CN103747853A - 过滤装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于过滤液体介质的过滤装置（10），该装置具有壳体（12）和设置在壳体（12）内的至少一个过滤元件（16），其中，至少一个过滤元件（16）在至少一个轴端上具有向外侧延伸的法兰（24），该法兰与壳体（12）密封连接。法兰（24）具有侧面凸出的圆锥面，该圆锥面与密部（26）的互补圆锥面共同作用，该密封设置在法兰（24）与壳体（12）之间。

Description

过滤装置及制造方法

技术领域

本发明涉及一种权利要求1的前序部分所述的、用于过滤液体介质的过滤装置。本发明还涉及一种权利要求11的前序部分所述的、用于过滤液体介质的过滤装置的制造方法。

背景技术

本发明涉及由膜模块构成的过滤装置技术领域，该过滤装置用于过滤液体介质，特别是污水（所谓的未过滤液）。这种膜模块例如包括至少一个伸长的过滤元件，该过滤元件被至少一个纵向通道贯穿。它由多孔材料构成，特别是陶瓷。纵向通道的内壁覆盖极薄的滤膜。此外，膜模块包括外壳，优选不锈钢外壳，该外壳围绕过滤元件。在未过滤液流经纵向通道时，未过滤液垂直于流动方向通过安装在纵向通道的壁面上的滤膜净化，且作为滤液从壁面进入过滤元件与外壳之间的收集腔内。在此，该外壳至少对于液体必须向外可靠密封。

在水过滤领域，在现有技术中已知两种类型的过滤元件。一种是横截面为圆形的过滤元件，它被称作“管式膜”，且其中，通常从里往外过滤液体介质。滤膜安置在纵向通道的内部。另一种是现有技术已知的横截面为矩形的过滤元件，它被称作“平板式膜”，在该过滤元件中，通常是从外往里进行过滤的。但是，针对所述的两种过滤元件，也已知各相反过滤方向上的过滤。

针对膜模块的组装和密封，现有技术中包含了不同的实施方式。过滤元件由整料（Monolithen）构成，其通常在顶部和底部如下地加工，即，从而端头的直径略小于本体的直径。在被加工的端部上，安装用于密封膜模块的外壳的O型圈，且该整料通过整个O形圈或替选地通过L形圈被插入膜壳中。

如果该膜模块具有浇铸的膜束（即，多个平行排列的过滤元件），则优选地，以已知的方式在膜壳中预安装L形密封部，整个膜束精密配合地插入该密封部。L形密封部可以首先安置在膜束上，且然后与膜束一起插入外壳，然而优选地，密封部预安装在外壳中。

WO 2006/009449 A1公开了一种具有过滤元件的膜模块，该过滤元件在至少一个端部上具有圆锥形的陶瓷法兰，例如由耐火混凝土构成。

DE 690 19 552 T2公开了一种膜模块，其中，过滤元件的端部区域具有带有斜凸肩的增厚部，其中，该增厚部可由不同材料制成，且凸肩与不同的密封部共同作用。

DE 198 46 041 A1公开了一种膜模块，其中，过滤元件的端部区域例如通过圆锥形的L形密封部相对于外壳被密封。密封部的圆锥面与膜模块的盖部的互补构建表面共同作用。

发明内容

本发明的目的在于，设计一种膜模块，在不同材料的热膨胀下，也能确保对滤液和未过滤液进行可靠分离，在不损坏密封部和密封部无滑动的情况下，通过简单的安装，实现所述的效果。该膜模块的制造成本应是低的。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的过滤装置和具有从属权利要求所述特征的方法实现。在从属权利要求中阐述了有利的改进方案。

本发明的基本构思是：实现一种用于过滤装置的全新密封形式和作用方式。法兰的圆锥面与密封部的互补构建表面共同作用时，为了安全运行，将过滤元件固定在壳体内，且避免过滤元件在壳体内出现滑动移位，避免密封部在安装过程中损坏，其中，所述法兰是至少一个过滤元件的部分。在此，在没有微生物可能集聚的情况下，实现滤液和未过滤液的可靠分离。本发明与是否采用圆形膜或平板式膜作为过滤元件无关，以及与壳体内的过滤元件数量无关。该壳体和一个或多个过滤元件的横截面优选为圆柱形；但是，也可以设计为多角形。

在此优选地，密封部具有向内延伸的唇缘部，该唇缘部至少部分覆盖法兰。通过这种措施扩大法兰和密封部之间的密封面的范围，这可以在很大程度上提高密封可靠性。

此外有利地，通过端面上涂覆的浇铸料构成法兰。在此优选地，在制造工序中，利用相同的浇铸料将至少一个过滤元件和过滤元件束的整个端部区域向外密封。可在密封整个端部区域的同一个制造工序中产生该法兰，且在此形成具有至少一个过滤元件的集成单元。在至少一个过滤元件的端部区域上涂覆的浇铸料，例如硬化为浇铸料的热熔形式的材料，包括塑料，优选包括聚合物，特别包括热塑性塑料。也可以采用诸如环氧树脂或丙烯酸盐的热固性塑料或双组分塑料。上述塑料性能可靠，便于加工，且成本较低。另外，过滤装置的上述全部材料为允许用于饮用水的材料。

在此可以通过下述方式形成法兰的圆锥面，即，在制造过程中，至少一个过滤元件的端部区域浸入圆锥形状的浇铸料。替选地，当然也可以通过后继的机械加工而制作圆锥面。

此外对于本发明有利的是，密封部由卡箍轴向卡紧，优选弹性卡紧。在此优选地，卡箍构建成金属板，该金属板还可以被卷成弯角。该卡箍特别作为针对密封部的对接法兰或固定板作用于过滤装置产生作用，进而增强密封效果。因此，过滤元件也可以简单、可靠地固定在壳体内。

为了进一步增强密封效果，可以的是，补充地在壳体和卡箍之间设置密封垫圈（这是非强制性要求的）。优选地，壳体具有凹槽，密封垫圈的部分横截面嵌入凹槽。在此，额外的密封效果下述地出现，即，例如延长密封部旁边的卡箍，对嵌入凹槽中的密封垫圈施加压力且压紧。在此优选地，密封垫圈构造为O形圈；也可以设计成角形密封部或部分的角形密封部或平面密封部，其中，采用平面密封部时，必须对凹槽进行相应的匹配调整，或者完全放弃凹槽。

增强密封作用的另一可能是，通过凸起和/或空隙构建密封部的卡箍和/或朝向卡箍的一侧。在此，空隙例如可设计为沟槽。密封圈处的空隙和凸起例如可均衡该装置可能存在的不平度。在此也在过滤装置的轴向上对卡箍施加作用力，且在此凸起部分地被压紧，从而形成密封效果。另外，例如可通过卡箍中的凸起和密封部中与之相对应的空隙，对密封部进行相应固定。

过滤装置的根据本发明的制造方法具有如下步骤：

a）在至少一个过滤元件的第一端部区域周围涂覆塑料浇铸料，通过该浇铸料对至少一个过滤元件进行加套，同时，在第一端部区域中形成向外侧延伸的法兰。

b）浇铸料硬化。

c）在至少一个过滤元件的第二端部区域处，根据方法步骤a）和b），以相同的方式进行处理，使得在第二端部区域，形成第二向外侧延伸的法兰。第一和第二端部区域的法兰优选是相同的。

d）在壳体的内部的内圆周处，在第一端部处设置第一弹性密封部，该密封部在其朝向第一法兰的一侧上，互补地形成第一法兰的圆锥形。在此，第一密封部可以在外侧（垂直于密封部的圆锥形结构）具有空隙和凸起。

e）壳体与第一密封圈通过至少一个密封元件被推动，使得第一法兰与第一密封部的圆锥形状共同作用。在此，在壳体将第一密封部的可能凸起压在一起。该壳体设置的尺寸精度是插入操作的前提条件。

f）在壳体的相反的第二端部处，在第二法兰上安装第二弹性密封部，其中，该第二密封部互补地形成第二法兰的圆锥形。第二密封部在此可以在外侧（垂直于密封部的圆锥形结构）具有空隙和凸起。

g）卡箍固定在壳体外部，其中，第二密封部被卡箍轴向固定，优选弹性固定。在此第二密封部的可能凸起被压在一起。

采用根据本发明的方法时，制造成本很低。有利地，可在使用地点（现场）安装过滤装置。也可以针对维修和服务进行简单的拆卸。在此，概念“浇铸料”包括所有的塑料，其无论如何首先处于液态，且然后再次无论如何地硬化。针对塑料可以考虑采用聚合物、热塑性塑料、热固性塑料、双组分塑料，如环氧树脂或丙烯酸盐等。

在下文的描述和附图中展示了其它优点。当然，在不背离本发明的范围的前提下，上述特征和以下阐述的特征不仅可以在用于所述的组合方式，也可以在其它组合方式中或单一地应用。

附图说明

图1为根据本发明的过滤装置的纵剖面图；

图2为图1中过滤装置的上端部区域的放大纵剖面；

图3为与图2类似的带有不同卡箍的示意图；

图4为图1中实施例的细节示意图；

图5为类似图4的具有另一壳体的第二实施例示意图；

图6-图10为带有不同卡箍的过滤装置的其它结构区域的剖面图。

具体实施方式

图1示出了本发明所述的过滤装置10的纵剖面图。过滤装置10具有管形壳体12，该壳体优选由不锈钢制成。在壳体12上向外侧设置2个出料管14，其优选是标准化的，从而可以与其它装置兼容。

壳体12内，在壳体12的纵向延伸上，设置多个长的过滤元件16。过滤元件16由多孔材料制成，优选陶瓷材料，且具有纵向通道18，其内侧上设置滤膜。过滤元件可以是管式膜和/或平板式膜。优选地，过滤方向是从里往外的。就是说，待过滤的介质（未过滤液）送入各纵向通道18的一端（参见箭头20）。在未过滤液流经纵向通道18时，未过滤液垂直于流动方向通过安装在纵向通道18（多孔材料）的壁面上的滤膜被净化，且作为滤液从壁面排向外部（所谓的渗透）。壳体12的内腔必须向外可靠密封。

为密封壳体12，在图1中的过滤元件16在上端部区域和下端部区域具有密封的浇铸料22，且封闭滤元件16。浇铸料22由可硬化的浇铸料制成，其中该浇铸料由塑料，优选由聚合物，特别由热塑性塑料构成。也可以采用热固性塑料或双组分塑料，如环氧树脂或丙烯酸盐。

在过滤元件16的布置的圆周，在浇铸料22的延长部位，该布置分别在上面和下面（图1中）具有环形的、向径向外侧延伸的环套式法兰24，其优选由相同于浇铸料22的材料构成。这样，法兰24为壳体12内部的过滤元件的组成部分。两个法兰24在径向凸出的圆周面25上形成锥形的倾斜面，且优选上、下面相同，然而是镜像相反的。在此，轴向外部的直径较小，轴向内部的直径较大。

在法兰24的圆锥形圆周面25和壳体12之间，分别设置与法兰24互补构建的弹性密封部26。该部件具有位于径向内部的圆锥形的、倾斜的圆周面27，由此轴向外部的直径较小，轴向内部的直径较大。密封部26具有向径向内侧延伸的唇缘部29，该唇缘部部分地覆盖法兰24。

在图1中，在壳体12的凸肩28上的下端部区域，预安装密封部26。在上端部区域，壳体12首先是打开的，因此从该位置，过滤元件和浇铸料组成的过滤布置嵌入壳体12中。在此，壳体12和过滤布置的尺寸精度是前提。

置入过滤布置后，在上端部区域里，将密封部26置于法兰24和壳体12之间。然后，壳体12通过卡箍30锁定在法兰24和密封部26的区域中。优选地，卡箍30由弹性板制成，弹性板也可以是卷成弯角的。卡箍30作为固定板，优选作为对接法兰，且对密封部26施加作用力，由此可以防止没有被送入纵向通道18的可能渗入液体进入壳体12的内部。下文中，阐述了改善、优化具有密封作用的密封部26区域构造的具体细节。

图2示出了用于说明根据本发明的圆锥形密封部26的功能的原理图。所有实施例的共同点在于，法兰24的圆锥形圆周面25分别与密封部26的互补构建的圆周面27平齐地贴靠。在此优选地，密封部26和法兰24具有圆锥面25和27的相同的轴向延伸。这样，密封区域不像使用O型密封圈时形成点状的，而是密封区域通过起到改善密封作用的表面实现。卡箍30和凸肩28（取决于上端部区域或下端部区域）对密封部30施加压力，从而在法兰24和密封部26之间产生实际密封作用。

