DE202021003985U1

DE202021003985U1 - Membrane element for a membrane filtration module and membrane filtration module

Info

Publication number: DE202021003985U1
Application number: DE202021003985.6U
Authority: DE
Original assignee: MFT Membran-Filtrations-Technik GmbH
Current assignee: MFT Membran-Filtrations-Technik GmbH
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-03-21
Anticipated expiration: 2031-01-15

Abstract

Membranelement für ein Modul (1) zur Membranfiltration bei dem Trägerscheiben (3) und Membrankissen (5) alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind,
mit einer ersten Trägerscheibe (3) und mit einem ersten Membrankissen (5),
wobei die erste Trägerscheibe (3) eine erste Trägerplatte (4) mit einer Zentralöffnung (11) zur Ableitung von Permeat und mit einem teilweise unterbrochenen Rand (13), der die Zentralöffnung (11) umgibt, aufweist, und im Gebrauch die erste Trägerplatte das erste Membrankissen trägt,
und wobei die erste Trägerplatte (4) eine Durchtrittsöffnung (50) zum Durchleiten von Fluid aufweist,
gekennzeichnet
durch mindestens eine zweite Trägerscheibe (33) und mindestens ein zweites Membrankissen (55), wobei die zweite Trägerscheibe (33) eine zweite Trägerplatte (44) mit einer Zentralöffnung (11) zur Ableitung von Permeat und mit einem teilweise unterbrochenen Rand (13), der die Zentralöffnung (11) umgibt, aufweist, und im Gebrauch die zweite Trägerplatte (44) das zweite Membrankissen (55) trägt,
und wobei die zweite Trägerplatte (44) eine erste Durchtrittsöffnung (52) und einer zweite Durchtrittsöffnung (54) zum Durchleiten von Fluid aufweist,
wobei die Durchtrittsöffnung (50) der ersten Trägerscheibe (3) eine sich quer zu einer radialen Richtung der ersten Trägerscheibe (3) erstreckende Längserstreckung aufweist und die erste und die zweite Durchtrittsöffnung (52,54) der zweiten Trägerscheibe (33) jeweils eine sich quer zu einer radialen Richtung der zweiten Trägerscheibe (33) erstreckende Längserstreckung aufweisen, wobei die erste und die zweite Durchtrittsöffnung (52,54) der zweiten Trägerscheibe (33) in Bezug auf die Umfangsrichtung der zweiten Trägerscheibe (33) versetzt zueinander angeordnet sind und wobei im gestapelten Zustand die Durchtrittsöffnung (50) der ersten Trägerscheibe (3) und die erste Durchtrittsöffnung (52) der zweiten Trägerscheibe (33) zueinander ausgerichtet sind.

Membrane element for a module (1) for membrane filtration in which carrier discs (3) and membrane cushions (5) are arranged alternately to form a membrane stack,
with a first carrier disk (3) and with a first membrane cushion (5),
the first support disc (3) having a first support plate (4) with a central opening (11) for drainage of permeate and with a partially interrupted edge (13) surrounding the central opening (11), and in use the first support plate that wears first membrane cushions,
and wherein the first carrier plate (4) has a passage opening (50) for the passage of fluid,
marked
by at least one second carrier disk (33) and at least one second membrane cushion (55), the second carrier disk (33) having a second carrier plate (44) with a central opening (11) for the drainage of permeate and with a partially interrupted edge (13), surrounding the central opening (11), and in use the second support plate (44) supports the second membrane cushion (55),
and wherein the second support plate (44) has a first through-opening (52) and a second through-opening (54) for the passage of fluid,
wherein the passage opening (50) of the first carrier disc (3) has a longitudinal extent extending transversely to a radial direction of the first carrier disc (3) and the first and second passage openings (52, 54) of the second carrier disc (33) each have a transverse extension to a radial direction of the second carrier disc (33) having extending longitudinal extent, wherein the first and the second Through-opening (52,54) of the second carrier disk (33) are arranged offset to one another in relation to the circumferential direction of the second carrier disk (33), and in the stacked state the through-opening (50) of the first carrier disk (3) and the first through-opening (52) of the second carrier disk (33) are aligned with one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranelement für ein Modul zur Membranfiltration, bei dem Trägerscheiben und Membrankissen alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind, sowie ein Modul zur Membranfiltration mit derartigen Membranelementen.The present invention relates to a membrane element for a module for membrane filtration, in which carrier disks and membrane cushions are arranged alternately to form a membrane stack, and a module for membrane filtration with such membrane elements.

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.Membrane filtration modules are used to filter or separate liquids using reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration or microfiltration membranes. As part of complete systems with a wide variety of pumps, pre-filtration, cleaning devices and control units, these modules are used individually or multiple times as filtration systems for liquid media.

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.Well-known modules, such as those in WO 97/12664 described by Applicant have carrier discs and membrane pads arranged alternately to form a membrane stack, and an upper module end plate and a lower module end plate, the carrier discs each having a central opening with a partially interrupted edge and sealing means. The sealing device surrounds the discontinuous edge with a first sealing part on an upper side and a second sealing part on an underside of the carrier disc. The sealing device of two consecutive carrier disks rests sealingly against the outer surfaces of the membrane cushion arranged between the carrier disks. The membrane stack is clamped together via the upper and lower module end plates.

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.In the known modules, the fluid to be filtered reaches a flow space formed between two support disks, in which a membrane cushion is arranged. The fluid can flow over the surface of the membrane cushion unhindered from both sides. During the flow over the membrane cushion, a fraction of the fluid penetrates the membrane layers of the membrane cushion and reaches the interior of the membrane cushion. This so-called permeate is conducted in the membrane cushion to the interrupted edge of the carrier disc, on the side of which the edge of the membrane cushion is open. A permeate line is led through the central opening of the previously known module, which is provided with several openings, so that the permeate is led out of the membrane cushion and through the interrupted edge into the interior of the permeate line and is led to a permeate drain. The central opening of the membrane cushion is adapted to the diameter of the interrupted edge and is therefore larger than the central opening of the carrier disc.

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.The remaining fluid overflows further carrier discs and membrane cushions and is finally discharged via a concentrate outlet. The previously known carrier disks each have a slot-like passage opening which extends radially. Through this, the remaining fluid passes from one flow space to the next. The membrane cushions are adapted to the carrier discs and have a slit with closed edges surrounding the slit-like passage opening. The slit-like passage openings of the carrier discs are aligned with one another. The fluid passes through the slit-like through-opening into the associated flow space and flows around the membrane cushion, the fluid being guided in a ring-shaped manner and passing through the next slit-like through-opening into the next flow space. In a stack of carrier disks and membrane cushions, the fluid is thus directed along a helical flow path through the stack. Modules with such a flow control are also called CD modules.

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.An alternative technique provides that radial channels are formed in the flow space by means of the carrier disks, so that the fluid is guided in the radial direction. The fluid is guided radially outwards in a flow space on the underside of the membrane cushion and flows around the outer edge of the membrane cushion before it is guided radially inwards on the upper side. The carrier disks have a central opening that forms channels through which the fluid can reach the next flow space. The membrane cushion has a smaller central opening than the carrier disks. Modules with such a flow control are also called DT modules.

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.In the DT modules, the flow path has 180° flow deflections, which lead to a significantly higher pressure loss than in CD modules, which do not provide for a 180° flow deflection. However, DT modules can arrange a higher number of membrane cushions per length unit than CD modules due to a flatter structure of the carrier discs, which means that a larger specific membrane area can be realized. Due to different dimensions such as the diameter of the carrier discs and the diameter of the central openings, the carrier discs and membrane cushions of the different systems are not compatible.

