DE29900752U1 - Vorrichtung zur Membranfiltration insbesondere von Flüssigkeiten und Gasen - Google Patents

Vorrichtung zur Membranfiltration insbesondere von Flüssigkeiten und Gasen

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Description

18.01.1999 Dipl. Ing. A. F. IANIERO
Wittelsbacherstr. 32
82110 Germering
Vorrichtung zur Membranfiltration von Fluiden insbesondere
von Flüssigkeiten und Gasen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration
von Fluiden insbesondere von Flüssigkeiten und Gasen.
Unter Membranfiltration wird im allgemeinen ein Trennverfahren zur
selektiven Abtrennung von Substanzen verschiedener Teilchengröße mit
Hilfe feinstrukturierter Membranen verstanden. Durch Druck oder
Unterdruck kann das Verfahren kontinuierlich oder diskontinuierlich
angewandt werden. Übliches Anwendungsgebiet ist die Anreicherung,
Trennung und Abscheidung von grobdispersen, koloidalen bis molekularen dispersen Teilchen aus Flüssigkeiten oder Gasen, z.B. bei mikrobiologischer
Keimzahlbestimmung, Sterilfiltration hitzelabiler Lösung, Reinigung von Gasen, Abtrennung von Stäuben, als Anreicherungsverfahren und zur Abschätzung von Molmassen in der Eiweiß- und Hochpolymerchemie und dergleichen. Der Begriff Membranfiltration umfaßt demnach in der
Regel die wichtigsten Membrantrennverfahren, wie die Umkehrosmose
(Hyperfiltration), die Membran-Mikrofiltration sowie die Ultrafiltration.
Die Ultrafiltration, die üblicherweise ein Trennverfahren für Lösungen makromolekularer Stoffe bezeichnet, findet sowohl im Labor als auch in der Prozeßtechnik z.B. zum Konzentrieren, Reinigen und Fraktionieren
Anwendung, so etwa auch in der Metallverarbeitung zur Aufbereitung von Ölemulsionen, zum Recycling bei der elektrophoretischen Lackierung, in der Pharmaindustrie z.B. zum Abtrennen von Pyrogenen, im Molkereibereich
z.B. zum Konzentrieren von Molkereieiweißstoffen, in der Medizin z.B. zum Entgiften des Blutes in künstlichen Nieren (Hämofiltration), in der Biotechnologie z.B. zum Konzentrieren und Reinigen von
Fermentationsprodukten, im Umweltschutz z.B. zur Prozeßabwasseraufbereitung
und Zurückgewinnung von Wertstoffen, sowie zur
Bereitung von Reinstwasser.
Als Verfahrensvarianten der Ultrafiltration sind z.B. die Diafiltration, die Elektrofiltration oder die micell- unterstützte Ultrafiltration zu nennen.
Die Umkehrosmose stellt eine Umkehrung des Prinzips der normalen Osmose dar und wird durch die Überwindung des osmotischen Druckes durch einen höheren Druck erzwungen. Es wird dabei z.B. reines Wasser aus einer Salzlösung durch eine semipermeable Membran abgetrennt. Membranmaterialien und Membranaufbau sind bei allen Membrantrennverfahren im übrigen weitgehend ähnlich. Die technische Membrananordung geschieht in sogenannten Modulen, wobei in der Regel Platten-, Wickel-, Rohr-, Kapilar- und Hohlfasermodule verwendet werden. Die Umkehrosmose findet in großem Maßstab z.B. bei der Trinkwassergewinnung durch Meerwasserentsalzung und durch Aufbereitung von Brackwasser sowie bei der Entgiftung und dem Recycling von Abwassern, besonders aus galvanotechnischen Betrieben, Anwendung. Weitere Einsatzgebiete sind z.B. das Entfernen von Farbstoffen aus Abwässern der Textilfärberei, beim Aufbereiten von Kesselspeisewasser, bei der Gewinnung von hochreinem Wasser, z.B. für die Elektroindustrie und für klinische Labors, für die pharmazeutische und kosmetische Industrie, bei der Rückgewinnung von Silber in der fotochemischen Industrie, bei der Herstellung konzentrierter wäßriger Lösungen in der pharmazeutischen Industrie und in der Nahrungsmittelindustrie, z.B. bei der Konzentrierung von Fruchtsäften ohne Aromaverlust, von Milch und dergleichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Vorrichtung zur Membranfiltration von Fluiden insbesonders von Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, mit der die Membranfiltration möglichst effektiv, umweltfreundlich und mit einer möglichst hohen Ausbeute an filtriertem Fluid durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrem hochdruckfesten Kernkörper und dem fluiddurchlässigen, hochdruckfesten Abstands-element/elementen gestattet es auf vorteilhafte Art und Weise, eine Membranfiltration bei erheblichen höheren Betriebsdrücken als bisher auszuführen und dadurch die Ausbeute an filtriertem Fluid pro Zeiteinheit und folglich auch die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Gerätes beträchtlich zu erhöhen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische, stark vergrößerte Teilansicht des Bereiches X in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1; und
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht, analog zu der Darstellungsweise von Fig. 3, einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Einige der möglichen Alternativen (A) anschließend kurz erläutert:
A 01 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Hohlkörpers 4: Hohlkörper kugelförmig.
