DE2546010C3 - Apparat zur Aufbereitung von Fluiden mit halbdurchlässigen Membranröhrchen - Google Patents
Apparat zur Aufbereitung von Fluiden mit halbdurchlässigen MembranröhrchenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Aufbereitung von Fluiden mit wenigstens einem halbdurchlässigen
Membranröhrchen, das auf einer innenliegenden porösen und flexiblen Unterlage aufgebracht ist.
Derartige Apparate werden als Austauscher zwischen zwei Fluiden oder als Abscheider von Fluiden
verwendet, die flüssig oder gasförmig sein können und in verschiedenen Anwendungsgebieten, z. B. der inversen
Osmose, der Ultra-Filtration, der Durchgasung oder der Dialyse.
Bei derartigen bekannten Apparaten sind die Membranröhrchen beispielsweise zu Bündeln oder
Spulen zusammengefaßt. Diese zusammengefaßten Membranröhrchen neigen jedoch dazu, sich aneinander
zu legen, wodurch einerseits Teile ihrer Oberfläche, die die benachbarte Membran oder die Wände des
Apparates berühren, außer Wirkung gesetzt werden, während andererseits eine gleichförmige Zirkulation
des Fluids um die Membranen gestört ist, Dabei können sich sogar, je nach der gegenseitigen Anordnung, völlig
stillgelegte Zonen bilden, was einen erheblichen Rückgang der Apparateleistung mit sich bringt und
gegebenenfalls zu einem völligen Ausfall führt. Auch ist häufig eine Reinigung bzw. Sterilisation erforderlich.
Es ist versucht worden, diese Mängel dadurch zu beseitigen, daß die Membranröhrchen auf Abstand
voneinander gehalten werden, indem man sie durch
Zwischenplatten oder Füllmaterial, z. B. weichen offenporigen
Schaumstoff führt, jedoch verringert man auf diese Weise die Kompaktheit der Apparate, d. h. das
Verhältnis nutzbare Membranoberfläche zu Gesamtvolumen
des Apparates.
Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe,
einen Apparat zur Behandlung von Fluiden mit halbdurchlässigen flexiblen Membranröhrchen zu schaffen,
der eine wirksame gleichförmige regelmäßige Umströmung der Membran sicherstellt, d.h. wirksam
insbesondere auf einen besseren Durchsatz ist, und einen geringeren Druckabfall aufweist, während er
andererseits kompakter als die bekannten Apparate ist.
Dies wird bei einem Apparat der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Membrane mit wenigstens
einem fadenförmigen, schraubenartig um die Membrane gewundenen Element als Distanzelement gegen angrenzende
Membranröhrchen umwickelt ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung werden die einzelnen Membranröhrchen in Abstand voneinander
gehalten und dadurch die Möglichkeit einer völligen Umströmung gegeben, während andererseits durch die
schraubenförmige Anordnung der fadenförmigen Elemente eine Strömungsleitwirkung in den Spalt zwischen
zwei aneinanderliegenden Röhrchen erreicht wird, so daß die Umströmung der Membranröhrchen noch
weiter verbessert wird
Die Verwendung dieser fadenförmigen Elemente, die schraubenförmig um die Röhrchenmembran gewickelt
sind, bietet noch weitere Vorteile. Einerseits kann man Apparate bauen, in denen man die Röhrchenmembranen
miteinander 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 Enden
der röhrchenförmigen Membranen g'ijßt. Die fadenförmigen
Elemente schützen außerdem die Membran insbesondere bei der Herstellung des Apparates und
gegen Beschädigungen durch Reiben an den Wänden des Apparates. Es kann außerdem noch eine gewisse
Einspannwirkung auf die Röhrchenmembrane erzeugt werden.
Es ist zwar bekannt (DT-PS 17 433), spiralförmige
Elemente als Abstützungen zwischen ebenen Membranen von Elektrolysevorrichtungen zu verwenden. Diese
Spiralen haben sich als Stützelement jedoch nicht bewährt, insbesondere können bei dieser Verwendung
die spiralförmigen Elemente nicht zur Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung in den Zellen oder Flüssigkeitsräumen
verwendet werden. Die Erfindung verwendet nicht schraubenförmige Elemente als Abstandselemente
schlechthin, sondern es wird ein fadenförmiges Element als Abstandselement verwendet, welches schraubenförmig
um das Membranröhrchen gewickelt ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird im Gegensatz zu
bekannten Anordnungen eine wesentliche Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung durch Schaffung entsprechender
Durchfluß-Spalte zwischen dem Membranröhrchen und durch eine leitorganartige Wirkung der
schraubenförmigen Fadenelemente erreicht.
Vorzugsweise ist das fadenförmige Element bzw. sind die fadenförmigen Elemente in bekannter Weise auf der
Membrane wenigsten? punktförmig in regelmäßigen Abständen befestigt. Das fadenförmige Element kann
auch auf die Membran thermisch aufgeschrumpft sein.
Bei entsprechender Ausbildung des fadenförmigen Elementes und einer entsprechenden Führung beim
Umwickeln kann das fadenförmige Element praktisch drehfrei auf der Membrane sitzen.
Der Abstand der schraubenförmigen Windungen des bzw. der fadenförmigen Elemente liegt vorzugsweise
zwischen einem Viertel und dem Achtfachen des Durchmessers der Membrane.
Vorzugsweise liegt das fadenförmige Element längs eines Zylindermantels an, ist im Querschnitt kreisförmig
und sein Durchmesser liegt zwischen dem fünfzigsten Teil und der Hälfte des Durchmessers des Membranröhrchens.
