DE3151687A1

DE3151687A1 - "stromscheidevorrichtung"

Info

Publication number: DE3151687A1
Application number: DE19813151687
Authority: DE
Inventors: Roger Sherman 27609 Raleigh N.C. Otstot
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1982-08-12
Also published as: IT8125862A0; IT1140190B; FR2497331A1; GB2090546A; CA1181699A; DK578181A; SU1134112A3; GB2090546B; IN154529B; NO814445L; BR8108400A; NL8105860A; ZA818945B; JPS57136906A; BE891634A; AU7904081A

Description

Stromscheidevorrichtung B_e_s_c_h_r_e_i_b u_n_g

Die Erfindung bezieht sich auf eine in wenigstens einer Rohrwand eingebettete Rohre od. dergl. aufweisende Stromscheidevorrichtung, z.B. auf einen Wärmetauscher oder ein Membranenfilter. In einer bevorzugten Ausführungsform richtet sich die Erfindung auf ein mit Hohlfasermembrajs ;n arbeitendes Membranenfilter, bei welchem die Hohlfasermembranen in einer Rohrwand eingebettet sind, so daß ihre Hohlräume die Rohrwand durchsetzende Durchlässe bilden.

Vorrichtungen der genannten Art, z.B. Wärmetauscher oder Membranenfilter, enthalten in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnete Rohre od. derp;l. , welche mit jeweils wenigstens einem Ende in einer Rohrwand eingebettet sind. Eine Aufgabe der Rohrwand besteht darin, die Rohre im wesentlichen strömungsundurchlänsig darin einzubetten. Dabei soll die Rohrwand eine ausreichend feste Sperre gegen Durchströmung bilden, so daß sie unter Betriebsbedingungen, bei denen häufig beträchtliche Druckunterschiede über die Rohrwand auftreten, nicht zerbricht oder sonstwie undicht wird, so daß das Strömungsmittel dann durch die Rohrwand hindurchtreten könnte. Die Rohrwand hat deshalb sehr häufig eine beträchtliche Dicke ,.um eine strömungsdichte Einbettung der Rohre zu gewährleisten und um sicherzustellen, daß die Rohrwand im Betrieb auf.sie einwirkenden Druckunterschieden zu widerstehen vermag.

Die Rohrwand ist gewöhnlich im wesentlichen strömungsundurchlässig in der Vorrichtung befestigt, so daß das Strömungsmittel nicht um die Rohrwand herum zwischen der Außenseite und den Hohlräumen der Rohre fließen kann. Kleine Leckströme uia die Rohrwand herum können die Leistung eines Wärmetauschers nachteilig beeinflussen und

die Leistung eines Membranenfilters in noch schwerwiegenderem Maße beeinträchtigen, da hierbei ungefiltertes Strömungsmittel an die Austrittsseite des Filtrats gelangen und dadurch die. Trennleistung der Membrane verschlechtern kann. Die vorliegende Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Verbesserung der Abdichtung um die Rohrwand herum.

Bei gewissen Verwendungsarten kann eine Rohrwand Einflüssen ausgesetzt sein, unter denen sich das Material der Rohrwand, gegebenenfalls auch die Werkstoffe der Rohre und des Gehäuses, ausdehnen oder schrumpfen. Das Ausdehnen oder Schrumpfen kann aufgrund von veränderlichen Temperaturen und/oder unter dem Einfluß von chemischen Bestandteilen des die Vorrichtung durchströmenden Strömungsmittels auf das Material der Rohrwand, der Rohre und/oder des Gehäuses auftreten. Ein solches Ausdehnen und/oder Schrumpfen kann zu erheblichen Schwierigkeiten führen, insbesondere da gewöhnlich verschiedene Werkstoffe für die Rohre, die Rohrwand und das Gehäuse verwendet werden. So kann eine Änderung der relativen Abmessungen, z„B. eine unterrchiedliche Dehnung der Rohrwand und des Gehäuses eine strömungsundurchlässige Abdichtung in Frage stellen» Palis sich etwa eine in einem Gehäuse sitzende Rohrwand unter dem Einfluß der Betriebsbedingungen in stärkerem Maße ausdehnt als das Gehäuse, können, sehr große Kräfte auftreten, welche zur Beschädigung der Rohrwand oder des Gehäuses führen. Ähnliche Unterschiede der Dehnung können zwischen der Rohrwand und den Rohren auftreten und zu entsprechend nachteiligen Auswirkungen führen«, Da ferner für gewisse Anwendungsarten bestimmte Rohrwände häufig z\*ei verschiedene Bereiche haben, z.B. einen Bereich mit einer relativ dichten Anordnung von Rohren und einen diesen konzentrisch umgebenden Bereich mit nur wenigen oder überhaupt keinen Rohren, können die einzelnen Bereiche unterschiedliche Dehnungs-

und Schrumpfeigenschaften aufweisen, was zu Beschädigungen der Rohrwand am Übergang zwischen den einzelnen Bereichen führen kann. Als besonders geeignet für die Herstellung von Rohrwänden und Rohren haben sich synthetische oder natürliche Harze erwiesen, welche auf die Rohre aufgetragen oder in flüssiger Form um die Rohre herum gegossen und anschließend ausgehärtet werden können. Derartige Harze neigen jedoch häufig zu einem beträchtlichen Quellen in Gegenwart einer Vielzahl von chemischen Substanzen, welche in den die Vorrichtung durchströmenden Strömungsnitteln vorhanden sein können. Dadurch können sich die durch unterschiedliche Dehnung hervorgerufenen Schwierigkeiten noch beträchtlich vergrößern.

Eine Art von Vorrichtungen, welche derartigen durch unterschiedliche Dehnung hervorgerufenen Schwierigkeiten in besonderem Maße unterworfen ist, sind Membranenfilter. Diese werden gewöhnlich dazu verwendet, unter Verwendung von Membranen wenigstens ein Strömungsmittel aus einem wenigstens einen anderen Bestandteil enthaltenden Strömungsmittelgemisch auszuscheiden. Dabei können Gase von Gasen, Gase von Flüssigkeiten und Flüssigkeiten von Flüssigkeiten einschließlich in Flüssigkeiten gelösten Feststoffen getrennt werden. Der Durchtritt eines Strönungsmittels durch eine Membrane kann durch Wechselwirkung mit dem Material der Membrane zustande kommen oder als Durchströmung von in der Membrane vorhandenen Poren erfolgen. Bei der Filterung mittels Membranen tritt das aus einem Strömungsmittelgemisch auszuscheidende Strömungsmittel unter dem Einfluß einer treibenden Kraft, z.B. der Konzentration, dem Teildruck, dem Gesamtdruck usw. von der Zulaufseite der Membrane durch diese hindurch zu ihrer Filtrat-Austrittsseite. Die treibende Kraft wird gewöhnlich dadurch erzeugt, daß über die Membrane ein Druckgefälle aufrecht erhalten wird. Je größer dieses ist, um so stärker ist der Durchtritt des Filtrats bzw.

um so kleiner ist die benötigte Metnbranenflache.

Besonders vorteilhaft sind Membranen in der Form von Rohren_s ZoB. Hohlfasermembranen, da diese gev;öhnlich selbst bei relativ großen Druckunterschieden selbsttragend sind und eine größere Membranenfläche pro Voluraeneinheit eines Membranenfilters ergeben als dies etwa bei der Verwendung von Folienraembranen der Fall ist. Damit können also mit Hohlfasern arbeitende Membranenfilter im Hinblick auf Leistung, Abmessungen und Einfachheit des Aufbauns beträchtliche Vorteile bieten. Um auch vom wirtschaftlichen Standpunkt her vorteilhaft zu sein, müssen solche Membranenfilter Jedoch auch in der Lage sein, den in ihrem Betrieb zu erwartenden Einflüssen standzuhalten. Darüber hinaus müssen sie einen relativ einfachen Aufbau haben, so daß sie bei der Fertigung, Wartung und Reparatur mühelos zusammensetzbar und zerlegbar sind.

