DE102019132699A1 - Device for filtering components from a fluid - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid gezeigt, die Vorrichtung umfassend zumindest ein, insbesondere längliches oder röhrenförmiges, Filtermodul mit Filtergehäuse und einem darin angeordneten Membranelement, wobei das zumindest eine Filtermodul eine erste Stirnseite und eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist, und wobei das Filtermodul für das zumindest eine durch das Filtermodul strömende Fluid eine Kapillarseite und eine Hüllseite bereitstellt zur Erzeugung einer Kapillarströmung und einer Hüllströmung in jedem der Filtermodule. Ferner weist die Vorrichtung eine erste Filterkappe an der ersten Stirnseite des zumindest einen Filtermoduls mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer und zumindest einer Filtermodulaufnahme auf sowie eine zweite Filterkappe an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des zumindest einen Filtermoduls mit einer weiteren Filtermodulaufnahme. Die erste Kammer der ersten Filterkappe ist mit den Kapillarseiten der Filtermodule verbunden und die zweite Kammer der ersten Filterkappe ist mit den Hüllseiten der Filtermodule verbunden, so dass die Kapillarströmungen des oder der Filtermodule in der ersten Kammer miteinander vermischt sind und so, dass die Hüllströmungen des oder der Filtermodule in der zweiten Kammer miteinander vermischt sind.A device for separating components from a fluid is shown, the device comprising at least one, in particular elongate or tubular, filter module with filter housing and a membrane element arranged therein, the at least one filter module having a first end face and a second end face opposite the first end face and wherein the filter module provides a capillary side and an envelope side for the at least one fluid flowing through the filter module for generating a capillary flow and an envelope flow in each of the filter modules. Furthermore, the device has a first filter cap on the first end face of the at least one filter module with a first chamber and a second chamber and at least one filter module receptacle and a second filter cap on the second end face of the at least one filter module opposite the first end face with a further filter module receptacle. The first chamber of the first filter cap is connected to the capillary sides of the filter modules and the second chamber of the first filter cap is connected to the envelope sides of the filter modules, so that the capillary flows of the filter module (s) in the first chamber are mixed with one another and so that the envelope flows of the or the filter modules are mixed with one another in the second chamber.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft eine Filtrationsvorrichtung, einen Filter für eine Filtrationsvorrichtung sowie eine Filterkappe, jeweils insbesondere zum Zwecke der DialyseThe invention relates to a filtration device, a filter for a filtration device and a filter cap, in each case in particular for the purpose of dialysis
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der ErfindungBackground and general description of the invention
Die Dialyse ist vor allem bekannt als Methode zur Behandlung einer Niereninsuffizienz. Die Dialyse ist im eigentlichen Sinn der durch Diffusion erfolgende Stoffaustausch über eine semipermeable Membran, wobei gelöste Moleküle aus hochkonzentrierten Flüssigkeiten in schwachkonzentrierte Lösungen (Dialyselösung) wandern. Es gibt dabei auch technische Trennaufgaben, bei der beispielsweise die schonende Abtrennung von Stoffen aus zumeist flüssigen Gemischen erforderlich ist. Bei einem solchen Gemisch kann es sich um ein disperses Medium handeln oder beispielsweise auch um eine Lösung, bei welcher in einem Grundstoff weitere Bestandteile gelöst sind. Ein Beispiel für eine solche Anwendung kann die Abtrennung von Alkohol aus Bier sein zur Erzeugung alkoholfreien Bieres. Ein besonders schonendes Verfahren ermöglicht bevorzugt die Alkoholentfernung mit minimaler Geschmacksbeeinträchtigung. Gerade im Bereich dieser technischen Anwendungen wird derzeit intensiv nach Weiterentwicklungen gesucht, um beispielsweise den Durchsatz an zu filtrierendem Medium zu erhöhen, oder aber die Kosten weiter zu senken. Für technische Anlagen sind im Gegensatz zu medizinischen Apparaten sehr viel größere Membranflächen erforderlich.Dialysis is best known as a method of treating kidney failure. Dialysis in the real sense is the exchange of substances by diffusion across a semipermeable membrane, with dissolved molecules migrating from highly concentrated liquids into weakly concentrated solutions (dialysis solution). There are also technical separation tasks in which, for example, the gentle separation of substances from mostly liquid mixtures is required. Such a mixture can be a disperse medium or, for example, a solution in which further constituents are dissolved in a base material. An example of such an application can be the separation of alcohol from beer to produce alcohol-free beer. A particularly gentle process enables alcohol to be removed with minimal impairment of the taste. Particularly in the area of these technical applications, there is currently intensive search for further developments, for example to increase the throughput of the medium to be filtered, or to further reduce costs. In contrast to medical devices, much larger membrane areas are required for technical systems.
Dialysatoren dienen auch als Grundlage für weitere Veredelungen. Beispielsweise können Dialysatoren eingesetzt werden, um die Membranen auf der Lumenseite mit einer proprietären Beschichtung zu veredeln. Die so veredelten Dialysatoren sind damit für die Vorwärtsosmose (Forward Osmosis) einsetzbar.Dialyzers also serve as the basis for further refinements. For example, dialyzers can be used to refine the membranes on the lumen side with a proprietary coating. The dialyzers refined in this way can therefore be used for forward osmosis.
