CN114762798A - 用于膜过滤模块的承载盘、用于膜过滤模块的膜元件以及膜过滤模块 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于膜过滤模块(1)的承载盘(3)，在膜过滤模块中，承载盘(3)和膜垫(5)交替地布置，以便形成膜堆，承载盘包括具有中心开口(11)和围绕中心开口(11)的部分中断边缘(13)的承载板(4)，其中，承载板(4)包括沿径向延伸的第一狭槽型通道(50)以及设置在承载板(4)的彼此背对的侧面上的第一主表面(4a)和第二主表面(4b)，其中，承载板(4)包括布置成与第一狭槽型通道(50)偏移的第二狭槽型通道(52)，其中，第一通道(50)和第二通道(52)包括引导流体流过相应的通道(50、52)以形成整流的环形流的导流装置。

Description

用于膜过滤模块的承载盘、用于膜过滤模块的膜元件以及膜 过滤模块

【技术领域】

本发明涉及用于膜过滤模块的承载盘(膜过滤模块中，承载盘和膜垫(membranecushions)交替地布置，以便形成膜堆(membrane stack))、由承载盘和膜垫组成的用于膜过滤模块的膜元件以及具有这种膜元件的膜过滤模块。

【背景技术】

膜过滤模块用于通过使用反渗透、纳滤、超滤或微滤膜来过滤或分离液体。在包括各种各样的泵、初滤器、清洁装置和控制单元的总体系统中，这些模块单独地或多次地用作液体介质的过滤系统。

如在申请人的WO 97/12664中描述的已知模块例如包括交替布置以形成膜堆的承载盘和膜垫、以及上模块端板和下模块端板，其中，承载盘各自包括具有部分中断边缘的中心开口和密封装置。密封装置围绕中断边缘，其中第一密封部分在承载盘的上侧上，第二密封部分在承载盘的下侧上。两个连续的承载盘的密封装置密封地抵靠布置在承载盘之间的膜垫的外表面。膜堆经由上模块端板和下模块端板夹紧在一起。

在已知的模块中，待过滤的流体进入形成在两个承载盘之间的流室(flowchamber)，膜垫布置在所述流室中。流体可以无阻力地在膜垫两侧的区域上流动。当在膜垫上流动时，流体的一部分渗透膜垫的膜层并进入膜垫的内部。这种所谓的渗透物在膜垫中被引导到承载盘的中断边缘，膜垫的边缘向该中断边缘的一侧敞开。渗透物管线被引导穿过先前已知的模块的中心开口，渗透物管线设置有若干开口，使得渗透物被引导出膜垫并穿过中断边缘进入渗透物管线的内部，并被引导至渗透物排出口。膜垫的中心开口与中断边缘的直径相适应，由此大于承载盘的中心开口。

剩余的流体在另外的承载盘和膜垫上流动，并最终通过浓缩物出口排出。先前已知的承载盘各自包括径向延伸的狭缝状通道。通过该通道，剩余流体从一个流室流到下一个流室。膜垫与承载盘相适应，并且包括狭缝，狭缝具有围绕狭缝状通道的封闭边缘。承载盘的狭缝状通道彼此对齐。通过狭缝状通道，流体进入相关联的流室并在膜垫上流动，其中，流体以环形方式引导，并通过下一个狭缝状通道进入下一个流室。在承载盘和膜垫的堆中，流体由此沿着螺旋流动路径引导通过堆。具有这种流动导向的模块也称为CD模块。

一种另选技术规定，借助于承载盘在流室中形成径向通道，使得流体在径向上引导。流体在膜垫的下侧上的流室中径向向外引导，并且在被在上侧上径向向内引导之前在膜垫的外边缘上流动。承载盘包括形成通道的中心开口，流体通过该通道进入下一个流室。膜垫具有比承载盘小的中心开口。具有这种流动导向的模块也称为DT模块。

