DE202020102361U1

DE202020102361U1 - Wasseraufbereitungsmodul

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Publication number: DE202020102361U1
Application number: DE202020102361.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2020-05-18
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: DE102021106247A1; DE202021101834U1; DE102021106247B4

Abstract

Wasseraufbereitungsmodul,
gekennzeichnet durch
einen rohrförmigen Aufnahmebehälter (12) mit einem Bodenteil (13) und einem lösbaren Deckel (11) mit Durchgangsbohrungen (30), durch die aufzubereitende Flüssigkeit oben ins Innere des Aufnahmebehälters (12) zuführbar ist,
einen rohrförmigen Filtereinsatz (4, 5), der lösbar in die Innenwand des Aufnahmebehälters (12) eingehängt ist und durch eine ringförmige Dichtung (32) gegenüber der Innenwand des Aufnahmebehälters abgedichtet ist, und
wenigstens eine Entnahmeöffnung für aufbereitete Flüssigkeit, die durch die Wand des Aufnahmebehälters und/oder das Bodenteil (13) verläuft.

Description

Ziel dieser Entwicklung ist es einen großvolumigen Filterbehälter zu entwickeln, z.B. für die Aufnahme von Filtermaterialien die nach Gebrauch vor Ort nicht regenerierbar sind, wie z.B. Mischbettharze und Filterkohle.
Dabei sollen die Filtermaterialen einfach auszutauschen sein, die Filterkonstruktion eine höchstmögliche Ausbeute der Filtermaterialien ermöglichen und darüber hinaus auch möglichst hohen Hygieneanforderungen hinsichtlich Handhabung und Totraumfreiheit gewährleisten.
Die Einsatzgebiete sind für Labor-, Pharma-, Trinkwasser- und med.tech. Anwendungen vorgesehen.
Dabei ist die Aufnahme und Verwendung unterschiedlichster Filtermedien auch z.B. für Arsen und Nitrat möglich, und nicht nur auf vor Ort nicht regenerierbare Filtermaterialien begrenzt.
Um z.B. das für Laboranwendungen gebrauchsfertiges Reinstwasser aufzubereiten werden unterschiedlichste Techniken angewandt. Die vorwiegend eingesetzten Verfahren sind mehrstufigen Druck-Filtrationsverfahren wie z.B. Umkehrosmosen mit nachfolgenden Filtrationsstufen, bis hin zu chemischen Austauschfiltrationen wie z.B. Vollentsalzer bzw. Mischbettharzen und nachfolgenden Polisherharzen.
Beim Einsatz mehrstufiger Druckfiltrationsverfahren werden in der Regel wenige Verbrauchsmaterialen benötigt, die Technik ist jedoch wartungsintensiv, ein störungsbedingter Ausfall verursacht hohe Kosten bedingt durch den Stillstand teurer Folgegeräte und Arbeitszeit.
Die chemische Austauschfiltration mit Mischbettharzen und nachfolgenden Polisherharzen ist technisch unproblematisch verursacht jedoch höhere Gebrauchskosten.
Diese Gebrauchskosten sind zum einen dadurch begründet, dass ein Filtermedientausch vor Ort problematisch ist. Das Herausnehmen der Filtermedien aus dem Aufnahmebehälter kann eine Verschmutzung der Sauberbereiche mit Partikeln verursachen. Rückständige Flüssigkeit läuft beim Öffnen aus den Behältern. Zum Entleeren und Wiederbefüllen wird Equipment benötigt. Deshalb führt mittels aufwändiger Logistik ein mobiler Service den Austausch durch.
Der ungenügende Wirkungsgrad bedingt durch mangelhafte Durchströmung des Filtermediums verursacht hohe Folgekosten pro Liter gefiltertes Reinstwasser
Hinsichtlich Hygiene und Qualität ist eine einfache, aber zuverlässige Trennung zwischen primär-u. sekundär Filterseite absolut notwendig. Auch die fehlende Möglichkeit einer Beurteilung der Filtrationsqualität (Probeentnahme) ist nachteilhaft. Weitere Nachteile können auch die fehlende totraumfreie Überströmung der Flüssigkeitsführung und die fehlende Reinigungsmöglichkeit des Filteraufnahmebehälters sein.
Notwendige Verbesserungen, Zweck und Ziel dieser Erfindung sind deshalb der sichere, anwenderfreundliche und schnelle Filtermedien/material- und oder auch Harzaustausch. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Trennung zwischen der Primär- und Sekundärseite des Filtermediums.
Eine große Bedeutung kommt der Reduzierung der Austauschintervalle (Harzwechsel durch bessere Harzausnutzung) zu, um möglichst niedrige Kosten pro Liter Filtrat zu erzielen.
Neben einem großen Einsatzbereich mit unterschiedlichen Filtermedien ist eine günstige gute Logistik bzw. Lagerhaltung erforderlich.
Für die Probenentnahme soll eine Entnahmetechnik zum Einsatz kommen die auch bei problematischen Flüssigkeiten eine sichere Flüssigkeitsführung direkt ohne Luftkontakt in den Probebehälter zulässt.
Filterwechsel sollen möglichst ohne Verschütten oder überlaufende bzw. austretentende Flüssigkeit aus dem Filtergehäuse möglich sein. Die beim Wechsel eingebrachte Luft in das Filtergehäuse soll einfach abzuscheiden sein.
Unterschiedliche Filtereinsätze gleicher Bauart sollen gut zu unterscheiden sein,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wirkungsvoll dadurch gelöst, dass zur Herstellung hochreiner Flüssigkeit der Fokus nicht nur auf das Verfahren, sondern hauptsächlich auf die in Wasseraufbereitungsgeräten verwendeten - vor Ort nicht oder schlecht regenerierbaren- Filtermaterialien, deren Gebrauch und konstruktive Ausführung gelegt ist.
