DE2231821A1

DE2231821A1 - Anordnung zur abdichtung von membrantraegerroehren

Info

Publication number: DE2231821A1
Application number: DE2231821A
Authority: DE
Inventors: Leo Block; Frank R Shippey
Original assignee: Raypak Inc
Current assignee: Raypak Inc
Priority date: 1972-02-14
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-08-23
Also published as: FR2172066A1; AU449719B2; BE784863A; IT964717B; JPS5213191B2; SE379151B; AU4441472A; US3786925A; GB1405431A; JPS4896459A; CA1009582A; NL7206619A

Description

Anordnung zur Abdichtung von Membranträgerröhren

Die Erfindung betrifft in erster Linie die Abdichtung der Enden von röhrenförmigen Teilen, auf deren Oberfläche sich eine Membran befindet. Die Erfindung ist für viele Anwendungsbereiche geeignet. Im besonderen eignet sie sich für Entsalzungszellen in Vorrichtungen zur Durchführung der umgekehrten Osmose, und die hier beschriebene, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist auf die Anwendung in einer solchen Zelle gerichtet. Die Erfindung eignet sich auch zur Abdichtung, wenn es sich um andere ■Flüssigkeiten handelt, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie usw. Die Zelle kann als Zelle zur Durchführung,der umgekehrten Osmose bezeichnet werden, die geeignet ist, auch bei anderen Flüssigkeiten verwendet zu werden.

Die in den Zeichnungen erläuterte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich, auf Entsalzungszellen, die sich im besonderen für die Entsalzung oder Eeinigung von Wasser unter Verwendung einer osmotischen Membran eignen. Die als Beispiel

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"beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbesserung des Zellentyps, der im einzelnen in dem amerikanischen Patent 3 4-00 825 erläutert ist. Diese Zelle besitzt einen sich in die Länge erstreckenden, zylindrischen Kern, der aus einem porösBn Material besteht und sich innerhalb eines zylindrischen Gehäuses befindet, wobei zwischen dem Kern und dem Gehäuse ein ringförmiger Zwischenraum vorgesehen ist. Die osmotische Membran liegt auf der äußeren Oberfläche des Kernes. Der gereinigte Teil der !Flüssigkeit durchdringt die Membran und den Kern bis zu einer Bohrung innerhalb des Kernes, während sich das Konzentrat in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Kern , und dem Gehäuse befindet. Es handelt sich hierbei um einen äußerst vorteilhaften Aufbau einer Entsalzungszelle. Bei der industriellen Anwendung, Herstellung und dem Einsatz derartiger Zellen treten jedoch Schwierigkeiten auf, deren Lösung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Eines dieser Erobleme ist die Schaffung einer wirkungsvollen Abdichtung am Ende des porösen Kernes. Mit der Erfindung wird eine Anordnung in Form eines Kernübergangsstückes geschaffen, das an den Enden mit dem porösen Kern verbunden wird, wobei die osmotische Membran die Verbindung zwischen dem Kernstück und dem Kernübergangsstück überbrückt und sich mit dem Kernübergangsstück zu einer positiven Dichtung verbindet. Die Schaffung einer Dichtung durch eine derartige Anordnung ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Bei den handelsüblichen Vorrichtungen zur Durchführung der umgekehrten Osmose ist es erstrebenswert, eine große Anzahl von Zellen in einer komp^r.feten Anordnung vorzusehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellen in geraden Rohr!Ingen

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oder in Bohrabschnitten angeordnet, die Teil eines fortlaufenden, schneckenförmigen Kanals sind, wobei ein kontinuierlicher BeSchickungsstrom zugeführt xfird, -während die gereinigte flüssigkeit mit Hilfe eines Vielfachanschlusses von den Zellen abgezogen wird. Vorzugsweise werden die Zellen rasterartig angeordnet, xtfobei die einzelnen Lagen eine vorbestimmte Länge besitzen, während positive und negative Sndverbindungsstücke mit dem Kernmaterial verschraubt sind. Die einzelnen Lagen.werden mit Hilfe von Bejonettverschlüssen zwischen den positiven und negativen Kernverbindungsstücken miteinander verbunden. Das Kernverbindungsstück am. Ende einer Zelle ist mit Hilfe eines Dichtungspfbopfens abgedichtet. Die Membran dichtet an den Wän- ' den der einzelnen Lagen, wie bereits beschrieben, ab. Dieser Aufbau gewährleistet eine in axialer Eichtung stabile und steife Zelle. Der Druck des zu reinigenden Wassers im ringförmigen

