DE2546010A1 - Apparat mit membranroehrchen auf haltevorrichtungen zur behandlung von fluiden - Google Patents

Description

Dr. F. Zurnsteln sen. - Dr. E. Asimar.n - Dr. R. Kosnigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Di. F. Zumstein jun.

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RHOEE-POULENG INDUSTRIES, Paris/Frankreich

Apparat mit Membranröhrchen auf Haltevorrichtungen zur Behandlung von Fluiden

Die Erfindung betrifft eine Vervollkommnung von Apparaten zur Behandlung von Fluiden, die wenigstens eine, auf einer innenliegenden, porösen und flexiblen Haltevorrichtung angebrachte röhrenförmige Membrane enthalten. Derartige Apparate werden als Austauscher zwischen zwei Pluiden oder als Abscheider von Pluiden, verwendet, die flüssig oder gasförmig sein können, und in verschiedenen Anwendungsgebieten wie der inversen Osmose, der Ultra-Filtration, der Durchgasung und der Dialyse.

Solche Apparate sind bekannt. Diese Membranen sind zusammengefaßt beispielsv/eise zu 3ündeln oder Spulen. Sie neigen dazu sich aneinanderzulegen. Dadurch v/erden einerseits jene Teile ihrer Oberfläche, welche die benachbarten Membranen oder die Wände des Apparates berühren wirkungslos und andererseits wird die regelmäfSige Zirkulation des Fluids um die Membranen

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gestört, es können sich sogar tote Zonen je nach ihrer gegenseitigen Anordnung bilden, was einen empfindlichen Rückgang der Leistung des Apparates mit sich bringt und zu einem noch unangenehmeren Ausfall führt, und sogar eine Reinigung und evt. Sterilisation nötig macht.

Man hat versucht, die Membranröhrchen auf Abstand voneinander zu halten, indem man sie durch Zwischenplatten führte oder durch Einbringen von Füllmaterial, wie beispielsweise weichem, offenporigen Schaum, jedoch verringert man auf diese Weise die Kompaktheit der Apparate (d.h. das Verhältnis: nutzbare Membranenoberfläche zu Volumen des Apparates).

Gegenstand der Erfindung ist ein Apparat zur Behandlung von Fluiden mit halbdurchlässigen, flexiblen Membranröhrchen, der gleichzeitig kompakter und wirksamer (insbesondere besserer Durchsatz) ist, und andererseits geringen Druckabfall aufweist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Membrane von den angrenzenden Bauteilen durch wenigstens ein fadenförmiges Element, das schraubenförmig um die besagte Membrane gewickelt ist, auf Abstand gehalten wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen schematischen, stark vergrößerten Darstellung beispielsweise erläutert .

In dieser Figur sind in einer Teilansicht zwei aneinander grenzende fadenförmige Elemente für die Membrane perspektivisch dargestellt, wobei eine von beiden eine Wand des Apparates berührt.

Die Röhrchen 1 und 2 bestehen je aus einer porösen, etwa zylindrischen flexiblen Textilhülle 3 und 4, die außen mit halbdurchlässigen Membranen 5 und 6 bedeckt sind. Diese Textilhüllen sind hohl und setzen sich aus einer oder mehreren

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konzentrischen Lagen aus Fadengeflecht zusammen, welche die axialen Kanäle 7 und 8 begrenzen. Das Röhrchen 2 grenzt an die Wand 9 des Apparats zur Behandlung von Fluiden, der alle Röhrchen enthält. Das Röhrchen 2, das Röhrchen 1 und die Wand 9 des Apparats bilden jeweils aneinandergrenzende Bauteile. Der Apparat ist aus der französischen Patentschrift Nr. 2 234 912 bekannt.

Jede Membrane ist, wie bei 10 dargestellt, erfindungsgemäß über ihre gesamte Länge von wenigstens einem fadenförmigen, schraubenförmig gewickelten Element umgeben« Der Drehsinn dieses Elements ist wesentlich. Die Membrane 6 ist z.B. von zwei schraubenförmig gewickelten Fäden 11 und 12 umgeben, die um eine halbe Windung versetzt angeordnet sind. Jedes fadenförmige Element ist nach bekanntem Verfahren schraubenförmig um ein Membranröhrchen gewickelt und es ist auf diesem an seinen beiden Enden befestigt, beispielsweise durch Knoten oder Verschmelzen, durch Klebung oder Verkittung, durch ein polymerisierbares Harz auf der Membrane und/oder auf einer Klemmvorrichtung. Der übrige Teil des fadenförmigen Elements liegt auf der Membrane auf und ist vorzugsweise mit dieser wiederholt verbunden, sei es an verschiedenen Punkten in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich, beispielsweise durch Klebung, um eine möglichst konstante Steigung der Windungen unabhängig davon, wie das Röhrchen geformt ist.