Die zuvor beschriebenen DT-Module sind der Anmelderin allgemein bekannt, stellen jedoch nicht unbedingt einen konkreten, offengelegten Stand der Technik dar.The DT modules described above are generally known to the applicant, but do not necessarily represent specific, disclosed prior art.

Problematisch sind die vorbekannten Systeme in Bezug auf suspendierte Feststoffe in dem Fluid. Die zuvor beschriebenen Membranelemente neigen dazu, sich sehr schnell zuzusetzen, insbesondere an den schlitzartigen Durchtrittsöffnungen und den Membranen. Daher wird das zu filternde Fluid durch Vorbehandlung an das Modul zur Membranfiltration, das eine fest vorgegebene hydraulische Konfiguration besitzt, angepasst.The previously known systems are problematic with regard to suspended solids in the fluid. The membrane elements described above tend to become clogged very quickly, particularly at the slit-like passage openings and the membranes. Therefore, the fluid to be filtered is adapted by pre-treatment to the membrane filtration module, which has a fixed hydraulic configuration.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Membranelement für ein Modul zur Membranfiltration, sowie ein derartiges Modul zu schaffen, wobei eine verringerte Empfindlichkeit in Bezug auf suspendiert Feststoffe in zu filternden Fluiden vorliegt, wobei das Modul möglichst an unterschiedliche zu filternde Fluide anpassbar ist.It is the object of the present invention to create a membrane element for a module for membrane filtration and such a module, with reduced sensitivity in relation to suspended solids in fluids to be filtered, with the module being adaptable as far as possible to different fluids to be filtered.

Das erfindungsgemäße Membranelement ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The membrane element according to the invention is defined by the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Modul ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 12.The module according to the invention is defined by the features of claim 12.

Das erfindungsgemäße Membranelement für ein Modul zur Membranfiltration bei dem Trägerscheiben und Membrankissen alternierend zur Bildung eines Membranstapels angeordnet sind, weist eine erste Trägerscheibe und mit einem ersten Membrankissen auf, wobei die erste Trägerscheibe eine erste Trägerplatte mit einer Zentralöffnung zur Ableitung von Permeat und mit einem teilweise unterbrochenen Rand, der die Zentralöffnung umgibt, aufweist. Im Gebrauch trägt die erste Trägerplatte das erste Membrankissen. Die erste Trägerplatte weist eine Durchtrittsöffnung zum Durchleiten von Fluid auf.The membrane element according to the invention for a module for membrane filtration, in which the carrier disks and membrane cushions are arranged alternately to form a membrane stack, has a first carrier disk and a first membrane cushion, the first carrier disk having a first carrier plate with a central opening for discharging permeate and with a partially discontinuous rim surrounding the central opening. In use, the first backing plate supports the first membrane pad. The first carrier plate has a passage opening for the passage of fluid.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens eine zweite Trägerscheibe und mindestens ein zweites Membrankissen, wobei die zweite Trägerscheibe eine zweite Trägerplatte mit einer Zentralöffnung zur Ableitung von Permeat und mit einem teilweise unterbrochenen Rand, der die Zentralöffnung umgibt, aufweist. Im Gebrauch trägt die zweite Trägerplatte das zweite Membrankissen. Die zweite Trägerplatte weist eine erste Durchtrittsöffnung und eine zweite Durchtrittsöffnung zum Durchleiten von Fluid auf, wobei die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe eine sich quer zu einer radialen Richtung der ersten Trägerscheibe erstreckende Längserstreckung aufweist und die erste und die zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe jeweils eine sich quer zu einer radialen Richtung der zweiten Trägerscheibe erstreckende Längserstreckung aufweisen, wobei die erste und die zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe in Bezug auf die Umfangsrichtung der zweiten Trägerscheibe versetzt zueinander angeordnet sind und wobei im gestapelten Zustand die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe und die erste Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe zueinander ausgerichtet sind.The invention features at least one second support disc and at least one second membrane pad, the second support disc having a second support plate with a central opening for drainage of permeate and with a partially discontinuous edge surrounding the central opening. In use, the second backing plate supports the second membrane pad. The second carrier plate has a first through-opening and a second through-opening for the passage of fluid, the through-opening of the first carrier disk having a longitudinal extent extending transversely to a radial direction of the first carrier disk, and the first and second through-openings of the second carrier disk each having a transverse direction have a longitudinal extension extending in a radial direction of the second carrier disk, the first and the second through-opening of the second carrier disk being offset from one another in relation to the circumferential direction of the second carrier disk and wherein in the stacked state the through-opening of the first carrier disk and the first through-opening of the second carrier disk are aligned to each other.

Anders als bei Membranelementen für herkömmliche CD- oder DT-Module, die jeweils aus einer Trägerscheibe mit einem Membrankissen bestehen, wobei die Trägerscheiben eines Moduls einen identischen Aufbau aufweisen, sieht die vorliegende Erfindung vor, das das Membranelement aus mindestens zwei unterschiedlichen Trägerscheiben, auf denen jeweils ein Membrankissen angeordnet ist, besteht.Unlike membrane elements for conventional CD or DT modules, which each consist of a carrier disc with a membrane cushion, the carrier discs of a module having an identical structure, the present invention provides that the membrane element consists of at least two different carrier discs on which one membrane cushion is arranged in each case.

Durch das Vorsehen einer ersten Trägerscheibe mit einer Durchtrittsöffnung und einer zweiten Trägerscheibe zwei Durchtrittsöffnungen, wobei die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe zu einer der Durchtrittsöffnungen der zweiten Trägerscheibe ausgerichtet ist, wird erreicht, das ein Fluidstrom in zwei parallel geführte Ströme aufgeteilt wird. Der durch die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe strömende Fluidstrom wird aufgeteilt und ein Teil des Fluids überströmt die erste Trägerplatte der ersten Trägerscheibe. Der andere Teil der Strömung gelangt durch die erste Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe und überströmt die zweite Trägerplatte der zweiten Trägerscheibe.By providing a first carrier disk with a through-opening and a second carrier disk with two through-openings, with the through-opening of the first carrier disk being aligned with one of the through-openings of the second carrier disk, a fluid flow is divided into two parallel flows. The fluid stream flowing through the passage opening of the first carrier disk is divided and part of the fluid flows over the first carrier plate of the first carrier disk. The other part of the flow passes through the first passage opening of the second carrier disk and flows over the second carrier plate of the second carrier disk.

Die aufgeteilten Fluidströme überströmen die auf der ersten und zweiten Trägerplatten befindlichen Membrankissen und ein Teil des Fluidstroms durchdringt die Membrankissen und wird zu den Zentralöffnungen der ersten und zweiten Trägerscheibe geleitet und als Permeat abgeführt.The divided fluid streams overflow the membrane pads located on the first and second support plates and a portion of the fluid stream penetrates through the membrane pads and is directed to the central openings of the first and second support discs and discharged as permeate.

Nach dem Überströmen der ersten Trägerplatte wird dieser Teil der Fluidströmung durch die zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe geführt und vereint sich mit dem Anteil des Fluidstroms, der über die zweite Trägerscheibe geleitet wurde.After flowing over the first carrier plate, this part of the fluid flow is conducted through the second passage opening of the second carrier disk and combines with the portion of the fluid flow that was conducted over the second carrier disk.