Zwischenraum kann bis zu 105 kg/cm betragen. Der Druck des gereinigten Mediums innerhalb des Kernes kann 2,8 bis 3>5 kg/cm^£ ausmachen,.und zwar hängt dies von der Abschlußkappe ab, an welche die inneren Bohrungen angeschlossen sind. Wenn der Druck des zu reinigenden Wassers abgeschaltet wird, ist der Druck innerhalb der Zelle größer als derjenige in dem ringförmigen Zwischenraum, was dazu führen kann, daß die Zelle, die an einem Ende gehalten wird, in axialer Richtung auseinandergerissen wird-Hierin liegt ein großes Problem. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen, und zwar mit einem Zellenaufbau, wie er soeben beschrieben wurde, wodurch,eine einfache, aber wirkungsvolle Maßnahme zur · Abdiehtung der Enden der einzelnen Abschnitte geschaffen wurde.

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Die Erfindung soll im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durcS¹U-Rohr, das mit einer Abschlußkappe zur Durchleitung eines kontinuierlichen Stromes verbunden ist,

Fig. 2 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zelle,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine einzelne erfindungsgemäße Entsalzungszelle, wobei sich die Membran innerhalb eines Beschickungsrohrabschnittes befindet,

ffig. 4- die Draufsicht auf ein positives Kernendverbindungsstück,

Fig. 5 die Draufsicht auf ein negatives Kernendverbindungsstück, teilweise im Schnitt,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig.5j

Fig. 7 eine Detailzeichnung eines Endteiles eines Kerns, der die Abdichtung durch die Membran zeigt, und

E¹Ig. 8 eine perspektivische Teilansicht der Rohranordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose.

Die Fig. 1 der Zeichnungen ist die Ansicht eines Teiles der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose und zeigt einen Teil des Hohrhaltebleches und der Abschlußkappe. In dem Rohrhalteblech 10 werden die Enden der Rohre 12 und 14- gehalten, die Teile ähnlicher U-Rohre 16 und 16^l sind. Die gegossene Abschlußkappe 17 verbindet die Rohrabschnitte 12 und 14-. Die Abschlußkappe 17 weist Vorsprünge auf, die mit dem Rohrhalterungsblech 10 verbunden werden können. Die Kappe 17

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besitzt zwei zylindrische Teile 24- und 26 mit Torsprüngen 28 und 30, die Bohrungen 32 und J4- sowie Gegenbohrungen 31 und 33 aufweisen, wie aus l^?ig. 1 ersichtlich ist. Diese Bonrungen nehmen zylindrische Teile von Kunststoffverbindungsstücken auf, die einen Teil der Entsalzungszelle bilden, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll. Innerhalb der Teile 24· und 26 befinden sich Bohrungen 19 und 21, die durch einen Durchlaß 23 miteinander verbunden sind. Die Bohrungen 19 und 21 sind an ihren Enden, wie dargestellt, abgeschrägt und gegenüber der Bohrhaiterungsplatte 10 mit Hilfe von O-Ringen 25 und 27 abgedichtet.

Die AbschluSkappen 17 verbinden die U-ßohre 16 in aufeinanderfolgenden Lagen übereinander, wie aus ii'ig. 8 ersichtlich ist und wie anschließend näher erläutert werden soll.

Die gegossene Einlaßkappe 18 entspricht einer ähnlichen Eappe 18¹, bei welcher es sich um eine Auslaßkappe handelt. Die Einlaßkappe 18 ist in 2"ig. 3 im einzelnen dargestellt. Sie besitzt eine Bohrung 29, eine Gegenbohrung 35 sowie eine weitere Gegenbohrung 37· Die Bohrung 35 ist an ihrem Ende abgeschrägt und gegenüber der Ilohrhalterungsplatte 10 durch den O-JJing 33 abgedichtet. Die Kappe 18 besitzt Halteösen zur Befestigung, ähnlich wie die Kappe 17.

Innerhalb des Hohres 11 des rohrförmigen Teiles 16 ist eine zylindrische Entsalzungszelle 36 mit Kunststoff-Endverbindungsstücken 33 dargestellt, die nun näher beschrieben werden soll.

