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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trägerscheibe für ein Modul zur Membranfiltration, bei dem Trägerscheiben und Membrankissen alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind, ein Membranelement für ein Modul zur Membranfiltration bestehend aus Trägerscheibe und Membrankissen sowie ein Modul zur Membranfiltration mit derartigen Membranelementen.
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Module zur Membranfiltration werden zum Filtern oder Trennen von Flüssigkeiten unter Verwendung von Umkehrosmose-, Nanofiltration-, Ultrafiltration- oder Mikrofiltrationsmembranen eingesetzt. Im Rahmen von Gesamtanlagen mit verschiedensten Pumpen, Vorfiltrationen, Reinigungsvorrichtungen und Steuerungseinheiten werden diese Module einzeln oder mehrfach als Filtrationsanlagen für flüssige Medien eingesetzt.
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Bekannte Module, wie sie beispielsweise in
WO 97/12664 der Anmelderin beschrieben sind, weisen Trägerscheiben und Membrankissen auf, die alternierend zum Bilden eines Membranstapels angeordnet sind, sowie eine obere Modulendplatte und eine untere Modulendplatte, wobei die Trägerscheiben jeweils eine Zentralöffnung mit einem teilweise unterbrochenen Rand und eine Dichtungseinrichtung aufweisen. Die Dichtungseinrichtung umgibt den unterbrochenen Rand mit einem ersten Dichtungsteil auf einer Oberseite und einem zweiten Dichtungsteil auf einer Unterseite der Trägerscheibe. Die Dichtungseinrichtung zweier aufeinander folgender Trägerscheiben liegen dichtend an Außenflächen des zwischen den Trägerscheiben angeordneten Membrankissens an. Der Membranstapel ist über die obere und untere Modulendplatte zusammengespannt.
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Bei den bekannten Modulen gelangt das zu filternde Fluid in einen zwischen zwei Trägerscheiben gebildeten Strömungsraum, in dem ein Membrankissen angeordnet ist. Das Fluid kann flächig und ungehindert von beiden Seiten das Membrankissen überströmen. Während der Überströmung des Membrankissens durchdringt eine Fraktion des Fluids die Membranschichten des Membrankissens und gelangt ins Innere des Membrankissens. Dieses sogenannte Permeat wird im Membrankissen zu dem unterbrochenen Rand der Trägerscheibe geführt, zu dessen Seite hin der Rand des Membrankissens offen ist. Durch die Zentralöffnung des vorbekannten Moduls ist eine Permeatleitung geführt, die mit mehreren Öffnungen versehen ist, so dass das Permeat aus den Membrankissen und durch den unterbrochenen Rand ins Innere des Permeatleitung geführt wird und zu einem Permeatabfluss geleitet wird. Die Zentralöffnung des Membrankissens ist an den Durchmesser des unterbrochenen Rands angepasst und somit größer als die Zentralöffnung der Trägerscheibe.
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Das verbleibende Fluid überfließt weitere Trägerscheiben und Membrankissen und wird schließlich über einen Konzentratauslass abgeführt. Die vorbekannten Trägerscheiben weisen jeweils eine schlitzartige Durchtrittsöffnung aufweist, die sich radial erstreckt. Durch diese gelangt das verbleibende Fluid von einem Strömungsraum in den nächsten. Die Membrankissen sind an die Trägerscheiben angepasst und weisen einen die schlitzartige Durchtrittsöffnung umgebenden Schlitz mit verschlossenen Rändern auf. Die schlitzartigen Durchtrittsöffnungen der Trägerscheiben sind einander ausgerichtet. Durch die schlitzartige Durchtrittsöffnung gelangt das Fluid in den dazugehörigen Strömungsraum und umströmt das Membrankissen, wobei da Fluid ringförmig geführt wird und durch die nächste schlitzartige Durchtrittsöffnung in den nächsten Strömungsraum gelangt. In einem Stapel von Trägerscheiben und Membrankissen wird das Fluid somit entlang einer schraubenartigen Strömungsbahn durch die den Stapel geleitet. Module mit derartiger Strömungsführung werden auch CD-Module genannt.