Generell ist die Strömungsführung innerhalb des Dialysators für resultierende Leistungsfähigkeit wichtig. Dialysatoren bringen von ihrer Konstruktion her sehr gute Voraussetzungen mit.In general, the flow guidance within the dialyzer is important for the resulting performance. Due to their construction, dialyzers have very good prerequisites.
Dialysatoren sind kommerziell nahezu ausschließlich für die Hämodialyse verfügbar. Die Qualität ist sehr gut und die Preise bezogen auf die Membranfläche erschwinglich. Die Größe der Dialysatoren ist jedoch auf die medizinische Anwendung abgestimmt und mit wenigen Quadratmetern Membranfläche sehr klein. Um solche Einheiten für technische Anwendungen beziehungsweise für Anwendungen mit höherem Fluiddurchsatz einzusetzen, sind aufwändige Umarbeitungen erforderlich, um aus den relativ kleinen Einheiten größere herzustellen, die in technischen Anlagen mit größerer Aufarbeitungskapazität sinnvoll eingesetzt werden können.Dialyzers are commercially available almost exclusively for hemodialysis. The quality is very good and the prices based on the membrane area are affordable. However, the size of the dialyzers is tailored to the medical application and with a membrane area of just a few square meters is very small. In order to use such units for technical applications or for applications with a higher fluid throughput, complex reworking is necessary in order to produce larger units from the relatively small units, which can be usefully used in technical systems with greater processing capacity.
Eine weitere Einschränkung liegt in der begrenzten mechanischen und chemischen Stabilität. Da Dialysatoren für den Medizinischen Einsatz unter sehr schonenden Betriebsbedingungen am menschlichen Körper optimiert sind, halten sie stärkere Belastungen wie hohe Temperaturen (bis 60 °C) oder hohe Transmembrandrücke (über 3 bar) nicht über längere Zeiträume ohne Beschädigung aus. So besteht bei hohen Volumenströmen auf der „Shell Side“ die Gefahr der mechanischen Überlastung der Membranen im Bereich des Side ports durch die dort auftretende Querströmung. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten führen immer wieder zu Membranschäden in diesem Bereich. Auch aggressive Chemikalien, die zumindest bei der Reinigung angewendet werden, greifen Dialysatoren an und führen zu kurzen Einsatzzeiten.Another limitation is the limited mechanical and chemical stability. Since dialyzers are optimized for medical use under very gentle operating conditions on the human body, they cannot withstand higher loads such as high temperatures (up to 60 ° C) or high transmembrane pressures (over 3 bar) for long periods of time without damage. With high volume flows on the “shell side”, there is a risk of mechanical overloading of the membranes in the area of the side port due to the cross flow occurring there. High flow velocities repeatedly lead to membrane damage in this area. Aggressive chemicals, at least used for cleaning, also attack dialyzers and lead to short operating times.
Ebenfalls sind, wegen der medizinischen Zielanwendung, Zertifizierungen für z.B. Lebensmittel- oder Trinkwasseranwendung praktisch nicht zu erlangen.Also, because of the medical target application, certifications for e.g. food or drinking water use are practically impossible to obtain.
Eine weitere Einschränkung liegt in den vorgegebenen Geometrien für Membrankapillaren und Dialysatoren. Anpassungen an Forderungen aus der Prozessführung für z. B. hohe Viskositäten und/oder niedrige Druckverluste bei der Durchströmung sind praktisch nicht möglich.Another limitation lies in the specified geometries for membrane capillaries and dialyzers. Adjustments to requirements from litigation for z. B. high viscosities and / or low pressure losses in the flow are practically impossible.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die zuvor genannten Probleme zu lösen oder zumindest Verbesserungen dazu einzuführen. Konkret hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Dialyse für technische Anforderungen zugänglich zu machen. Hierfür ist des Weiteren die Aufgabe gestellt worden, den Filterdurchsatz zu erhöhen und die Standzeit der Anlage zu verbessern, also die Zeit zwischen eventuellen Ausfällen von Dialysatoren zu erhöhen.The present invention has therefore set itself the task of solving the aforementioned problems or at least introducing improvements thereto. Specifically, the invention has set itself the task of making dialysis accessible for technical requirements. For this purpose, the task has also been set to increase the filter throughput and to improve the service life of the system, i.e. to increase the time between possible failures of dialyzers.