DT模块的流动导向具有180°的流动转向，流动转向导致比在不提供180°的流动转向的CD模块中显著更高的压力损失。然而，由于承载盘的更平的结构，DT模块可以比CD模块布置每单位长度更多数量的膜垫，这允许实现更大的比膜面积(specific membranearea)。由于不同的尺寸(诸如承载盘的直径和中心开口的直径)，不同系统的承载盘和膜垫是不兼容的。

上述DT模块通常对于申请人是已知的，但不一定代表具体公开的现有技术。

【发明内容】

因此，本发明的目的是提供一种用于膜过滤模块的承载盘和膜元件以及这样的模块，其中，与传统的CD模块相比，可实现更大的比膜面积，并且与常规的DT模块相比，可实现更小的压力损失。

根据本发明的承载盘由权利要求1的特征限定。

根据本发明的膜元件由权利要求12的特征限定。

根据本发明的模块由权利要求13的特征限定。

根据本发明的用于膜过滤模块的承载盘(膜过滤模块中，承载盘和膜垫交替地布置，以便形成膜堆)包括具有中心开口和围绕中心开口的部分中断边缘的承载板，其中，承载板包括径向延伸的第一狭槽型通道以及形成在承载板的彼此背对的侧面上的第一主表面和第二主表面。

本发明的特征在于，承载板包括在承载板的平面中从第一狭槽型通道偏移的第二通道，其中，第一通道和第二通道包括导流装置，导流装置引导流体流过相应的通道，作为整流的环形流。

在使用中，根据本发明的承载盘用于承载膜垫，由此在使用中提供产生以整流方式在其中一个主表面(诸如在使用中面向上的第一主表面)上流动的两个流。这两个流由第一通道和第二通道以及导流装置产生和/或引导。当在膜过滤模块中使用承载盘时，多个承载盘上下叠置以形成堆，其中，两个相邻的承载盘的通道彼此对齐。穿过通道的流在承载板的相应主表面上并且由此在膜垫上环形地流动，直到上方的承载盘的通道。由此，流仅部分地在承载板的相应主表面上流动，而不像在常规CD模块的情况下那样完全在承载板上流动。从而，减少了流在承载盘处的压力损失，由此增加了膜过滤模块的设计自由度。

穿过根据本发明的一个承载盘的流体流基本上是螺旋形的，使得产生彼此偏移的两个螺旋流。

优选地，第一通道和第二通道彼此偏移180°。由此，各个流都在承载板的主表面的大约一半上流动。

根据本发明的环形流还意味着不形成完整的环而是沿着环的一部分(例如沿着半圆)流动的流。

优选地，规定沿着第一通道和第二通道的在相应通道的纵向上延伸的边缘，形成构成导流装置的斜坡。

斜坡可以布置在通道的相对边缘。例如，在承载盘的使用中，通道的第一斜坡可以向下延伸并且将流体从位于下方的承载盘朝向通道引导。布置在通道的另一边缘处的第二斜坡使流体流转向，使得形成环形流。进一步地，第二斜坡可用于将从另一通道出来的流从承载板的主表面向上引导到上方的承载盘。

由此，可以规定，在承载盘的使用中，在第一通道处，布置在沿径向延伸的边缘处的第一斜坡在从上方观察承载盘时，在数学正向上界定第一通道，向下延伸以用于通过第一通道引导流体，并且布置在沿径向延伸的边缘处的第二斜坡在从上方观察承载盘时，在数学负向上界定第一通道，向上延伸以用于在面向上的第一主表面上引导流体，并且在承载盘的使用中，在第二通道处，布置在沿径向延伸的边缘处的第一斜坡在从上方观察承载盘时，在数学正向上界定第二通道，向下延伸以用于通过第二通道引导流体，并且布置在沿径向延伸的边缘处的第二斜坡在从上方观察承载盘时，在数学负向上界定第二通道，向上延伸以用于在面向上的第一主表面上引导流体。

