdings nicht nur durch eine, sondern durch zwei parallel zu den Hauptelektroden 9,10 verlaufende Membrane geteilt, und zwar in insgesamt drei Kammern : Eine ano- denzugewandte Kammer, eine kathodenzugewandte Kammer und eine von diesen eingeschlossene Mittelkammer. Dabei ist die Mittelkammer größer als die beiden an- deren Kammern ausgebildet, d. h. in der Schnittdarstellung der vorliegenden Figur 4 ist diese Kammer breiter. Die beiden anderen Kammern sind im vorliegenden Fall gleich groß, können natürlich aber auch unterschiedlich ausgebildet sein.

Im Betrieb hat der Einsatz einer weiteren Membran je Unterzelle den folgenden Ef- fekt : Die Anionen bzw. die Kationen wandern durch den Elektrolysevorgang zur Ano-

de bzw. zur Kathode und sammeln sich daher zusammen mit dem in diesen Kammern befindlichen Wasser hinter der Membran in der anodenzugewandten Kammer als A- nolyt bzw. hinter der Membran in der kathodenzugewandten Kammer als Katholyt.

Das Restwasser in der Mittelkammer ist dagegen enthärtet.

Damit ist es im Unterschied zur Vorrichtung 7 gemäß Figur 2 möglich, enthärtetes Restwasser zu entnehmen, und zwar aus den Mittelkammern mithilfe von Abflüssen 23, die in den oberen Bereichen dieser Mittelkammern angeordnet sind. Es ist auch nicht wie bei der Ausbildung der Vorrichtung 7 gemäß Figur 3 notwendig, lonenaus- tauschersubstanzen vorzusehen.

Anolyt und Katholyt werden aus den jeweiligen Kammern über Abflüsse 18 bzw. 19 abgeleitet.

Figur 5 zeigt eine Vorrichtung 25, die im Prinzip ebenfalls aufgebaut ist wie die Vor- richtungen 7 und 20 gemäß Figur 2a bzw. Figur 4, aber als MEEDIS ausgebildet ist.

Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen auch hier gleiche Teile. Im Unterschied zu der Vorrichtung 7 gemäß Figur 2 sind die Unterzellen 13a-13d der vorliegenden Vor- richtung 25 somit nicht nur durch eine, sondern durch drei parallel zu den Hauptelekt- roden 9,10 verlaufende Membrane aufgeteilt, und zwar in insgesamt vier Kammern : Eine anodenzugewandte Kammer, eine kathodenzugewandte Kammer und zwei von diesen eingeschlossene Mittelkammern. Dabei sind die beiden Mittelkammer gleich groß, aber jeweils größer als die beiden anderen Kammern, d. h. in der Schnittdar- stellung der vorliegenden Figur sind die Mittelkammern jeweils breiter als die beiden anderen Kammern. Diese wiederum sind gleich groß. Natürlich ist es abweichend von diesem Beispiel möglich, die Kammern unterschiedlich groß auszuführen, je nach dem, welche Aufgabe die Vorrichtung mit ihren einzelnen Kammern jeweils zu erfül- len hat.

In der anodenzugewandten Mittelkammer ist eine Anionenaustauschersubstanz vor- gesehen, in der kathodenzugewandten Mittelkammer eine Kationenaustauscher- substanz, was die Vorrichtung zu einem MEEDIS macht. Ähnlich wie bei Vorrichtung 7 gemäß Figur 2a werden die Anionen, die zwangsweise zur Anode wandern, mit den Hydroxilionen der Anionenaustauschersubstanz ausgetauscht, Kationen dagegen auf ihrem Weg zur Kathode mit Wasserstoffionen der Kationenaustauschersubstanz.

Allerdings werden üblicherweise nicht alle lonen ausgetauscht, so dass einige lonen die Substanzen durchqueren können und sich hinter den entsprechenden Membranen in den anodenzugewandten bzw. den kathodenzugewandten Kammern der Unterzei- len 13a-13d als Anolyt bzw. Katholyt sammeln. Der Anolyt und der Katholyt werden dann über im oberen Bereich der Kammern angeordnete Abläufe 26 entnommen und vermischt, so dass neutrales Abwasser entsteht.

Die Austauschersubstanzen füllen aus den gleichen Gründen wie bei der Vorrichtung 7 gemäß Figur 2a nur ca. 70% der jeweilen Mittelkammer aus.