Bei dem Vorsehen von mehreren zweiten Trägerscheiben wird der Fluidstrom entsprechend in mehrere Fluidteile aufgeteilt.If a number of second carrier discs are provided, the fluid flow is correspondingly divided into a number of fluid parts.

Das erfindungsgemäße Membranelement ermöglicht eine Leitung des Fluidstroms, mit der die Empfindlichkeit in Bezug aus suspendierte Feststoffe in dem zu filternden Fluid verringert wird, indem anders als beispielsweise bei herkömmlichen CD-Modulen, bei denen jede Trägerplatte und somit jedes Membrankissen von dem gesamten Fluidstrom überströmt wird, eine Trägerplatte und somit ein Membrankissen nur von einem Teil des Fluidstroms überströmt wird. Darüber hinaus können die Durchtrittsöffnungen bei dem erfindungsgemäßen Membranelement größer ausgestaltet werden als beispielsweise bei vorbekannten CD-Modulen, bei denen die Durchtrittsöffnungen die Strömung in eine ringförmige Strömung leiten müssen.The membrane element according to the invention enables the fluid flow to be guided in such a way that the sensitivity to suspended solids in the fluid to be filtered is reduced, in contrast to, for example, conventional CD modules in which the entire fluid flow flows over each carrier plate and thus each membrane cushion , a carrier plate and thus a membrane cushion is flown over only by a part of the fluid flow. In addition, the passage openings in the membrane element according to the invention can be made larger than, for example, in previously known CD modules which the through-openings must direct the flow into an annular flow.

Bei dem erfindungsgemäßen Membranelement wird darüber hinaus die Anzahl von starken Richtungsänderungen der Strömung (beispielsweise >90°) gering gehalten, sodass der Druckverlust über ein Membranelement innerhalb eines akzeptablen Bereichs verbleibt.In addition, with the membrane element according to the invention, the number of strong changes in direction of the flow (for example >90°) is kept low, so that the pressure loss across a membrane element remains within an acceptable range.

Die Längserstreckung der Durchtrittsöffnungen quer zu einer radialen Richtung der entsprechenden Trägerscheibe bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise, dass die Längserstreckung orthogonal zu der radialen Richtung verläuft, wobei jedoch bevorzugt ist, dass die Längserstreckung orthogonal zu der radialen Richtung verläuft.The longitudinal extension of the passage openings transversely to a radial direction of the corresponding carrier disk does not necessarily mean in the context of the present invention that the longitudinal extension runs orthogonally to the radial direction, although it is preferred that the longitudinal extension runs orthogonally to the radial direction.

Vorzugsweise sind die erste und die zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe zueinander um 180° versetzt angeordnet. Damit kann erreicht werden, dass der Anteil der Fluidströmung, der die zweite Trägerscheibe überströmt, zumindest einen Großteil der zweiten Trägerplatte und somit ein Großteil des zweiten Membrankissens überströmt, bevor er mit dem anderen Anteil, der die erste Trägerplatte überströmt hat, im Bereich der zweiten Durchtrittsöffnung vereint wird. In gleicher Weise wird erreicht, dass der Anteil, der die erste Trägerplatte überströmt, um zu der zweiten Durchtrittsöffnung zu gelangen, ebenfalls einen großen Teil der ersten Trägerplatte überströmen muss.Preferably, the first and the second through-opening of the second carrier disc are offset from one another by 180°. In this way it can be achieved that the portion of the fluid flow that flows over the second support disk flows over at least a large part of the second support plate and thus a large part of the second membrane cushion before it meets the other portion that has flowed over the first support plate in the area of the second Passage opening is combined. In the same way, it is achieved that the portion that flows over the first support plate in order to get to the second through-opening also has to flow over a large part of the first support plate.

Im Gebrauch kann vorgesehen sein, dass mehrere der erfindungsgemäßen Membranelemente übereinander angeordnet sind, wobei die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe eines Membranelements zu der zweiten Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe eines benachbarten Membranelements ausgerichtet ist. Mit anderen Worten: Ein Fluidstrom, der nach dem Überströmen der ersten und zweiten Trägerscheibe eines Membranelements wieder zusammengeführt wird, durchströmt die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe des nächsten Membranelements und wird in diesem entsprechend wieder aufgeteilt.During use, it can be provided that several of the membrane elements according to the invention are arranged one above the other, with the through-opening of the first carrier disk of a membrane element being aligned with the second through-opening of the second carrier disk of an adjacent membrane element. In other words: A fluid stream that is recombined after flowing over the first and second carrier disk of a membrane element flows through the through-opening of the first carrier disk of the next membrane element and is correspondingly divided again in this.

Die erste Trägerplatte der ersten Trägerscheibe kann eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweisen, die auf einander abgewandten Seiten der ersten Trägerplatte gebildet sind. Entsprechend kann auch die zweite Trägerplatte eine erste und zweite Hauptfläche aufweisen, die auf von einander abgewandten Seiten der zweiten Trägerplatte gebildet sind.The first backing plate of the first backing disc may have first and second major surfaces formed on opposite sides of the first backing plate. Correspondingly, the second carrier plate can also have a first and second main surface, which are formed on opposite sides of the second carrier plate.

Das erste Membrankissen kann beispielsweise aus mindestens zwei Lagen bestehen, die an einem äußeren Rand verbunden sind, und an einem inneren Rand einen Öffnungsbereich bilden. Im Gebrauch ist der innere Rand zu der Zentralöffnung der ersten Trägerplatte gerichtet und an den teilweise unterbrochenen Rand der ersten Trägerplatte angepasst.The first membrane cushion can consist, for example, of at least two layers which are connected at an outer edge and form an opening area at an inner edge. In use, the inner edge faces the central aperture of the first backing plate and conforms to the partially discontinuous edge of the first backing plate.

Das zweite Membrankissen kann in vergleichbarer Weise ausgestaltet sein und mit dem inneren Rand an den teilweise unterbrochenen Rand der zweiten Trägerplatte angepasst sein.The second membrane cushion can be configured in a comparable manner and its inner edge can be adapted to the partially interrupted edge of the second carrier plate.

Bei dem erfindungsgemäßen Membranelement können auch mehrere zweite Trägerscheiben vorgesehen sein, mit jeweils einem zweiten Membrankissen, wobei im gestapelten Zustand jeweils die ersten Durchtrittsöffnungen der zweiten Trägerscheiben und die zweiten Durchtrittsöffnungen der zweiten Trägerscheiben zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten: Das zu filternde Fluid strömt durch die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe und anschließend durch die ersten Durchtrittsöffnungen der zweiten Trägerscheibe, wobei das Fluid in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die die verschiedenen Trägerscheiben überströmen. Anschließend strömen die Teilströmungen durch die zweiten Durchtrittsöffnungen der zweiten Trägerscheiben und werden wieder vereint.In the membrane element according to the invention, several second carrier disks can also be provided, each with a second membrane cushion, with the first passage openings of the second carrier disks and the second passage openings of the second carrier disks being aligned with one another in the stacked state. In other words: the fluid to be filtered flows through the through-opening of the first carrier disk and then through the first through-openings of the second carrier disk, with the fluid being divided into a number of partial flows which flow over the various carrier disks. The partial flows then flow through the second passage openings of the second carrier disks and are reunited.