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Eine alternative Technik sieht vor, dass mittels der Trägerscheiben radiale Kanäle im Strömungsraum gebildet werden, so dass das Fluid in radialer Richtung geführt wird. Das Fluid wir in einem Strömungsraum auf der Unterseite des Membrankissens radial nach außen geführt und umströmt den Außenrand des Membrankissens bevor es auf der Oberseite radial nach innen geführt wird. Die Trägerscheiben weisen eine Zentralöffnung auf, die Kanäle bilden, über die das Fluid in den nächsten Strömungsraum gelangen. Das Membrankissen weist dabei eine kleinere Zentralöffnung auf als die Trägerscheiben. Module mit derartiger Strömungsführung werden auch DT-Module genannt.
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Bei den DT-Modulen weist die Strömungsführung 180°-Strömungsumlenkungen auf, die zu einem deutlich höheren Druckverlust führen als bei CD-Modulen, die keine 180°-Strömungsumlenkung vorsehen. DT-Module können jedoch durch einen flacheren Aufbau der Trägerscheiben pro Längeneinheit eine höhere Anzahl von Membrankissen anordnen als CD-Module, wodurch eine größere spezifische Membranfläche verwirklichbar ist. Aufgrund von unterschiedlichen Abmessungen wie Durchmesser der Trägerscheiben und Durchmesser der Zentralöffnungen sind die Trägerscheiben und Membrankissen der unterschiedlichen Systeme nicht kompatibel.
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Die zuvor beschriebenen DT-Module sind der Anmelderin allgemein bekannt, stellen jedoch nicht unbedingt einen konkreten, offengelegten Stand der Technik dar.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trägerscheibe bzw. ein Membranelement für ein Modul zur Membranfiltration, sowie ein derartiges Modul zu schaffen, wobei verglichen mit herkömmlichen CD-Modulen eine größere spezifische Membranfläche und verglichen mit herkömmlichen DT-Modulen einen geringeren Druckverlust verwirklichbar ist.
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Die erfindungsgemäße Trägerscheibe ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Membranelement ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 12.
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Das erfindungsgemäße Modul ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 13.
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Die erfindungsgemäße Trägerscheibe für ein Modul zur Membranfiltration, bei dem Trägerscheiben und Membrankissen alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind, weist eine Trägerplatte mit einer Zentralöffnung und mit einem teilweise unterbrochenen Rand auf, der die Zentralöffnung umgibt, wobei die Trägerplatte eine erste schlitzartige Durchtrittsöffnung, die sich radial erstreckt, und eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweist, die auf voneinander abgewandten Seiten der Trägerplatte gebildet sind.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte eine zu der ersten schlitzartige Durchtrittsöffnung in der Ebene der Trägerplatte versetzt angeordnete zweite Durchtrittsöffnung aufweist, wobei die erste und zweite Durchtrittsöffnung Strömungsleitvorrichtungen aufweisen, die ein durch die jeweilige Durchtrittsöffnung strömendes Fluid in eine gleichgerichtete ringförmige Strömung lenken.
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Die erfindungsgemäße Trägerscheibe dient im Gebrauch zum Tragen eines Membrankissens und sieht somit vor, dass im Gebrauch zwei Strömungsflüsse erzeugt werden, die gleichgerichtet über eine der Hauptflächen, beispielsweise die im Gebrauch nach oben gerichtete erste Hauptfläche strömen. Die zwei Strömungsflüsse werden durch die erste und die zweite Durchtrittsöffnung sowie den Strömungsleitvorrichtungen erzeugt bzw. gelenkt. Bei der Verwendung der Trägerscheiben in einem Modul zur Membranfiltration sind mehrere Trägerscheiben übereinander als Stapel angeordnet, wobei die Durchtrittsöffnungen zweier benachbarter Trägerscheiben zueinander ausgerichtet sind. Der Strömungsfluss, der durch eine Durchtrittsöffnung strömt, überströmt die entsprechende Hauptfläche der Trägerplatte und somit das Membrankissen ringförmig bis zu einer Durchtrittsöffnung der darüberliegenden Trägerscheibe. Somit überströmt ein Strömungsfluss die entsprechende Hauptfläche der Trägerplatte nur zum Teil und nicht, wie bei herkömmlichen CD-Modulen vollständig. Dadurch wird der Druckverlust für einen Strömungsfluss an der Trägerscheibe reduziert, wodurch die konstruktiven Freiheiten bei der Auslegung eines Moduls zur Membranfiltration erhöht sind.