Dazu sind die Filtermaterialien entweder in wegwerf- oder wiederverwendbaren, vollständig gefüllten, Filtereinsätzen eingebracht. Die Filtereinsätze sind einfachst in ein rohrartiges Wasseraufbereitungsmodul einsetzbar, wobei alleine durch die Lage des Filtereinsatzes, und dessen Abdichtung zum Aufnahmebehälter, eine vollständige Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite des Filters gewährleistet ist.
Durch die speziellen, über Zu- und Abfluss der Filtereinsätze verteilten eiförmigen Öffnungen, wird die Flüssigkeit in den Filtermaterialien so verteilt, dass eine größtmögliche Ausbeute gewährleistet ist.
Sowohl die Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit in, aus, und durch das Wasseraufbereitungsmodul gewährleisten darüber hinaus eine gleichmäßige, möglichst totraumfreie Flüssigkeitsverteilung.
Ein Wechsel der Filtereinsätze ist ohne Verschütten und Überlaufen des Wasseraufbereitungsmodules möglich.
Weitere Einzelheiten und Vorteile sind in den nachfolgend dargestellten Figuren beschrieben.
Dabei zeigt 1 einen Flussplan (1), der an seinem Eingang (50) über einem Rohrtrenner mit Rohwasser verbunden ist. Dieses Rohwasser wird über nachfolgend beschriebene Hauptkomponenten zu einer gebrauchsfertigen hochreinen Flüssigkeit aufbereitet und beispielsweise als Zwischenprodukt an der Entnahmestelle (9) oder als finales Produkt an der Entnahmestelle (10) entnommen.
Beispielsweise kann das Rohwasser über einen Umkehrosmose (6) und oder durch eine Wasseraufbereitungsmodul z. B Vollentsalzer (3) in einer ersten Stufe aufbereitet und an Anschluss (9) über einen Ultra-/ Sterilfilter als Zwischenprodukt entnommen werden. Zur weiteren Aufbereitung wird die von chemischen Inhaltsstoffen vorgereinigte Flüssigkeit über ein weiteres Wasseraufbereitungsmodul (3) z.B. gefüllt mit Polisherharz von den restlichen chemischen Inhaltstoffen gereinigt und über einen Steril-, Ultrafilter mikrobiologisch gereinigt zu Entnahmestelle (10) geführt.
Um Stagnation zu vermeiden, kann die Flüssigkeit, sowohl während einer Entnahme, als auch vorzugsweise in entnahmefreien Zeiten mittels Pumpe und UV-Lampe zirkulieren. Es versteht sich, dass die wesentlichen Flüssigkeitsparameter wie z.B. Temperatur und Leitfähigkeit mittels Sensoren (20) überwacht werden.
Weitere in Wasseraufbereitungen übliche Einrichtungen wie z.B. Trockenlaufschutz, Druckminderer und Vorfiltration, Pumpen, Flussmesser und UV Lampe sind dargestellt, aber nicht näher beschrieben. Wobei der Flussmesser (57) u. andere Sensoren auch an anderen messtechnisch relevanten Stellen wie z.B. am Drainageausgang (58) einsetzbar ist.
1 zeigt Flussplanvarianten die aufzeigen, dass durch den Einsatz eines EDI ,Elektrodionisationsmoduls (59), z. B. ein Wasseraufbereitungsmodul (3) entfallen könnte oder durch den Einsatz einer doppelstufigen Umkehrosmose beide Wasseraufbereitungsmodule (3) entfallen könnten. Die Kombination und Variation von EDI (59) Umkehrosmose (6) und Wasseraufbereitungsmodul (3) ermöglichen höchste Wasserqualität und können Wechselintervalle derselben reduzieren.
Ein beispielhafter Aufbau eines auf Flussplan (1) aufgebauten Verfahrens ist Wasseraufbereitungsgerät (2), perspektivisch in 1 dargestellt.
2 zeigt die von außen sichtbaren Komponenten des Wasseraufbereitungsmodules (3), bestehend aus einem zylindrischen Rohrteil (12), aus einem Boden mit Platte (13) zum darauf treten beim Öffnen des Deckels (11).
Seitlich kann optional ein Funktionsblock (17)z.B. zur Messung von Leitfähigkeit und Temperatur u. bei Bedarf Durchfluss (20), einer Probeentnahme (19) und einer Anschlusskupplung (18) angebracht werden. Der Funktionsblock (20) kann eine Anzeige z.B. in Form einer Ampel und oder einen akustischen Signalgeber enthalten die den Verbrauchszustand der eingesetzten Filtermedien/material signalisiert und auf einen evtl. Austausch hinweist.
Im Bodenteil (13) ist optional eine weitere Entnahme (21) angebracht. Die Griffe (14), eine Anschlusskupplung (15) und eine Entlüftung (16) vervollständigen den Deckel (11).
3 zeigt das Wasseraufbereitungsmodul (3) detailliert und im Schnitt.
Vorteilhafterweise fließt die Flüssigkeit über die Anschlusskupplung (15) in den Deckel (11) und durch den im Deckel befindlichen kreisförmige/schräg angeordnete Bohrungen (30) und eine in der Mitte des Deckels befindlichen Bohrung zum unteren Rand des Deckels. Von dort über die kreisförmig angeordneten, ei-,lanzettförmigen Filterdurchlassöffnungen (36), des Filtereinsatzes (4/5) durch das Filtermaterial (53) und tritt am unteren Filterhalter (34) aus den kreisförmig angeordneten, ei- ,lanzettenförmigen Filterdurchlassöffnungen (36) aus dem Filtereinsatzes (4/5) aus und fließt über Ringspalt (51) und Funktionsblock (17) und oder über Anschluss (21) aus. Anschluss (21), kann innenseitig bei nicht Benutzung verschlossen werden.
Eine Umkehr der Flüssigkeitsführung ist möglich.
Dichtung (32) sorgt für eine vollständige Trennung zwischen primär und sekundär Seite des Filtereinsatzes (4/5) durch umlaufende Dichtung an Dichtfläche (43) des oberen Filterhalters (33). Der Dichtring (32) wird in eine Nut des Rohres (12) eingebracht. Vorzugsweise ist Dichtring (32) als Lippendichtung ausgebildet. Es ist jedoch jede andere in diesem Sinne mögliche Dichtung einsetzbar, wie auch die Lage des Dichtringes am Filtereinsatzes (4/5) möglich ist.
Zur Unterstützung der Rohrwandung (12) gegen Durchbiegung und zur Gewährleistung der Abdichtung zwischen Primär- und Sekundärseite des Filtereinsatzes (4/5) kann eine zusätzliche Verstärkung der Rohrwandung (12) im Bereich des Gewindes (28) und der Dichtungen (32/31) in Betracht gezogen werden.
Über eine Entlüftungsbohrung (22), kann die im Innenraum des Filtereinsatzes (4/5) und auf der Oberseite des Filtereinsatzes (4/5) befindliche Luft, durch Drücken des Entlüftungsknopfes (26) aus dem Entlüftungsschlauch (27) austreten.
Der Entlüftungsschlauch (27) dient der Weiterleitung der Luft- und des Luft-Wassergemisches aus hygienischen Gründen und der Probeentnahme primärseitiger Flüssigkeit.
Das Entlüftungsventil (16), ist mittels Feder (25) und Dichtung (24) selbstschließend. Durch Drücken des Knopfes (26) wird der Entlüftungskanal (22) freigegeben. Vorzugsweise wird der Entlüftungsknopf (26) in einer Signalfarbe ausgeführt.
Deckel (11) hat ein sägezahnartiges Gewinde (28) welches in das korrespondierende Gewinde des Rohres (12) eingreift. Um die Abdichtung des Deckels (11) zu gewährleisten, ist ein Dichtring (31) in eine umlaufende Nut des Deckels (11) eingebracht. Der Deckel (11) hat am umlaufenden Rand (52), eingesetzte ballige Noppen (29), die einen Abstand des Deckels (11) vom oberen Rand des Rohres (12) gewährleisten, um ein Festsaugen des Deckels (11) zu verhindern. Deckel (11) ragt tief in das Rohr (12) ein, um das Flüssigkeitsvolumen im Wasseraufbereitungsmodul (3) auf ein Minimum zu reduzieren, damit beim Öffnen des Deckels (11) und herausnehmen des Filtereinsatzes (4/5) keine Flüssigkeit austritt.
Es ist auch üblich anstelle des Gewindes (28) einen hier nicht dargestellten Bajonett -Verschluss einzusetzen.
4 und 5 zeigen Moduleinsatz (4/5), wobei Moduleinsatz (4) als Disposable und Moduleinsatz (5) wiederverwendbar einsetzbar ist.
Bei geöffnetem Deckel (11) des Moduls (3) wird der Moduleinsatz (4/5) in Behälter (3) eingesetzt. Moduleinsatz (4/5) sitzt mittels Auskragung (55) des Filterhalter (33) auf einem Absatz (56) des Rohres (12).
Zur besseren Handhabung der Module (4/5), kann eine Schlaufe über Bohrung (39), oder grundsätzlich am Filterhalter (33), angebracht werden.
Moduleinsatz (4/5) bestehen aus einem oberen Filterhalter (33) und einem unteren Filterhalter (34). Die Filterhalter (33/34) sind bei Moduleinsatz (4) mit einem Folienschlauch (35)-, bei Moduleinsatz (5) mit einem harten, rohrförmigen Zylinder verbunden.
Die Filterhalter (33/34) selbst ist mit einem Filtersieb (37) abgedeckt, bzw. mit den Stegen, zwischen den ei-, lanzettförmigen Durchlassöffnungen (36), verbunden, um das Filtermaterial (53) im inneren der Moduleinsätze (4/5) zu halten.
Die Maschenweite des Filtersiebes (37) ist dem Filtermaterial (53) angepasst.
4 zeigt das Filtereinsatz (4) als Disposable-Ausführung. Dazu wird über kleine Absätze (45) der Filterhalter (33/34) ein Folienschlauch (35) gezogen, und mittels Klebeband (42), voll umfänglich mit den Filterhaltern (33/34) verbunden. Der Folienschlauch (35) kann auch mittels Schweißung an den Filterhalter (33/43) befestigt werden. Zum Befüllen des Moduls (4) wird die Füllöffnung (46) genutzt, das Filtermaterial (53) eingebracht, und anschließend mittels Verschlussdeckel (38) wieder verschlossen.
5 zeigt die Ausführung des Filtereinsatzes (5), als wiederbefüllbaren Filtereinsatz. Dazu besteht die Möglichkeit neben dem Folienschlauch (35) ein zylindrisches hartschaliges Material (44) an die Filterhalter (33/34) anzubringen.
Der obere Verschlussdeckel (38) kann über die Öffnung (46) des oberen Filterhalters (33) in zwei Riegelöffnungen (54) eingesetzt werden. Riegel (47) greifen mit ihrer Riegeleinrastung (48) in eine Rastnase (49) ein. Je nach Ausbildung der Riegeleinrastung (48) und Rastnase (49), besteht die Möglichkeit den Verschlussdeckel zu öffnen, oder so zu gestalten, daß er nur zerstörend geöffnet werden kann.
Zur Unterscheidung unterschiedlicher Filtereinsätze (4/5) befüllt mit unterschiedlichen Filtermaterialien oder Chargen kann Verschlussdeckel farblich oder anders gekennzeichnet sein. Um das Filtermaterials (53) zu entleeren, können die Filtereinsätze (4/5) bei geöffneten Verschlussdeckel (38), mittels Aufhängezapfen (40) aufgehängt und entleert werden.
Legende:

1.: Flussplan
2.: Wasseraufbereitungsgerät
3.: Wasseraufbereitungsmodul
4.: Disposable Filtereinsatzeinsatz
5.: Wiederbefüllbarer Filtereinsatzeinsatz
6.: Umkehrosmoseeinheit
7.: Steril- und oder Ultrafilter mit Schnellwechselhalter
8.: Umkehrosmosemembrane
9.: Entnahmestelle 1
10.: Entnahmestelle 2
11.: Deckel
12.: Rohr
13.: Boden mit Platte
14.: Deckel griffe
15.: Anschlusskupplung
16.: Entlüftung
17.: Funktionsblock
18.: Anschlusskupplung
19.: Probeentnahme
20.: Leitfähigkeits-, Temperaturmessung
21.: Untere Entnahme
22.: Entlüftungsbohrung
23.: Entlüftungsventil
24.: Entlüftungsdichtung
25.: Entlüftungsfeder
26.: Entlüftungsknopf
27.: Entlüftungsschlauch und Möglichkeit zur Probeentnahme
28.: Deckelgewinde oder wahlweise Bajonettverschluss
29.: Deckelabstandshalter
30.: Flüssigkeitsverteiler
31.: Dichtring
32.: Moduleinsatzdichtung
33.: Filterhalter oben
34.: Filterhalter unten
35.: Folienschlauch
36.: Filterdurchlassöffnungen
37.: Filtersieb
38.: Verschlussdeckel
39.: Öffnung Halteschlaufe
40.: Aufhängzapfen
41.: Öffnung Halteschlaufe
42.: Klebeband
43.: Dichtfläche oben
44.: Wiederbefüllbares Moduleinsatzrohr
45.: Anschlag Folienschlauch
46.: Füll- u. Entleerungsöffnung
47.: Riegel
48.: Riegeleinrastung
49.: Rastnase
50.: Rohwassereingang
51.: Ringspalt
52.: Umlaufender Rand des Deckes
53.: Filtermaterial
54.: Riegel
55.: Auskragung Filterhalter
56.: Absatz Rohr
57.: Flussmesser
58.: Drainageausgang
59.: EDI (Elektrodionisationsmodul)
60.: Spülventil