Die Entüalzungszelle wird in 5'ig. 2 in perspektivischer Ansicht und in ii'ig. 3 im Querschnitt dargestellt. Das Verbindungsstück;^

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besitzt einen Aufbau, der in den figuren 2 und 3 gezeigt ist. "Wie dort ersichtlich ist, besitzt es einen zylindrischen I!eil46, der mit im gleichen Winkelabstand voneinander angeordneten Hippen 4-8 versehen ist, deren äußere Oberflächen abgeschrägt .sind, wie bei 50 gezeigt ist. Der Endteil einer jeden Rippe besitzt eine Aussparung, die eine rechteckige Schulter 52 bildet. Mit der Bezugsziffer 56 ist ein Schlitz eines Axialschlitzpaares bezeichnet, das mit den Umfangsschlitzen in Verbindung steht. Der Endteil der Hippe 4-8 besitzt eine Radi al aus sparung 6ü.

Am linken Ende des Verbindungsstückes '33 sind Teile von naciieinanderfolgend jeweils vermindertem Durchmesser 62, 64- und 66 vorgesehen. Die B'iguren 1 und 3 erläutern die Weise, in welcher das'Verbindungsstück 38 in die Kappe 18 paßt. Der Endteil 62 des Verbindungsstückes 33 paßt in die Gegenbohrung 55 ^uncL liegt an einem O-Hing 70 an. Der Teil -64- paßt in die Bohrung 37· Der Teil 66 erstreckt sich durch die Xappe 18 hindurch. Das 'Verbindungsstück 33 weist eine zylindrische Bohrung 72 auf. Das rechte Ende erstreckt sich durch das Rohrhalterungsblech 10.

Die £'ig. 1 zeigt ein Kernübergangs stück 38' * daß in ähnlicher Weise angeordnet in der Kappe 17 gegen einen O-Ring 70' anliegt.

Die Entsalzungszslle 36 wird durch einzelne Abschnitte gebildet, wie aus den figuren 2 und 3 zu ersehen ist. Jeweils einer dieser Abschnitte besitzt einen 27/lindrisehen porösen i^eri¹-, der aus einem keramischen Katerial '76 bestehen kann, uer poröo Kc i·'·· weist eine Bohrung 73 auf. Ein weiterer Abschnitt ist mit. Vb..-¹ .-bezeichnet. Der Abschnitt 76 besitzt mit einem Gewi ride versehene Endbohruiigen 80 und 82. i-lit der Bezup;.^c:.siif er 3t :U-t dar· positive Kunststof f-Kernverbindungpstück bezeichnet, da."· i^- l'M ■:.'l·

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im Detail gezeigt ist.

Das Verbindungsstück 38 besitat zusätzlich, zur Bohrung 72 eine erste GeGenbohrung 90 uncL eine zweite Gegenbohrung 92. Das positive Kernverbindungsstück kuppelt den porösen Abschnitt 76 an das Endstück 38 an.

Das positive Verbindungsstück 86 besitzt eine Bohrung 96 von der gleichen Größe wie die Bohrungen 72 und 78. Es weist einen zylindrischen Mittelteil 100 auf, dessen Durchmesser so groß ist, daß er in die Gegenbohrung 92 paßt. Außerdem besitzt es einen verlängerten Endteil 102, der in die Gegenbohrung 90 paßt. Der Durchmesser eines weiterhin vorhandenen Zwischenteiles 104 ist größer und entspricht dem Außendurchmesser des Kernes 76« Das Eernverbindungsstück 86 besitzt eine mit einem Gewinde versehene Endverlängerung 106, die sich in die mit einem Gewinde versehene Bohrung 80 am Ende des Kernteiles 76 einschrauben läßt. Das positive Kernverbindungsstück 86 weist Vorsprünge oder Nocken 107 und 108 auf.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Verbindung zwischen dem Kernstück 76ι dem positiven Kernverbindungsstück 86 und dem Abschlußstück 38. Das mit einem Gewinde versehene Ende 106 des Kernverbindungsstückes 86 ist in die mit einem Gewinde versehene Gegenbohrung 80 am Ende des Kernstückes 76 eingeschraubt, wobei der Teil 104 am Ende des Kernstückes anliegt. Das positive Kernstück 86 ist mit dem Endstück 38 verbunden, xrobei die Vorsprünge 107 und 108 zunächst von den Axialschlitzen 56 und ^6' am Ende des Stückes 38 aufgenommen werden, worauf die Vorsprünge nach einer Drehung in die ümfangsschlitze 5^ und- 54'

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in dein Verbindungsstück -j8 eingreifen, wodurch ein Bajonettverschluß zwischen diesen Teilen gebildet wird. Der ¹Doil 100 liegt an einem O-itLng 101 in der Bohrung 92 an.