另选地，可以规定，在承载盘的使用中，在第一通道处，布置在沿径向延伸的边缘处的第一斜坡在从上方观察承载盘时，在数学负向上界定第一通道，向下延伸以用于通过第一通道引导流体，并且布置在沿径向延伸的边缘处的第二斜坡在从上方观察承载盘时，在数学正向上界定第一通道，向上延伸以用于在面向上的第一主表面上引导流体，并且在承载盘的使用中，在第二通道处，布置在沿径向延伸的边缘处的第一斜坡在从上方观察承载盘时，在数学负向上界定第二通道，向下延伸以用于通过第二通道引导流体，并且布置在沿径向延伸的边缘处的第二斜坡在从上方观察承载盘时，在数学正向上界定第二通道，向上延伸以用于在面向上的第一主表面上引导流体。

在此，可以规定，在使用中，面向上的第二斜坡的面向上的表面邻接第一主表面，并且将流体从第一主表面引导到上方的承载盘。

根据本发明设置的斜坡可以有利地产生期望的循环流动，其中，与常规的DT模块对照，避免了强的流转向(flow redirection)。另外，斜坡的设计允许以简单的方式在承载板上产生期望的整流流(rectified flows)。

在使用中，根据本发明的承载板允许流体以有利的方式围绕膜垫流动，使得待过滤的流体可在膜垫的大面积上流动。

根据本发明的优选实施方式，规定承载板由玻璃纤维增强塑料材料制成。从而，承载板可以具有稳定且薄的构造，由此整个承载盘可以被制造得更薄，并且在模块具有预设长度的情况下，与具有较厚承载板的承载盘相比，可以增加承载盘的数量。由此，可以布置对应大量的膜垫，由此可以实现更大的比膜面积。

优选地，规定在承载板上布置周向侧边缘，该侧边缘在轴向上具有范围在4mm至6mm之间(优选地为5mm)的延伸部H。周向侧边缘可以由与承载板相同的材料制成。

在使用中，侧边缘与上方的承载盘的承载板一起界定用于整流的流体流的流室，在该流室中可以布置膜垫。当承载盘堆叠时，相邻承载盘的侧边缘紧靠彼此。根据本发明的具有带有延伸部的侧边缘的承载盘的构造允许较大量的承载盘并且由此膜垫布置在预设长度的模块中。

在此，优选地规定，侧边缘在轴向上相对于在使用中面向上的承载板的第一主表面突出0.5mm至1.5mm的范围(优选1mm)，和/或侧边缘在轴向上相对于在使用中面向下的承载板的第二主表面突出0.5mm至1.5mm的范围(优选0.5mm)。

借助于根据本发明的承载盘，可以在两个堆叠状态的承载盘之间产生流室，所述流室的高度例如为1.5mm。由此，可以产生非常紧凑的承载盘堆。因此，在预定长度的模块中可以布置较大量的承载盘和对应大量的膜垫。从而，可以实现更大的比膜面积。由此，借助于根据本发明的承载盘产生的流室的高度与DT模块的流室的高度相当。与CD模块相比具有相对较小高度的流室导致较高的压力损失，然而，由于根据本发明提供的每个承载盘两个整流流形式的导流，该压力损失可以被部分地补偿。由此，根据本发明的承载盘允许进一步开发提供DT模块的优点的已知CD模块。

可以规定，在使用中面向上的承载板的第一主面上设置引导流的流动元件。这促进了环形流。同时，流动元件可以用作用于膜垫的间隔件，使得第一主表面和膜垫可以保持彼此相距一定距离。

根据优选实施方式，规定中心开口的直径D与总直径D的比值范围在0.15至0.2之间，优选在0.175至0.19之间。这种比率已经证明是特别有利的。

中心开口的尺寸范围例如可以在35mm至45mm之间，优选地为36mm。总直径的范围例如可以在190mm至210mm之间，优选地在195mm至200mm之间。这样的尺寸提供了根据本发明的承载盘可以用于常规DT模块的优点。

本发明还涉及一种具有根据本发明的承载盘和膜垫的膜元件，其中，膜垫由至少两层构成，该至少两层在外边缘处彼此连接并且在面向中心开口的内边缘处形成开口区域，其中，膜垫的内边缘与中心开口的部分中断边缘相适应，其中，膜垫包括两个狭槽型凹部，并且其中，一个凹部相应地与第一通道或第二通道相适应。