Claims

Wasseraufbereitungsmodul, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Aufnahmebehälter (12) mit einem Bodenteil (13) und einem lösbaren Deckel (11) mit Durchgangsbohrungen (30), durch die aufzubereitende Flüssigkeit oben ins Innere des Aufnahmebehälters (12) zuführbar ist, einen rohrförmigen Filtereinsatz (4, 5), der lösbar in die Innenwand des Aufnahmebehälters (12) eingehängt ist und durch eine ringförmige Dichtung (32) gegenüber der Innenwand des Aufnahmebehälters abgedichtet ist, und wenigstens eine Entnahmeöffnung für aufbereitete Flüssigkeit, die durch die Wand des Aufnahmebehälters und/oder das Bodenteil (13) verläuft.
Wasseraufbereitungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) mit einem Außengewinde in ein Innengewinde des Aufnahmebehälters (12) eingeschraubt ist, oder dass anstelle der Gewinde ein Bajonett-Verschluss ausgebildet ist.
Wasseraufbereitungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Deckels (11) eine Anschlusskupplung (15) für die zuzuführende Flüssigkeit befestigt ist, die mit schräg zum unteren Rand des Deckels verlaufenden Durchgangsbohrungen (30) in Verbindung steht.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (4, 5) am oberen Ende mit einem oberen Filterhalter (35) verbunden ist, der auf einem inneren Absatz der Innenwand des Aufnahmebehälters (12) aufliegt.
Wasseraufbereitungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende des Filtereinsatzes (4, 5) mit einem unteren Filterhalter (34) verbunden ist.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Filterhalter (33, 34) kreisförmig angeordnete Durchgangsöffnungen (36) aufweisen, die von Filtersieben (37) überdeckt sind.
Wasseraufbereitungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (36) eine Ei-Form oder ein Lanzettenform haben.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Filterhalter (33) eine durch einen Verschlussdeckel (38) verschließbare Einfüllöffnung für das Filtermaterial aufweist und dass der Deckel (11) an seiner Unterseite einen mittigen Hohlraum zur Aufnahme des Verschlussdeckels (38) aufweist.
Wasseraufbereitungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verschlussdeckel (38) eine Schlaufe befestigbar ist, mit der der Filtereinsatz (4, 5) aus dem Aufnahmebehälter (12) herausziehbar ist.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlüftungskanal (22) durch den Deckel (11) verläuft, der den Hohlraum unter dem Deckel (11) mit der Außenseite verbindet und der mit einem Entlüftungsknopf (26) versehen ist.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz wiederbefüllbar (5) oder disposable (4) ist.
Wasseraufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenwand des Aufnahmebehälters (12) ein Funktionsblock (17) mit einer Anschlusskupplung (18) zur Entnahme von aufbereiteter Flüssigkeit und einem Probeentnahmeventil (19) sowie weiteren Funktionselementen (20) angeordnet ist.