Im Übrigen beschäftigt sich die vorliegende Erfindung auch mit der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Dialysatoren insbesondere in technischen Bereichen, so dass gegebenenfalls neue Anwendungen überhaupt erst für den Einsatz von Dialysatoren erschlossen werden können bzw. die Prozesskosten gesenkt werden. Ein weiterer Aspekt der zugrundeliegenden Problemstellung liegt darin, eine Vorrichtung zu entwerfen, die für einen Anwender einfach handhabbar ist und die beispielsweise auch gut gereinigt werden kann, was insbesondere im Lebensmittelbereich eine wichtige Anforderung ist.In addition, the present invention is also concerned with increasing the economic efficiency of the use of dialyzers, particularly in technical areas, so that, if necessary, new applications can only be developed for the use of dialyzers or the process costs are reduced. Another aspect of the underlying problem is to design a device that is easy to handle for a user and that can also be cleaned well, for example, which is an important requirement in the food sector in particular.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Die in dieser Beschreibung vorgeschlagenen Verbesserungen konzentrieren sich in technischer Hinsicht neben anderen Aspekten darauf, eine Vorrichtung bereitzustellen, die geeignet ist zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid. Eine solche Abtrennung ist also z.B. die Filtrierung eines Fluids, also das Herauslösen von Stoffen aus einer Lösung, das Abstreifen oder Abtrennen von Schwebstoffen aus einem dispersen Medium wie einer Suspension, oder auch für die Osmose, insb. der Vorwärtsosmose.The improvements proposed in this specification focus from a technical point of view, among other aspects, on providing a device which is suitable for separating components from a fluid. Such a separation is, for example, the filtration of a fluid, i.e. the dissolving of substances from a solution, the stripping or separation of suspended matter from a disperse medium such as a suspension, or also for osmosis, especially forward osmosis.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zumindest ein, insbesondere längliches oder röhrenförmiges, Filtermodul mit Filtergehäuse und darin angeordnetem Membranelement, insbesondere Membrankapillaren. Das zumindest eine Filtermodul weist eine erste Stirnseite und eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite auf, wobei das Filtermodul für das zumindest eine durch das Filtermodul strömende Fluid eine Kapillarseite und eine Hüllseite bereitstellt zur Erzeugung einer Kapillarströmung und einer Hüllströmung in jedem der Filtermodule. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn in dem Filtermodul ein erstes Fluid auf der Kapillarseite fließt und zweites Fluid auf der Hüllseite.The device according to the invention comprises at least one, in particular elongate or tubular, filter module with filter housing and membrane element arranged therein, in particular membrane capillaries. The at least one filter module has a first end face and a second end face opposite the first end face, the filter module providing a capillary side and an envelope side for the at least one fluid flowing through the filter module for generating a capillary flow and an envelope flow in each of the filter modules. In other words, it is preferred if in the filter module a first fluid flows on the capillary side and a second fluid flows on the shell side.
Die Kapillarströmung ist dabei die Strömung auf der ersten Seite der Filterschicht, also typischerweise auf der Innenseite der Filterschicht. Im Falle von Kapillarröhren, also Membrankapillaren oder Membranrohren, ist die Kapillarströmung im Inneren des Membranelements, das ist die Kapillarseite oder auch Lumenseite genannt. In diesem Fall sind typischerweise eine Vielzahl von Membrankapillaren bzw. Membranrohren im Membranelement umfasst. Im Falle eines Membranabsorbers ist dies eine erste Seite des Membranabsorbers.The capillary flow is the flow on the first side of the filter layer, that is, typically on the inside of the filter layer. In the case of capillary tubes, that is to say membrane capillaries or membrane tubes, the capillary flow is inside the membrane element, which is called the capillary side or also called the lumen side. In this case, a multiplicity of membrane capillaries or membrane tubes are typically included in the membrane element. In the case of a membrane absorber, this is a first side of the membrane absorber.
Die Hüllströmung ist dabei die Strömung auf der zweiten Seite der Filterschicht, also typischerweise auf der Außenseite der Filterschicht, auch „shell side“ genannt. Im Falle von Kapillarröhren ist die Hüllströmung also auf der Außenseite der Kapillarhüllen, beziehungsweise entlang der Hülle des Filtermoduls. Im Falle des Membranabsorbers ist dies eine zweite Seite des Membranabsorbers.The envelope flow is the flow on the second side of the filter layer, that is, typically on the outside of the filter layer, also called the “shell side”. In the case of capillary tubes, the envelope flow is therefore on the outside of the capillary envelopes, or along the envelope of the filter module. In the case of the membrane absorber, this is a second side of the membrane absorber.
Die Kapillarströmung kann in der gleichen Richtung strömen wie die Hüllströmung, oder, je nach Anwendung auch entgegengesetzt. Die Hüllströmung bzw. die Kapillarströmung kann auch vergleichsweise langsam strömen, oder quasi stillstehen, so dass eine Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hüllströmung und der Kapillarströmung besteht. Die Strömungsgeschwindigkeiten werden so eingestellt, dass ein optimaler Austausch im Dialysator bzw. in der Filtervorrichtung erreicht werden kann.The capillary flow can flow in the same direction as the envelope flow or, depending on the application, also in the opposite direction. The envelope flow or the capillary flow can also flow comparatively slowly, or quasi stand still, so that there is a flow velocity difference between the envelope flow and the capillary flow. The flow velocities are set so that an optimal exchange can be achieved in the dialyzer or in the filter device.
Die Vorrichtung weist ferner eine erste Filterkappe an der ersten Stirnseite des zumindest einen Filtermoduls mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer und zumindest einer Filtermodulaufnahme auf. Das Filtermodul bzw. die Filtermodule werden dabei beispielsweise in die Filtermodulaufnahme(n) eingesteckt, so dass sie mit einem Teil des Gehäuses in die Filterkappe hineinragen.The device also has a first filter cap on the first end face of the at least one filter module with a first chamber and a second chamber and at least one filter module receptacle. The filter module or the filter modules are plugged into the filter module receptacle (s), for example, so that part of the housing protrudes into the filter cap.
Die Filterkappe ist so gestaltet, dass die erste Kammer der Filterkappe mit den Kapillarseiten der Filtermodule verbunden ist und zugleich die zweite Kammer der Filterkappe mit den Hüllseiten der Filtermodule verbunden ist. Die Kapillarströmungen des oder der Filtermodule vermischen sich so in der ersten Kammer miteinander, zudem sind die Hüllströmungen des oder der Filtermodule in der zweiten Kammer miteinander vermischt.The filter cap is designed in such a way that the first chamber of the filter cap is connected to the capillary sides of the filter modules and at the same time the second chamber of the filter cap is connected to the envelope sides of the filter modules. The capillary flows of the filter module or modules mix with one another in the first chamber, and the envelope flows of the filter module or modules are mixed with one another in the second chamber.