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Die durch einen von erfindungsgemäßen Trägerscheiben strömenden Strömungsflüsse von Fluid sind jeweils im Wesentlichen schraubenförmig, so dass zwei versetzt zueinander verlaufende schraubenförmigen Strömungen entstehen.
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Vorzugsweise sind die erste und die zweite Durchtrittsöffnung zueinander um 180° versetzt angeordnet. Somit überströmen die Strömungsflüsse jeweils in etwa eine Halbfläche der Hauptfläche der Trägerpaltte.
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Unter ringförmig Strömung wird im Rahmen der Erfindung auch eine Strömung verstanden, die keinen vollständigen Ring bildet, sondern entlang eines Teilrings, beispielsweise eines Halbkreises, strömt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeweils an den sich Längsrichtung der jeweiligen Durchtrittsöffnung erstreckenden Kanten der ersten und der zweiten Durchtrittsöffnung Rampen gebildet sind, die die Strömungsleitvorrichtung bildet.
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Die Rampen können an den gegenüberliegenden Kanten einer Durchtrittsöffnung angeordnet sein. Beispielsweise kann eine erste Rampen einer Durchtrittsöffnung sich im Gebrauch der Trägerscheibe nach unten erstrecken und das Fluid von der darunterliegenden Trägerscheibe in Richtung zu der Durchtrittsöffnung leiten. Die an der anderen Kanten der Durchtrittsöffnung angeordnete zweite Rampe leitete das Fluid Strömung zum Bilden der ringförmigen Strömung um. Ferner kann die zweite Rampe dazu genutzt werden, um den von der anderen Durchtrittsöffnung kommenden Strömungsfluss von der Hauptfläche der Trägerplatte nach oben zu der darüber angeordneten Trägerscheibe zu lenken.
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Es kann somit vorgesehen sein, dass im Gebrauch der Trägerscheibe an der ersten Durchtrittsöffnung die erste Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die erste Durchtrittsöffnung in mathematisch positiver Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach unten erstreckt, um Fluid durch die erste Durchtrittsöffnung zu leiten und die zweite Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die erste Durchtrittsöffnung in mathematisch negativer Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach oben erstreckt, um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche zu leiten, und dass im Gebrauch der Trägerscheibe an der zweiten Durchtrittsöffnung die erste Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die zweite Durchtrittsöffnung in mathematisch positiver Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach unten erstreckt, um Fluid durch die zweite Durchtrittsöffnung zu leiten und die zweite Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die zweite Durchtrittsöffnung in mathematisch negativer Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach oben erstreckt,, um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche zu leiten.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass im Gebrauch der Trägerscheibe an der ersten Durchtrittsöffnung die erste Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die erste Durchtrittsöffnung in mathematisch negativer Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach unten erstreckt, um Fluid durch die erste Durchtrittsöffnung zu leiten und die zweite Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die erste Durchtrittsöffnung in mathematisch positiver Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach oben erstreckt,, um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche zu leiten, und dass im Gebrauch der Trägerscheibe an der zweiten Durchtrittsöffnung die erste Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die zweite Durchtrittsöffnung in mathematisch negativer Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach unten erstreckt, um Fluid durch die erste Durchtrittsöffnung zu leiten und die zweite Rampe, die an der sich in radialer Richtung erstreckenden Kante, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe die zweite Durchtrittsöffnung in mathematisch positiver Richtung begrenzt, angeordnet ist, sich nach oben erstreckt,, um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche zu leiten.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass im Gebrauch die nach oben gerichtete Oberfläche der nach oben gerichteten zweiten Rampen sich an die erste Hauptfläche anschließen und Fluid von der ersten Hauptfläche zu einer darüberliegenden Trägerscheibe leiten.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Rampen können in vorteilhafter Weise die gewünschte kreisförmige Strömung erzeugen, wobei anders als bei herkömmlichen DT-Modulen starke Strömungsumlenkungen vermieden werden. Darüber hinaus ermöglichen die Rampen auf konstruktiv einfache Art und Weise die Erzeugung der gewünschten gleichgerichteten Strömungen über die Hauptfläche der Trägerplatte.