Das erste Membrankissen, das aus mindestens zwei Lagen bestehen kann, die an einem äußeren Rand verbunden sind, kann mit dem äußeren Rand einen an die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe angepassten Verlauf aufweisen.The first membrane cushion, which can consist of at least two layers that are connected at an outer edge, can have a profile with the outer edge that is adapted to the passage opening of the first carrier disk.

Entsprechend kann das zweite Membrankissen, das aus mindestens zwei Lagen bestehen kann, die an einem äußeren Rand verbunden sind, mit dem äußeren Rand einen an die erste und zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe angepassten Verlauf aufweisen.Correspondingly, the second membrane cushion, which can consist of at least two layers that are connected at an outer edge, can have a profile with the outer edge that is adapted to the first and second passage opening of the second carrier disk.

Mit anderen Worten: Das erste und zweite Membrankissen können eine Aussparung oder ein im Vergleich zu der Form der Trägerscheibe fehlendes Segment aufweisen, um entsprechend den Freiraum für die Durchtrittsöffnung freizulassen.In other words: the first and second membrane cushions can have a recess or a missing segment in comparison to the shape of the carrier disk in order to leave free space for the passage opening.

Die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe kann beispielsweise in einem Randbereich angeordnet sein und eine parallel zum Rand der Trägerscheibe verlaufende Kante aufweise. Entsprechend können die erste und zweite Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe ebenfalls in Randbereichen der zweiten Trägerscheibe angeordnet sein, mit einem parallel zum Rand der zweiten Trägerscheibe verlaufenden äußeren Rand der Durchtrittsöffnung.The passage opening of the first carrier disk can be arranged, for example, in an edge region and can have an edge running parallel to the edge of the carrier disk. Correspondingly, the first and second through-openings of the second carrier disk can also be arranged in edge regions of the second carrier disk, with an outer edge of the through-opening running parallel to the edge of the second carrier disk.

Beispielsweise können die Trägerscheiben eine kreisrunde Form aufweise. In diesem Fall können die Durchtrittsöffnungen eine an die Form eines Kreissegmentes angelehnte Form aufweisen. Die Membrankissen können dann ebenfalls eine kreisrunde Grundform aufweisen, wobei zur Anpassung an die Durchtrittsöffnung an entsprechender Stelle ein Kreissegment fehlt.For example, the carrier discs can have a circular shape. In this case you can NEN the through-openings have a shape based on the shape of a segment of a circle. The membrane cushions can then also have a circular basic shape, with a segment of a circle being missing at the appropriate point for adaptation to the through-opening.

Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Membrankissen die gleiche Form aufweisen. In diesem Fall würde ein Teil der ersten Trägerplatte der ersten Trägerscheibe, der der zweiten Durchtrittsöffnung der zweiten Trägerscheibe entspricht, nicht mit einem Membrankissen bedeckt sein. Dadurch würde zwar grundsätzlich die Filterleistung eines erfindungsgemäßen Membranelements geringfügig verringert werden, jedoch müsste beim Zusammensetzen eines Membranelements und eines Moduls mit erfindungsgemäßen Membranelementen nicht auf die Unterschiede der ersten und zweiten Membrankissen geachtet werden, wodurch der Zusammenbau vereinfacht wird.In principle, it can also be provided that the first and the second membrane cushion have the same shape. In this case, a part of the first carrier plate of the first carrier disk, which corresponds to the second passage opening of the second carrier disk, would not be covered with a membrane cushion. This would fundamentally reduce the filter performance of a membrane element according to the invention slightly, but when assembling a membrane element and a module with membrane elements according to the invention, the differences between the first and second membrane cushions would not have to be taken into account, which simplifies assembly.

Die erste und/oder zweite Trägerplatte können aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen. Grundsätzlich können die gesamten Trägerscheiben aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.The first and/or second support plate can consist of a glass fiber reinforced plastic. In principle, the entire carrier discs can consist of glass fiber reinforced plastic.

Dadurch kann die Trägerplatte stabil und somit dünn ausgestaltet, wodurch die gesamte Trägerscheibe dünner ausgestaltet werden kann. Somit kann auf eine vorgegebene Länge eines Moduls eine große Anzahl von Trägerscheiben angeordnet werden.As a result, the carrier plate can be designed to be stable and therefore thin, as a result of which the entire carrier disc can be designed to be thinner. A large number of carrier disks can thus be arranged over a predetermined length of a module.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an der ersten und der zweiten Trägerplatte jeweils ein umlaufender Seitenrand angeordnet ist, der in axialer Richtung eine Erstreckung H zwischen 4 mm und 10 mm aufweist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a circumferential side edge is arranged on the first and the second carrier plate, which has an extension H of between 4 mm and 10 mm in the axial direction.

Im Gebrauch begrenzt der Seitenrand zusammen mit der jeweils über einer Trägerplatte angeordneten ersten oder zweiten Trägerscheibe den Strömungsraum für den entsprechenden Anteil des Fluidstroms. In diesem Strömungsraum ist auch das erste oder zweite Membrankissen angeordnet. Beim Stapeln der Trägerscheiben liegen die Seitenränder benachbarter Trägerscheiben einander an. Durch die Erstreckung des Seitenrands in axialer Richtung kann somit zusammen mit der Dicke der Trägerplatte die Größe des Strömungsraums bestimmt werden. Je nach Art des zu filternden Fluids und insbesondere der Art und Menge der in dem Fluid suspendierten Feststoffen, kann somit auch eine Anpassung der ersten und zweiten Trägerscheibe an das zu filternde Fluid erfolgen. Mit anderen Worten: Es können unterschiedliche Module für unterschiedliche Fluide geschaffen werden. Bei einem zu filternden Fluid mit einer großen Menge an suspendierten Feststoffen kann beispielsweise ein größerer Strömungsraum vorgesehen sein als bei einem zu filternden Fluid mit geringerem suspendierten Feststoffanteil. Durch den größeren Strömungsraum kann sichergestellt werden, dass ein großer Anteil der suspendierten Feststoffes das erfindungsgemäße Membranelement und ein Modul aus erfindungsgemäßen Membranelementen durchströmt und als aufkonzentriertes Fluid abgeführt wird.In use, the side edge, together with the first or second support disc respectively arranged above a support plate, delimits the flow space for the corresponding portion of the fluid flow. The first or second membrane cushion is also arranged in this flow space. When the carrier disks are stacked, the side edges of adjacent carrier disks rest against one another. The size of the flow space can thus be determined by the extension of the side edge in the axial direction together with the thickness of the carrier plate. Depending on the type of fluid to be filtered and in particular the type and amount of solids suspended in the fluid, the first and second carrier disks can also be adapted to the fluid to be filtered. In other words, different modules can be created for different fluids. In the case of a fluid to be filtered with a large amount of suspended solids, for example, a larger flow space can be provided than in the case of a fluid to be filtered with a lower proportion of suspended solids. The larger flow space can ensure that a large proportion of the suspended solid flows through the membrane element according to the invention and a module made of membrane elements according to the invention and is discharged as a concentrated fluid.

Vorzugweise ist vorgesehen, dass auf einer im Gebrauch nach oben gerichteten ersten Hauptfläche der ersten Trägerplatte Strömungselemente gebildet sind, die die Strömung leiten, wobei im Gebrauch das erste Membrankissen auf den Strömungselementen aufliegt.Provision is preferably made for flow elements which direct the flow to be formed on a first main surface of the first support plate which is directed upwards during use, with the first membrane cushion lying on the flow elements during use.