Das Wasser in den Mittelkammern ist ionenfrei und kann über Abläufe 27 entnommen werden, die im oberen Bereich der Mittelkammern angeordnet sind.

Mithilfe dieser Vorrichtung wird daher eine lonentrennung wie bei der Vorrichtung 20 gemäß Figur 4 und eine lonenentfernung wie bei der Vorrichtung 7 gemäß Figur 3 und Figur 2a kombiniert durchgeführt, was zu einer erhöhten Reinigungswirkung führt.

In Figur 6 ist schließlich eine Vorrichtung gezeigt, bei der eine Vorrichtung 20 gemäß Figur 4 (MEE ohne Weiterentwicklung zu MEEDIS) und eine Vorrichtung 25 gemäß Figur 5 (MEEDIS) zur Wasseraufbereitung, insbesondere zur Wasserentsalzung hin- tereinandergeschaltet sind. Dabei dient die Vorrichtung 20 als Vorreinigungsstufe und die Vorrichtung 25 als Hauptreinigungsstufe. Die nicht dargestellten Hauptelektroden der beiden Vorrichtungen sind an eine Spannungsquelle 41 angeschlossen.

Das aufzubereitende Wasser wird mittels einer Pumpe 31 der Vorrichtung 20 über ein Drei-Wege-Ventil 32 zugeführt. In der Vorrichtung 20 wird das Wasser in Anolyt, Ka- tholyt und in etwa zu 70-90% enthärtetes Restwasser getrennt.

Der Katholyt wird über einen Abfluss 33 abgeführt.

Der Anolyt, der einen niedrigen pH-Wert von 2-3 und daher Säureeigenschaften hat, wird in einen Tank 34 geleitet und dort aufbewahrt.

Das voraufbereitete Restwasser wird dann der Vorrichtung 25 über ein Drei-Wege- Ventil 35 zugeführt. In der Vorrichtung 25 werden die restlichen lonen aus dem Was- ser entfernt und das Restwasser über eine Abflussleitung 37 abgeführt.

Zu erwähnen ist, dass ein Teil des Anolyts dem aus der Vorrichtung 20 entströmen- den Restwasser über ein Reduzierventil 36 beigemischt wird, um die Leitfähigkeit des Restwasser leicht zu erhöhen und damit den Stromverbrauch der Vorrichtung 25 zu erniedrigen. Zusätzlich werden durch den Anolyt Ablagerungen an den Kathoden der Vorrichtung 20 reduziert.

Sollte die Aufbereitungsleistung der Vorrichtung 30 aufgrund von Ablagerungen auf den Kathoden der Vorrichtungen 20,25 zu stark sinken, steigt die Leitfähigkeit des aus der Vorrichtung abfließenden, aufbereiteten Restwassers an, da sich die Leitfä- higkeit mit der Anzahl der noch im Restwasser befindlichen Ionen erhöht. Sollte die Leitfähigkeit über einen einstellbaren Sollwert ansteigen, spricht ein in der Abfluss- leitung 37 angeordneter Leitfähigkeitssensor 40 an, und es wird eine Regenerations- phase eingeleitet.

In dieser Regenerationsphase werden über eine Steuerung 38 die Ventile 32 und 35 umgeschaltet, so dass das in den Vorrichtungen 20,25 befindliche Wasser über die Abflüsse 33,39 abgeführt wird und die Vorrichtungen entleert werden. Die Aufberei- tungsphase ist dadurch gestoppt.

Als weiterer Schritt wird in der Regenerationsphase die Spannung an den Hauptelekt- roden der Vorrichtungen 20,25 mithilfe einer Spannungsumkehrvorrichtung, umge- kehrt und dann den Vorrichtungen erneut Wasser über die Pumpe 31 zugeführt. Zu- sätzlich wird das aus der Vorrichtung 20 ausströmende Wasser über ein dem Tank 34 nachgeschaltetes Ventil 42 und über das Ventil 35 mit Anolyt versetzt.

Durch die Umkehrung der Spannung werden die jeweiligen ursprünglichen Kathoden zu Anoden, an denen sich dann Anolyt bildet, der die auf den ursprünglichen Katho- den befindlichen Ablagerungen entfernt. Des weiteren werden dadurch die lonen- austauschersubstanzen regeneriert.

Diese Regenerationsphase oder Teile davon können im Übrigen bei allen beschrie- benen Vorrichtungen in entsprechend angepasster Form durchgeführt werden.