DE19724832C2 - Querstromfilter - Google Patents

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.