Die Vorrichtung weist ferner eine zweite Filterkappe an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des zumindest einen Filtermoduls mit einer weiteren Filtermodulaufnahme auf. In einem Beispiel kann die zweite Filterkappe spiegelsymmetrisch zur ersten Filterkappe sein, also quasi gleich aufgebaut wie die erste Filterkappe. Die zweite Filterkappe kann hinsichtlich der Strömungsführung bevorzugt auch so gestaltet sein, dass sie für die Fluidzuführung in das Filtermodul hergerichtet ist und die erste Filterkappe für die Fluidabfuhr aus dem Filtermodul hergerichtet ist. Die zweite Filterkappe kann unterseitig des bzw. der Filtermodule angeordnet sein. In dem Fall kann die zweite Filterkappe Befestigungs- oder Stützmittel aufweisen, um die Vorrichtung zu stabilisieren bzw. in einer Aufstellanordnung zu stabilisieren.The device also has a second filter cap on the second end face of the at least one filter module, which is opposite the first end face, with a further filter module receptacle. In one example, the second filter cap can be mirror-symmetrical to the first filter cap, that is, it can be constructed in the same way as the first filter cap. With regard to the flow guidance, the second filter cap can preferably also be designed in such a way that it is designed for the fluid supply into the filter module and the first filter cap is designed for the fluid discharge from the filter module. The second filter cap can be arranged on the underside of the filter module or modules. In that case, the second filter cap can have fastening or support means in order to stabilize the device or to stabilize it in a set-up arrangement.
Die erste Filterkappe kann einen ersten Anschluss aufweisen, der mit der ersten Kammer kommunizierend verbunden ist. Beispielsweise ist der erste Anschluss als Ablauf hergerichtet, so dass dort das Fluid herausströmen kann. Der erste Anschluss kann auch als Zulauf gestaltet sein. Der Anschluss kann beispielsweise als Schlauchanschluss, als Schraubanschluss oder Flansch realisiert sein, so dass ein Rohr oder ein Schlauch oder Ähnliches daran angeschlossen werden kann, um das erste Fluid zu der ersten Filterkappe zu führen oder von der ersten Filterkappe wegzuführen.The first filter cap can have a first connection which is connected to the first chamber in a communicating manner. For example, the first connection is designed as a drain so that the fluid can flow out there. The first connection can also be designed as an inlet. The connection can be implemented, for example, as a hose connection, a screw connection or a flange, so that a pipe or a hose or the like can be connected to it in order to lead the first fluid to the first filter cap or to lead it away from the first filter cap.
Die erste Filterkappe kann einen zweiten Anschluss aufweisen, also beispielsweise einen zweiten Ablauf oder zweiten Zulauf der mit der zweiten Kammer kommunizierend verbunden ist. Mit anderen Worten kann der Anschluss so gestaltet sein, dass eine Zufuhr von Fluid ermöglicht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform fließt das Fluid sowohl auf der Kapillarseite als auch auf der Hüllseite in gleicher Richtung durch das Filtermodul, sodass der erste Anschluss ein erster Ablauf ist und der zweite Anschluss ein zweiter Ablauf.The first filter cap can have a second connection, that is to say, for example, a second outlet or second inlet which is connected in a communicating manner with the second chamber. In other words, the connection can be designed so that a supply of fluid is enabled. In a preferred embodiment, the fluid flows through the filter module in the same direction both on the capillary side and on the shell side, so that the first connection is a first outlet and the second connection is a second outlet.
Zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer ist bevorzugt ein Dichtelement angeordnet zur Abdichtung der Kapillarströmung gegen die Hüllströmung. Dieses Dichtelement kann auf der Außenseite des Gehäuses des Filtermoduls angeordnet sein, so dass es beim Einführen des Filtermoduls in die Filterkappe zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordnet wird und die beiden Kammern zueinander abdichtet.A sealing element is preferably arranged between the first chamber and the second chamber to seal off the capillary flow from the envelope flow. This sealing element can be arranged on the outside of the housing of the filter module so that it is arranged between the first chamber and the second chamber when the filter module is inserted into the filter cap and seals the two chambers from one another.
Das Dichtelement kann also so angeordnet sein, dass es die erste Kammer gegen die zweite Kammer abdichtet, wenn das oder die Filtermodule in die Filtermodulaufnahme eingesteckt ist/sind.The sealing element can thus be arranged in such a way that it seals the first chamber against the second chamber when the filter module or modules is / are inserted into the filter module receptacle.
Die erste und/oder die zweite Filterkappe kann ferner einen außenseitigen, insbesondere axialseitigen, Kapillarströmungskanal aufweisen, der den ersten Anschluss mit der ersten Kammer verbindet.The first and / or the second filter cap can furthermore have an outer, in particular axial, capillary flow channel which connects the first connection to the first chamber.
Die erste und/oder die zweite Filterkappe kann hierfür auch eine radialseitige Kapillarströmungsöffnung aufweisen. Zudem kann die erste und/oder die zweite Filterkappe eine radialseitige Hüllströmungsöffnung aufweisen.The first and / or the second filter cap can also have a capillary flow opening on the radial side for this purpose. In addition, the first and / or the second filter cap can have an envelope flow opening on the radial side.