Um eine evt. Reibung des Fadens auf der Membrane zu verhindern, die bei einer späteren Verformung des flexiblen Membranröhrchens auftreten könnte, verwendet man vorzugsweise an sich bekannte Herstellungsverfahren, bei denen Fäden schraubenförmig um die Membrane gewickelt werden, wobei sie in sich praktisch drehspannungsfrei bleiben. Unter einer Drehspannung des Fadens versteht man eine Verformung, die auftritt, wenn der Faden unter der Wirkung zweier entgegengesetzter Drehmomente steh't, die in Ebenen wirken, die senkrecht zur Längsrichtung des Fadens verlaufen. Auch wenn man den Faden bei jeder Windung

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um das Röhrchen um eine Umdrehung verdreht, so können die Drehungen in entgegengesetztem Drehsinn erfolgen.

Man kann auch den Faden während seines Aufwickeins um das Röhrchen auf eine Temperatur erwärmen, bei der er stabilisiert wird und das Drehmoment unterdrückt wird. Einen wärmeschrumpfbaren Faden kann man einer Wärmebehandlung unterwerfen, nachdem man ihn schraubenförmig auf das flexible Röhrchen aufgewickelt hat und man kann so eine Einspannwirkung erzielen.

Wie man aus der Figur ersieht, wird durch die Fäden 10, 11 und 12 ein Raum 13 zwischen den Röhrchen 1 und 2 freigehalten. Ebenso wird ein solcher Freiraum 14 zwischen dem Röhrchen 2 und der V/and 9 geschaffen. Der geringste Durchmesser dieses Freiraumes ist ziemlich konstant und gleich dem Durchmesser des Fadens, gleichgültig wie das Röhrchen angeordnet ist.

Wenn man für diese schraubenförmig gewickelten Fäden entsprechende Dicken vorsieht, so kann man zwischen den verschiedenen Röhrchenmembranen einen Minimalabstand einhalten, der notwendig ist, daß das Fluid die Membranen zufriedenstellend umströmen kann, was zum Wirkungsgrad des Apparats beiträgt und den Druckverlust gering hält. Dieser Minimalabstand ergibt auch eine optimale Kompaktheit des Apparats. Der Abstand zwischen den Röhrchen wird über die gesamte nutzbare Länge dieses Röhrchens gehalten, gleichgültig welche Form sie haben, bei spiels-' weise parallel gewickelt, verdreht oder dergl.

Für diese fadenförmigen Elemente verwendet man im allgemeinen einen weichen Faden, der im Querschnitt polygonal oder elliptisch sein kann, vorzugweise jedoch einen kreisförmige Querschnitt aufweist. Ein runder Faden hat im allgemeinen nur eine einzige Erzeugende und wenn von außen mechanischer Druck ausgeübt wird, legt er sich auf die Membrane ohne sie zu durchstoßen. Man kann einen Textilfaden verwenden, im allgemeinen nimmt man jedoch synthetische Fäden. Der Faden kann ein Sinfachfaden sein oder ein gefachtes Garn.

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Die Querabmessungen des Fadens, meist sein Durchmesser, lie~ gen im allgemeinen zwischen einem Fünfzigstel und der Hälfte, vorzugsweise zwischen einem Zwanzigstels und einem Achtel des Durchmessers der Röhrehenmembran.

Der Faden wird mit einer Steigung gewickelt, die im allgemeinem zwischen einem Viertel und dem 8-fachen, vorzugsweise zwischen dem halben und dem doppelten Durchmesser der Röhrchenmembrane liegt. Vorzugsweise ist die Steigung umso kleiner, je flexibler das Röhrchen ist und je geringer der Krümmungsradius ist. Man kann auch mehrere Fäden schraubenförmig wickeln, beispielsweise die Fäden 11 und 12 und diese Fäden gleichmäßig über die Oberfläche der Röhrchenmembrane verteilen.