Entsprechende Strömungselemente können auch auf der ersten Hauptfläche der zweiten Trägerplatte vorgesehen sein, auf denen das zweite Membrankissen aufliegt.Corresponding flow elements can also be provided on the first main surface of the second carrier plate, on which the second membrane cushion rests.

Im Gebrauch können grundsätzliche die zweite oder die zweiten Trägerscheiben oberhalb der ersten Trägerscheibe angeordnet sein. Mit anderen Worten: Das Fluid durchströmt den Stapel von Trägerscheiben von unten nach oben. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass im gestapelten Zustand die zweite oder zweiten Trägerscheiben unterhalb der ersten Trägerscheibe angeordnet sind und das Fluid den Stapel von Trägerscheiben von oben nach unten durchströmt.In use, in principle, the second or the second carrier disks can be arranged above the first carrier disk. In other words: the fluid flows through the stack of carrier disks from bottom to top. In principle, it is also possible for the second or second carrier disks to be arranged below the first carrier disk in the stacked state and for the fluid to flow through the stack of carrier disks from top to bottom.

Ein erfindungsgemäßes Modul zur Membranfiltration weist mehrere erfindungsgemäße Membranelemente auf, wobei die mehreren Membranelemente zur Bildung eines Membranstapels übereinander gestapelt sind, wobei jeweils die erste Trägerscheibe eines Membranelementes auf einer obersten zweiten Trägerscheibe des benachbarten Membranelements angeordnet ist und die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe des Membranelements zu der zweiten Durchtrittsöffnung der obersten zweiten Trägerscheibe des benachbarten Membranelements ausgerichtet ist.A membrane filtration module according to the invention has a plurality of membrane elements according to the invention, the plurality of membrane elements being stacked one on top of the other to form a membrane stack, with the first carrier disk of a membrane element being arranged on an uppermost second carrier disk of the adjacent membrane element and the passage opening of the first carrier disk of the membrane element being at the second passage opening of the uppermost second carrier disc of the adjacent membrane element is aligned.

Das erfindungsgemäße Modul zur Membranfiltration kann auch erfindungsgemäße Membranelemente vorsehen, bei denen die zweiten Trägerscheiben unterhalb der ersten Trägerscheibe angeordnet sind, wobei dann die mehreren Membranelemente zur Bildung eines Membranstapels derart übereinander gestapelt sind, dass jeweils die erste Trägerscheibe eines Membranelements unterhalb einer untersten zweiten Trägerscheibe des benachbarten Membranelements angeordnet ist und die Durchtrittsöffnung der ersten Trägerscheibe des Membranelements zu der zweiten Durchtrittsöffnung der untersten zweiten Trägerscheibe des benachbarten Membranelementes ausgerichtet ist.The module for membrane filtration according to the invention can also provide membrane elements according to the invention, in which the second carrier discs are arranged below the first carrier disc, in which case the several membrane elements are stacked one on top of the other to form a membrane stack in such a way that the first carrier disc of a membrane element is below a lowermost second carrier disc of the adjacent membrane element is arranged and the passage opening of the first carrier disc of the membrane nelements is aligned with the second passage opening of the lowermost second carrier disc of the adjacent membrane element.

Bei einem Membranstapel mit erfindungsgemäßen Membranelementen 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.In the case of a membrane stack with membrane elements according to the invention, sealing devices of two successive carrier disks lie sealingly against the outer surfaces of the membrane cushion arranged between the carrier disks. The membrane stacks are pressed together with a prestressing force that provides the necessary compressive force for the sealing devices to bear tightly against the membrane cushions. The membrane stack can, for example, be clamped together via an upper and lower module end plate. The clamping force can be applied via a central tie rod that is routed through the central opening of the carrier disks. The central tie rod can be hollow and have openings through which the permeate can be discharged, so that the central tie rod forms a permeate line. Alternatively, a tie rod device can be provided which has tie rods arranged outside of the membrane stack. In this exemplary embodiment, it can be provided that the central openings of the carrier disks form a permeate line which is delimited by the partially interrupted edges of the carrier plates and the sealing device.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.It is explained in more detail below with reference to the following figures.

Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Moduls zur Membranfiltration,
2 eine schematische Detailschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Membranelements und
3a eine schematische perspektivische Darstellung der ersten Trägerscheibe eines erfindungsgemäßen Membranelements
3b eine schematische perspektivische Darstellung der zweiten Trägerscheibe eines erfindungsgemäßen Membranelements
3c eine schematische perspektivische Darstellung der Anordnung von ersten und zweiten Trägerscheiben.

Show it:

1 a schematic sectional view of a module according to the invention for membrane filtration,
2 a schematic detailed sectional view of a membrane element according to the invention and
3a a schematic perspective view of the first carrier disk of a membrane element according to the invention
3b a schematic perspective view of the second carrier disc of a membrane element according to the invention
3c a schematic perspective view of the arrangement of first and second carrier discs.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul 1 zur Membranfiltration schematisch in einer Schnittdarstellung. 1 shows a module 1 according to the invention for membrane filtration schematically in a sectional view.

Das Modul weist mehrere Membranelemente 10 auf, die jeweils aus einer ersten Trägerscheibe 3, einem ersten Membrankissen 5, und einer oder mehreren zweiten Trägerscheiben 33 sowie jeweils auf einer der zweiten Trägerscheiben 33 angeordneten zweiten Membrankissen 55 bestehen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Membranelement 10 zwei zweite Trägerscheiben 33 und zwei zweite Membrankissen 55 auf.The module has a plurality of membrane elements 10 which each consist of a first carrier disk 3 , a first membrane cushion 5 and one or more second carrier disks 33 and second membrane cushions 55 each arranged on one of the second carrier disks 33 . in the in 1 illustrated embodiment, each membrane element 10 has two second carrier disks 33 and two second membrane cushions 55 .

Die Trägerscheiben 3 bzw. 33 mit Membrankissen 5 bzw. 55 sind alternierend angeordnet.The carrier discs 3 and 33 with membrane cushions 5 and 55 are arranged alternately.

In 2 ist eine Detailschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Membranelements 10 gezeigt, wobei nur einer der zweiten Trägerscheiben 33 und nur ein zweites Membrankissen 55 dargestellt ist.In 2 a detailed sectional view of a membrane element 10 according to the invention is shown, only one of the second carrier disks 33 and only one second membrane cushion 55 being shown.

Die erste Trägerscheibe 3 weist eine erste Trägerplatte 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 erstes Membrankissen 5 in Position gehalten wird, wobei gleichzeitig eine Strömungsführung erfolgt. Das Fluid umströmt das erste Membrankissen 5 an der Ober- und Unterseite. Die erste Trägerplatte 4 ist von einem Seitenrand 6 umgeben.The first carrier disc 3 has a first carrier plate 4 which forms a recessed area 7 in which individual flow elements 9 are arranged. The recessed area 7 forms a flow space 8 through which the fluid to be filtered can flow. The flow elements 9 ensure that a first membrane cushion 5 is held in position, with the flow being guided at the same time. The fluid flows around the first membrane cushion 5 on the top and bottom. The first carrier plate 4 is surrounded by a side edge 6 .

Die zweite Trägerscheibe 33 ist ähnlich aufgebaut wie die erste Trägerscheibe 3 und weist eine zweite Trägerplatte 44 auf, die von einem Seitenrand 6 umgeben ist. Die Seitenränder 6 der ersten und zweiten Trägerscheibe 3, 33 weisen eine Erstreckung H in axialer Richtung auf.The second carrier disk 33 is constructed similarly to the first carrier disk 3 and has a second carrier plate 44 which is surrounded by a side edge 6 . The side edges 6 of the first and second carrier discs 3, 33 have an extension H in the axial direction.

Die erste und zweite Trägerscheibe 3, 33 sind mit den Seitenrändern 6 übereinanderliegend angeordnet.The first and second carrier discs 3, 33 are arranged with the side edges 6 one above the other.

Der Strömungsraum 8 oberhalb der ersten Trägerscheibe 3 ist durch die erste und die zweite Trägerplatte 4, 44 sowie die Seitenrändern 6 begrenzt. Die Höhe des Strömungsraum 8 wird im Wesentlichen durch die Erstreckung H der Seitenränder 6 sowie die Dicke der Trägerplatten 4, 44 bestimmt.The flow space 8 above the first carrier disk 3 is delimited by the first and the second carrier plate 4 , 44 and the side edges 6 . The height of the flow space 8 is essentially determined by the extension H of the side edges 6 and the thickness of the support plates 4, 44.

Die erste und die zweite Trägerscheibe 3, 33 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 eingreift, so dass die Trägerscheiben zueinander zentriert sind.The first and the second carrier disk 3, 33 each have a central opening 11 which is surrounded by a partially interrupted edge 13. FIG. The partially interrupted edge 13 is formed by individual blocks 15 which are spaced from one another and thus form columns 16. The partially interrupted edge 13 is offset from a central plane 17 and protrudes in the axial direction. This creates a free space 19 in which the protruding interrupted edge 13 of the adjacent carrier disk engages, so that the carrier disks are centered with respect to one another.

Jede die erste und die zweite Trägerscheibe 3, 33 weisen jeweils Dichtungseinrichtungen 21 auf, die den unterbrochenen Rand im Gebrauch auf einer Oberseite und einer Unterseite der jeweiligen Trägerscheibe umgibt.Each of the first and second carrier disks 3, 33 each have sealing means 21 surrounding the discontinuous edge, in use, on an upper side and an underside of the respective carrier disk.

Die Dichtungseinrichtungen 21 liegt dichtend an den Außenflächen 5a eines zwischen der ersten und der zweiten Trägerscheiben 3, 33 angeordneten ersten Membrankissens 5 an. Dabei weist das erste 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 ersten Membrankissens 5 umgebenden Teil der Außenfläche 5a anliegt. Die äußeren Ränder 5b des ersten Membrankissens 5 sind miteinander verbunden.The sealing device 21 rests sealingly against the outer surfaces 5a of a first membrane cushion 5 arranged between the first and the second carrier disks 3, 33. The first membrane cushion 5 has a central opening 25 adapted to the interrupted edge 13 of the carrier disc 3, which is delimited by an inner edge 5c, the sealing device 21 lying against the part of the outer surface 5a surrounding the central opening 25 of the first membrane cushion 5. The outer edges 5b of the first membrane pad 5 are connected to each other.

Das zweite Membrankissen 55 ist in vergleichbarer Weise angeordnet und wird von der zweiten Trägerscheibe 33 und einer weiteren zweiten Trägerscheibe des Membranelements 10 oder von der zweiten Trägerscheibe 33 und einer ersten Trägerscheibe eines benachbarten Membranelements gehalten.The second membrane pad 55 is arranged in a similar manner and is held by the second carrier disc 33 and another second carrier disc of the membrane element 10 or by the second carrier disc 33 and a first carrier disc of an adjacent membrane element.

Ein Teil des Fluids wird durch die Membranschichten des ersten und zweiten Membrankissens 5, 55 gedrückt und wird über das Innere des ersten und zweiten Membrankissens 5, 55 in Richtung zu der jeweiligen Mittelöffnung 25 des entsprechenden Membrankissens transportiert. An der Mittelöffnung 25 sind die Membrankissen jeweils offen, so dass das Fluid aus dem jeweiligen Membrankissen austritt und durch die Spalten 16 zwischen den Blöcken 15 des unterbrochenen Rands 13 in die Zentralöffnung 11 der jeweiligen Trägerscheibe gelangen kann und durch diese abgeführt wird.A portion of the fluid is forced through the membrane layers of the first and second membrane pads 5, 55 and is transported across the interior of the first and second membrane pads 5, 55 towards the respective central opening 25 of the corresponding membrane pad. The membrane cushions are each open at the central opening 25 so that the fluid exits from the respective membrane cushion and can pass through the gaps 16 between the blocks 15 of the interrupted edge 13 into the central opening 11 of the respective carrier disk and is discharged through this.

Die Zentralöffnungen 11 der aufeinander folgenden Trägerscheiben bilden somit eine Permeatleitung, die durch die unterbrochenen Ränder 13 und die Dichtungseinrichtungen 21 begrenzt ist.The central openings 11 of the successive support discs thus form a permeate duct delimited by the discontinuous edges 13 and the sealing means 21.

Wie am besten in 1 ersichtlich ist, ist der aus ersten Trägerscheiben 3, ersten Membrankissen 5, zweiten Trägerscheiben 33 und zweiten Membrankissen 55 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 34 auf, die an der Innenfläche 29a des rohrartigen Mantels 29 anliegen.As best in 1 As can be seen, the membrane stack formed from the first carrier disks 3 , first membrane cushion 5 , second carrier disks 33 and second membrane cushion 55 is surrounded by a sealed housing 27 . The housing 27 has a tubular casing 29, the upper end of which is sealed by means of an upper cover plate 31a and the lower end of which is sealed by means of a lower cover plate 31b. The cover plates have a peripheral seal 34 which bears against the inner surface 29a of the tubular jacket 29 .

Die obere Deckelplatte 31a ist Teil einer oberen Modulendplatte 35a, wohingegen die untere Deckelplatte 31b Teil einer unteren Modulendplatte 35b ist.The upper cover plate 31a is part of an upper module end plate 35a, whereas the lower cover plate 31b is part of a lower module end plate 35b.

Die oberen und unteren Modulendplatten 35a, 35b weisen ferner jeweils eine Stapeldruckplatte 37 und eine Flanschplatte 39 auf.The upper and lower module end plates 35a, 35b also have a stack pressure plate 37 and a flange plate 39, respectively.

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.A tie rod device 41 consisting of a plurality of tie rods 43 connects the flange plates 39 of the upper and lower module end plates 35a, 35b and exerts a tensioning force on the membrane stack. A sufficient compressive force for the sealing devices 21 of the carrier disks 3 is provided via the clamping force.

Die erste Trägerplatte 4 der ersten Trägerscheibe 3 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 9 angeordnet sind. Die zweite Trägerplatte 44 der zweiten Trägerscheibe 33 weist einen vergleichbaren Aufbau mit Strömungselementen 9 auf. Die Strömungselemente 9 dienen als Abstandshalter, um die Membrankissen in Position zu halten.The first carrier plate 4 of the first carrier disc 3 has a first main surface 4a which is directed upwards during use and on which the flow elements 9 are arranged, and a second main surface 4b which is directed downwards during use and on which the flow elements 9 are also arranged. The second carrier plate 44 of the second carrier disk 33 has a comparable structure with flow elements 9 . The flow elements 9 serve as spacers to keep the membrane cushions in position.

3a zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der ersten Trägerscheibe 3. Die erste Trägerscheibe 3 bildet zusammen mit mindestens einer zweiten Trägerscheibe 33, die in 3b schematisch perspektivisch dargestellt ist, zusammen mit in den 3a bis 3c nicht dargestellten Membrankissen ein erfindungsgemäßes Membranelement 10. Die Funktion des erfindungsgemäßen Membranelements 10 ist in 3c schematisch dargestellt. 3a shows a schematic perspective representation of the first carrier disk 3. The first carrier disk 3, together with at least one second carrier disk 33, which in 3b is shown schematically in perspective, together with in the 3a until 3c membrane cushion not shown, a membrane element 10 according to the invention. The function of the membrane element 10 according to the invention is shown in 3c shown schematically.

Die erste Trägerscheibe 3 weist eine erste Trägerplatte 4 auf, mir der zuvor beschriebenen Zentralöffnung mit einem teilweise unterbrochenen Rand 13. Die erste Trägerplatte 4 weist ferner eine Durchtrittsöffnung 50 auf, die die Form eines Kreissegmentes aufweist und außen durch den Seitenrand 6 begrenzt ist. Stege 50a dienen der Stabilität der Trägerscheibe 3 und insbesondere des Seitenrands 6.The first carrier disk 3 has a first carrier plate 4, with the previously described central opening with a partially interrupted edge 13. The first carrier plate 4 also has a through-opening 50, which has the shape of a segment of a circle and is delimited on the outside by the side edge 6. Webs 50a serve to stabilize the carrier disc 3 and in particular the side edge 6.

Die zweite Trägerscheibe 33 weist eine zweite Trägerplatte 44 mit einer ersten Durchtrittsöffnung 52 und einer zweiten Durchtrittsöffnung 54 auf. Die erste und die zweite Durchtrittsöffnung 52, 54 der zweiten Trägerplatte 44 weisen die gleiche Form auf wie die Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerplatte 4, wobei zur Stabilisierung Stege 52a, 54a in gleicher Weise wie bei der ersten Trägerplatte 4 vorgesehen sind.The second carrier disk 33 has a second carrier plate 44 with a first passage opening 52 and a second passage opening 54 . The first and the second passage opening 52, 54 of the second carrier plate 44 have the same shape as the passage opening 50 of the first carrier plate 4, webs 52a, 54a being provided in the same way as in the first carrier plate 4 for stabilization.

Die Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerplatte 4 und die erste und zweite Durchtrittsöffnung 52, 54 der zweiten Trägerplatte 44 weisen jeweils eine Längserstreckung auf, die sich quer zu der radialen Richtung der entsprechenden Trägerscheibe 3, 33 erstreckt.The passage opening 50 of the first carrier plate 4 and the first and second passage opening 52, 54 of the second carrier plate 44 each have a longitudinal extent which extends transversely to the radial direction of the corresponding carrier disk 3, 33.

Die Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerscheibe 3 und die erste und zweite Durchtrittsöffnung 52, 54 der zweiten Trägerscheibe 33 dient zur Durchleitung des zu filternden Fluids.The through-opening 50 of the first carrier disk 3 and the first and second through-openings 52, 54 of the second carrier disk 33 are used for the passage of the fluid to be filtered.

Die erste Durchtrittsöffnung 52 in der zweiten Trägerplatte 44 der zweiten Trägerscheibe 33 ist um 180° versetzt zu der zweiten Durchtrittsöffnung 54 angeordnet.The first passage opening 52 in the second carrier plate 44 of the second carrier disk 33 is offset by 180° to the second passage opening 54 .

Im gestapelten Zustand ist die Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerscheibe 3 zu der ersten Durchtrittsöffnung 52 der zweiten Trägerscheibe 33 angeordnet, wie am besten aus 3c hervorgeht. In 3c weist das erfindungsgemäße Membranelement 10 zwei zweite Trägerscheiben 33 auf. In diesem Fall sind die beiden ersten Durchtrittsöffnungen 52 der zweiten Trägerscheiben 33 zu der Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerscheibe 3 ausgerichtet. Die zweiten Durchtrittsöffnungen 54 der zweiten Trägerplatten 44 der zweiten Trägerscheiben 33 sind ebenfalls übereinander ausgerichtet. Der Strömungsfluss des zu filternden Fluids ist durch Pfeile dargestellt. Das Fluid durchdringt die Durchtrittsöffnung 50 der ersten Trägerscheibe 3 und wird aufgeteilt. Ein Anteil der Strömung überfließt die erste Trägerscheibe 3 und somit das darauf angeordnete, nicht dargestellte Membrankissen. Ein Teil dieser Fluidströmung durchdringt das Membrankissen und wird als Permeat abgeführt. Der nicht über die Trägerscheibe 3 fließende Anteil der Fluidströmung durchdringt die erste Durchtrittsöffnung 52 der über der ersten Trägerscheibe 3 liegenden zweiten Trägerscheibe 33. Auch dieser Fluidstrom wird wiederrum aufgeteilt zu einem Teil, der über die zweite Trägerscheibe 33 fließt und somit über das darauf angeordnete, nicht dargestellte Membrankissen, und einen Teil, der weiter nach oben durch die Durchtrittsöffnung 52 der weiteren zweiten Trägerscheibe 33 strömt. Dieser Anteil überströmt die weitere zweite Trägerscheibe 33 und somit das darauf angeordnete, nicht dargestellte Membrankissen.In the stacked state, the passage opening 50 of the first carrier disk 3 is arranged relative to the first passage opening 52 of the second carrier disk 33, as best shown 3c emerges. In 3c the membrane element 10 according to the invention has two second carrier disks 33 . In this case, the two first through-openings 52 in the second carrier disks 33 are aligned with the through-opening 50 in the first carrier disk 3 . The second passage openings 54 of the second carrier plates 44 of the second carrier disks 33 are also aligned one above the other. The flow of the fluid to be filtered is represented by arrows. The fluid penetrates the passage opening 50 of the first carrier disk 3 and is divided. A proportion of the flow overflows the first carrier disk 3 and thus the membrane cushion (not shown) arranged thereon. Part of this fluid flow penetrates the membrane cushion and is discharged as permeate. The part of the fluid flow that does not flow over the carrier disk 3 penetrates the first passage opening 52 of the second carrier disk 33 lying over the first carrier disk 3. This fluid flow is in turn divided into a part that flows over the second carrier disk 33 and thus over the membrane cushions, not shown, and a part that flows further upwards through the passage opening 52 of the further second carrier disk 33 . This portion flows over the further second carrier disk 33 and thus the membrane cushion (not shown) arranged thereon.