Hit der Bezugszifier 120 ist das negative Endverbindungsstück am anderen Ende des Kernteils 76 bezeichnet. Es wird im Detail in tfig. 5 dargestellt. Es besitzt eine" zylindrische liOrm mit einem äußeren Durchmesser, der dem des Kernstücks 76 entspricht* Ein vorspringender, mit einem Gewinde versehener Teil 122 läßt sich in die mit einem Gewinde versehene Gegenbohrung 82 am Ende des Kernstückes 76 einschrauben. Außerdem weist es eine Bohrung 124 auf, die die Größe der Bohrungen 72, '/& und 96 besitzt. Schließlich weist es zwei Gegenbohrungeri 126 und 128 auf. Es besitzt Axialschlitze 130 und 130' sowie Umfangsschlitze 132 und 132', die Teile einer Bejonettverbindung sind. Ein zweites positives Kernverbindungsstück 86' ist in Fig. 3 mit einem negativen Kernverbindungsstück 120 in der bereits beschriebenen Weise mit dem Endstück 38 verbunden. Z\ri_schen dem Teil 100' des Kernverbindungsstückes 86' und dem Boden der Gegenbohrung 128 ist ein abdichtender 0-tfing 136 vorgesehen.

Hit der Bezugssiffer 76' ist ein weiterer Kernabschnitt bezeichnet, an dessen rechtem Ende ein weiteres negatives Kernverbindungsstück 120' befestigt ist, das dem Kernverbindungsstück 120 entspricht. Ein Abschlußpfropfen 140, der aus Kunststoff bestellen kann, dient dazu, das Ende der Entsalzungszelle abzuschließen. Er besitzt einen zylindrischen Iiittelkörper 142, der in die Gegenbohrung i28' des Kernverbindungsstückes 120' paßt. Der Pfropfen besitzt einen Endflausch 144, wie dargestellt. Am ge-, geiTüberliegenden Ende befindet sich ein konisches Verlängerungs-

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stück oder ein Pfropfen 146, der sich, in die Bohrung 78' Kernstückes 120 hineinerstrecken kann, um diese zu verschließen. Der Endpfropfen 140 besitzt keine Vorsprünge, die von den axialen Schlitzen 130a und 1JOa¹ im Kernverbindungsstück 120' aufgenommen und die Umfangsschlitze 132a und 132a¹ eingedreht werden können, obwohl er sie haben könnte. Der Druck in dem U-Eohr hält den Endpfropfen 140.in seiner Lage.

Die Membran 158 liegt außen auf dem Kern der Entsalzungszelle. Üblicherweise besteht die Membran aus einer äußeren Haut und einer geleeartigen Unterstruktur, die sich zwischen der Haut und der äußeren Oberfläche des Kerns befindet, wie in S¹Ig. 7 dargestellt ist. Es können verschiedene Arten von Hembranen eingesetzt werden, wobei in diesem Zusammenhang auf die amerikanische Patentschrift 3 400 825 oder auf andere als Stand der Technik bekannte T.ypen hingewiesen wird. Das Problem, auf das man bei diesem Aufbau bislang gestoßen ist, ist das Abdichten der Membran gegenüber dem Druckraum, der die Zelle umgibt_voder einschließt. Bei dem in der Pig· 7 dargestellten und erläuterten Aufbau wird das poröse Kernstück 76 durch das positive Kernver-* bindungsstück 86 abgeschlossen, wobei dessen mit einem Gewinde versehener Teil 106 in die Gewindebohrung 80 eingeschraubt wird. Dadurch wird sowohl das Ende der Bohrung abgedichtet als auch eine axiale festigkeit und Steifheit erreicht. Es ist auch möglich, das Kernverbindungsstück anzukleben; jedoch wird die dargestellte Form bevorzugt. Wie aus Pig. 7 ersichtlich ist, überbrückt die Membran 158, die auf der Zelle angebracht ist, die Verbindung zwischen dem Kernverbindungsstück 86 und dem Kernendteil 76. Die Membran 158 endet am Teil 100 des Kernverbindungsstückes 86, wie in Pig. 7 dargestellt ist. Vorzugsweise wird das Material des Kernverbindungsstückes 86 so ausgewählt, daß es sich

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chemisch mit dem haterial der Membran 158 vereint, so daß eine Verbindung der beiden Materialien entsteht, die eine absolute Abdichtung gewährleistet· Das Membranmaterial kann eine Zellulose-Azetat-Verbindung sein, was an sich bekannt ist, während das Kernverbindungsstück beispielsweise aus einem Polycarbonat-Kunststoff bestehen kann.