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Im Gebrauch wird durch die erfindungsgemäße Trägerscheibe in vorteilhafter Weise eine Umströmung des Membrankissens erreicht, so dass das zu filternde Fluid über eine große Fläche das Membrankissen durchströmen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerplatte aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht. Dadurch kann die Trägerplatte stabil und somit dünn ausgestaltet werden, wodurch die gesamte Trägerscheibe dünner ausgestaltet werden kann und bei einem Modul mit vorgegebener Länge die Anzahl von Trägerscheiben verglichen zu Trägerscheiben mit dickeren Trägerplatten erhöht werden kann. Somit kann eine entsprechend große Anzahl von Membrankissen angeordnet werden, wodurch eine größere spezifische Membranfläche verwirklichbar ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Trägerplatte ein umlaufender Seitenrand angeordnet ist, der in axialer Richtung eine Erstreckung H zwischen 4mm und 6mm aufweist, vorzugsweise 5mm. Der umlaufende Seitenrand kann aus dem gleichen Material wie die Trägerplatte bestehen.
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Im Gebrauch begrenzt der Seitenrand zusammen mit der Trägerplatte der darüber angeordneten Trägerscheibe den Strömungsraum für die gleichgerichteten Strömungen des Fluids, in dem das Membrankissen angeordnet werden kann. Beim Stapeln der Trägerscheiben liegen die Seitenränder benachbarter Trägerscheiben aneinander an. Durch die Ausgestaltung des der Trägerscheiben mit einem Seitenrand mit der erfindungsgemäßen Erstreckung können eine vergleichsweise große Anzahl von Trägerscheiben und somit Membrankissen in einem Modul mit vorgegebener Länge angeordnet werden.
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Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Seitenrand in axialer Richtung gegenüber der im Gebrauch nach oben gerichteten ersten Hauptfläche der Trägerplatte zwischen 0,5mm und 1,5mm, vorzugsweise 1mm absteht und/oder dass der Seitenrand in axialer Richtung gegenüber einer im Gebrauch nach unten gerichteten zweiten Hauptfläche der Trägerplatte zwischen 0,5mm und 1,5mm, vorzugsweise 0.5mm absteht.
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Mittels der erfindungsgemäßen Trägerscheiben kann im gestapelten Zustand zwischen zwei Trägerscheiben ein Strömungsraum geschaffen werden, dessen Höhe beispielsweise 1,5mm beträgt. Somit kann ein Stapel von Trägerscheiben geschaffen werden, der sehr kompakt ist. Entsprechend können eine vergleichsweise hohe Anzahl von Trägerscheiben in einem Modul mit vorgegebener Länge und eine entsprechend große Anzahl von Membrankissen angeordnet werden. Dadurch ist eine größere spezifische Membranfläche verwirklichbar. Die Höhe der mittels erfindungsgemäßer Trägerscheiben geschaffener Strömungsräume sind somit mit denen eines DT-Moduls vergleichbar. Der Strömungsraum mit verglichen mit CD-Modulen recht geringer Höhe ruft einen vergleichsweise hohen Druckverlust hervor, der jedoch aufgrund der durch die erfindungsgemäß vorgesehene Strömungsführung als zwei gleichgerichtete Strömungen pro Trägerscheibe zum Teil ausgeglichen werden kann. Die erfindungsgemäße Trägerscheibe ermöglicht somit eine Weiterbildung von vorbekannten CD-Modulen, die die Vorteile von DT-Modulen aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass auf der im Gebrauch nach oben gerichteten ersten Hauptfläche der Trägerplatte Strömungselemente gebildet sind, die die Strömung leiten. Dadurch wird der Strömungsfluss in Ringform unterstützt. Gleichzeitig können die Strömungselemente als Abstandhalter für ein Membrankissen dienen, so dass zwischen der ersten Hauptfläche und dem Membrankissen ein Abstand gehalten werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verhältnis des Durchmessers d der Zentralöffnung zum Gesamtdurchmesser D zwischen 0,15 und 0,2, vorzugsweise zwischen 0,175 und 0,19 beträgt. Ein derartiges Verhältnis hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Die Zentralöffnung kann beispielsweise eine Größe zwischen 35 und 45 mm, vorzugsweise 36mm aufweisen. Der Gesamtdurchmesser kann beispielsweise zwischen 190mm und 210mm, vorzugsweise zwischen 195mm und 200mm betragen. Derartige Abmessungen haben den Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Trägerscheiben in herkömmlichen DT-Modulen eingesetzt werden können.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Membranelement mit einer erfindungsgemäßen Trägerscheibe und mit einem Membrankissen, wobei das Membrankissen aus mindestens zwei Lagen besteht, die an einem äußeren Rand verbunden sind und an einem inneren, zu der Zentralöffnung gerichteten Rand einen Öffnungsbereich bilden, wobei der innere Rand des Membrankissens an den teilweise unterbrochenen Rand der Zentralöffnung angepasst ist, wobei das Membrankissen zwei schlitzartige Aussparungen aufweist und wobei jeweils eine der Aussparungen an die erste oder die zweite Durchtrittsöffnung angepasst ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Modul zur Membranfiltration, mit mehreren erfindungsgemäßen Membranelementen, wobei die Trägerscheiben und die Membrankissen alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind.