Ist außerdem denkbar, einer von außen kubische oder sonstige Form und von innen eine runde bzw. andere vorteilhafte Form).
A 02 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Hohlkörpers 4: Hohlkörper oval. Außerdem ist denkbar, einer von außen kubische oder sonstige Form und von innen eine ovale bzw. andere vorteilhafte Form).
A 03 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: ein oder mehrere flache Kernkörper statt ein oder mehrere zylindrische Kernkörper. Diese können wiederum mehrschichtig aufgebaut sein).
A 04 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4
(alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Der Kernkörper als verschiedenförmiger Vollkörper, mit einer Art Grat oder Kanal 30 in Form eines Feinstgewindes auf der Oberfläche ausgestattet, um den filtrierten Fluid 10 besser transportieren zu können).
A 05 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: statt Kernkörper aus Vollgussmaterial, in Form einer Flachfeder die zusammengedrückt physikalisch eine Art Vollkörper darstellt. Die Flachfeder kann zylindrisch bzw. jede weitere beliebige Form und Kontur haben).
A 06 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper bestehend aus mehreren Einzelteilen die zusammen wiederum physikalisch eine Art Vollkörper darstellen. Die gesamte Form und Oberflächenbeschaffenheit kann beliebig verschieden sein).
A 07 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper bestehend z.B. aus mehreren einzelnen Scheiben die zusammen physikalisch eine Art Vollkörper darstellen. Die Scheiben können verschieden förmig sein, vollkommen planar, gewölbt etc., perforiert oder mit glatter Kontur oder mit Ritzen etc. versehen sein).
A 08 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper flach bestehend aus mehreren Einzelteilen, z.B. Platten die zusammen bzw. fest miteinander verbunden, die physikalisch eine Art Vollkörper darstellen. Die gesamte Form und Oberflächenbeschaffenheit kann beliebig verschieden sein).
A 09 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper aus porösen verschxedenförmigen Vollmaterial; dabei ist denkbar, bei präziser Festlegung der Porengröße, dieses Material bereits als Membran aufzufassen. In diesem Fall könnte man auf einige Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung d.h. u.a. 20, 16 teilweise bzw. komplett verzichten).
A 10 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper
aus Vollgussmaterial mit draufgewickeltem Flachband-Material
bzw. Draht die z.B. zopfartig oder netzartig
geflochten physikalisch einer Art Vollkörper darstellt).
A 11 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper
aus Partikelmaterial mit vorbestimmter Korngröße, die
nebeneinander geordnet, physikalisch eine Art Vollkörper
darstellen).
A 12 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper mit
einer Bohrung/Öffnung versehen. Die Bohrung kann mittig und/oder nicht mittig, auf der ganzen- und/oder Teillänge, geradlinig
oder in eine andere vorteilhafte Ausgestaltungsform verlaufen).
A 13 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper aus
Vollgußmaterial, in Form eines Zylinders oder weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsform.
Die Oberfläche kann glatt, rauh, mit verschiedenartigen
Schlitzen z.B. spiralförmig, längsförmig, diagonalförmig,
als Feinstgewinde oder jede andere vorteihafte Form sein.