Das Filtermodul kann eine Mehrzahl auf dem Umfang des Filtergehäuses angeordnete Hüllströmungsöffnungen aufweisen, so dass sich die Hüllströmung auf die Mehrzahl der Hüllströmungsöffnungen verteilt. Hierdurch kann ein verteilter Zufluss der Hüllströmung in das Filtermodul oder ein verteilter Abfluss der Hüllströmung aus dem Filtermodul realisiert werden. Insbesondere wenn sich die Hüllströmungsöffnungen gleichmäßig über die Radialrichtung des Filtermoduls verteilen, kann die Belastung wie beispielsweise Druckbelastung auf das Membranelement durch gleichmäßige Strömungsverteilung deutlich reduziert werden. Eine geringere mechanische Belastung der Membranelemente kann dabei eine erhöhte Zuverlässigkeit der Vorrichtung bedeuten, wenn die Membranelemente längere Standzeiten realisieren können.The filter module can have a plurality of envelope flow openings arranged on the circumference of the filter housing, so that the envelope flow is distributed over the plurality of envelope flow openings. In this way, a distributed inflow of the envelope flow into the filter module or a distributed outflow of the envelope flow out of the filter module can be realized. In particular, if the envelope flow openings are distributed uniformly over the radial direction of the filter module, the load, such as pressure load on the membrane element, can be significantly reduced by uniform flow distribution. A lower mechanical load on the membrane elements can mean an increased reliability of the device if the membrane elements can achieve longer service lives.
Zumindest ein Teil der radialen Hüllströmungsöffnungen sind bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene entlang der radialen Länge des Filtergehäuses angeordnet. Sie sind also in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Filtermoduls liegt, und sind beispielsweise radial um das Filtergehäuse herum verteilt. Beispielsweise sind je zwei Hüllströmungsöffnungen zueinander gegenüberliegend angeordnet, so dass sich die durch Zuströmung oder Abfluss des Hüllmediums einstellender Druckstoss verringert, ggf. sogar gegenseitig aufhebt, und dadurch die mechanische Belastung auf das Membranelement sinkt.At least some of the radial envelope flow openings are preferably arranged in a common plane along the radial length of the filter housing. They are therefore arranged in a common plane which is perpendicular to the direction of extent of the filter module, and are distributed, for example, radially around the filter housing. For example, two enveloping flow openings are arranged opposite one another, so that the pressure surge occurring due to the inflow or outflow of the enveloping medium is reduced, possibly even canceled out, and the mechanical load on the membrane element is thereby reduced.
Die erste und/oder die zweite Filterkappe können ferner eine Stützaufnahme aufweisen zur Aufnahme eines die erste mit der zweiten Filterkappe verbindenden Stützelementes. Ein solches Stützelement kann ein stangenförmiges Verbindungselement sein, welches beispielsweise in der ersten Filterkappe eingeschraubt, eingeschweißt oder eingeklebt ist und an welchem die zweite Filterkappe angesetzt und beispielsweise mit einem Verbindungsmittel wie einer Schraubmutter verschraubt werden kann. Eine Schraubverbindung ermöglicht mittels Selbiger eine Presskraft zwischen den beiden Filterkappen auf das Filtermodul auszuüben, so dass ggf. dadurch die Dichtigkeit erhöht werden kann und/oder ein fester Sitz bei Druckanwendungen erreicht werden kann, bei welchen beispielsweise Fluiddrücke herrschen, die höher als der Umgebungsdruck liegen, beispielsweise im Bereich von 2 bis 10 Bar.The first and / or the second filter cap can furthermore have a support receptacle for receiving a support element connecting the first to the second filter cap. Such a support element can be a rod-shaped connecting element which is screwed, welded or glued into the first filter cap, for example, and to which the second filter cap can be attached and screwed, for example, with a connecting means such as a screw nut. A screw connection enables the same to exert a pressing force between the two filter caps on the filter module, so that if necessary the tightness can be increased and / or a tight fit can be achieved in pressure applications in which, for example, there are fluid pressures that are higher than the ambient pressure , for example in the range from 2 to 10 bar.
Die Stützaufnahme ist insbesondere zwischen den Filtermodulen angeordnet. Die Stützaufnahme kann eine Schraubhülse umfassen, die beispielsweise in einem der Filterköpfe eingeklebt, eingeschweißt oder anderweitig befestigt ist. Die Stützaufnahme kann des Weiteren bzw. alternativ zumindest ein Sicherungselement umfassen. Dieses Sicherungselement kann an dem Filtergehäuse angeordnet sein. Beispielsweise kann das Sicherungselement ein Sprengring oder mehrere Sprengringe umfassen.The support receptacle is arranged in particular between the filter modules. The support receptacle can comprise a screw sleeve which is glued, welded or otherwise fastened into one of the filter heads, for example. The support receptacle can further or alternatively comprise at least one securing element. This securing element can be arranged on the filter housing. For example, the securing element can comprise a snap ring or several snap rings.
Die Stützaufnahme ist bevorzugt von den Fluidströmungen beabstandet, so dass das Stützelement im eingebauten Zustand nicht in Kontakt mit den Fluidströmungen ist.The support receptacle is preferably at a distance from the fluid flows, so that the support element is not in contact with the fluid flows in the installed state.