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Bei einem derartigen Membranstapel liegen Dichtungseinrichtungen zweier aufeinander folgenden Trägerscheiben dichtend an Außenflächen des zwischen den Trägerscheiben angeordneten Membrankissens an. Die Membranstapel werden mit einer Vorspannkraft zusammengedrückt, die die notwendige Druckkraft für ein dichtendes Anliegen der Dichtungseinrichtungen an den Membrankissen bereitstellt. Der Membranstapel kann beispielsweise über eine obere und untere Modulendplatte zusammengespannt werden. Die Spannkraft kann über einen zentralen Zuganker, der durch die Zentralöffnung der Trägerscheiben geführt ist, aufgebracht werden. Dabei kann der zentrale Zuganker hohl ausgebildet sein und Öffnungen aufweisen, durch die das Permeat abgeführt werden kann, so dass der zentrale Zuganker eine Permeatleitung bildet. Alternativ kann eine Zugankervorrichtung vorgesehen sein, die außerhalb des Membranstapels angeordnete Zuganker aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Zentralöffnungen der Trägerscheiben eine Permeatleitung bilden, die durch die teilweise unterbrochenen Ränder der Trägerplatten und die Dichtungseinrichtung grenzt ist.
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Durch die Erfindung sind Vorteile der vorbekannten Module in einem Modul vereinbar und insbesondere ein geringer Druckverlust, was zu einer vergleichsweise geringen notwendigen Pumpenleistung führt, und eine vergleichsweise hohe spezifische Membranfläche, was zu einem vorteilhaften Filtrierergebnis führt, verwirklichbar.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Moduls zur Membranfiltration,
- 2 eine schematische Detailschnittdarstellung zweier Trägerscheiben mit Membrankissen und
- 3 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerscheibe
- 3a eine schematische Schnittdarstellung der 3
- 4 eine schematische Draufsicht auf ein Membrankissen zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Trägerscheibe
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul 1 zur Membranfiltration schematisch in einer Schnittdarstellung.
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Das Modul weist mehrere Trägerscheiben 3 auf, die am besten aus den schematischen Detaildarstellung der 2, 3 und 3a ersichtlich sind, wobei in 2, 3 und 3a die Größenverhältnisse zu Verdeutlichungszwecken teilweise verzerrt dargestellt sind.
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Die Trägerscheiben 3 sind alternierend zu Membrankissen 5 angeordnet. Dabei weisen die Trägerscheiben 3 Trägerplatten 4 auf, die einen rückgesetzten Bereich 7 bilden, in dem einzelne Strömungselemente 9 angeordnet sind. Durch den rückgesetzten Bereich 7 wird ein Strömungsraum 8 gebildet, durch den das zu filternde Fluid strömen kann. Durch die Strömungselemente 9 wird sichergestellt, dass ein Membrankissen 5 in Position gehalten wird, wobei gleichzeitig eine Strömungsführung erfolgt. Das Fluid umströmt das Membrankissen 5 an der Ober- und Unterseite. Die Trägerplatte 4 ist von einem Seitenrand 6 umgeben. Der Strömungsraum ist somit durch zwei benachbarte Trägerplatten 4 sowie den Seitenrändern 6 begrenzt. Der Strömungsraum 8 kann beispielsweise eine Höhe h von 1,5mm aufweisen.