Mit Apparaten gemäß der Erfindung können Austauschvorgänge vorgenommen werden, z.B. eine
Dialyse, eine direkte Osmose, ein Flüssigkeits-Gasaustausch, ein Gas-Gasaustausch od. dgl. Die Abtrennung
von Fluiden durch Ultra-Filtration, 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 Fluiden, eine Befeuchtung und/oder Konditonierung
von Luft oder eine Mischung z. B. von bestimmten Gasen oder Flüssigkeiten können ebenfalls durchgeführt
werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Teilschrägansicht auf zwei aneinandergrenzende Membranröhrchen mit fadenförmigen
Elementen, von denen eines an einer Wand des Apparates anliegt.
Die Röhrchen 1 und 2 bestehen aus je einer porösen, etwa zylindrischen flexiblen Textilhülle 3 und 4, die
außen mit halbdurchlässigen Membranen 5 und 6 abgedeckt sind. Diese Textilhüllen sind hohl und setzen
sich aus einer oder mehreren konzentrischen Lagen aus Fadengeflecht zusammen, weiche 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 t und die Wand 9 des Apparats bilden jeweils aneinandergrenzende
Bauteile. Der Apparat ist aus der französischen PatentschriftNr.22 34912bek?nnt.
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 Il 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 ge'ormt ist.
Um eine eventuelle Reibung des Fadens auf der Membrane zu verhinaern, 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
s Drehspannung des Fadens versteht man eine Verformung, die auftritt, wenn der Faden unter der Wirkung
zweier entgegengesetzter Drehmomente steht, die in Ebenen wirken, die senkrecht zur Längsrichtung des
Fadens verlaufen. Auch wenn man den Faden bei jeder
ίο Windung um das Röhrchen um eine Umdrehung
verdreht, so können die Drehungen in entgegengesetztem Drehsinn erfolgen.
Man kann auch den Faden während seines Aufwikkelns 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, wiro drrch 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 Wand 9 geschaffen.
:<i 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 vorsieh;, so kann man
ίο 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
is 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, beispielsweise parallel gewickelt, verdreht od. dgl.
Für diese fadenförmigen Elemente verwendet man im allgemeinen einen weichen Faden, der im Querschnitt
polygonal oder elliptisch sein kann, vorzugsweise jedoch einen kreisförmigen 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 Einfachfaden sein oder ein
gefachtes Garn.
Die Querabmessungen des Fadens, meist sein Durchmesser, liegen im allgemeinen zwischen einem
Fünfz:gsiel und der Hälfte, vorzugsweise zwischen
einem Zwanzigstel und einem Achtel des Durchmessers der Röhrchenmembran.
Der Faden wird mit einer Steigung gewickelt, die im allgemeinen zwischen einem Viertel und dem Achtfachen,
vorzugsweise zwischen dem halben und dem doppelten Durchmesser der Röhrchenmembrane liegt.
(ίο 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 Röhrchen-
'>·, membrane verteilen.
Der Durchmesser der Röhrchenmembrane liegt im allgemeinen zwischen einem und zwanzig Millimeter
und vorzugsweise zwischen zwei und zehn Millimetern
und der Durchmesser ist vorzugsweise ziemlich klein, so daß die Apparate ausreichend klein gebaut werden
können. Die poröse Unterlage der Röhrchenmembrane 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 Patentschriften 21 79 640 und 21 94 461 ,.
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 insbesondere die Handhabung der Röhrchenmembranen beim Zusammenbau
des Apparats erleichtern.
Die Verwendung der fadenförmigen Elemente, die
schraubenförmig um die Röhrchenmembranen gewikkelt sind, bietet noch andere Vorteile. Einerseits kann
man Apparate bauen, in denen man die Röhrchenmem branen 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 I larz um die
Enden der röhrchenförmigcn 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 Röhrchenmembrane
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 od. dgl. Die Abtrennung
von Fknden durch Ultrafiltration, inverse Osmose oder
Gaswanderung und selbst Mischungen können cbcnfall· durchgeführt werden. Diese Arbeitsweisen können auch
für eine Anreicherung ausgenützt werden. Auer Austauschvorgänge. z. B. ein Wärmeaustausch zwischer
zwei Fluiden, eine Befeuchtung und/oder Konditionic rung von Luft oder eine Mischung z. B. von bestimmter
Cjasen v,~- Flüssigkeiten können ebenfalls durchgcführi
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Apparat zur Aufbereitung von Fluiden mit wenigstens einem halbdurchlässigen Membranröhrchen,
das auf einer innenliegenden porösen und flexiblen Unterlage angebracht ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membrane (5,6) mit wenigstens einem fadenförmigen, schraubenartig um
die Membrane (5, 6) gewundenen Element (11, 12) als Distanzelement gegen angrenzende Membranröhrchen
(1,2) umwickelt ist.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element (11, 12) in
bekannter Weise auf der Membrane (5, 6) wenigstens punktförmig in regelmäßigen Abständen
befestigt ist.
3. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige
Element (11, 12) auf die Membrane (5, 6) thermisch aufgeschrumpft ist.
4. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige
Element (11, 12) praktisch drehspannungsfrei auf der Membrane (5,6) sitzt.
5. Apparat nach einem drr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
der schraubenförmigen Windungen des bzw. der fadenförmigen Elemente (11,12) zwischen einem
Viertel und dem Achtfachen des Durchmessers der Membrane He^*.
6. Apparat nach einem ότ vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Element (11,12) längs eines Zylindermantels
anliegt, im Querschnitt kreisförmig ist und sein Durchmesser zwischen dem fünfzigsten Teil und der
Hälfte des Durchmessers des Membranröhrchens(l, 2) liegt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |