DE19724832C2 - Querstromfilter - Google Patents
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Classifications
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- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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Landscapes
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Description
Die Erfindung betrifft ein Querstromfilter aus zwei spiegel
bildlichen, randseitig verschweißten Kunststoffolien, die
einen Querstromraum mit einem eingeschweißten Einströman
schluß und einem eingeschweißten Ausströmanschluß und mit
einer an den Querstromraum im wesentlichen parallel zur
Strömungsrichtung angrenzenden, entlang ihrer Randzone an
geschweißten porösen Membran umschließen, die andererseits
an einen ein Drainagematerial enthaltenden Sammelraum mit
einem Filtratausgang grenzt.
Ein derartiges Filter ist aus der WO 90/15660 bekannt. Das
bekannte Querstromfilter besteht aus verschweißten Folien
an deren Stirnseiten Anschlüsse münden, die einfache, lös
bare Verbindungen zu Schläuchen oder Rohren ermöglichen.
Innenseitig der Folien befindet sich mindestens eine ver
schweißte Membran. Die Flüssigkeit wird durch die Membran
in den Raum zwischen der Membran und dem Folienschlauch
gedrückt. In diesem Raum ist ein Drainagematerial angeord
net, das den Abfluß des Filtrats erleichtert. In dem Be
reich des Folienschlauchs, der durch die Membran abgedeckt
wird, befindet sich eine Öffnung, durch die das Filtrat
abfließen kann. Da die Membran randseitig an der Folie und
an dem Anschluß angeschweißt ist, und die außenseitigen
Folien kissenförmig durch den Flüssigkeitsdruck aufgebläht
werden, ist die Schweißnaht am Membranrand hoch belastet,
weswegen Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen nicht ver
wendbar sind.
Weiterhin sind für die Abtrennung partikulärer Bestandtei
le aus flüssigen Proben mit Hilfe der Querstromfiltration
verschiedene Trennvorrichtung in Form von Filterkassetten,
Kapillar- oder Rohrmodulen bekannt. Filterkassetten, bei
denen die Verteilung des Fluids über viele kleine Kanäle
erfolgt und in denen ein Gewebe oder Netzgitterband als
Abstandshalter eingesetzt werden, haben einen hohen Wider
stand und neigen zum Verstopfen. Sie sind für Fluide mit
hohem Feststoffgehalt nicht geeignet. Kapillarfilterblöcke
haben demgegenüber einen vergleichsweise einfachen Aufbau.
Sie verstopfen aber ebenfalls sehr schnell bei Fluiden mit
hohem Feststoffanteil. Rohrfiltereinheiten besitzen einen
relativ großen Strömungsquerschnitt und verstopfen nicht
so leicht. Sie sind jedoch in der Auswahl der Porengröße
des Filtermaterials beschränkt und haben wegen der Druck
belastung wie die Kapillarfilterblöcke ein teures stabiles
Gehäuse.
Weiterhin ist aus der DE-OS 20 09 155 ein Schlauchfilter
bekannt, bei dem ein mikroporöser Membranschlauch von ei
nem Drainagematerial in Form eines Kunststoffgitters umge
ben ist und in einen Kunststoffschlauchmantel eingesetzt
ist, der aus zwei längs zusammengeschweißten Folien beste
hen kann. Der mikroporöse Innenschlauch und der Außen
schlauch sind mit ihren Enden gemeinsam mit einer Klemm
vorrichtung um ihre Anschlußstutzen herum abgedichtet ge
halten. Hier besteht die Gefahr eines Membranrisses. Au
ßerdem ist eine Schlauchmembran schwierig herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Querstromfilter zur
Ultra- oder Mikrofiltration für Probeentnahmen aus mit
Feststoffen hoch belasteten Fluiden zu schaffen, das bei
relativ geringem Pumpendruck und relativ geringer Pumpen
leistung eine hohe Querströmungsgeschwindigkeit über der
Membran ermöglicht und aus wenigen Teilen einfach und
preisgünstig hergestellt ist und leicht zu entsorgen ist.