进一步地，本发明涉及一种膜过滤模块，该膜过滤模块具有多个根据本发明的膜元件，其中，承载盘和膜垫交替地布置，以便形成膜堆。

在这种膜堆的情况下，两个连续的承载盘的密封装置密封地紧靠布置在承载盘之间的膜垫的外表面。膜堆被预加载力压缩，该预加载力提供了密封装置紧靠膜垫所需的压缩力。例如，膜堆可以经由上模块端板和下模块端板夹紧在一起。夹紧力可以经由穿过承载盘的中心开口的中心系杆来施加。在此，中心系杆可以是中空的并且包括渗透物排出可以通过的开口，使得中心系杆构成渗透物管线。另选地，可以设置系杆装置，该系杆装置包括布置在膜堆外部的系杆。根据该示例性实施方式，可以规定，承载盘的中心开口形成渗透物管线，该渗透物管线由承载板的部分中断边缘和密封装置界定。

本发明允许将由常规模块提供的优点组合在一个模块中，并且特别地允许实现导致相对小的所需泵输出的小压力损失以及导致有利的过滤结果的较大比膜面积。

【附图说明】

下面参考附图详细解释本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的膜过滤模块的示意性截面图；

图2示出了具有膜垫的两个承载盘的示意性详细截面图；

图3示出了根据本发明的承载盘的示意性俯视图；

图3a示出了图3的示意性截面图；以及

图4示出了与根据本发明的承载盘一起使用的膜垫的俯视图。

【具体实施方式】

图1示出了根据本发明的膜过滤模块1的示意性截面图。

模块包括多个承载盘3，其可以在图2、图3和图3a的示意性详细视图中最佳地看到，其中，为了清楚起见，图2、图3和图3a以部分放大的方式示出了尺寸比。

承载盘3与膜垫5交替地布置。在此，承载盘3包括形成凹陷区域7的承载板4，在该凹陷区域中布置有单独的流动元件9。凹陷区域7形成流室8，待过滤的流体可以流过该流室8。流动元件9确保了将膜垫5保持在其位置上，其中，同时实现了导流。流体在上侧和下侧围绕膜垫5流动。承载板4被侧边缘6围绕。流室由此由两个相邻的承载板4以及侧边缘6界定。流室8可以具有例如1.5mm的高度H。

承载盘3各自包括被部分中断边缘13围绕的中心开口11。部分中断边缘13由彼此隔开并由此形成间隙16的单独块15形成。部分中断边缘13相对于中心平面17偏移并且布置成使得其在轴向上突出。从而，产生自由空间19，相邻承载盘3的突出的中断边缘13与该自由空间接合，使得承载盘3相对于彼此居中。

各个承载盘3包括密封装置21，该密封装置在使用中在承载盘3的上侧和下侧围绕中断的边缘。

密封装置21密封地紧靠布置在两个连续的承载盘3之间的膜垫5的外表面5a。在此，膜垫5包括与承载盘3的中断边缘13相适应的中心开口25，该中心开口由内边缘5c界定，其中，密封装置21紧靠外表面5a的围绕膜垫5的中心开口25的一部分上。膜垫5的外边缘5b彼此连接。在图4中可以最佳地看到膜垫5的细节。

流体的一部分被挤压通过膜垫5的膜层，并经由膜垫5的内部朝向膜垫5的中心开口25输送。膜垫5在中心开口25处开口，使得流体从膜垫5离开，并可以通过中断边缘13的块15之间的间隙16进入承载盘3的中心开口11，并经由所述开口排出。

由此，连续的承载盘3的中心开口11形成渗透物管线，该渗透物管线由中断边缘13和密封装置21界定。

如可以在图1中最佳看到的，由承载盘3和膜垫5构成的膜堆被密封壳体27围绕。壳体27包括管状壳29，该管状壳的上前侧由上盖板31a密封地封闭，下前侧由下盖板31b密封地封闭。盖板包括紧靠管状壳29的内表面29a的周向密封件33。