Je nach Anwendungsfall, Baugröße der Vorrichtung bzw. der Filtermodule können auch mehr als eine Stützaufnahme vorgesehen sein, so dass zugleich auch eine Stabilisierung der Vorrichtung durch die Stützelemente erreicht werden kann. Beispielsweise können zwei oder vier Stützaufnahmen je Filterkappe vorgesehen sein. Die Stützaufnahmen können jeweils zwischen zwei Filtermodulen angeordnet sein. Die Stützaufnahmen können auch alle in einem Innenbereich zwischen den Filtermodulen angeordnet sein, so dass die Filtermodule außen um die Stützaufnahmen herum angeordnet sind.Depending on the application, the size of the device or the filter modules, more than one support receptacle can also be provided, so that the support elements can also stabilize the device at the same time. For example, two or four support receptacles can be provided per filter cap. The support receptacles can each be arranged between two filter modules. The support receptacles can also all be arranged in an inner area between the filter modules, so that the filter modules are arranged around the support receptacles on the outside.
Die Filtermodulaufnahme der ersten bzw. zweiten Filterkappe kann einen seitlichen Kragen aufweisen um ein in die Filtermodulaufnahme eingesetztes Filtermodul bis über eine radialseitige Hüllströmungsöffnung hinaus zu überdecken, so dass die stirnseitige Kapillarströmungsöffnung und die radialseitige Hüllströmungsöffnung in die Filterkappe eingesteckt werden kann und beim Einstecken die Fluidverbindung der Kapillarströmung mit der ersten Kammer und der Hüllströmung mit der zweiten Kammer erfolgt.The filter module receptacle of the first or second filter cap can have a lateral collar in order to cover a filter module inserted into the filter module receptacle beyond a radial-side enveloping flow opening, so that the The end capillary flow opening and the radial-side envelope flow opening can be inserted into the filter cap and the fluid connection of the capillary flow with the first chamber and the envelope flow with the second chamber takes place during insertion.
Die erste und/oder zweite Filterkappe können je einen Filtermodulanschlag für jede Filtermodulaufnahme aufweisen. Ein Filtermodul kann beispielsweise mit seinem stirnseitigen Ende an dem Filtermodulanschlag anliegen, wenn es in die Filtermodulaufnahme vollständig eingeführt bzw. eingeschoben ist. Beispielsweise kann dann die korrekte Aufnahme des Filtermoduls in der Filtermodulaufnahme anhand des Filtermodulanschlags sichergestellt werden. Das Filtermodul kann nicht zu tief eingesteckt werden, wenn dies anders möglich sein sollte, so dass beispielsweise die Kapillarströmung nicht beeinträchtigt wird.The first and / or second filter cap can each have a filter module stop for each filter module receptacle. A filter module can, for example, rest with its front end against the filter module stop when it is completely inserted or pushed into the filter module receptacle. For example, the correct mounting of the filter module in the filter module mounting can then be ensured using the filter module stop. The filter module cannot be inserted too deeply if this should be possible otherwise, so that, for example, the capillary flow is not impaired.
Die Vorrichtung umfasst typischerweise zwei oder mehr Filtermodule, welche an der ersten Stirnseite gemeinsam in die erste Filterkappe eingesetzt sind. Dies können insbesondere 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder eine Mehrzahl von Filtermodulen sein, welche insbesondere nebeneinander angeordnet sind und insbesondere im Wesentlichen identische Abmessungen oder zumindest dieselbe Länge zueinander aufweisen.The device typically comprises two or more filter modules which are inserted jointly into the first filter cap on the first end face. These can in particular be 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or a plurality of filter modules which are in particular arranged next to one another and in particular have substantially identical dimensions or at least the same length to one another.
Die Filtermodule sind bevorzugt symmetrisch oder konzentrisch um die Stützaufnahme herum angeordnetThe filter modules are preferably arranged symmetrically or concentrically around the support receptacle
Jedes Filtermodul kann auf zumindest einer Seite eine Fluidsperre aufweisen, insbesondere aus Vergussmasse. Die Fluidsperre trennt die Kapillarströmung im Inneren des Filtermoduls von der Hüllströmung. Beispielsweise kann auch das Ende der Membran mit der Fluidsperre verschweißt sein, so dass eine Trennung von Kapillarseite und Hüllseite hergestellt wird.Each filter module can have a fluid barrier, in particular made of potting compound, on at least one side. The fluid barrier separates the capillary flow inside the filter module from the envelope flow. For example, the end of the membrane can also be welded to the fluid barrier, so that the capillary side and the shell side are separated.
Die Fluidsperre kann bevorzugt so gestaltet sein, das Membranelement zu stabilisieren. Dies kann erreicht werden, wenn die Fluidsperre an das Membranelement angeordnet wird. Die Fluidsperre stellt bevorzugt eine mechanische Verbindung zwischen dem Membranelement und dem Gehäuse her, insbesondere zwischen den Filterkapillaren und dem Gehäuse.The fluid barrier can preferably be designed to stabilize the membrane element. This can be achieved when the fluid barrier is placed on the membrane element. The fluid barrier preferably produces a mechanical connection between the membrane element and the housing, in particular between the filter capillaries and the housing.
Die Erfindung umfasst ferner ein Filtermodul für eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, insbesondere wie zuvor beschrieben. Das Filtermodul umfasst ein, insbesondere längliches oder röhrenförmiges, Filtergehäuse, ein in dem Filtergehäuse angeordnetes Membranelement, wobei das Filtermodul eine erste Stirnseite und eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist.The invention further comprises a filter module for a device for separating components from a fluid, in particular as described above. The filter module comprises an, in particular elongate or tubular, filter housing, a membrane element arranged in the filter housing, the filter module having a first end face and a second end face opposite the first end face.
Das Filtermodul stellt für das zumindest eine durch das Filtermodul strömende Fluid eine Kapillarseite und eine Hüllseite bereit zur Erzeugung einer Kapillarströmung und einer Hüllströmung in jedem der Filtermodule. Das Filtermodul weist ferner eine Mehrzahl auf dem Umfang des Filtergehäuses angeordnete Hüllströmungsöffnungen auf, welche in einer Ebene entlang der radialen Länge des Filtergehäuses angeordnet sind, so dass sich die Hüllströmung auf die Mehrzahl der Hüllströmungsöffnungen radial verteilt.For the at least one fluid flowing through the filter module, the filter module provides a capillary side and an envelope side for generating a capillary flow and an envelope flow in each of the filter modules. The filter module also has a plurality of envelope flow openings arranged on the circumference of the filter housing, which are arranged in a plane along the radial length of the filter housing, so that the envelope flow is distributed radially over the plurality of envelope flow openings.
Die Erfindung umfasst ferner eine Filterkappe für eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, insbesondere so wie zuvor beschrieben, welche insbesondere auf einer Mehrzahl von Filtermodulen, wie vorstehend erläutert, angeordnet werden kann. Die Filterkappe umfasst eine erste Kammer, eine zweite Kammer, und zumindest eine Filtermodulaufnahme, wobei die erste Kammer der Filterkappe mit den Kapillarseiten der in die Filterkappe eingesetzten Filtermodule verbunden ist, wenn die Filtermodule in die Filterkappe eingesetzt sind, und wobei die zweite Kammer der ersten Filterkappe mit den Hüllseiten der Filtermodule verbunden ist, wenn die Filtermodule in die Filterkappe eingesetzt sind, so dass die Kapillarströmungen der Filtermodule in der ersten Kammer miteinander vermischt sind und so dass die Hüllströmungen der Filtermodule in der zweiten Kammer miteinander vermischt sind.The invention further comprises a filter cap for a device for separating components from a fluid, in particular as described above, which can in particular be arranged on a plurality of filter modules, as explained above. The filter cap comprises a first chamber, a second chamber, and at least one filter module receptacle, the first chamber of the filter cap being connected to the capillary sides of the filter modules inserted into the filter cap when the filter modules are inserted into the filter cap, and the second chamber of the first The filter cap is connected to the envelope sides of the filter modules when the filter modules are inserted into the filter cap, so that the capillary flows of the filter modules are mixed with one another in the first chamber and so that the envelope flows of the filter modules are mixed with one another in the second chamber.
Die Erfindung umfasst schließlich ein Verfahren zur Herstellung bzw. Bereitstellung einer Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, insbesondere so wie zuvor beschrieben, mit den Schritten Bereitstellen einer ersten Filterkappe mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer und zumindest einer Filtermodulaufnahme; Einführen (also z.B. Einstecken oder Einschrauben) von zumindest einem, insbesondere länglichen oder röhrenförmigen, Filtermodul mit Filtergehäuse und darin angeordnetem Membranelement, insbesondere Membrankapillaren, mit einer ersten Stirnseite in eine Filtermodulaufnahme der ersten Filterkappe; Aufsetzen einer zweite Filterkappe an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des zumindest einen Filtermoduls, wobei das Filtermodul für das zumindest eine durch das Filtermodul strömende Fluid eine Kapillarseite und eine Hüllseite bereitstellt zur Erzeugung einer Kapillarströmung und einer Hüllströmung in jedem der Filtermodule; und wobei die erste Kammer der ersten Filterkappe mit den Kapillarseiten der Filtermodule verbunden ist und wobei die zweite Kammer der ersten Filterkappe mit den Hüllseiten der Filtermodule verbunden ist, so dass die Kapillarströmungen des oder der Filtermodule in der ersten Kammer miteinander vermischt sind und so dass die Hüllströmungen des oder der Filtermodule in der zweiten Kammer miteinander vermischt sind.The invention finally comprises a method for producing or providing a device for separating components from a fluid, in particular as described above, with the steps of providing a first filter cap with a first chamber and a second chamber and at least one filter module holder; Introducing (for example, plugging in or screwing in) at least one, in particular elongated or tubular, filter module with filter housing and membrane element arranged therein, in particular membrane capillaries, with a first end face into a filter module receptacle of the first filter cap; Attaching a second filter cap to the second end face of the at least one filter module opposite the first end face, the filter module providing a capillary side and an envelope side for the at least one fluid flowing through the filter module for generating a capillary flow and an envelope flow in each of the filter modules; and wherein the first chamber of the first filter cap is connected to the capillary sides of the filter modules and wherein the second chamber of the first filter cap is connected to the envelope sides of the filter modules, so that the capillary flows of the filter module or modules are mixed with one another in the first chamber and so that the envelope flows of the filter module or modules are mixed with one another in the second chamber.
Ferner kann der Schritt kraftschlüssiges Verbinden der ersten Filterkappe mit der zweiten Filterkappe mittels eines Stützelements umfasst sein.Furthermore, the step of frictional connection of the first filter cap to the second filter cap by means of a support element can be included.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures, with identical and similar elements in some cases being provided with the same reference numerals and the features of the various exemplary embodiments being able to be combined with one another.
FigurenlisteFigure list
Es zeigen:
-
1 Seitenansicht einer Vorrichtung zur Filtrierung eines Fluids, -
2 perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, -
3 Aufsicht auf eine Filterkappe einer Vorrichtung, -
4 Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung, -
5 Schnittansicht eines Filtermoduls, -
6 Aufsicht auf ein Filtermodul, -
7 Schnittansicht eines Details einer Vorrichtung, -
8 Schnittansicht eines Details einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, -
9 Schnittansicht durch einen Ausschnitt der Vorrichtung, -
10 Schnittansicht durch eine Filterkappe entlang der Linie B-B, -
11 eine Schnittansicht durch die Filterkappe entlang der Linie C-C, -
12 perspektivische Ansicht auf ein Filtermodul, -
13 perspektivisches Detail einer Stirnseite eines Filtermoduls, -
14 Detailschnitt eines Filtermoduls, -
15 Detailschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Filtermoduls, -
16 Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Filtermoduls, -
17 Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Details einer Vorrichtungmit Filtermodulen gemäß 16 .
-
1 Side view of a device for filtering a fluid, -
2 perspective view of a device, -
3rd Top view of a filter cap of a device, -
4th Side view of a further embodiment of a device, -
5 Sectional view of a filter module, -
6th Supervision of a filter module, -
7th Sectional view of a detail of a device, -
8th Sectional view of a detail of a further embodiment of the device, -
9 Sectional view through a section of the device, -
10 Sectional view through a filter cap along the line BB, -
11 a sectional view through the filter cap along the line CC, -
12th perspective view of a filter module, -
13th perspective detail of an end face of a filter module, -
14th Detail section of a filter module, -
15th Detailed section of a further embodiment of a filter module, -
16 Side view of a further embodiment of a filter module, -
17th Sectional view of a further embodiment of a detail of a device with filter modules according to FIG16 .
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Über Filterkappen
Die Anschlüsse
Durch die Figurenbeschreibung hindurch zeigen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Gegenstände, wobei die Gegenstände voneinander verschieden ausgeführt sein können, aber die gleiche Funktion erfüllen.Throughout the description of the figures, the same reference symbols indicate the same objects, it being possible for the objects to be designed differently from one another, but to fulfill the same function.
Zur Fluidführung ist das Hüllrohr
Die gezeigten Kapillaren
In
Die Verteilung des Fluids innerhalb der Filterkappe
Bezug nehmend auf
Die Kartuschen
Zum Aufbau der Kartuschen
Die Stärke des Vergussblocks liegt bei 20% bis 50 %, bevorzugt bei 25% bis 40% des Hüllrohrdurchmessers. Die Kartuschen
Die verbauten Membrankapillaren
Bei Membranen
Für die Filterkappen
Mit diesen Freiheiten lassen sich Membranvorrichtungen
Die Anzahl der Kartuschen
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die ggf. nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchen der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist.It is evident to the person skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not restricted to them, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. Furthermore, it can be seen that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features. In all figures, the same reference symbols represent the same objects, so that descriptions of objects that are possibly only mentioned in one or at least not with regard to all figures can also be transferred to these figures, with regard to which the object is not explicitly described in the description .
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FiltermodulFilter module
- 2, 2a2, 2a
- FilterkappeFilter cap
- 33
- erste Kammer, Kapillarseitefirst chamber, capillary side
- 44th
- zweite Kammer, Hüllseitesecond chamber, shell side
- 55
- DichtelementSealing element
- 66th
- Kanalchannel
- 77th
- VerbindungskanalConnection channel
- 88th
- Anschlussconnection
- 99
- Durchlass bzw. BohrungPassage or bore
- 1010
- FilteranschlagFilter stop
- 1111
- QuerkanalTransverse channel
- 1212th
- Ende(n) des bzw. der Membranelement(e)End (s) of the membrane element (s)
- 1313th
- RohrbodenTube sheet
- 1414th
- Dichtelement bzw. O-RingSealing element or O-ring
- 1515th
- stirnseitige Kapillarströmungsöffnung des Filtermodulsend capillary flow opening of the filter module
- 1616
- Membranelement bzw. FilterkapillarenMembrane element or filter capillaries
- 1818th
- Membranelement bzw. AbsorberMembrane element or absorber
- 1919th
- EndplatteEnd plate
- 2020th
- Fluidsperre, Trennelement bzw. VergussmasseFluid barrier, separating element or potting compound
- 2121
- seitliche Öffnungenside openings
- 2222nd
- stirnseitiges Endefront end
- 23, 23a23, 23a
- erster Anschlussfirst connection
- 24, 24a24, 24a
- zweiter Anschlusssecond connection
- 3030th
- Vorrichtungcontraption
- 3232
- Befestigungsvorrichtung bzw. AbstandshalterFastening device or spacer
- 3333
- GewindestangeThreaded rod
- 3434
- Sicherung bzw. MutterFuse or nut
- 3535
- Filtergehäuse bzw. HüllrohrFilter housing or cladding tube
- 3737
- NutGroove
- 3838
- weitere Nutfurther groove
- 3939
- Lagesicherungselement wie z.B. SprengringPosition securing element such as snap ring
- 4242
- FilterelementaufnahmeFilter element holder
- 8181
- SchlauchbefestigungsmittelHose fasteners
Claims (20)
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2020
- 2020-11-24 WO PCT/EP2020/083223 patent/WO2021110483A1/en unknown
- 2020-11-24 EP EP20816416.0A patent/EP4069406A1/en active Pending
Patent Citations (1)
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