Der Durchmesser der Röhrchenmembrane liegt im allgemeinen zwischen einem und zwanzig Millimeter und vorzugsweise zwischen zwei und 10 Millimetern und der Druchmesser ist vorzugsweise ziemlich klein, so daß die Apparate ausreichend klein gebaut werden können. Die poröse Unterlage der Röhrchenmembran kann eine an sich bekannte sein, vorzugsweise besteht sie aus einer Textilhülle, die flexibel ist und mit Radien von weniger als einigen Zentimetern bis zu einigen zehn Zentimetern gebogen werden. Man kann bekannte Unterlagen als Stützen für die 'flexiblen Röhrchen verwenden. Die Elemente, wie sie beispielsweise in den französischen Patentschrift 2 179 640 und 2 194 461 beschrieben sind, eignen sich gut.

Mehrerer solcher Röhrchenmembranen, die vorzugsweise einzeln gemäß der Erfindung mit Fäden versehen sind, können zu einem Bündel oder zu einem Strang zusammengefaßt werden, der selbst wieder von einem oder mehreren fadenförmigen Elementen umgeben werden kann, die in Schraubenform angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann man inabesondere die Handhabung der Röhrchenmembranen beim Zusammenbau des Apparats erleichtern.

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Die Verwendung der fadenförmigen Elemente, die schraubenförmig um die Röhrchenmembranen gewickelt sind, bietet noch andere Vorteile. Einerseits kann man Apparate bauen, in denen man die Röhrehenmembranen gegeneinander verankern kann. Sie können dann beispielsweise in einer wärmeschrumpfbaren Hülle zusammengefaßt werden, die gegebenenfalls dicht ist. Andererseits erleichtert', man dadurch, daß der Abstand zwischen den Röhrchenmembranen gesichert ist, die Herstellung dichter Vorrichtungen, die man beispielsweise dadurch erhält, daß man ein Harz um die Ende der röhrchenförmigen Membranen gießt. Die fadenförmigen Elemente schützen außerdem noch die Membrane, insbesondere bei der Herstellung des Apparats oder gegen Beschädigungen durch Reiben an den Wänden des Apparats. Es kann außerdem noch eine gewisse Einspannwirkung auf die Röhre henmembrane auftreten. Darüberhinaus kann man beobachten, daß die fadenförmigen Elemente den Fluidstrom um die Röhrchenmembranen gleichmäßig und regelmäßig machen, wodurch Stellen vermieden werden, die stärker umströmt werden.

Mit den Apparaten gemäß der Erfindung können Austauschvorgänge vorgenommen werden, z.B. eine Dialyse, eine direkte Osmose, ein Flüssigkeits-Gasaustausch, ein Gas-Gasaustausch oder dergl. Die Abtrennung von Fluiden durch Ultrafiltration, inverse Osmose oder Gaswanderung und selbst Mischungen können ebenfalls durchgeführt werden. Diese Arbeitsweisen können auch für eine Anreicherung ausgenützt werden. Auch Austauschvorgänge, z.B. ein Wärmeaustausch zwischen zwei Pluiden, eine Befeuchtung und/oder Konditionierung von Luft oder eine Mischung. z.B. von bestimmten Gasen in Flüssigkeiten können ebenfalls durchgeführt werden.

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Claims (6)

_ 7 Patentansprüche

1. Apparat zur Aufbereitung von Fluiden mit wenigstens einem halbdurchlässigen Membranröhrchen, das auf einer porösen, innenliegenden und flexiblen Unterlage angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane von den angrenzenden Elementen durch wenigstens ein fadenförmiges, schraubenartig um die Membrane gewundenes Element auf Abstand gehalten wird.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element in bekannter Weise auf der Membrane befestigt wird, wenigstens jedoch punktförmig in regelmäßigen Abständen.

3· Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element, nachdem es um die Membrane gewickelt wurde, thermisch geschrumpft wird.

4. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element aus einem Faden besteht, der, um die Membrane gewickelt, praktisch drehspannungsfrei ist.

5· Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der schraubenförmigen Windungen des fadenförmigen Elements zwischen einem Viertel und dem Achtfachen des Durchmessers der Membrane liegt.

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6. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element längs eines Zylindermantels liegt, sein Querschnitt kreisförmig ist und sein Durchmesser zwischen dem fünfzigsten Teil und der Hälfte des Durchmesser des Membranröhrchens liegt.

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