上盖板31a形成上模块端板35a的一部分，下盖板31b形成下模块端板35b的一部分。

上模块端板35a和下模块端板35b各自还包括堆压板37和凸缘板39。

由多个系杆43组成的系杆装置41将凸缘板39连接到上模块端板35a和下模块端板35b，并在膜堆上施加夹紧力。夹紧力为承载盘3的密封装置21提供了足够的压缩力。

承载板4包括在使用中面向上且其上布置有流动元件9的第一主表面4a和在使用中面向下且其上也布置有流动元件的第二主表面4b。

未被挤压通过膜垫5的膜层的流体部分经由承载盘3的第一通道50和第二通道52进入形成在承载盘3上的流室8。第一狭槽型通道50和第二狭槽型通道52可以在图3中最佳地看到。第一通道50和第二通道52在承载盘3的径向上延伸并且在承载盘3的平面中彼此偏移大约180°地布置。两个通道50、52产生以整流方式环形流动的两个流体流。这些流在图3中用箭头指示。

在通道50、52的径向延伸的边缘处布置有导流装置，导流装置被构造为第一斜坡54和第二斜坡56。

在第一通道50处，当从上方观察承载盘3时在数学正向上界定第一通道50的第一斜坡54向下延伸，用于引导流体通过第一通道50。当从上方观察承载盘3时在数学负向上界定第一通道50的第二斜坡56向上延伸(参见图3a)，用于在面向上的第一主表面4a上引导流体并将其引导到流室8中。在第二通道52处，当从上方观察承载盘3时在数学正向上界定第二通道52的第一斜坡54向下延伸(参见图3a)，以便引导流体通过第二通道52。当从上方观察承载盘3时在数学负向上界定第二通道52的第二斜坡56向上延伸，用于在面向上的第一主表面4a上引导流体并将其引导到流室8中。

第二斜坡56的面向上的表面56a邻接第一主表面4a，由此第二斜坡可以将流过流室8的流体引导到下一个承载盘3的上方通道。

由第一通道50和第二通道52以及导流装置的布置产生的流在被引导到上方的承载盘3的通道之前以准半圆形在承载板4上流动并流过流室8。

图4示出了膜垫5的俯视图。膜垫5由至少两层构成，该至少两层在外边缘5b处彼此连接，例如焊接或胶合。在面向中心开口11的内边缘5c处形成开口区域，其中，膜垫5的内边缘5c与中心开口11的部分中断边缘13相适应。膜垫5包括两个狭槽型凹部5d，其中，一个凹部5d与第一通道50或第二通道52相适应。

Claims (13)

1.一种用于膜过滤模块(1)的承载盘(3)，在所述膜过滤模块中，承载盘(3)和膜垫(5)交替地布置，以便形成膜堆，

所述承载盘包括具有中心开口(11)和围绕所述中心开口(11)的部分中断边缘(13)的承载板(4)，其中，所述承载板(4)包括沿径向延伸的第一狭槽型通道(50)以及设置在所述承载板(4)的彼此背对的侧面上的第一主表面(4a)和第二主表面(4b)，

其特征在于，

所述承载板(4)包括布置成与所述第一狭槽型通道(50)偏移的第二狭槽型通道(52)，其中，所述第一通道(50)和所述第二通道(52)包括引导流体流过所述相应的通道(50、52)以形成整流的环形流的导流装置。

2.根据权利要求1所述的承载盘，其特征在于，所述第一通道(50)和所述第二通道(52)彼此偏移180°。

3.根据权利要求1或2所述的承载盘，其特征在于，斜坡(54、56)分别形成在所述第一通道和所述第二通道的边缘处，所述边缘沿所述相应通道(50、52)的纵向延伸，所述斜坡构成所述导流装置。