Die Schlitze auf der Oberfläche können verschiedene Tiefe
haben bzw. verschiedene Breiten und Längen.
Von der Schnittform her können diese geradlinig, wellenförmig
oder jede weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform haben. Die Schlitze können von der Oberfläche aus beobachtet,
waagerecht, schräg, oder in jede andere vorteilhafte
Ausgestaltungsform zur Mitte/Bohrung verlaufen).
A 14 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper aus
Vollgußmaterial, allerdings mit einem unabhängigen aus gleichem Material oder jedem anderen vorteilhaften Material, bestehenden Ummantelung.
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Die Ummantelung kann passend zu der Oberfläche des Kernkörpers die Form eines Rohres oder jede weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform annehmen.
Die Ummantelung kann sowohl auf seiner Oberfläche, wie auf seiner inneren Fläche glatt, rauh, mit Schlitzen z.B. spiralförmig, längsförmig, diagonalförmig,als Feinstgewinde oder jede andere vorteilhafte Form sein.
Die Schlitze auf der Oberfläche können verschiedene Tiefen haben bzw. verschiedene Breiten und Längen. Von der Schnittform her können diese geradlinig, wellenförmig oder jede weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform haben. Weiterhin kann die Ummantelung aus einem Teil und/oder aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein).
A 15 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Kernkörpers 14: Kernkörper hergestellt aus einem in sich gewickelten und/oder in mehreren Schichten zusammengefaltetes Flachmaterial. Dieses Flachmaterial kann als Endform eines Zylinders oder weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform darstellen. Die Oberflächenbeschaffenheit des Materials kann glatt, rauh, mit verschiedenartigen Schlitzen z.B. spiralförmig, längsförmig, diagonalförmig, als Feinstgewinde oder jede andere vorteihafte Struktur aufweisen.
Das Flachmaterial kann wiederum aus eine poröse/nicht poröse und/oder jede weitere geeignete Materialstruktur geschaffen sein.
A 16 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung der Membranfilter 16: die Membran kann sowohl getrennt, als Einzelstück oder im Verbund mit dem Abstandselement 20 oder ein Teil davon hergestellt sein).
Die Membran kann bereits abgestimmt auf den Umfang des Abstandselementes als ein Stück vorgefertigt sein bzw. aus einem planaren/flachen Material oder jeder anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform gefertigt werden. Die Membran kann aus einem Einzigen bzw. mehreren zusammengesezten Einzelstücken bestehen. Die Oberflächen der Membran können glatt sein oder jede andere
vorteilhafte Ausgestaltungsform haben.
Im Falle eines planaren/flachen Materials müssen die jeweiligen Endstücke, um eine 100%ige Dichtigkeit zu gewährleisten immer mit einem geeigneten Kleber, Schweißmittel,Verschlußsystem oder jedem anderen vorteilhaften Mittel ausgestattet sein).
A 17 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; (alternative Ausführung des Abstandselementes 20: Abstandselement bestehend aus einem oder mehreren Einzelteilen. Die Oberflächen des Abstandselementes bzw. der jeweiligen Einzelteile können verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsformen besitzen.
Das Abstandselement kann bereits vorgefertigt nach der Form des Kernkörpers/Ummantelung sein und zwar in fester oder elastischer Form bzw. jede andere vorteihafte Ausgestaltungsform haben. Das Abstandselement kann aber auch aus einem planaren/flachen Material und/oder aus jeder anderen vorteilhaften Materialform gefertigt werden.
Das Abstandselement kann an den Kernkörper/Ummantelung mit geeignetem Kleber oder auch anderen vorteihaften Binde- bzw. Haftungsmittel angebracht werden.
Im Falle eines planaren/flachen Materials müssen die jeweiligen Endstücke, um eine 100%ige Dichtigkeit zu gewährleisten immer mit einem geeigneten Kleber, Schweißmittel, Verschlußsystem oder jedem anderen vorteihaften Mittel/Verschluß ausgestattet sein).
Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen und Alternativen annehmen.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich ist.
In der Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Membranfiltration von Fluiden, im vorliegenden Fall einer Flüssigkeit 2 dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt ein im vorliegenden Fall als zylindrischer Hohlkörper ausgestaltetes Gehäuse 4, könnte auch kugelförmig, eine ovale Form oder jede andere beliebige Form oder eine Mischung aus mehreren Formen aufweisen (z.B. auch mit eine kubische oder andere beliebige äußeren Form und eine andere innere Form) mit einer Einlaßöffnung 6 für die zu filtrierende Flüssigkeit 2 (hier: Meerwasser) und einer Auslaßöffnung 8 für die filtrierte Flüssigkeit 10 (hier: durch die Membranfiltration aus dem Meerwasser gewonnenes Trinkwasser). Das Gehäuse 4 besitzt im vorliegenden Fall eine Länge von ca. 60 cm, einen Innendurchmesser von ca. 20 cm und eine Druckfestigkeit für einen Betriebsdruck von 300 bar. Je nach Anwendungsfall kann die Druckfestigkeit des Gehäuses 4 jedoch auch kleiner bzw. noch weitaus größer sein und bei bis zu 2000 bar oder größer liegen. Die Vorrichtung weist ferner eine mit der Einlaßöffnung korrespondierende und gleichzeitig als Zuführeinrichtung für das Meerwasser 2 fungierende Druckerzeugungseinrichtung 12 auf, die einen hydrostatischen Druck von im vorliegenden Fall ca. 250 bar erzeugt, der auf das einzuspeisende Meerwasser 2 wirkt. Erfindungsgemäß ist grundsätzlich vorgesehen, daß die Druckerzeugungseinrichtung 12 einen Betriebsdruck in einem Bereich von 1 bis 2000 bar, ggf. sogar größer, besitzen kann. Im Innenraum des Gehäuses 4 ist ein (oder mehrere) hochdruckfester Kernkörper 14 angeordnet, der sich mittig im wesentlichen durch die gesamte Länge des Gehäuseinnenraumes erstreckt und im vorliegenden Fall als zylindrischer Vollkörper mit einem runden Querschnitt ausgestaltet ist. Der Kernkörper 14 kann grundsätzlich auch jede andere geeignete Querschnittform besitzen und z.B. als Hohlflachkörper, geschichteter Flachkörper, kugelförmig, oval und/oder als Profilkörper ausgestaltet sein oder jede andere beliebige Form haben. Ferner kann die Oberfläche des Kernkörpers.glatt oder mit einer Struktur, Kontur und/oder mit Einbuchtungen versehen sein. Der Durchmesser des Kernkörper 14 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel ca. 12 cm. Die Erfindung ist indes nicht auf diese Variante des Kernkörpers 14 beschränkt.
Der Kernkörper 14 kann in bestimmten Anwendungsfällen ebenso eine andere geeignete Querschnittform aufweisen. Der Kernkörper 14 ist wie das Gehäuse 4 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem nichtrostenden
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Seewasser beständigen Stahlwerkstoff hergestellt. Ebenso können jedoch andere geeignete Materialien zur Anwendung kommen, so z.B. Glas, Keramik, Leichtmetalle, insb. Aluminium, Buntmetalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und dergleichen. Die Druckfestigkeit des Kernkörpers 14 beträgt je nach Bedarf bis 2000 bar oder größer. In dem Innenraum des Gehäuses 4 befindet sich des weiteren ein permeabler/semipermeabler Membranfilter 16, der konzentrisch um den Kernkörper 14 herum angeordnet ist. Der Membranfilter 16 besitzt im vorliegenden Fall einen dünnen folienartigen Aufbau (sie kann grundsätzlich bei Bedarf auch eine andere geignete Materialstruktur und Aufbau besitzen), wobei die Membranfilterfolie um den Kernkörper 14 herum gelegt und zum Zwecke eines Austausches oder einer Wartung mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln lösbar an dem Kernkörper 14 oder einem damit korrespondierenden Bauteil befestigt ist. Der Membranfilter 16 selbst ist in der Regel verstärkt, d.h. er besitzt eine hochporöse Stützschicht, die die eigentliche dünne Trennschicht trägt. Die nominale Selektionsgrenze bzw. die effektive Porengröße des Membranfilters 16 ist jeweils in Abhängigkeit von dem gegebenen Einsatzzweck gewählt und kann von Fall zu Fall erheblich variieren. Grundsätzlich kann für die Erfindung jeder für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Membranfilter gewählt werden. Zur Herstellung der eigentlichen Membran des Filters werden üblicherweise Zellulosederivate, Polyamide, Polyphenylchlorid, Polysulfone, Teflon, Polypropylen, Zelluloseacetate aber auch anorganische Materialien wie z.B. aus Aluminiumoxid, Keramik, Ton, Kohlenstoffasern, Zirkoniumoxyd und dergleichen mehr eingesetzt. Die Erfindung ist indessen nicht auf diese speziellen Membrantypen beschränkt. Die stirnseitigen Enden des Membranfilters 16 sind zum Kernkörper 14 und/oder zum Gehäuse 4 hin abgedichtet (Abdichtung 18). Zur einfacheren Montage oder zum Austausch des Membranfilters 16 kann dieser auch mehrteilig ausgestaltet und/oder in einem separaten oder integral angeformten Filterträger gehalten sein, so daß es möglich wird, den Membranfilter 16 leichter in der erforderlichen Position zu fixieren oder wieder zu entfernen.
Zwischen dem Membranfilter 16 und dem hochdruckfesten Kernkörper 14 ist ein fluiddurchlässiges, hochdruckfestes Abstandselement 20 (können bei Bedarf ein oder mehrere sein) vorgesehen, über das sich der Membranfilter 16 auf dem Kernkörper 14 abstützt. Das Abstandselement 20, das eine Druckfestigkeit von bis zu 2000 bar oder größer besitzt,
korrespondiert im vorliegenden Fall direkt mit der für die filtrierte Flüssigkeit 10 vorgesehenen Auslaßöffnung 8. Das heißt, daß die durch den Membranfilter 16 hindurchtretende und damit filtrierte Flüssigkeit 10 in das fluiddurchlässige hochdruckfeste Abstandselement 20 eintritt und durch dieses hindurchtritt und über die Auslaßöffnung 8 abgeleitet wird. Das hochdruckfeste Abstandselement 20 ist im vorliegenden Fall aus einem dem Membranfilter 16 im wesentlichen gleichenden Membranfiltermaterial bzw. anderen vorteilhaften Materialien hergestellt, das jedoch eine größere Porengröße als die Porengröße des Membranfliters 16 selbst besitzt, so daß die Ableitung der durch den Membranfilter 16 hindurch getretene filtrierte Flüssigkeit 10 ohne Störungen oder einen unerwünschten Rückstau gewährleistet ist (in der Fig. 3 sind die Poren des Filters 16 und des Abstandselements 20 als einfache Kreise angedeutet).
Das hochdruckfeste Abstandselement 20 kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material z. B. aus einem maschendrahtartigen bzw. porösen Körper hergestellt sein.
Hochdruckfest im Sinne der Erfindung kann im übrigen auch ein schwammartiger und/oder elastischer Körper sein, der die Hochdruckfestigkeit erst in einem bestimmten Kompressionszustand entwickelt. Dieses Membranfiltermaterial mit einer größeren Porengröße kann in der Art eines mehrschichtigen Aufbaus direkt mit dem Membranfilter 16 verbunden oder aber separat von diesem angeordnet sein. An Stelle oder zusätzlich zu dieser Ausgestaltung des hochdruckfesten Abstandselements 20 kann das hochdruckfeste Abstandselement 20 auch im wesentlichen durch auf der dem Membranfilter 16 zugeordneten Umfangsflache des hochdruckfesten Kernkörpers 14 vorgesehene Kanäle 30 (siehe hierzu Fig. 3) gebildet sein, deren Gesamtdurchtrittsflache wenigstens größer gleich einer Gesamtdurchtrittsflache des Membranfilters 16 ist, so daß wiederum der Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles sowie ein sicheres Ableiten der filtrierten Flüssigkeit gewährleistet ist. Die Erfindung ist indes nicht auf die vorher beschriebenen fluiddurchlässigen, hochdruckfesten Abstandselemente beschränkt. Es können ebenso andere geeignete fluiddurchlässige, hochdruckfeste Abstandselemente eingesetzt werden, so z.B. andere filterartige mikroporöse Trennschichten oder aber netz-, maschen-, oder schaumartige Strukturen mit einem Hohlraumanteil, der das besagte Druckgefälle sowie das sichere Ableiten des filtrierten Fluids 10 ermöglicht.
Wie in der Fig. 1 des weiteren zu erkennen, besitzt das Gehäuse 4 eine mit dem Gehäuseinnenraum kommunizierende Zusatzaustrittsöffnung 22, durch die ein Teil des zu filtrierenden Meerwassers 2 unfiltriert hindurchtreten und ggf. in einem Meerwasserkreislauf zurückgeführt werden kann. Die Zusatzaustrittsöffnung 22, die wahlweise vorgesehen werden kann, ermöglicht bei einem durch die Druckerzeugungseinrichtung 12 vorgegebenen Einspeisungsdruck eine unabhängige Einstellung des Gehäuseinnendrucks und übt mit einem angeschlossenen Überlastventil 24 auch eine Sicherheitsfunktion aus. Ferner schafft die Zusatzaustrittsöffnung 22 eine gewisse Durchströmung des Gehäuseinnenraums entlang der Oberfläche des Membranfilters 16, so daß ein gewisser Selbstreinigungseffekt der Membranfilteroberfläche eintritt. Diese Wirkung wird verstärkt durch an der Gehäuseinnenwand angebrachte Turbulatoren 26, die in Zusammenwirkung mit der im Gehäuseinnenraum vorherrschenden leichten Strömung als Reinigungseinrichtung fungieren. Andere geeignete Reinigungseinrichtungen, z.B. mechanischer oder chemischer Art, sind im Sinne der Erfindung natürlich ebenso denkbar.
Die Fig. 2 zeigt eine schernatische, stark vergrößerte Teilansicht des Bereiches X in Fig. 1. Aus dieser Darstellung ist noch mal besonders gut die Abstützung des semipermeablen Membranfilters 16 über das fluiddurchlässige hochdruckfeste Abstandselement 20 das zwischen dem Membranfilter 16 und dem hochdruckfesten Kernkörper 14 steht zu erkennen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1 mit einer zweiten Ausführungsform eines fluiddurchlässigen, hochdruckfesten Abstandselementes 20.
Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, ist das Abstandselement 20 mehrschichtig aufgebaut, wobei die Porengröße bzw. die Gesamtdurchtrittsflache einer jeweiligen Abstandselementschicht ausgehend von dem Membranfilter 16 zum Kernkörper 14 hin zunimmt. Die Poren sind wieder als einfache Kreise angedeutet. In die Fig. 3 sind auch die als alternative oder zusätzliche Variante eines fluiddurchlässigen, hochdruckfesten Abstandselementes einsetzbaren Kanäle 30 oder Aussparungen eingezeichnet, die auf der dem Membranfilter 16 zugeordneten Umfangsflache des hochdruckfesten Kernkörpers 14 vorgesehen sind.
Fig. 4 zeigt analog zu der Darstellungsweise von Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der hochdruckfeste Kernkörper 14 als Hohlkörper mit einem runden Querschnitt ausgestattet ist. Die Wandung des Kernkörpers 14 ist mit Durchgangsöffnungen 28 versehen, und der Membranfilter 16 ist direkt auf dem Außenumfang des Kernkörpers 14 abgestützt (der Kernkörper 14 übernimmt hier also gleichzeitig die Funktion eines fluiddurchlässigen hochdruckfesten Abstandselements), so daß die filtrierte Flüssigkeit 10 in das Innere des Kernkörpers 14 tritt und von dort abgeleitet werden kann.
Im Rahmen des Schutzumfangs können diese Einzelteile die zusammen eine für den Prozeß echten vollen Kernkörper darstellen als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei besondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der zugehörigen Ansprüche darstellen.
Mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen können des weiteren bei Bedarf in Serie und/oder parallel zu einer Funktionseinheit zusammengeschlossen werden. Die Vorrichtung sowie deren einzelne Komponenten können teilweise und/oder vollständig zerlegbar sein, um einen leichteren Transport, Montage, Demontage und Wartung zu erleichtern, sowie um eine auf die jeweiligen Anforderungen gerichtete Variation der Konstruktion zuzulassen.
Insbesondere kann der hochdruckfeste Kernkörper aus einem oder mehreren Teilkörpern bestehen. Diese Teilkörper können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet bzw. verschachtelt, lösbar und /oder unlösbar miteinander fixiert sein. Der Kernkörper kann nun die Form einer Spirale oder eine Ziehharmonikaform aufweisen.
Ferner ist es möglich, die Vorrichtung auf einer stationären oder mobilen Halterung zu fixieren. Überdies kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geeigneten Kontroll- und/oder Regeleinrichtungen ausgestattet sein oder mit diesen zusammenwirken.
Obwohl die Erfindung oben in Verbindung mit einer Flüssigkeit beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß sie auch in Verbindung mit Gasen eingesetzt werden kann.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
Es bezeichnen:
2 Zu filtrierendes Fluid; Flüssigkeit bzw. Gas
4 Gehäuse
6 Einlaßöffnung für 2
8 Auslaßöffnung für 10
10 Filtriertes Fluid; Flüssigkeit bzw. Gas
12 Druckerzeugungseinrichtung
14 Hochdruckfester Kernkörper
16 Membranfilter
18 Abdichtung
20 Fluiddurchlässiges, hochdruckfestes Abstandselement
22 Zusatzaustrittsöffnung
24 Überlastventil
26 Turbulatoren / Reinigungseinrichtung
28 Durchgangsöffnungen
30 Kanäle

Claims (11)

15 gypnsprüche
1. Vorrichtung zur Membranfiltration von Fluiden (2), insb. von Flüssigkeiten und Gasen, umfassend
wenigstens ein Gehäuse (4) mit mindestens einer Einlaßöffnung (6) für das zu filtrierende Fluid (2) und mindestens einer Auslaßöffnung (8) für das filtrierte Fluid (10), wenigstens eine mit der Einlaßöffnung (6) korrespondierende Druckerzeugungseinrichtung (12),
- wenigstens einen in einem Innenraum des Gehäuses (4) angeordneten hochdruckfesten Kernkörper (14), wenigstens einen im Innenraum des Gehäuses (4) befindlichen semipermeablen Membranfilter (16), der um den hochdruckfesten Kernkörper (14) herum angeordnet ist, und wenigstens ein zwischen dem Membranfilter (16) und dem hochdruckfesten Kernkörper (14) vorgesehenes fluiddurchlässiges, hochdruckfestes Abstandselement (20), über das sich der Membranfilter (16) auf dem Kernkörper (14) abstützt, und das direkt und/oder indirekt mit der Auslaßöffnung (8) korrespondiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der hochdruckfeste Kernkörper (14) im wesentlichen als Vollkörper ausgestaltet ist.. ... .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der hochdruckfeste Kernkörper (14) im wesentlichen als Hohlkörper ausgestaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der hochdruckfeste Kernkörper (14) im wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das fluiddurchlässige, hochdruckfeste Abstandselement (20) im wesentlichen durch ein Membranfiltermaterial gebildet ist, welches eine größere Porengröße als die Porengröße des Membranfilters (16) selbst besitzt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das fluiddurchlässige, hochdruckfeste Abstandselement (20) im wesentlichen durch auf der dem Membranfilter (16) zugeordneten Umfangsflache des hochdruckfesten Kernkörpers (14) vorgesehene Kanäle (30) gebildet sind, deren Gesamtdurchtrittsflache wenigstens größer gleich einer Gesamtdurchtrittsflache des Membranfilters (16) ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (4) eine Innendruckfestigkeit für einen Betriebsdruck bis zu 2000 bar oder größer besitzt.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der hochdruckfeste Kernkörper (14) eine Druckfestigkeit für einen Betriebsdruck bis zu 2000 bar oder größer besitzt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das fluiddurchlässige, hochdruckfeste Abstandselement (20) eine Druckfestigkeit für einen Betriebsdruck bis zu 2000 bar oder größer besitzt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckerzeugungseinrichtung (12) einen Betriebsdruck in einem Bereich von 1 bis 2000 bar oder höher besitzt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
diese wenigstens eine Membranfilter - Reinigungseinrichtung (26) besitzt.
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