Mit Hohlfaserraembranen arbeitende Filter werden inzwischen für Entsalzung, Ultrafeinfilterung sowie für die Hämodialyse verwendet» Die bei diesen Anwendungsarten auftretenden Betriebsbedingungen führen gewöhnlich nicht zu einem übermässigen Quellen der Rohrwände. Angesichts der schonenden Betriebsbedingungen, denen derartige Filter bei der Verwendung für Entsalzung, Ultrafeinfilterung und Hämodialyse ausgesetzt sind, können ihre Rohrxirände auf relativ einfache Weise hergestellt sein. Beispielsweise bei einem in der US-PS 4 001 110 beschriebenen Dialysegerät ist die Rohrwand auf einfache Weise im Gehäuse selbst gegosssn_? so daß das für die Rohrwand verwendete Harzmaterial stoffschlüssig an den Hohlfaserraembranen und an der Innenfläche des Gehäuses anhaftet.

Anderenfalls kann eine Rohrwand mit den darin eingebetteten Hohlfasermembranen auch getrennt hergestellt und dann in ein Filtergehäuse eingesetzt werden. So beschreibt die US=PS 3 228 877 ein Filter, bei welchem die Hohlfaser-

membranen innerhalb einer Anschlußfassung in einer strömungsundurchlässig mit dieser verbundenen Vergußmasse eingebettet sind. Zu Zusammenbau des Filters wird die Anschlußfassung dann in einen Gehäuse-Endverschluß eingesetzt.

Die abdichtende Befestigung einer Rohrwand in einem Gehäuse erfolgt gewöhnlich unter Verwendung von die Rohrwand umgebenden und abdichtend an der Innenfläche des Gehäuses anliegenden O-Ringdichtungen. Die Verwendung solcher O-Ringdichtungen ist u.a. in den US-Patentschriften 3 422 008, 3 528 553, 3 702 658 und 4 061 sowie in der veröffentlichten GB-Patentanmeldung 1 432 beschrieben.

Die vorstehend genannten Anordnungen für die abdichtende Befestigung einer Rohrwand in einem Gehäuse bieten kaum die Möglichkeit, unterschiedliche Dehnung der Teile auszugleichen. Darüber hinaus müssen die Rohrwand sowie das Gehäuse mit hoher Maßhaltigkeit gefertigt seih, damit die verwendeten O-Ringdichtungen einen sicheren Abschluß gewährleisten. Bei unterschiedlich starker Dehnung der Teile etwa aufgrund von Temperaturänderungen, des Vorhandenseins von quellend wirkenden Bestandteilen in den zu behandelnden Strömungsmitteln usw. können daher beträchtliche Schwierigkeiten auftreten.

Die US-PS 3 760 94-9 beschreibt eine aus einem elastomeren Dichtungsmittel geformte Rohrwand in Form eines sich zu einem Ende hin verjüngenden, konischen Stopfens. Dieser sitzt in einer in das Filtergehäuse eingesetzten, trichterförmigen Fassung und ist durch eine an seinem breiteren Ende angeordnete, poröse Scheibe darin festgehalten. Das elastomere Material der Rohrwand kann sich zwar einer unterschiedlichen Dehnung oder Schrumpfung von damit zusammenwirkenden Teilen anpassen, ist dabei

jedoch nicht geeignet, der Rohrwand die notwendige Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen, was zu Schwierigkeiten beim Zusammenbau des Filters führen kann.

Die veröffentlichte GB-Patentanmeldung 2 060 4-34- beschreibt einen verbesserten Metnbranenfilter für die Yerwendung unter ungünstigeren Betriebsbedingungen etwa für die Reinigung von Abgasen und Abwässern, welche möglicherweise zu einem Quellen einer Rohrwand führende Substanzen enthalten. Gemäß der. genannten Veröffentlichung weist ein solches Filter abdichtend in einer Rohrwand eingebettete Rohre auf. Die Rohrwand ist über wenigstens ein Teil ihrer Umfangsfläche von einem rohrförmigen Abstandhalter umgeben, welcher dazu dient, die Rohrwand in ihrer Stellung im Filter festzuhalten. Die Rohrwand hat zwei Abschnitte mit verschieden großer Querschnittsfläche, welche durch wenigstens eine Stufe voneinander getrennt sind, und stützt sich mit aieser Stufe auf dem rohrförmigen Abstandhalter ab.

Diese Anordnung ermöglicht unterschiedlich starke Dehnung der Rohrwand und des Gehäuses unter Aufrechterhaltung des strömungsundurchlässigen Abschlusses um die Rohrwand herum, sowie auch große Druckunterschiede zwischen beiden Seiten der Rohrwand.

Die Abdichtung um die Rohrwand herum erfolgt gemäß der genannten Veröffentlichung mittels O-Ringen zwischen den Ausmündungen der Hohlräume der Hohlfasern an der Außenseite der Rohrwand iraü. der Außenseite der Hohlfasern. Die O-Ringe können dabei in einer ringförmigen Halterille etwa im Gehäuse-Endverschluss oder in der an der Rohrwand anliegenden Endfläche des rohrförmigen Abstandhalters sitzen»

Die Verwendung eines rohrförmigen Abstandhalters in Verbindung mit einer Rohrwand vermindert zwar die nachteiligen Auswirkungen von unterschiedlicher Dehnung der Rohre, des Gehäuses, der Rohrwand und des Abstandhalters, unter gewissen Umständen bestehen jedoch weiterhin Schwierigkeiten im Hinblick auf die Abdichtung mittels O-Ringen. So kann etwa das polymere Material der O-Singe unter dem Einfluß ungünstiger Betriebsbedingungen die für eine sichere Abdichtung notwendige Elastizität einbüßen. Außerdem kann das polymere Material größere Mengen eines · Strömungsmittels, z.B. eines unter hohem Druck stehenden Gases, absorbieren, so daß sich die Abmessungen der O-Ringe ändern. So kann ein O-Ring beispielsweise derart stark quellen, daß er ganz oder teilweise aus der Halterille hervortritt und einen strömungsdichten Abschluß nicht mehr aufrecht erhalten kann.

In einigen Ausführungsformen derartiger Filter, z.B. in der in der genannten GB-Veröffentlichung beschriebenen, ist die Rohrwand verschieblich. Eine solche Anordnung kann in vorteilhafter Weise die Funktion eines Sicherheitsventils übernehmen, um gegebenenfalls an der Hohlraumseite der Hohlfasern auftretende, gefährlich hohe Drücke zur von niedrigerem Druck beaufschlagten Außenseite der Hohlfasern zu entlasten. Zu diesem Zweck wird die verschiebliche Rohrwand aufgrund des vorhandenen Druckunterschieds von der O-Ringdiclitung abgehoben. Dies kann immer dann geschehen, wenn an der Hohlraumseite der Hohlfasern ein erhöhter Strömungsmitteldruck auftritt, wie dies bei einer normalen Unterbrechung des Filterbetriebs sowie bei einer Notabschaltung häufig der Fall ist. Beim Abheben der Rohrwand kann der O-Ring jedoch aus seinem Sitz, z.B. der ringförmigen Halterille, austreten, so daß dann bei der Rückkehr der Rohrwand in Anlage am O-Ring eine sichere Abdichtung nicht mehr erzielbar ist.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit in im wesentlichen strämungsundurchlässigen Rohrwänden eingebetteten Rohren, bei welcher die Schweirigkeiten der Aufrecht erhaltung einer strömungsundurchlässigen Abdichtung um die Rohrwand herum auf ein Mindestmaß verringert sind, selbst wenn die verschiebliche Rohrwand zur Entlastung von gefährlich hohen Drücken abhebt und/ /oder die Elastizität oder die Abmessungen der Dichtungsanordnung unter dem Einfluß ungünstiger Betriebsbedingungen beträchtliche Veränderungen erfahren. Die Erfindung erzielt eine derart verbesserte Abdichtung an Vorrichtungen, bei denen der Rohrwand und anderen Elementen, beispielsweise einem Gehäuse oder einem rohrförmigen Abstandhalter, ein genügend großes Spiel vorhanden ist, um beträchtlich große Unterschiede der Dehnung zuzulassen.

Insbesondere schafft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem wenigstens ein offenes Ende aufweisenden, langgestreckten, rohrförmigen Gehäuse, einem das wenigstens eine offene Ende des Gehäuses abdichtende verschließenden, von wenigstens einem Durchlaß durchsetzten, im wesentlichen strömungsundurchlässigen Verschlußdeckel, einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen, sich in Form wenigstens eines Bündels in Längsrichtung im Gehäuse erstreckenden Hohlfasern, einer im wesentlichen strotaungsundurchlassigen Rohrwand, in welcher die Hohlfasern des wenigstens einen Bündels abdichtend eingebettet sind, so daß ihre Hohlräume die Rohrwand durchsetzende Durchlässe bildön, mit einer Bündelseite, von welcher aus sich die Hohlfasern des !Wenigstens einen Bündels in das Gehäuse hinein erstrecken, einer Außenseite, an welcher die Hohlräume der Hohlfasern ausmünden, und einer sich zwischen der Bündelseite und der Außenseite erstreckenden Umfangsflache, sowie mit einer die Strömungsverbindung zwischen den Ausmündungen der Hohlräume der Hohlfasern an der Außenseite der Rohrwand und den Außenseiten der sich von der

Rohrwand weg erstreckenden. Hohlfasern um die Rohrwand herum sperrenden Dichtungsanordnung, wobei gemäß der Erfindung vorgesehen ist, daß die Dichtungsanordnung wenigstens eine Stülpendichturig aufweist, mit einem eine konkave Innenfläche und eine Außenfläche aufweisenden, aus polemerem Material geformten Ring, welcher ein elastisches Teil im wesentlichen Umhüllt, so daß das elastische Teil zur Erzeugung einer auswärts gerichteten Kraft an einander im wesentlichen Gegenüberliegenden Bereichen der Außenfläche komprimierbar ist. ■ ·

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umfangsfläche der Rohrwand über wenigstens ein Teil ihrer Erstreckung zwischen der Außenseite und der Bündelseite der Rohrwand von einem starren, rohrförmigen Abstandhalter umgeben, dessen für die Aufnahme der Umfangsflache der Rohrwand bestimmte öffnung einen für die Freilassung eines Abstands zwischen dem Abstandhalter und der Umfangsflache der Rohrwand ausreichend großen Querschnitt für den Ausgleich von unterschiedlicher Dehnung des Abstandhalters 'und der Rohrwand aufweist.

Die Dichtungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet einen strömungsundurchlässigen Abschluß um die Rohrwand herum und damit zwischen der Außenseite der sich von der Bündelseite der Rohrwand weg erstreckenden Hohlfasern und den die die Rohrwand durchsetzenden Durchlässe bildenden Hohlräumen der Hohlfasern. Die Dichtungsanordnung besteht aus wenigstens einer Stulpendichtung mit einem aus polymerem Material geformten Dichtungsring und einen mit diesem zusammenwirkenden federelastischen Teil, wobei einander im wesentlichen gegenüberliegende Bereiche der Außenfläche des Dichtungsrings einen strömungsundurchlässigen Abschluß um die riohrwand 'herum bilden. So können sich Bereiche der. Außenflächen der Stulpendichtung in abdichtender Anlage an der Rohrwand und am Gehäuse, an der

Bohrwand und am Endverschlußdeckel oder an der Eohrwand und einem seinerseits selbst abdichtend mit den übrigen Teilen des Filters verbunde.-nen, rohrförmigen Abstandhalter befinden. Dabei sind jedoch auch noch andere Anordnungen für die abdichtende Anlage der Außenflächen der Stulpendichtung möglich.

Der aus polymeren! Material geformte Dichtungsring der in einem Filter gemäß der Erfindung verwendeten Stulpendichtung hat eine konkave Innenfläche, welche ein federelastisches Teil über einen beträchtlichen Bereich umschließt, so daß auf einander im wesentlichen gegenüberliegende Bereiche der Außenfläche des Dichtungsrings eine auswärts gerichtete Kraft ausgeübt wird. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, das elastische Teil vollständig mit dem Material des Dichtungsrings zu umhüllen, d.h. es in diesen einzukapseln. Das elastische Teil kann eine beispielsweise metallene Streckfeder oder auch ein O-Ring aus elastischem Material sein. Bei Verwendung einer metallenen Feder kann diese aus einem beliebigen Metall, vorzugsx^eise jedoch aus einer korrosionsbeständigen Legierung sein. Solche korrosionsbeständigen Legierungen sind beispielsweise rostfreie Stähle der Typen 304 oder 316, Inconel-Legierungen wie Inconel 718 oder Inconel X-750? oder Hastalloys wie etwa Hastalloy C. Derartige metallene Streck- oder Spreizfedern können in verschiedener Form ausgeführt sein, z„ B. als U-förmige Federn aus perforiertem Blech oder Streckmetall. Bevorzugt ist eine Ausführungsform als Flachdraht-Schraubenfeder. Bei Verwendung von elastischen O-Ringen können diese aus Werkstoffen wie Neopren, Silicon, Fluorsilicon oder Viton (Wz) sein.

Der Dichtungsring kann aus beliebigem polymerem Werkstoff sein. Bevorzugt ist ein polymeres Material, welches gegenüber chemischen Bestandteilen der zu behandelnden Strö-

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nungsmittel chemisch inert und innerhalb eines weiten Temperaturbereichs zwischen beispielsweise -64 ⁰C und etwa 127 °C verwendbar ist. Bevorzugte Werkstoffe sind u.A. Fluorkohlenstoffpolymere wie z.B. Polytetrafluorethylen. Das Polymere Material kann auch Füllstoffe wie etwa Graphit, Kohlenstoff/Graphit oder Glasfaser/Molybdändisulfid enthalten.

Bevorzugte Stulpendichtungen für die Verwendung in Filtern gemäß der Erfindung sind federbelastete Dichtungen etwa des Typs "Series 300 Omniseal" der Fluorocarbon Company. In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine solche "Omniseal"-Dichtung einen Dichtungsring aus PoIytetrafluoräthylen und eine teilweise von diesem umschlossene Flachdraht-Schraubenfeder aus rostfreiem Stahl auf.

Ein solcher Dichtungsring aus j>olymerem Material ist mit äem von ihm umgebenen elastischen Teil sowohl als druckbetätigte als auch als selbstverstärkende Dichtungsanordnung iiirksam. Der Dichtungsring sitzt gewöhnlich zwischen zwei Dichtungsflächen, z.B. zwischen dem Gehäuse und der Rohrwand eines Membranfilters, deren gegenseitiger Abstand etwas kleiner ist als die Breite des Dichtungsrings über einander im wesentlichen gegenüberliegende Bereiche der Außenflächen. Bei einer solchen Anordnung wird das elastische Teil.innerhalb des Dichtungsrings komprimiert und übt dadurch eine auswärts gerichtete Kraft auf die einander im wesentlichen gegenüberliegenden Bereiche der Außenflächen des Dichtungsrings aus, so daß diese in sicher abdichtender Anlage an den Dichtungsflächen gehalten sind.

Unter den Betriebsbedingungen der Vorrichtung ist zumeist eine Druckdifferenz über den Dichtungsring vorhanden. Sofern dabei der höhere Druck die konkave Innenfläche des Dichtungsrings beaufschlant, entsteht dadurch eine aus-

wärts gerichtete Kraft, welche wenigstens einen Teil der einander gegenüberliegenden Außenflächenbereiche des Dichtungsrings in abdichtende Anlage an den Dichtungsflächen belastet.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figo 1 eine schematisierte Längsschnittansicht eines Hohlfasermembranenfilters gemäß der Erfindungmit einer zwischen dem Ucfang einer Rohrwand und der Innenfläche eines Gehäuses angeordneten Stulpendichtung,

Figo 2 eine schematisierte Teil-Längsschnittansicht eines Filters gemäß der Erfindung mit einer zwischen dem Umfang einer Rohrwand und der Innenseite eines rohrförmigen Abstandhalters angeordneten Stulpendichtung,

Figo 3 eine Figo 2 entsprechende Schnittansicht eines Filters mit einer zwischen dem Umfang einer mit Druckentlastungsnuten versehenen Rohrwand und der Innenseite eines mit einem Yerschlußeleckel ein- ■ stückigen, rohrförmigen Abstandhalters angeordneten Stulpendichtung,

Fig» 4- eine Fig. 2 entsprechende Schnittansicht eines Filters mit einer zwischen einer Stirnfläche einer Rohrwand und der Stirnfläche eines rohrförmigen Abstandhalters angeordneten Stulpendichtung,

Figo 5 eine Fig_o 2 entsprechende Schnittansicht eines Filters mit einer zwischen einer Stirnfläche der Rohrwand und der Innenfläche des Verschlußdeckels angeordneten Stulpendichtung und

Fig. 6, 7 und 8 schematisierte Radial-Schnittansichten von Stulpendichtungen.

In den in Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist die Rohrwand jeweils vollständig in einem Gehäuse angeordnet. Im Rahmen der Erfindung kann die Rohrwand jedoch auch wenigstens teilweise aus dem Gehäuse hervorstehen oder gänzlich außerhalb des offenen Endes des Gehäuses etwa innerhalb eines zusätzlichen Verschlußkopfs angeordnet sein.

Die Erfindung ist insbesondere für Membranenfilter anwendbar. Diese können je nach der Art der zu trennenden Strömungsmittel beliebig ausgeführt und wahlweise an einem oder an zwei Enden offen sein. Bei einem einseitig offenen Filter der in Fig. 1 gezeigten Art ist eine Rohrwand nur an einem Ende angeordnet und die Filterrohre oder Hohlfasermembranen sind mit jeweils einem oder beiden Enden in der Rohrwand eingebettet. Ist nur jeweils ein Ende der Hohlfasern in der Rohrwand eingebettet, so muß das andere Ende auf irgend eine Weise verschlossen sein. Bei einem doppelendigen Filter enthält das Gehäuse an jedem Ende eine Rohrwand, wobei sich die Hohlfasern von der einen Rohrwand zur anderen erstrecken können oder wenigstens zwei voneinander unabhängige Bündel von Hohlfasern vorhanden sein können, von denen wenigstens eines an nur einer Rohrwand angeschlossen ist.

Ein Filter der beschriebenen Art kann in beliebiger Weise betrieben werden, beispielsweise kann das zu behandelnde Strömungsmittelgemisch dem Gehäuse zugeführt werden, so daß es die Außenseite der Hohlfasern kontaktier, oder es kann den Hohlräumen der Hohlfasern zugeführt werden. Bei Zufuhr des Gemischs zur Außenseite der Hohlfasern kann die Strömungsrichtung vorwiegend quer zur Längserstreckung der Hohlfasern oder vorwiegend in Richtung der Längserstrekkung derselben verlaufen. Im letzteren Falle kann die

Strömung an der Außenseite der Hohlfasern im wesentlichen gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Strömungsrichtung in den Hohlräumen der Hohliasern verlaufen.

Hohlfasermembranen können aus beliebigen synthetischen oder natürlichen Werkstoffen gefertigt werden, welche für die Trennung von Strömungsmitteln oder als Träger für die Trennung von Strömungsmitteln bewirkenden Stoffen geeignet sind. Die Wahl des Werkstoffs für die Hohlfasermembranen kann bestimmt sein durch Hitzebeständigkeit, chemische V/iderstandsfähigkeit und/oder mechanische Festigkeit sowie durch andere Faktoren, welche durch die Art der zu trennenden Strömungsmittel und die zu erwartenden Betriebsbedingungen diktiert sind. Das Material für die Herstellung der Hohlfasern kann anorganischen, organischen oder gemischten Ursprungs sein. Typische anorganische Werkstoffe sind z.B. Glas, keramische Stoffe, Cermets, Metalle und dergl.. Bei den organischen Werkstoffen handelt es sich gewöhnlich um polymere.

Typische für die Herstellung von Hohlfasermembranen geeignete Polymere sind z.B. substituierte und unsubstituierte Polymere aus der Sulfongruppe, darunter PoIyäthersulfone und Polyarylsulfone, Polystyrole, Cellulose-'polymere, Polyurethane, Polyester und Polymere aus t*-olefinisch ungesättigten Monomeren, z.B. Polyäthylen, Polyvinyle und Polyvinylidene, sowie Polyhydrazide usw.

Die Querschnittsabmessungen der in Filtern gemäß der Erfindung verwendeten Hohlfasern können innerhalb eines weiten Bereichs gewählt sein» Dabei sollten die Hohlfasern jedoch eine für eine ausreichende Festigkeit genügende Wandstärke haben, und ihre Hohlräume sollten weit genug sein, damit bei ihrer Durchströmung kein übermäßig großer Druckabfall auftritt= Zuweilen weisen die .Hohlfasern über ihre Länge eine gewisse Flexibilität auf,

so daß sie sich unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen auftretender Dehnung oder Schrumpfung anpassen können. Der Außendurchmesser der Hohlfasern beträgt wenigstens etwa 20 oder 30 lim, wobei in einem Bündel Fasern gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers enthalten sein können. Andererseits ist der Außendurchmesser der Hohlfasern gewöhnlich kaum größer als etwa 800 oder 1000 um, da sich das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Hohlfasern und dem Volumen eines Filters bei zunehmendem Durchmesser verschlechtert. Für bestimmte Zwecke können jedoch auch Hohlfasern mit einem Durchmesser von 10 000 umder darüber vorteilhaft sein. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser der Hohlfasermembranen etwa 50 bis 800 um. Die Wandstärke der Hohlfasern beträgt wenigstens etwa 5 jum, und kann bei gewissen Hohlfasern bis zu etwa 200 oder 300 um, beispielsweise etwa 50 bis 200 umbetragen. Bei Hohlfasern aus Werkstoffen geringerer Festigkeit kann es zur Erzielung der notwendigen Widerstandsfähigkeit notwendig sein, größere Durchmesser und Wandstärken zu verwenden. Die Wandung der Hohlfasern kann sehr dicht sein oder ein beträchtliches Hohlraumvolumen enthalten. Falls Porosität erwünscht ist, kann die Wandung der Hohlfasern durchgehend im wesentlichen die gleiche Dichte aufweisen. Solche Hohlfasern werden dann als isotrop bezeichnet. Anderenfalls kann die Hohlfaser in Richtung ihrer Wandstärke wenigstens einen relativ dichten Bereich aufweisen, wobei man dann von einer anisotropen Hohlfaser spricht.

Aus Gründen der Verfügbarkeit, der Zweckmäißgkeit und der Festigkeit hat das Gehäuse eines Membranenfilters gewöhnlich kreisförmigen Querschnitt. Für gewisse Zwecke können jedoch auch andere Querschnittsformen, z.B. rechteckige, zweckmäßig sein. Die größte Querschnittsabmessung des Gehäuses beträgt gewöhnlich wenigstens etwa 0,1 oder 0,2 m bis zu etwa 1 oder 2 m oder darüber. Die Länge des die

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Hohlfaser!! umgebenden Gehäuses liegt gewöhnlich bei wenigstens etwa O₈5 ^ und kann bis zu 10 m oder darüber betragen.

Die Hohlfasern sind gewöhnlich im wesentlichen parallel zueinander in Form von einem oder mehreren Bündeln im Gehäuse angeordnet. Ein Filter der genannten Art enthält gewöhnlich wenigstens etwa 10 000 Hohlfasern, häufig jedoch auch beträchtlich größere Anzahlen, z.B. bis zu 1 raio oder darüber. Innerhalb eines Bündels können die Hohlfasern relativ geradlinig verlaufen, sie können jedoch auch spiralig gewunden sein, wie in der US-PS 3 4-22 008 beschrieben. Häufig wird in einem Filter ein einziges Hohlfaserbündel verwendet, dessen Hohlfasern mit wenigstens einem Ende in einer Rohrwand eingebettet sind«. Das andere Ende der Hohlfasern kann U-förmig zurückgeschlagen und in der gleichen Rohrwand eingebettet sein. Anderenfalls kann das andere Ende auch verschlossen oder in einer zweiten Rohrwand eingebettet sein. Bei U-förmig zurückgeführten Hohlfasern kann das Bündel so unterteilt sein, daß verschiedene Bereiche der Rohrwand die jeweiligen Enden der Hohlfasern enthalten. Die entsprechenden Bereiche der Rohrwand können dann strömungsundurchlässig gegeneinander abgedichtet sein·, so daß die einzige Strömungsverbindung dazwischen durch die Hohlräume der Hohlfasern hindurch verläuft.

Eine für ein Membranenfilter gemäß der Erfindung verwendbare Rohrwand kann im wesentlichen jede für ein Hohlfasermembranenfilter geeignete Form haben» Da derartige Filter gewöhnlich kreisförmigen Querschnitt aufweisen, hat die dafür vorgesehene Rohrwand gewöhnlich ebenfalls im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt«,

Die Rohrwand ist vorzugsweise steif und weist eine ausreichende Festigkeit auf, um unter Belastung ihre Form zu

bewahren und nicht zu zerbrechen. Der für eine Rohrwand verwendete Werkstoff hat gewöhnlich eineen Eärtegrad von wenigstens 60 oder 70 bis 75» vorzugsweise wenigstens etwa 80 oder 90 nach Shore A (ASTM D"2240). Geeignete Werkstoffe für die Herstellung einer Rohrwand sind z.B. natürliche oder künstliche, härtbare Fließharze, insbesondere solche Harze, bei denen beim Aushärten Vernetzung auftritt. Durch die Vernetzung oder Aushärtung erhöht sich gewöhnlich die mechanische Festigkeit der Rohrwand sowie ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Chemikalien. Für die Herstellung der Rohrwand geeignete Harze sind. z.B. Epoxidharze, Phenolharze, Acrylharze, Harnstoff-Urethanharze und dergl..

Die Rohrwand kann in jeder geeigneten Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Gießen eines Harzmaterials um das Ende eines Rohr- oder Hohlfaserbündels, wie in der veröffentlichten GB-Patentanmeldung 2 066 697 beschrieben oder durch Tränken der Enden von Rohren bzw. Hohlfasern mit einen Harzmaterial und Zusammenlegen der Rohre bzw. Hohlfasern zu einem Bündel, wie z.B. in den US-Patentschriften 3 455 4-60 und 5 690 465 beschrieben. Die Länge der Rohrwand in Axialrichtung ist gewöhnlich so bemessen, daß die Rohrwand eine ausreichende Festigkeit erhält, um im Betrieb auftretenden Druckdifferenzen standhalten zu können. Die Länge der Rohrwand kann daher von der festigkeit des Harzes abhängig sein. Darüber hinaus soll die Länge bzw.' Dicke der Rohrwand so bemessen sein, daß ein ausreichender Berührungsbereich zwischen den Hohlfasern und dem Harz vorhanden ist, um eine im wesentlichen strömungsundurchlässige Abdichtung zu erzielen. Dementsprechend unterliegt die Länge der Rohrwand auch den Haftvermögen zwischen dem für sie verwendeten Material und den Hohlfasern. Gewöhnlich beträgt die Länge einer solchen Rohrwand wenigstens etwa ?. cm und kann bis zu etwa 50 cm betragen. · .

Die Hohlräume der Hohlfasern münden an der Außenseite der Bohrwand aus_s so daß sie die Rohrwand durchsetzende Durchlässe bilden. Die Austnündungen der Hohlräume an der Außenseite der Rohrwand können in verschiedener Weise hergestellt werden«. So können etwa die Hohlräume der Hohlfasern vor dem Gießen der Rohrwand verschlossen werden, worauf dann das äußere Endstück der Rohrwand nach dem Gießen derselben abgeschnitten wird, um die Außenseite der Rohrwand zu bilden und die Hohlräume der Hohlfasern freizulegen.

Eine Rohrwand der genannten Art hat gewöhnlich wenigstens einen mit Hohlfasern bestückten Bereich. Sie kann jedoch auch bei vergrößerter Querschnittsfläche einen konzentrischen Außenbereich haben, welcher im wesentlichen keine Hohlfasern enthält. Ein solcher konzentrischer Außenbereich kann je nach der gewählten Konstruktion langer oder kürzer sein als der wenigstens eine mit Hohlfasern bestückte Bereich oder auch genau so lang wie dieser. Bei einer Rohrwand ohne einen solchen konzentrischen äußeren Bereich sind die Querschnittsabmessungen des ümfangs nur um ein kleines Stück größer als die des Umfangs des in der Rohrwand eingebetteten Hohlfaserbündels. In einer solchen Ausführungsform ist für die strömungsundurchlässige Einbettung der Hohlfasern eine kleinere Materialmenge notwendig als bei einer Rohrwand mit einem im wesentlichen von Hohlfasern freien, konzentrischen Außenbereich. Daraus kann sich der Vorteil ergeben, daß ein Quellen, Dehnen und/oder Schrumpfen der Rohrwand auf ein Mindestmaß beschrankt bleibt«, Weitere Vorteile können sich beim Gießen einer solchen Rohrwand ergeben, wenn das dafür verwendete Material durch exothermische Reaktion ausgehärtet wird» Da hierbei nämlich die Menge des zum Gießen der Rohrwand verwendeten Materials auf ein Mindestmaß beschränkt ist, lassen sich übermäßig hohe und dadurch schädliche Temperaturen bei der exothermisehen Aushärtung vermeiden.

Andererseits kann es jedoch auch vorteilhafter Sein, eine Rohrwand mit einem von Hohlfasern freien konzentrischen Außenbereich zu versehen. In einer solchen Ausführung sind Unterschiede der Querschnittsabmessungen der Rohrwand und etwa dem Gehäuse des Filters nicht übermäßig kritisch, insbesondere wenn die Abdichtung an einer Axialfläche des Außenbereichs erfolgt. Dabei kann die Dichtungsanordnung auch in einem erhöhten Bereich zwischen dem Umfang eines mit Hohlfasern bestückten Bereichs und einen? von Hohlfasern freien, konzentrischen Außenbereich angeordnet sein, insbesondere wenn ein solcher erhöhter Bereich auf einem rohrförmigen Abstandhalter aufsetzt.

Ein solcher rohrförmiger Abstandhalter kann eine solche Länge haben, daß er in Anlage am Endverschlußdeckel ist. Dabei kann sich der rohrförmige Abstandhalter in abdichtender -Anlage am Verschlußdeckel befinden. Er kann sogar auch einstückig mit dem Verschlußdeckel ausgeführt, beispielsweise zusammen mit diesem einstückig gegossen sein. Anderenfalls kann der rohrförmige Abstandhalter am Verschlußdeck 1 angeschweißt oder sonstwie abdichtend daran befestigt sein.

In einer anderen Ausführungsform kann der rohrförmige Abstandhalter etwa an seinerc dem Endverschluß zugewandten Ende einen Flansch aufweiten, welcher dann abdichtend zwischen Flanschen des EndVerschlusses eingespannt werden kann. Dabei können an gegenüberliegenden Seiten des Abstandhalterflanschs Dichtungen, z.B. O-Ringe, angeordnet sein, um einen strömungsundurchlässigen Abschluß zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und dem Gehäuse und/oder dem Endverschluß des Filters zu gewährleisten. Ein rohrförmiger Abstandhalter mit einem solchen Flansch stellt eine wesentlichen Verbesserung gegenüber einem lose eingesetzten oder abdichtend am Endverschluß angesetzten Abstandhalter dar.

Die Bohrung des rohrförmigen Abstandhalters hat einen ausreichend großen Querschnitt , daß zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und der Rohrwand ein genügend großes Spiel vorhanden ist, um unterschiedlich starke Dehnung quer zur Achse der Rohrwand zu ermöglichen. Vorzugsweise ermöglicht der rohrförmige Abstandhalter außerdem auch unterschiedlich starke Dehnung in Axialrichtung. Der rohrförmige Abstandhalter kann vorteilhafterweise dazu dienen, die Rohrwand in ihrer Stellung im Gehäuse festzuhalten. Der rohrförmige Abstandhalter kann außerdem eine Abstützung für die Rohrwand bilden und in gewissen Ausführungen zu einer Abdichtung über die Rohrwand beitragen. So können im rohrförmigen Abstandhalter Sitze für die Aufnahme der Stulpendichtung vorgesehen sein. Geeignete Stellen hierfür sind die innere Umfangsfläche des Abstandhalters oder seine Stirnfläche, an welcher der erhöhte Bereich der Rahrwand ansetzt.

Der rohrförmige Abstandhalter läßt sich gewöhnlich auf einfachere Weise genau maßhaltig bearbeiten als eine Rohrwand. Dementsprechend kann der Abstandhalter unter Einhaltung enger Toleranzen für einen Paßsitz im Gehäuse bearbeitet werden und dabei die Verwendung einer nicht übermäßig genau maßhaltigen Rohrwand ermöglichen^ welche zum Herstellen einer strömungsundurchlässigen Abdichtung unmittelbar mit dem Gehäuse nicht geeignet wäre. Außerdem kann der rohrföroige Abstandhalter aus dem gleichen Werkstoff wie das Gehäuse oder die Rohrwand geformt werden, um Differenzen der Rehnung oder Schrumpfung gegenüber dem Gehäuse bzx-i„ der Rohrwand auf ein Mindestmaß zu beschränken und damit einen strömungsundurchlässigen Abschluß unter den verschiedensten Betriebsbedingungen zu gewährleisten., Geeignete Werkstoffe für den rohrförmigen Abstandhalter sind UoAo Polymere wie Epoxidharze, Phenolharze usw., Metalle wie Aluminium, Stahl usw» und dergl. mehr»

Zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und der Rohrwand ist vorzugsweise ein ausreichend großes Spiel vorhanden, um unterschiedliche Dehnung der beiden Teile zu ermöglichen bzw. um unter Betriebsbedingungen Relativbewegungen zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und der Rohrwand zu ermöglichen, so daß unterschiedliche Dehnung der Teile in Kauf genommen werden kann. Aus diesem Grunde ist der Eontakt zwischen der Rohrwand und dem Abstandhalter vorzugsweise häufig beweglich ausgebildet.

Im Bereich von für den Ausgleich von unterschiedlicher Dehnung relativ zueinander nicht frei beweglichen Flächen der Rohrwand und des rohrförmigen Abstandhalters^ d.h. also im Bereich von zueinander und zur Achse der Rohrwand parallelen Flächen, ist zwischen der Rohrwand und dem rohrförmigen Abstandhalter vorzugsweise ein ausreichender Zwischenraum vorhanden, daß unterschiedlich starke Ausdehnung im Betrieb nicht zu einem Kontakt zwischen der Rohrwand und dem rohrförmigen Abstandhalter führt. Dieser Zwischenraum ist häufig keliner als etwa 2 oder 1 cm und beträgt beispielsweise etwa 0,05 bis 0,5 cm. Zwischen der Rohrwand und dem Abstandhalter kann eine Stulpendichtung angeordnet sein, um die Rohrwand innerhalb des Abstandhalters zu zentrieren und eine strömungsundurchlässige Abdichtung zwischen der Rohrwand und dem rohrförmigen Abstandhalter zu schaffen.

Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung, ohne diese zu beschränken.

Ein in Fig. 1 dargestellter Hohlfasermembranenfilter 100 hat ein Gehäuse 102, von welchem nur das Kopfende und das hintere Ende dargestellt sind, und welches an einem Ende für die Aufnahme einer Rohrwand eingerichtet ist. Das Gehäuse 102 kann aus jedem geeigneten, strömungsundurchlässigen Werkstoff, z.B. Metall oder Kunststoff, gefertigt sein. In vielen Ausführun^sformen wird wegen der guten

Bearbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und !Festigkeit ein Metall, ZoB. Stahl verwendet. Das Gehäuse kann Jede beliebige Querschnittsform haben, gewöhnlich verdient jedoch ein im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt den Vorzug. Das Eopfende des Gehäuses 102 hat einen vergrößerten Durchmesser und weist einen Endflansch 1OA- sowie einen im Inneren des Gehäuses ausmündenden Durchlaß 108 auf. Anstelle des dargestellten einzigen Durchlasses 108 können mehrere Durchlässe entlang dem Umfang des Gehäuses 102 angeordnet sein. Das hintere Ende des Gehäuses 102 hat einen Endflansch 110, an welchem ein Endverschluß 112 mittels nicht gezeigter Schrauben befestigt ist. Eine zwischen dem Endflansch 110 und dem Endverschluß 112 angeordnete Dichtung 114 sorgt für einen im wesentlichen strömungsundurchlässigen Abschluß. Der Endverschluß 112 ist von einem im Inneren des Gehäuses 102 ausmündenden Durchlaß 115 durchsetzt.

Im Inneren des Gehäuses 102 ist ein Bündel 116 aus einer Vielzahl von Hohlfasermambranen angeordnet. Das Bündel enthält häufig mehr als 10 000 Hohlfasermembranen, bei einem entsprechend großen Durchmesser des Gehäuses und/ /oder einem entsprechend kleinen Durchmesser der Hohlfasermembranen kann deren Anzahl Jedoch auch 100 000 bis 1 mio oder darüber betragen. Das Bündel 116 hat im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie das Gehäuse. Die Hohlfasern sind mit jeweils einem Ende in einem Stopfen 118 eingebettet, so daß ihre Hohlräume nicht durch diesen hindurch ausmünden. Anderenfalls können die Enden der Hohlfasern verschlossen und die Hohlfasern etwa durch Hindurchführen eines Erhutzten Drahts durch das Bündel miteinander verschweißt sein.

Das andere Ende des Bündels 116 ist durch eine mit (nicht dargestellten) Verteilerdurchlässen versehene Verteilerkammer 106 hindurchgeführt. Die Verteilerkammer 106 ist im Kopfende des Gehäuses 102 angeordnet und dient dazu, ein

über den Durchlaß 108 zugeführtes Strömungsmittel zu verteilen. Den Abschluß des Bündels 116 am Kopfende bildet eine Rohrwand 120. Die Hohlräume der Hohlfasern stellen die Rohrwand 120 zum offenen Ende des Gehäuses durchsetzende Durchlässe dar.

In die Wandung des Gehäuses 102 ist ein Dichtungssitz 141 geschnitten. Eine im Dichtungssitz 141 angeordnete Stulpendichtung 140 befindet sich in Anlage an Dichtungsflächen an der Rohrwand 120 und innerhalb des Sitzes. 141 am Gehäuse 102, um einen strömungsundurchlässigen Abschluß um die Rohrwand 120 herum zu bilden. Bevorzugte Ausführungsformen von Stulpendichtungen 60, 70, 80 sind in Fig. 6, 7 bzw. 8 dargestellt. Sie weisen jeweils ein elastisches Teil 61, 71 bzw. 81 auf, welches im wesentlichen von einem Polymer-Dichtungsring 62, 72 bzw. 82 umschlossen ist und sich in Anlage an dessen konkav geformter Innenseite befindet.

Ein von einem Durchlaß 130 durchsetzter Endverschlußdeckel 124 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 126 mittels nicht gezeigter Schrauben am Endflansch 104 des Gehäuses 102 befestigt. Ein an der Innenseite des Verschlußdeckels 124 hrrvorstehender Ringsteg 128 befindet sich in Anlage am Randbereich der Außenseite der Rohrwand 120 und stützt diese gegenüber einer von Druckfedern 122 ausgeübten Belastung ab. Die zwischen der Veteilerkammer 106 und der Rohrwand 120 angeordneten Federn 122 üben eine auswärts gerichtete Kraft auf die Rohrwand 120 aus. Durch Verwendung einer geeigneten Anzahl von Federn 122 von geeigneter Stärke läßt sich die jeweils gewünschte Belastung ohne Rücksicht auf eine genaue Maßhaltigkeit der Rohrwand in Längsrichtung erzielen.

In dieser Ausführungsform des Filters sind die Federn 122 nicht unbedingt notwendig. Da die Abdichtung an der Umfangsfläche der Rohrwand .-ingeordnet ist, kann diese frei

verschieblich zwischen der Verteilerkammer 106 und dem Ringsteg 128 geführt sein.

Im Betrieb des Filters 100 kann ein Strömungsmittelgemisch über den Durchlaß 115$ vorzugsweise jedoch über den Durchlaß 108 in das Gehäuse eingeleitet werden, wobei dann die nicht ausgefilterten Bestandteile des Strömungsmittelgemischs über den jeweils anderen Durchlaß abströmen. Wenigstens ein Bestandteil des Gotnischs tritt durch die Wandungen der Hohlfasern in die Hohlräume derselben und strömt dann in den Hohlräumen durch die Rohrwand 120 hindurch zum Durchlaß 130 des Endverschlußdeckels 124.

Ein in Pig. 2 dargestelltes Filter 200 hat ein Gehäuse 202 von kreisförmigem Querschnitt, mit einem Kopfendflansch 204 und einem Durchlaß 208. Das Gehäuse 202 enthält ein Hohlfaserbündel 216. Dieses enthält eine Vielzahl von Hohlfasern und hat im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie das Innere des Gehäuses 202. As Kopfende läuft das Bündel 216 in einer Rohrwand 220 aus. Diese hat einen Abschnitt 221 größeren Durchmessers, welcher durch eine Stufe 222 von einem äußeren Abschnitt 223 kleineren Durchmessers getrennt ist.

Mit der lotrecht zu ihrer Achse verlaufenden Stufe 222 sitzt die Rohrwand 220 auf einem rohrförmigen Abstandhalter 234, in dessen innere Wandfläche ein Dichtungssitz 241 geschnitten ist«, Eine im Dichtungssitz 241 angeordnete Stulpendichtung 240 sorgt für einen strömungsundurchlässigen Abschluß zwischen dem Abstandhalter 234 und der Rohrxvand 220o Der rohrförmige Abstandhalter 234 hat einen Flansch 232, welcher mittels (nicht gezeigter) Schrauben zwischen dem Kopfendflansch 204 und einem Verschlußdeckel 224 eingespannt istο

Der Deckel 224 verschließt das offene Ende des Gehäuses

und ist mittels (nicht gezeigter) Schrauben an diesem befestigt. Zwischen dem von einem Durchlaß 230 durchsetzten Deckel 224 und dem Abstandhalterflansch 232 bzw. zwischen diesem und dem Kopfendflansch 204 angeordnete Dichtungen 226 bzw. 227 sorgen für einen strömungsundundurch- . lässigen Abschluß des Gehäuses.

Der rohrförmige Abstandhalter 234 dient dazu, die Rohrwand 220 in ihrer Stellung innerhalb des Gehäuses 202 abzustützen. Dadurch kann zwischen dem den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt 221 der Rohrwand und der Innenfläche des Gehäuses 202 ein genügend großer Abstand vorhanden sein, um unterschiedlieh starke Dehnung des Gehäuses und der Rohrwand zu ermöglichen. Der rohrförmige Abstandhalter 234 umgibt lediglich den den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt 223 cLer Rohrwand, welcher nur um ein Geringes größer ist als der von den Hohlfasern durchsetzte Bereich. Da an diesem Abschnitt der Rohrwand nur eine geringere Dehnung auftritt als an dem den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt 221, ist der richtige Abstand zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und der Rohrwand leichter einzuhalten als zwischen der Rohrwand und dem Gehäuse. Dadurch ist die Abdichtung um die Rohrwand herum mittels der Stulpendichtung 240 erleichtert. Darüber hinaus ermöglicht die Stulpendichtung 240 axiale Bexvegungen der Rohrwand zwischen dem Abstandhalter 234 und der "Verteilerkammer 206. Da ferner der Kontakt zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter und der Rohrwand im wesentlichen auf den Bereich der Stufe 222 beschränkt ist, sind Dehnung und Schrumpfung der Rohrwand nicht durch den Abstandhalter behnindert. Da der Durchmesser des konzentrischen zylindrischen Abschnitts 223 der Rohrwand nur um ein Geringes größer ist als der des die Rohrwand durchsetzenden Bündels 216, bleiben unter den im Betrieb des Filters zu erwartenden Bedingungen auftretende Dehnungen und Schrumpfungen der Rohrwand zumeist

auf ein Maß beschränkt, bei welchem der strömungsundurchlässige Abschluß durch die Stulpendichtung 240 nicht in Frage gestellt ist.

Pig« 3 zeigt das Kopfteil eines Filters 300 mit einem Gehäuse 302, welches einen kreisförmigen Querschnitt hat. Das Gehäuse 302 weist einen Endflansch 304 und einen Durchlaß 308 auf und enthalt ein Bündel 316 aus einer Vielzahl von Hohlfasern. Das Bündel 316 hat im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie das Gehäuse 302 und läuft am Kopfende in einer Rohrwand 320 aus. Diese hat einen zylindrischen äußeren Abschnitt und eine Stufe 322, mit welcher sie auf einem den äußeren Abschnitt umgebenden rohrförmigen Abstandhalter 33^· sitzt. Dieser ist abdichtend mit einem Endverschlußdeckel 324 verbunden, beispielsweise daran angeschweißt oder als Gußteil einstückig damit ausgeführt. Ein an der inneren Umfangsflache des Abstandhalters 334' geformter Dichtungssitz 341 enthält eine Stulpendichtung 340 für einen strömungsundurchlässigen Abschluß um die Rohrwand herum. Zum Erleichtern des Einbaus der Stulpendichtung 340 hat der Abstandhalter 334 vorzugsweise ein ringförmiges Endstück 335» welches beispielsweise mittels Schrauben 356 an dem den Dichtungssith 341 aufweisenden Teil befestigt ist. Eine zwischen dem Verschlußdeckel 324 und dem Endflansch 304 angeordnete Dichtung 326 sorgt für einen strömungsundurchlässigen Abschluß. Der Verschlußdeckel hat einen mit den Hohlräumen der Hohlfasern strömungsverbundenen Durchlaß 330.

Der Abstand zwischen der Rohrwand und dem rohrförmigen Abstandhalter ermöglicht unterschiedlich starke Dehnung der beiden Teile, welche von der elastischen Stulpendichtung aufgenommen werden kann«, Außerdem sind Relativbewegungen zwischen der Rohrwand und dem Abstandhalter im wesentlichen parallel zur Achse der Rohrwand möglich. In einer bevorzugten Ausführung dieses Beispiels hat der

zylindrische äußere Abschnitt der Rohrwand eine Anzahl flacher Killen 3501 welche sich vom freien Ende der Rohrwand um ein Stück einwärts erstrecken, jedoch nicht bis an die Stulpendichtung 3^-0 heran, solange die Rohrwand mit ihrer Stufe 322 am Abstandhalter anliegt.

In einer vorteilhaften Betriebsweise dieser Ausführungsform ist das Filter mit der Achse des Gehäuses senkrecht angeordnet, so daß sich die Rohrwand am unteren Ende befindet. Ein Strömungsmittelgemisch wird dem Gehäuse zugeführt, so daß es die Außenseiten der Hohlfasern beaufschlagt. Da das zugeführte Strömungsmittelgemisch gewöhnlich einen höheren Druck hat als die durch die Filtermembranen hindurchtrtenenden Bestandteile, ist der zwischen der Außenseite und den Hohlräumen der Hohlfasern vorhandene Druckunterschied nicht nur wirksam, die abdichtende Wirkung der Stulpendichtung zu verstärken, sondern auch dazu, die verschiebliche Rohrwand in Anlage am rohrförmigen Abstandhalter zu belasten. In dieser Stellung der Rohrwand befinden sich die flachen Rillen unterhalb der Stulpendichtung und reichen nicht bis an diese heran. Bei dieser Betriebsweise ergibt sich die Wirkung eines Sicherheitsventils für den Schutz der Hohlfasermembranen. Wird beispielsweise der Druck im Gehäuse an den Außenseiten der Hohlfasern plötzlich verringert, ohne daß dabei auch der Druck an der Hohlraumseite verringert wird, so besteht die Gefahr einer übermäßigen Innendruckbelastung der Hohlfasermembranen. Bevor der Innendruck jedoch einen für die Hohlfasern gefährlichen Wert erreicht, verschiebt er die Rohrwand in Richtung auf einen im Gehäuse vorhandenen Anschlagring 306, wobei der die flachen Rillen 350 aufweisende Abschnitt in die Stulpendichtung 34-0 hineingleitet, so daß die Abdichtung um die Rohrwand herum unterbrochen ist und der Druck an der Kohlraumseite der Hohlfasern entlastet wird.