4.根据权利要求3所述的承载盘，其特征在于，在所述承载板(4)的使用中，在所述第一通道(50)处，布置在沿径向延伸的所述边缘处的所述第一斜坡(54)在从上方观察所述承载盘(3)时，在数学正向上界定所述第一通道(50)，向下延伸以用于通过所述第一通道(50)引导流体，并且布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第二斜坡(56)在从上方观察所述承载盘(3)时，在数学负向上界定所述第一通道(50)，向上延伸以用于在所述面向上的第一主表面(4a)上引导流体，并且在所述承载盘(3)的使用中，在所述第二通道(52)处，布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第一斜坡(54)在从上方观察所述承载盘(3)时，在所述数学正向上界定所述第二通道(52)，向下延伸以用于通过所述第二通道(52)引导流体，并且布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第二斜坡(56)在从上方观察所述承载盘时，在所述数学负向上界定所述第二通道(52)，向上延伸以用于在所述面向上的第一主表面(4a)上引导流体。

5.根据权利要求3所述的承载盘，其特征在于，在所述承载盘(3)的使用中，在所述第一通道(50)处，布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第一斜坡(54)在从上方观察所述承载盘(3)时，在所述数学负向上界定所述第一通道(50)，向下延伸以用于通过所述第一通道(50)引导流体，并且布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第二斜坡(56)在从上方观察所述承载盘时，在所述数学正向上界定所述第一通道(50)，向上延伸以用于在所述面向上的第一主表面(4a)上引导流体，并且在所述承载盘(3)的使用中，在所述第二通道(52)处，布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第一斜坡(54)在从上方观察所述承载盘(3)时，在所述数学负向上界定所述第二通道(52)，向下延伸以用于通过所述第二通道(52)引导流体，并且布置在沿所述径向延伸的所述边缘处的所述第二斜坡(56)在从上方观察所述承载盘时，在所述数学正向上界定所述第二通道(52)，向上延伸以用于在所述面向上的第一主表面(4a)上引导流体。

6.根据权利要求4或5所述的承载盘，其特征在于，所述面向上的斜坡(56)的在使用中面向上的表面邻接所述第一主表面(4a)，并且将流体从所述第一主表面(4a)引导至上方的承载盘。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的承载盘，其特征在于，所述承载板(4)由玻璃纤维增强塑料材料制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的承载盘，其特征在于，在所述承载板(4)处布置周向侧边缘(6)，所述侧边缘在轴向上具有范围在4mm与6mm之间、优选地为5mm、的延伸部H。

9.根据权利要求8所述的承载盘，其特征在于，所述侧边缘(6)在所述轴向上相对于在使用中面向上的所述承载板(4)的所述第一主表面(4a)突出0.5mm至1.5mm的范围，优选为1mm，和/或所述侧边缘(6)在所述轴向上相对于在使用中面向下的所述承载板(4)的第二主表面(4b)突出0.5mm至1.5mm的范围，优选为0.5mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的承载盘，其特征在于，在所述承载板(4)的在使用中面向上的所述第一主表面(4a)上，设置有引导所述流的流动元件(9)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的承载盘，其特征在于，所述中心开口(11)的直径d与总直径D的比率在0.15至0.2之间的范围内，优选地在0.175至0.19之间的范围内。

12.一种膜元件，具有根据权利要求1至11中任一项所述的承载盘(3)并且具有膜垫(5)，其中，所述膜垫(5)由至少两层构成，所述至少两层在外边缘(5b)处彼此连接并且在面向所述中心开口(11)的内边缘(5c)处形成开口区域，其中，所述膜垫(5)的所述内边缘(5c)与所述中心开口(11)的所述部分中断边缘(13)相适应，其中，所述膜垫(5)包括两个狭狭槽型凹部(5d)，并且其中，所述凹部(5d)中的一个相应地与所述第一通道(50)或所述第二通道(52)相适应。

13.一种膜过滤模块(1)，具有多个根据权利要求12所述的膜元件，其中，所述承载盘(3)和所述膜垫(5)交替地布置，以形成膜堆。

Images