Die Aufgabe wir dadurch gelöst, daß mindestens eine der
Folien innenseitig mit der randseitig verschweißten Mem
bran, die eine Ultra- oder Mikrofiltrationsmembran ist,
besetzt ist, wobei zu den Anschlüssen ein Abstand gegeben
ist, der etwa deren Anschlußdurchmesser entspricht, und
daß die Kunststoffolien sich zwischen den Anschlüssen
schlauchförmig erstrecken und zwischen zwei festen Platten
auswechselbar angeordnet sind, die so orientiert und zu
einander beabstandet sind, daß der Querstromraum flach pa
rallel zur Membran aussgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Der Schlauch ist vorteilhaft aus zwei gleichen Folien zu
sammengeschweißt, von denen eine oder beide mit einer Mem
bran bestückt sind.
Für die Filtration von kontaminierten Proben ist es ideal,
daß der Querstromfilter aus wenigen Komponenten besteht
und sich durch einen geringen Materialeinsatz auszeichnet,
so daß er als Einwegfilter einsetzbar ist und problemlos
zu entsorgen ist.
Die vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das
Querstromfilter zwischen zwei Platten angeordnet ist, de
ren Abstand den Durchströmquerschnitt des Querstromfilters
begrenzt. Der Strömungsquerschnitt des Querstromfilters
läßt sich durch Veränderung des Plattenabstands variieren,
wodurch sich bei gegebener Pumpenleistung die Querstromge
schwindigkeit vorgeben läßt, die im wesentlichen um so
größer ist, je kleiner der Querschnitt ist.
Die Platten lassen sich parallel oder auch zum abströmsei
tigen Ende geneigt einstellen, so daß je nach den Durch
fluß- und Druckverhältnissen der Gesamtvorrichtung eine
optimale Überströmgeschwindigkeitsverteilung in Verbindung
mit einer geeigneten Druckverteilung einstellbar ist. Die
Distanzeinstellungen der Platten sind vorteilhaft von den
Schließmitteln getrennt, damit eine einmal gewählte Ein
stellung bei einem Filterwechsel erhalten bleibt. Als Dis
tanzhalteelemente eignen sich Kontermuttern auf den Klemm
schraubenschäften oder getrennte Stützschrauben.
Die untere Platte ist zweckmäßig mit Füßen versehen, so
daß der Querstromfilter darauf abgestellt werden kann und
ein Filtratgefäß unter dem Auslauf Platz hat. Es sind je
doch auch andere Formen der Halterung möglich.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung be
steht darin, daß die Überströmung der Filtermembran bei
Probennahmen mit geringer Pumpleistung oder geringer Um
wälzung durch geeignete Einengung des Strömungsquerschnit
tes auf dem erforderlichen Niveau gehalten werden kann.
Weiterhin führt dieser Aufbau zu einem Querstromfilter mit
geringem Gewicht und kleinem Transportvolumen, was für ei
nen mobilen Einsatz vorteilhaft ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 4
dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Perspektivansicht eines Querstromfilters;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt A-A zu Fig. 1 in Höhe des
Filtratausgangs;
Fig. 3 zeigt schematisch perspektivisch die Anordnung des
Querstromfilters zwischen zwei Platten zur
Begrenzung des Strömungsquerschnittes;
Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Probennahmefil
trationvorrichtung mit einer Umwälzpumpe.
Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Querstromfiltereinsatzes
QF, dessen schlauchförmige Außenhaut aus zwei Folienbögen
F1, F2 durch deren randseitiges Verschweißen miteinander
und ein Einschweißen von endseitigen Anschlußstücken ASE,
ASA hergestellt wurde. Die jeweils umlaufenden Schweißnäh
te SN sind so gestaltet, daß sie dem Betriebsdruck, von
z. B. 1 bar, der bei der Querstromdurchströmung auftritt,
standhalten. Auf der Innenseite eines Folienbogens F2 be
findet sich eine Membran, deren Umriß in der Fig. 1 durch
eine gestrichelte Linie ML gekennzeichnet ist, die allsei
tig von den Schlauchschweißnähten SN und insbes. denen der
Anschlüsse ASE, ASA des Einganges E und des Ausganges A
beabstandet ist. Der Abstand DA der Membran M von den
Anschlüssen ASE, ASA ist zweckmäßig etwa so groß wie der
Durchmesse AD der Anschlüsse. An den Stirnseiten des
Folienschlauches sind die Anschlußstücke ASE, ASA einge
schweißt, die in der gezeigten Ausführung mit einem Außen
gewinde versehen sind. Als Anschlußstücke können jedoch
auch Schnellkupplungen, Bajonettverschlüsse oder dgl. ein
gesetzt werden. Über die Anschlußstücke wird der Quer
stromfilter mit den Leitungen verbunden, über die die zu
filtrierenden Flüssigkeit zu- und abgeführt wird.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A gemäß Fig. 2 durch den
Querstromfilter im Bereich des Filtratausgangs FA. Das Ge
häuse besteht aus zwei Folienbögen F1, F2, die durch die
Schweißnähte SN zur einem Schlauch geformt wurden, der im
wesentlichen den Querstromraum QR umschließt. Auf die In
nenseite des Folienbogens F2, der die im Bild untere Hälf
te der Filterhaut bildet, ist die Membran M geschweißt
worden. Die Schweißränder R begrenzen die aktive Filter
fläche. Zwischen der Membran und der Außenhaut befindet
sich in dem Sammelraum S ein Drainagematerial DM, durch
welches der Abfluß des Filtrats zum Filtratausgang FA er
leichtert wird.
Die Membran M ist jeweils entsprechend der Trennaufgabe
aus dem Angebot verschiedener bekannter schweißfähiger Ul
tra- oder Mikrofiltrationsmembranen ausgewählt. Bevorzugt
wird eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Trenngrenze im
Bereich von 1 bis 1000 kD oder eine Mikrofiltrationsmem
bran mit einer Porengröße im Bereich von 0,01 bis 20 µm
eingesetzt. Bevorzugt ist die Membran in bekannter Weise
mit einem Vlies verstärkt. Als Drainagematerial eignen
sich bekannte Kunststoffgewebe, Netzgitterband, Vlies oder
auch extrudierte Abstandshalter.
Die Membran M liegt auf dem Drainagematerial DM und dieses
auf der äußeren Schlauchwandung auf, wodurch eine prak
tisch ebene Überströmfläche der Membran M ausgebildet ist
und die Weite des Querstromraumes QR durch die
Plattenabstände WE, WA, der umschließenden festen Platten
überall eindeutig bestimmt ist.
Der Filtratausgang FA kann, wie in Fig. 1 gezeigt, in der
Durchströmrichtung etwa mittig angeordnet sein oder nahe
zum abstromseitigen Ende, wodurch dem in der Strömungs
richtung entstehenden Druckabfall Rechnung getragen wird.
Der Filtratausgang FA ist mit einem Kragen K1 innenliegend
in dem Sammelraum S zwischen der unteren Folie F2 und dem
Drainagematerial DM an der Folie F2 angeschweißt und ragt
mit einem relativ dünnen Nippel aus dem Schlauch, im Bild
nach unten, heraus.
Fig. 3 zeigt einen Querstromfilter zwischen zwei Platten
P1, P2 mit denen die Ausdehnung des Folienschlauches be
grenzt werden kann. In der unteren Platte P1 befindet sich
eine Öffnung durch die der Filtratausgang des Querstrom
filters gesteckt wird. Ohne die Platten würde der
Folienschlauch durch den Druck bei der Probenfiltration
einen möglichst großen Querschnitt einnehmen, der bei
einer bestimmten Umwälzleistung zu einer relativ geringen
Überströmungsgeschwindigkeit führt. Um die Filterleistung
jedoch hoch zu bringen, wird eine möglichst große Über
strömungsgeschwindigkeit erzeugt, indem der Querschnitt
durch ein Andrücken der Platten eingeengt wird. Die Über
strömungsgeschwindigkeit läßt sich über den Abstand der
Platten gut festlegen. Die Platten werden durch Schrauben
oder andere geeignete Schließelemente in einem bestimmten
Abstand gehalten und vorzugsweise gegen einstellbare
Abstandshalter miteinander leicht lösbar verspannt. Die
untere Platte ist zweckmäßig mit Standfüßen ausgerüstet.
Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Probennahme-
Filtrationsvorrichtung, wobei die zu reinigende
Probeflüssigkeit P mittels einer Kreiselpumpe KP aus einem
Vorratsgefäß VG gefördert und durch den Querstromfilter QF
gedrückt wird. Der Querstromfilter wird durch zwei Platten
P1, P2 zusammengehalten, die Teil der Filtervorrichtung
sind. Das seitlich austretende Konzentrat K wird in das
Vorratsgefäß VG zurückgegeben. Die Filtration wird solange
durchgeführt, bis genügend Filtrat F in dem
Probennahmegefäß B vorliegt. Die Schrauben S1, S2 halten
die Platten P1, P2 zusammen, wobei mit den einstellbaren
Distanzhaltern DHE, DHA die Einlaß- und die Auslaßweite
WE, WA festgelegt sind.
Claims (8)
1. Querstromfilter aus zwei spiegelbildlichen, randseitig
verschweißten Kunststoffolien (F1, F2), die einen Quer
stromraum (QR) mit einem eingeschweißten Einströmanschluß
(ASE) und einem eingeschweißten Ausströmanschluß (ASA) und
mit einer an den Querstromraum (QR) im wesentlichen paral
lel zur Strömungsrichtung angrenzenden, entlang ihrer
Randzone (R) angeschweißten porösen Membran (M) umschlie
ßen, die andererseits an einen ein Drainagematerial (DM)
enthaltenden Sammelraum (S) mit einem Filtratausgang (FA)
grenzt,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Folien
(F1, F2) innenseitig mit der randseitig verschweißten Mem
bran (M), die eine Ultra- oder Mikrofiltrationsmembran
ist, besetzt ist, wobei zu den Anschlüssen (ASE, ASA) ein
Abstand (DA) gegeben ist, der etwa deren Anschlußdurchmes
ser entspricht, und daß die Kunststoffolien (F1, F2) sich
zwischen den Anschlüssen (ASE, ASA) schlauchförmig er
strecken und zwischen zwei festen Platten (P1, P2) aus
wechselbar angeordnet sind, die so orientiert und zueinan
der beabstandet sind, daß der Querstromraum (QR) flach pa
rallel zur Membran (M) aussgebildet ist.
2. Querstromfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Platten (P1, P2) in ihrem Abstand (WA, WE)
einstellbar sind und öffenbar oder lösbar verbunden sind.
3. Querstromfilter nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Platten (P1, P2) zu- und abstromseitig
auf unterschiedliche Abständen (WA, WE) einstellbar sind.
4. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Filtratausgang (FA) durch
die parallel zur Membran (M) angeordnete Platte (P1, P2)
hindurchgeführt ist.
5. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die jeweils untere Platte (P1)
mit Standfüßen (SF) bestückt ist.
6. Querstromfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß als das Drainagematerial (DM) ein Drahtgewebe aus
Kunststoff, ein Netzgitterband oder ein extrudiertes Drai
nagematerial eingesetzt ist.
7. Querstromfilter nach einem der vorstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmem
bran eine Trenngrenze im Bereich 1 bis 1000 kD hat oder
die Mikrofiltrationsmembran eine Porengröße im Bereich von
0,01 bis 20 µm hat.
8. Querstromfilter nach einem der vorstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einem
Vlies verstärkt ist.
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DE1997124832 DE19724832C2 (de) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Querstromfilter |
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DE19724832A1 DE19724832A1 (de) | 1998-12-24 |
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DE1997124832 Expired - Fee Related DE19724832C2 (de) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Querstromfilter |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2009155A1 (de) * | 1969-03-06 | 1970-09-24 | Biotest-Serum-Institut Gmbh, 6000 Frankfurt | Vorrichtung zum sterilen Stoffaustausch |
WO1990015660A1 (en) * | 1989-06-13 | 1990-12-27 | Atsunobu Sakamoto | Bag-like filter |
-
1997
- 1997-06-12 DE DE1997124832 patent/DE19724832C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE2009155A1 (de) * | 1969-03-06 | 1970-09-24 | Biotest-Serum-Institut Gmbh, 6000 Frankfurt | Vorrichtung zum sterilen Stoffaustausch |
WO1990015660A1 (en) * | 1989-06-13 | 1990-12-27 | Atsunobu Sakamoto | Bag-like filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19724832A1 (de) | 1998-12-24 |
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Legal Events
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