In den in Pig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen ist eine Stulpendichtung oeweils so angeordnet, daß ihre offene Seite in einer waagerechten Radialebene liegt.

Fig. 4 zeigt das Kopfteil eines Filters 400, mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisenden ehäuse 4ß2, welches einen Endflansch 404 und einen Durchlaß 408 hat. Das offene Ende des Gehäuses ist durch einen mittels (nicht gezeigter) Schrauben am Endflansch 404 befestigten Verschlußdeckel 424 verschlossen. Das Gehäuse 402 enthält ein Bündel 416 aus einer Vielzahl von Hohlfasern, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform hat wie das Innere des Gehäuses und am Kopfende in einer Rohrwand ausläuft. Die Rohrwand hat zwei das darin eingebettete Bündel umgebende, konzentrische Abschnitte, von denen einer einen größeren Querschnitt aufweist und gegenüber dem anderen Abschnitt durch eine Stufe 421 begrenzt ist. Mit der Stufe 421 stützt sich die Rohrwand 420 auf einem rohrförmigen Abstandhalter 434 ab, v/elcher an seinem dem Endverschluß 424 zugewandten Ende einen Flansch 432 hat. Zwischen dem · Verschlußdeckel 424 und dem Abstandhalterflansch 432 bzw« zwischen diesem und dem Gehäuseflansch 404 angeordnete Dichtungen, z.B. O-Ringe 426 bzw. 427, sorgen für einen strömungsundurchlässigen Abschluß. Ein in der der Rohrwand zugewandten Endfläche des Abstandhalters geformter Dichtungssitz 441 enthält eine Stulpendichtung 440, welche einen strömungsundurchlässigen Abschluß um die Rohrwand herum bildet, solange diese sich daran in Anlage befindet. Die Rohrwand 420 ist durch zwischen ihrer Bündelseite und einer Verteilerkammer 406 angeordnete Druckfeder 422 axial in Richtung auf das offene Kopfende des Gehäuses und damit in Richtung auf den rohrförmigen Abstandhalter belastet, so daß sich ein abdichtender Kontakt mit der Stulpendichtung ergibt.

In einer bevorzugten Betriebsweise wird ein "zu behandelndes Strömungsmittelgemisch etwa über den Durchlaß 408 in

das Gehäuse eingeleitet. Da der Druck des dem Gehäuse, damit also der Außenseite der Hohlfasern zugeleiteten Gemischs gewöhnlich höher ist als der Druck des aus den Hohlräumen der Fasern abfließenden Filtrats, wird die Rohrwand durch den vorhandenen Druckunterschied zusätzlich in Anlage an der Stulpendichtung belastet. Da ferner der höhere Druck die konkave Innenfläche der Stulpendichtung beaufschlagt und daher bestrebt ist, diese aufzuspreizen, tritt eine zusätzliche Verstärkung der Dicfebwirkung ein.

Eine ähnliche Art der Abdichtung ist bei einem in Fig. gezeigten Filter 500 vorgesehen. Dieses hat ein kreisförmigen Querschnitt aufweisendes Gehäuse 502 mit einem Kopfendflansch 504- und einem Durchlaß 508. Das Gehäuse enthält ein aus zahlreichen Hohlfasern gebildetes Bündel 516, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform aufweist wie das Gehäuse und am Kopfende in einer Eohrwand 520 ausläuft. Die insgesamt zylindrische Roarwand 520 hat einen von den darin eingebetteten Hohlfasern durchsetzten Innenbereich und einen mit diesem konzentrischen, von Hohlfasern freien Außenbereich, welcher in Richtung auf das Kopfende, also an der dem Bündel 516 abgewandten Seite, um ein Stück über den Innenbereich hervorsteht.

Die Rohrwand 520 ist durch zwischen ihrer Bündelseite und einem Anschlagring 506 im Gehäuse angeordnete Druckfedern 522 in Axialrichtung zu einem Yerschlußdeckel 524· hin belastet. Dieser.ist von einem FiItratausiaß 530 durchsetzt und mittels (nicht gezeigter) Schrauben unter Zwischenlage einer Dichtung 526 am Kopfendflansch 504-des Gehäuses 502 befestigt. Gegenüber der erhöhten Stirnfläche des Außenbereichs der Rohrwand hat der ■Verschlußdeckel einen Dichtungssit:-·. 5^-1 mit einer darin festgehaltenen Stulpendichtung ^

Claims

DR. BERG DIPL.-ING. ^

DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR:"£aNDMÄVr"

PATENTANWÄLTE
Postfach 86 02 45 · 8000 München 86

Anwaltsakte 31 84-1

^Dez·

MONSANTO COMPANY 800 North Lindbergh Boulevard St. Louis, Missouri 63166 / U.S.A.

Stromscheidevorrichtung

P_a_t_e_n_t_a_n_s_g_r_ü_c_h_e

Vorrichtung mit einem wenigstens ein offenes ide aufweisenden, langgestreckten, rohrförmigen Gehäuse, einem das wenigstens eine offene Ende des Gehäuses abdichtend verschließenden, von wenigstens einem Strömungsdurchlaß durchsetzten, im wesentlichen strömungsundurchlässigen Verschlußdeckel, einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen, sich in Form wenigstens eines Bündels in Längsrichtung im Gehäuse erstreckenden Hohlfasern, einer im wesentlichen strömungsundurchlässigen Rohrwand,

0(089)988272 Telegramme- Ra.-ikkonten Hypo-Bjnk NU-^en 44I0I22850

in welcher die Hohlfasern des wenigstens einen Bündels abdichtend eingebettet sind, so daß ihre Hohlräume die Bohrwand durchsetzende Strömungsdurchlässe bilden, mit einer Bündelseite, von welcher aus sich die Hohlfasern des wenigstens einen Bündels in das Gehäuse hinein erstrecken, einer Außenseite, an welcher die Hohlräume der Hohlfasern ausmünden, und einer sich zwischen der Bündelseite und der Außenseite erstreckenden Umfangsflache, sowie mit einer die Strömungsverbindung zwischen den Ausmündungen der Hohlräume der Hohlfasern an der Außenseite der Rohrwand und den Außenseiten der sich von der Rohrwand weg erstreckenden Hohlfasern um die Rohrwand herum sperrenden Dichtungsanordnung, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Dichtungsanordnung wenigstens eine Stulpendichtung (60, 70, 80) aufweist, mit einem eine konkave Innenfläche und eine Außenfläche aufweisenden, aus einem Polymer geformten Ring (62, 72, 82), welcher ein elastisches Teil (61, 71* 81) im wesentlichen uchüllt, so daß das elastische Teil zur Erzeugung einer auswärts gerichteten Kraft an einander im wesentlichen gegenüberliegenden Bereichen der Außenfläche komprimierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Stulpendichtung (140) zwischen dem Gehäuse (102) und der Rohrwand (120) angeordnet ist.
3- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Stulpendichtung (540) zwischen dem Verschlußdeckel (524) und der Rohrwand (520) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Umfangsflache der Rohrwand (220, 320, 420) über wenigstens ein Teil ihrer Erstreckung zwischen der Außenseite und der Bündelseite der Rohrwand von

einem starren, rohrförmigen Abstandhalter (23A-, 334, 434) umgeben ist«, dessen für die Aufnahme der Umfangsflache der Rohrwand bestimmte Öffnung einen für die Freilassung eines Abstands zwischen dem Abstandhalter und der Umfangsfläche der Rohrwand ausreichend groBen Querschnitt für den Ausgleich von unterschiedlicher Dehnung des Abstandhalters und der Rohrwand aufweist.

5° Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (334) abdichtend mit dem Verschlußdeckel (324) verbunden ist.

60 Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stulpendichtung (240, 340) zwischen dem rohrförmigen Abstandhalter (234, 334) und der Rohrwand (220, 320) angeordnet ist.

7« Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (62, 72, 82) aus einem Fluokohlenstoff-Polymer ist.

8_O Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil eine Plachdraht-Schraubenfeder (61) ist«,