Die Strömungsrichtung der Beschickungsflüssigkeit und des gereinigten Materials wird in .Pig· 3 durch Pfeile angezeigt.

Wie bereits erläutert, ist eine Mehrzahl von U-Rohren, wie das Rohr 16. mit den Kappen 17, an dem Rohrhalterungsblech 10 befestigt, wobei sich in jedem Rohrabschnitt eine Entsalzungszelle befindet und ein fortlaufender Beschickungsstrom durch die Rohre fließt, wie in den Figuren J und 8 erläutert ist.

Die Endteile 66 der Verbindungsstücke 38, die sich durch die Kappen erstrecken, stehen mit einem Vielfachanschluß 170 für das gereinigte Material in Verbindung, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Der Vielfachanschluß 170 besitzt vier Reihen im rechten Winkel zueinander angeordneter Anschlüsse 1729- Diese Anschlüsse stehen mit den Endteilen oder Anschlüssen 66 der 'Entsalzungszellen in Verbindung. Das gereinigte Wasser wird durch diesen Vielfachanschluß abgezogen. Das Rohwasser, das gereinigt' oder entsalzt werden soll, wird der Einlaßkappe, wie durch den Pfeil dargestellt, zugeführt. Wie der Pfeil zeigt, wird das Rohwasser durch die Kappe 18 eingelassen und wandert durch die beiden Rohrkanäle, von denen jeder eine Einlaßkappe 18 aufweist, Der Ausgang liegt an der Auslaßkappe 18' von dem unteren Kanal.

In Fig, 2 ist eine ein wenig abgeänderte Aus führung s form der Abschlußkappe 172 dargestellt. Diese Abschlußkappe entspricht

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der Abschlußkappe 17· Die Kappe besitzt einen rohrförmigen Zwischenteil 17^ und Endabschnitte I76 und I76¹ nit den Abschlußflachen 177 und 177' j die sich an das Holirlialterungsblech 10 anlegen. Diese Flächen haben zylindrische Yorsprünge 17S und 178' mit sich darüber hiiiauserstreckenden rohrförmigen Anschlußntücken 180 und 180', durch welche die Endteile 66 und 66' der Endstücke 38 hindurchgreifen. Bohrungen 132 und 182' sind zwischen den Stegblechen 185, 184, 18p¹ und 184-' zur Befestigung vorgesehen.

Ji¹ alIs es erwünscht ist, können die Kappen 17 und 18 anstatt als zwei getrennte Einheiten als ein einheitliches Stück hergestellt werden.

Die obige Beschreibung stellt lediglich die einer bevorzugten Ausführungsform dar und hat somit keinen einschränkenden, sondern lediglich erläuternden Charakter, der jedoch das Wesen der Erfindung deutlich werden läßt.

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Abdichtung von Hembr an.tr ägerr öhr en, gekennzeichnet durch ein längliches Kernstück (76 75') mit-einer äußeren zylindrischen Oberfläche und einer Axialbohrung die ebenfalls eine zylindrische Überfläche besitzt, eine semipermeable Hembran, die eine der Oberflächen bedeckt, wobei eine der Oberflächen einer Flüssigkeit ausgesetzt ist, die die Membran (158) und den porösen Kern (76, 76') zu durchdringen vermag, ein Verbindungsstück (86, 86')) das aus einem anderen Material besteht als der Kern (76,. 76') und an einem Ende des Kernes (76, 76') befestigt ist, wobei die Membran (158) die Verbindungsstelle zwischen dem Überbrückungsteil (86, 86') und dem Kern (76, 76') überbrückt und eine Dichtung bildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (158) auf der Außenfläche des Kernes (76, 76') angeordnet ist und die Außenseite der Verbindungsstelle zwischen dem Kern (76, 76') und dem Verbindungsteil (86, 86') überbrückt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dae Verbindungsteil (36, ob') in den Kern (76, 76') eingeschraubt ist.

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M-. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (153) aus einem Material besteht, das die durchdringende Flüssigkeit zu reinigen vermag.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (158) und das Verbindungsstück (86, 86') aus Materialien bestehen, die sich chemisch vereinigen und eine Verbindung der beiden Materialien bilden.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (86, 86') einen

■ Teil einer aus einem positiven und einem negativen Teil bestehenden Kupplung bildet, während das Kernstück (76, 76') den anderen Teil der aus einem positiven und einem negativen Teil bestehenden Kupplung bildet, wobei die positiven und negativen Teile so ausgebildet sind, daß sie bajonettverschlußartig ineinandergreifen.

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