Der über die erste Trägerscheibe 3 fließende Anteil von Fluid, der nicht durch das entsprechende Membrankissen gedrungen ist, durchfließt die zweite Durchtrittsöffnung 54 der darüber liegenden zweiten Trägerscheibe 33 und wird mit dem Anteil der Strömung, der die zweite Trägerscheibe 33 überströmt hat und nicht durch das darauf angeordnete Membrankissen gedrungen ist, vereint. Anschließend strömt dieser Strömungsanteil durch die zweite Durchtrittsöffnung 54 der darüber liegenden zweiten Trägerscheibe 33 und wird mit dem über diese zweite Trägerscheibe 33 strömenden Fluidanteil, der nicht durch das auf dieser zweiten Trägerscheibe 33 angeordnete Membrankissen gedrungen ist, wieder vereint. Anschließend strömt die Fluidströmung durch eine Durchtrittsöffnung 50 einer ersten Trägerscheibe 3 eines darüber liegenden Membranelements 10. Dazu ist die Durchtrittsöffnung 50 der Trägerscheibe 3 des darüber liegenden Membranelements 10 zu den zweiten Durchtrittsöffnungen 54 der zweiten Trägerscheiben 33 ausgerichtet.The portion of fluid flowing over the first carrier disk 3 that has not passed through the corresponding membrane cushion flows through the second passage opening 54 of the second carrier disk 33 above it and is mixed with the portion of the flow that has flowed over the second carrier disk 33 and not through the membrane cushion arranged on it, united. This flow portion then flows through the second passage opening 54 of the second carrier disk 33 located above it and is reunited with the fluid portion flowing over this second carrier disk 33 that has not passed through the membrane cushion arranged on this second carrier disk 33 . The fluid flow then flows through a passage opening 50 in a first carrier disk 3 of an overlying membrane element 10 .

Wie aus 3c erkenntlich ist, wird in jedem Membranelement die Strömung an zu filterndem Fluid in mehrere Parallelströme aufgeteilt und nach Überströmung von Membrankissen wieder zusammengeführt. Die Strömungsumleitung erfolgt dabei relativ sanft in maximal 90°-Winkeln, sodass der Druckverlust gering gehalten werden kann.How out 3c can be seen, the flow of fluid to be filtered is divided into several parallel flows in each membrane element and brought together again after flowing over membrane cushions. The flow is diverted relatively gently in a maximum of 90° angles, so that the pressure loss can be kept low.

Das erfindungsgemäße Membranelement ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch Fluide mit einem relativ hohen Anteil an suspendierten Feststoffen in vorteilhafter Weise gefiltert werden können.The membrane element according to the invention advantageously enables fluids with a relatively high proportion of suspended solids to be filtered in an advantageous manner.

BezugszeichenlisteReference List

33: erste Trägerscheibefirst carrier disc
44: erste Trägerplattefirst carrier plate
4a4a: erste Hauptflächefirst main surface
4b4b: zweite Hauptflächesecond main surface
55: erste Membrankissenfirst membrane cushions
5a5a: Außenflächeouter surface
5b5b: äußerer Randouter edge
5c5c: innerer Randinner edge
66: umlaufender Seitenrandsurrounding edge
77: rückgesetzter Bereichreset area
88th: Strömungsraumflow space
99: Strömungselementeflow elements
1010: Membranelementmembrane element
1111: Zentralöffnungcentral opening
1313: unterbrochener Randbroken edge
1515: Blöckeblocks
1616: Spaltencolumns
1717: Mittelebenemidplane
1919: Freiraumfree space
2121: Dichtungseinrichtungsealing device
2525: Mittelöffnungcenter opening
2727: GehäuseHousing
2929: rohrartiger Manteltubular coat
29a29a: InnenflächeInner surface
31a31a: obere Deckelplattetop cover plate
31b31b: Deckelplattecover plate
3333: zweiten Trägerscheibensecond carrier discs
35a35a: obere Modulendplatteupper module end plate
35b35b: Modulendplattemodule end plate
3737: Stapeldruckplattestack pressure plate
3939: Flanschplatteflange plate
4141: Zugankervorrichtungtie rod device
4343: Zugankerntie rods
4444: zweite Trägerplattesecond carrier plate
5050: Durchtrittsöffnungpassage opening
50a50a: Stegewebs
5252: erste Durchtrittsöffnungfirst passage opening
52a52a: Stegewebs
5454: zweite Durchtrittsöffnungsecond passage opening
54a54a: Stegewebs
5555: zweite Membrankissen second membrane cushion
HH: Erstreckungextent

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WO 9712664 [0003]

Claims

Membrane element for a module (1) for membrane filtration in which carrier discs (3) and membrane cushions (5) are arranged alternately to form a membrane stack, with a first carrier disk (3) and with a first membrane cushion (5), the first support disc (3) having a first support plate (4) with a central opening (11) for drainage of permeate and with a partially interrupted edge (13) surrounding the central opening (11), and in use the first support plate that wears first membrane cushions, and wherein the first carrier plate (4) has a passage opening (50) for the passage of fluid, marked by at least one second carrier disk (33) and at least one second membrane cushion (55), the second carrier disk (33) having a second carrier plate (44) with a central opening (11) for the drainage of permeate and with a partially interrupted edge (13), surrounding the central opening (11), and in use the second support plate (44) supports the second membrane cushion (55), and wherein the second support plate (44) has a first through-opening (52) and a second through-opening (54) for the passage of fluid, wherein the passage opening (50) of the first carrier disc (3) has a longitudinal extent extending transversely to a radial direction of the first carrier disc (3) and the first and second passage openings (52, 54) of the second carrier disc (33) each have a transverse extension have a longitudinal extension extending in a radial direction of the second carrier disk (33), the first and the second through-opening (52, 54) of the second carrier disk (33) being arranged offset to one another in relation to the circumferential direction of the second carrier disk (33) and wherein in stacked state, the through-opening (50) of the first carrier disc (3) and the first through-opening (52) of the second carrier disc (33) are aligned with one another.

membrane element claim 1 , characterized in that the first and the second through-opening (52,54) of the second carrier disc (33) are offset from one another by 180°.

membrane element claim 1 or 2 , characterized by a plurality of second carrier disks (33) each with a second membrane cushion (55), wherein in the stacked state the first through-openings (52) of the second carrier disks (33) and the second through-openings (54) of the second carrier disks (33) are sufficient for one another are.

Membrane element according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the first membrane cushion (5) consists of at least two layers which are connected at an outer edge (5b), the outer edge (5b) having a course adapted to the passage opening (50) of the first carrier disc (3). having.

Membrane element according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the second membrane cushion (55) consists of at least two layers which are connected at an outer edge (5b), the outer edge (5b) having a connection to the first and second passage opening (52,54) of the second carrier disc (33) has an adapted course.

membrane element claim 5 , characterized in that the first and the second membrane cushion (5.55) have the same shape.

Membrane element according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the first support plate (4) and / or the at least one second support plate (44) consists of a glass fiber reinforced plastic.

Membrane element according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that a peripheral side edge (6) is arranged on the first and the second carrier plate (4, 44), which has an extension H between 4 mm and 10 mm in the axial direction.

Membrane element according to a Claims 1 until 8th , characterized in that flow elements (9) which direct the flow are formed on a first main surface (4a) of the first support plate (4) which is directed upwards in use, wherein in use the first membrane cushion (5) rests on the flow elements (9) rests.

Membrane element according to a Claims 1 until 9 , characterized in that flow elements (9) which direct the flow are formed on a first main surface (4a) of the second support plate (44) which is directed upwards in use, wherein in use the second membrane cushion (55) rests on the flow elements (9) rests.

Membrane element according to a Claims 1 until 10 , characterized in that in the stacked state the second or the second carrier disks (33) are arranged above the first carrier disk (3).

Module (1) for membrane filtration, with a plurality of membrane elements (10) according to one of Claims 1 until 11 , wherein the plurality of membrane elements (10) to form a membrane stack are stacked one on top of the other, with the first carrier disc (3) of a membrane element (10) being arranged on an uppermost second carrier disc (33) of the adjacent membrane element (10) and the passage opening (50) of the first carrier disc (3) of the membrane element (10) is aligned with the second passage opening (54) of the uppermost second carrier disk (33) of the adjacent membrane element (10).