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Die Trägerscheiben 3 weisen jeweils eine Zentralöffnung 11 auf, die von einem teilweise unterbrochenen Rand 13 umgeben ist. Der teilweise unterbrochene Rand 13 ist durch einzelne Blöcke 15 gebildet, die voneinander beabstandet sind und somit Spalten 16 bildet. Der teilweise unterbrochene Rand 13 ist gegenüber einer Mittelebene 17 versetzt und in axialer Richtung vorstehend angeordnet. Dadurch entsteht ein Freiraum 19, in dem der vorstehende unterbrochene Rand 13 der benachbarten Trägerscheibe 3 eingreift, so dass die Trägerscheiben 3 zueinander zentriert sind.
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Jede Trägerscheibe 3 weist eine Dichtungseinrichtung 21 auf, die den unterbrochenen Rand im Gebrauch auf einer Oberseite und einer Unterseite der Trägerscheibe 3 umgibt.
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Die Dichtungseinrichtung 21 liegt dichtend an den Außenflächen 5a eines zwischen zwei aufeinander folgenden Trägerscheiben 3 angeordneten Membrankissens 5 an. Dabei weist das Membrankissen 5 eine an den unterbrochenen Rand 13 der Trägerscheibe 3 angepasste Mittelöffnung 25 auf, die von einem inneren Rand 5c begrenzt ist, wobei die Dichtungseinrichtung 21 an den die Mittelöffnung 25 des Membrankissens 5 umgebenden Teil der Außenfläche 5a anliegt. Die äußeren Ränder 5b des Membrankissens 5 sind miteinander verbunden. Die Details des Membrankissens 5 sind am besten in 4 erkennbar.
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Ein Teil des Fluids wird durch die Membranschichten des Membrankissens 5 gedrückt und wird über das Innere des Membrankissens 5 in Richtung zu der Mittelöffnung 25 des Membrankissens 5 transportiert. An der Mittelöffnung 25 des Membrankissens 5 ist dieses offen, so dass das Fluid aus dem Membrankissen 5 austritt und durch die Spalten 16 zwischen den Blöcken 15 des unterbrochenen Rands 13 in die Zentralöffnung 11 der Trägerscheibe 3 gelangen kann und durch diese abgeführt wird.
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Die Zentralöffnungen 11 der aufeinander folgenden Trägerscheiben 3 bilden somit eine Permeatleitung, die durch die unterbrochenen Ränder 13 und die Dichtungseinrichtungen 21 begrenzt ist.
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Wie am besten in 1 ersichtlich ist, ist der aus Trägerscheiben 3 und Membrankissen 5 gebildete Membranstapel von einem abgedichteten Gehäuse 27 umgeben. Das Gehäuse 27 weist einen rohrartigen Mantel 29 auf, dessen obere Stirnseite mittels einer oberen Deckelplatte 31a und dessen untere Stirnseite mittels einer unteren Deckelplatte 31b dichtend verschlossen sind. Die Deckelplatten weise eine umlaufende Dichtung 33 auf, die an der Innenfläche 29a des rohrartigen Mantels 29 anliegen.
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Die obere Deckelplatte 31a ist Teil einer oberen Modulendplatte 35a, wohingegen die untere Deckelplatte 31b Teil einer unteren Modulendplatte 35b ist.
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Die oberen und unteren Modulendplatten 35a,35b weisen ferner jeweils eine Stapeldruckplatte 37 und eine Flanschplatte 39 auf.
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Eine Zugankervorrichtung 41, die aus mehreren Zugankern 43 besteht, verbindet die Flanschplatten 39 der oberen und unteren Modulendplatten 35a,35b und übt eine Spannkraft für den Membranstapel aus. Über die Spannkraft wird eine ausreichende Druckkraft für die Dichtungseinrichtungen 21 der Trägerscheiben 3 bereitgestellt.
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Die Trägerplatte 4 weist eine im Gebrauch nach oben gerichtete erste Hauptfläche 4a, auf der die Strömungselemente 9 angeordnet sind, und eine im Gebrauch nach unten gerichtete zweite Hauptfläche 4b, auf der ebenfalls Strömungselemente angeordnet sind
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Der nicht durch die Membranschichten des Membrankissens 5 gedrückte Teil des Fluids gelangt durch eine erste Durchtrittsöffnung 50 und eine zweite Durchtrittsöffnung 52 einer Trägerscheibe 3 in einen über der Trägerscheibe 3 gebildeten Strömungsraum 8. Die erste schlitzartige Durchtrittsöffnung 50 und die zweite schlitzartige Durchtrittsöffnung 52 sind am besten in 3 erkennbar. Die erste Durchtrittsöffnung 50 und die zweite Durchtrittsöffnung 52 verlaufen in radialer Richtung der Trägerscheibe 3 und sind in der Ebene der Trägerplatte 3 um etwa 180° versetzt zueinander angeordnet. Aufgrund von zwei Durchtrittsöffnungen 50,52 entstehen zwei Strömungsflüsse von Fluid, die gleichgerichtet ringförmig strömen. Die Strömungsflüsse sind in 3 durch Pfeile angedeutet.
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An den sich in radialer Richtung erstreckenden Kanten der Durchtrittsöffnungen 50,52 sind jeweils Strömungsleitvorrichtungen angeordnet, die als erste und zweite Rampe 54,56 ausgebildet sind.
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An der ersten Durchtrittsöffnung 50 erstreckt sich die erste Rampe 54, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe 3 die erste Durchtrittsöffnung 50 in mathematisch positiver Richtung begrenzt, nach unten, um Fluid durch die erste Durchtrittsöffnung 50 zu leiten. Die zweite Rampe 56, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe 3 die erste Durchtrittsöffnung 50 in mathematisch negativer Richtung begrenzt, erstreckt sich nach oben (vgl. 3a), um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche 4a und in den Strömungsraum 8 zu leiten. An der zweiten Durchtrittsöffnung 52 erstreckt sich die erste Rampe 54, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe 3 die zweite Durchtrittsöffnung 52 in mathematisch positiver Richtung begrenzt, nach unten (vgl. 3a), um Fluid durch die zweite Durchtrittsöffnung 52 zu leiten. Die zweite Rampe 56, die bei Draufsicht auf die Trägerscheibe 3 die zweite Durchtrittsöffnung 52 in mathematisch negativer Richtung begrenzt, erstreckt sich nach oben, um Fluid über die nach oben gerichteten erste Hauptfläche 4a und in den Strömungsraum 8 zu leiten.
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Die zweiten Rampen 56 schließen sich mit ihrer nach oben gerichteten Oberfläche 56a an die erste Hauptfläche 4a an und können somit bereits durch den Strömungsraum 8 geströmtes Fluid zu einer darüber angeordnete Durchtrittsöffnung der nächsten Trägerscheibe 3 leiten.
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Die durch die Anordnung der ersten und zweiten Durchtrittsöffnung 50,52 und die Strömungsleitvorrichtungen hervorgerufenen Strömungsflüsse überströmen die Trägerplatte 4 und Durchströmen den Strömungsraum 8 in einem quasi Halbkreis bevor sie zu den Durchtrittsöffnungen der darüberliegenden Trägerscheibe 3 geleitet werden.
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In 4. ist das Membrankissen 5 in einer Draufsicht gezeigt. Das Membrankissen 5 besteht aus mindestens zwei Lagen besteht, die an einem äußeren Rand 5b verbunden sind, beispielsweise verschweißt oder verklebt. An einem inneren, zu der Zentralöffnung 11 gerichteten Rand 5c einen Öffnungsbereich bilden, wobei der innere Rand 5c des Membrankissens 5 an den teilweise unterbrochenen Rand 13 der Zentralöffnung 11 angepasst ist, Das Membrankissen 5 weit zwei schlitzartige Aussparungen 5d auf und wobei jeweils eine der Aussparungen 5d an die erste oder die zweite Durchtrittsöffnung 50,52 angepasst ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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