图3示出了圆锥形密封部26，具有5种不同构造的卡箍30。可根据需要替选地，选择图3和下面图中所示的不同构造，且用于调整密封装置10的密封作用适应单个的使用条件。卡箍30部分紧贴壳体12，部分紧贴密封部26，且以未详细展示的方式固定在壳体12上，例如使用螺丝旋紧。图3中（及下面的图中）的密封部26从外径向内侧地高于法兰24的高度。在此，密封部26的端面的外表面具有环状或隆起状的、与过滤装置10纵轴同心的，且在横截面中呈半圆形的凸起34。此外，壳体12在其端面外侧具有同样与过滤装置10纵轴同心的沟槽36。

在卡箍30的第一实施例a）中，卡箍具有与凸起34互补的沟槽37，凸起34容纳在该沟槽中，且在此固定密封部26。卡箍30的相应凸起齿合在沟槽36中，该凸起同样用于卡箍30的固定和定心。

在卡箍30的第二实施例b）中，卡箍具有环绕的且在横截面中大致半圆形的沟槽38，在壳体12的沟槽36的相同高度上，但是与该沟槽相反的凸起。两个沟槽36、38在安装位置上形成环绕的且横截面中大致半圆形的容纳腔，O型圈40嵌入容纳腔。在凸起34处紧贴卡箍30的平面42。

在卡箍30的第三实施例c）中，平面42与实施例b）相比在轴向上向外位移。

在卡箍30的第四实施例d）中，平面42与实施例b）相比在轴向上向内（朝着密封部26）位移。O型圈的使用不是强制性的，就是说，缺少相应的环绕沟槽。但是在该实施例中，也可以使用O型圈，且将其简单地在卡箍的平面和壳体之间压紧，从而起到密封作用。

在卡箍30的第五实施例e）中，卡箍30的整个表面未成结构，而是形成为平的，且由此形成了卡箍30的最简单形状。

图4和图5示出在过滤装置10上、下端部区域里的密封部26的区域的设计可能性。在图4中，由下端部区域中的过滤元件16和法兰26组成的过滤布置，被用在壳体12的一个层级内，密封部26与凸起34形成的轴向下侧位于壳体12的凸肩28上。在上端部区域里，密封部也具有向轴向外侧和向上的凸起34，其紧贴根据图3所示的实施例d）的卡箍30。此外，在壳体12的具有矩形横截面的环绕沟槽36中，密封垫圈46通过角形构造的下侧被插入，该密封垫圈通过其圆形构造的上侧紧贴在卡箍30的平的部分42上。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和密封垫圈46。

在图5中，由过滤元件16和法兰26组成的过滤布置，在下端部区域内平地放置在壳体12的部分48上，在棱边上；密封部26与凸起34构造的轴向端面置于在壳体12的平的部分48上。在上端部区域里，密封部也具有向轴向外侧环绕的隆起状凸起34，其紧贴在根据图3的实施例e）的卡箍30上。此外，在壳体12的沟槽36中，密封垫圈46通过角形构造的下侧被插入。该密封垫圈通过其圆形构造的上侧紧贴在构造成平的卡箍30上。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和密封垫圈46。

图6至图10示出了带有卡箍30的密封部26的其他设计方案。在图6至图10中，密封部26在轴向外侧（指向卡箍30）上分别具有隆起状的，环绕的，且与过滤装置10的纵轴同心的轴向凸起34。

在图6中，壳体12具有带有矩形横截面的沟槽36，O型圈40被插入在该沟槽中，留有间隙。构造为平的卡箍30（根据图3的实施例e））紧贴在O型圈40和凸起34。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和O型圈40。

在图7中，壳体12具有带有半圆形横截面的沟槽36、卡箍30和位于对面的沟槽38，在该沟槽中插入O型圈40。根据图3的实施例c）的卡箍30紧贴O型圈40和凸起34。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和O型圈40。

在图8中，壳体12具有矩形横截面的沟槽36，密封垫圈46通过角形构造的下侧插入该沟槽中。根据图3所示的实施例c）的卡箍30紧贴密封垫圈46的圆形上端部分，通过向轴向外侧下沉的表面42紧贴凸起34。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和密封垫圈46。

在图9中，壳体12具有横截面为矩形的沟槽36，密封垫圈46通过角形构造的一侧插入该沟槽中。根据图3所示的实施例d）的卡箍30紧贴密封垫圈46的圆形部分，通过向内下沉的表面42紧贴在凸起34。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和密封垫圈46。

在图10中，壳体12具有横截面为矩形的沟槽36，密封垫圈46通过角形构造的一侧插入该沟槽中，。根据图3所示的实施例e）的构造为平的卡箍30紧贴密封垫圈46的圆形上端部分和凸起34。弹性构造的卡箍30通过轴向压力固定凸起34和密封垫圈46。

通过本文第一部分中所述的制造方法，可以低成本制造本发明所述的过滤装置10。在此，也可以在使用地点（现场）进行安装。可通过使用地点的实际边界条件，确定对密封部26的区域的合适实施例和结构形式的选择。

Claims (13)

1.一种用于过滤液体介质的过滤装置（10），具有壳体（12）和设置在壳体（12）内的至少一个过滤元件（16），其中，该至少一个过滤元件（16）在至少一个轴端上具有向外侧延伸的法兰（24），该法兰与壳体（12）密封连接，其特征在于，该法兰（24）具有向外凸出的圆锥面，该圆锥面与密封部（26）的互补圆锥面（27）共同作用，该密封部设置在法兰（24）与壳体（12）之间。

2.根据权利要求l所述的过滤装置（10），其特征在于，密封部（26）具有向内侧延伸的唇缘部（29），该唇缘部至少部分地覆盖法兰（24）。

3.根据权利要求l或2所述的过滤装置（10），其特征在于，法兰（24）由在端面上涂覆的浇铸料构成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置（10），其特征在于，密封部（26）由卡箍（30）轴向固定，优选弹性固定。

5.根据权利要求4所述的过滤装置（10），其特征在于，密封垫圈（40、46）设置在壳体（12）和卡箍（30）之间。

6.根据权利要求5所述的过滤装置（10），其特征在于，密封垫圈构造成O型密封圈（40）。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的过滤装置（10），其特征在于，卡箍（30）和/或密封部（26）的朝向卡箍（30）一侧通过凸起（34）和/或空隙（36；38）构造。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤装置（10），其特征在于，过滤元件（16）和/或壳体（12）具有圆柱形横截面。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤装置（10），其特征在于，过滤元件（16）和/或壳体（12）具有多角形横截面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置（10），其特征在于，过滤元件（16）包括圆形膜或平板式膜。

11.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置（10）的方法，具有下列步骤：a）在至少一个过滤元件（10）的第一端部区域的周围，涂覆塑料制浇铸料，通过该浇铸料对该至少一个过滤元件（16）进行加套，且同时在第一端部区域中形成法兰（24）；b）该浇铸料硬化；c）在至少一个过滤元件（16）的第二端部区域，根据方法步骤a）和b）以相同的方式进行处理，使得在第二端部区域处，形成第二法兰（24）；d）在壳体（12）内部的内圆周处，在第一端部处设置第一弹性密封部（26），该密封部在其朝向第一法兰（24）的一侧（27）上，互补地形成第一法兰（24）的圆锥形圆周面（25）；e）壳体（12）与第一密封部（26）通过至少一个密封元件（16）被推动，使得第一法兰（24）的圆锥形圆周面（25）与第一密封部（26）的圆锥形圆周面（27）共同作用；f）在壳体（12）的相反的第二端部处，在第二法兰（24）上安装第二弹性密封部（26），其中，第二密封部（26）在其朝向第二法兰（24）的一侧（27）上，互补地形成第二法兰（24）的圆锥形圆周面（25）；g）卡箍（30）固定在壳体（12）的外部，其中，第二密封部（26）被卡箍（30）轴向固定，优选弹性固定。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，用于形成圆锥形的法兰（24）的至少一个密封元件（16）的两个端部区域中的至少一个端部区域以圆锥形的构造形式浸入液体状态的浇铸料。

13.根据权利要求1l或12所述的方法，其特征在于，用于产生圆锥形的外表面的两个法兰（24）中的至少一个法兰接受后继的机加工。

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