DE3513789C2 - Filterkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filterkerze aus ei­ nem Hohlfaserbündel mit einerseits einer die Faserenden verschließenden und andererseits einer die Faserenden lediglich fixierenden Kunststoffscheibe.

Filterkerzen dieser Art sind bekannt und dienen je nach der Porosität und Beschaffenheit des Filtermediums als Vor- oder auch als Endfilter. Dabei geht das Bestreben insbesondere im Bereich der pharmazeutischen Industrie, der Nahrungs- und Genußmittelindustrie sowie im medi­ zinischen Bereich dahin, sowohl die Abscheideleistung als auch die Rückhalterate, d. h. den Reinheitsgrad des zu filternden Mediums je nach Anwendungszweck bis zu einem quantitativen Abscheiden der Verunreinigungen zu steigern. Inwieweit dies möglich ist, hängt im Einzel­ fall von der Porencharakteristik des Filtermediums ab.

Bei einer derartigen, in der europäischen Offenlegungs­ schrift 0 044 075 beschriebenen Filterkerze sind die die Faserenden verschließenden bzw. fixierenden Kunst­ stoffscheiben direkt in das Filtergehäuse eingesetzt, so daß es nicht möglich ist, dem Hohlfaserbündel eine definierte Vorspannung zu erteilen. Da das zu filtrie­ rende Fluid unter einem Druck von mehreren bar an der Außenfläche der Hohlfaser entlang strömt und nur das Permeat in das Innere der Hohlfasern gelangt, um von dort abgeleitet zu werden, hat der Druck des zu fil­ trierenden Fluids bei dieser Filterkerze die Tendenz, das Hohlfaserbündel zusammenzudrücken und zu verkürzen, so daß sich die einzelnen Hohlfasern aneinander legen, wodurch wertvolle Filteroberfläche verlorengeht.

Diese Problematik tritt noch stärker bei einer Filter­ kerze gemäß der britischen Offenlegungsschrift 2 135 902 auf, da hier die Hohlfasern diagonal um einen Stützstab gewickelt sind, so daß ein enges Aneinander­ liegen der Fasern unvermeidlich ist und dadurch noch mehr wertvolle Filteroberfläche verlorengeht.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei einer Filterkerze der eingangs erwähnten Art zu erreichen, daß die Hohlfasern durch den Druck des zu filtrierenden Fluids nicht kollabieren oder sich aneinanderlegen, und eine Filterkerze zu schaffen, die sich problemlos hand­ haben läßt, ohne daß die Gefahr besteht, die empfindli­ chen Hohlfasern zu beschädigen.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Filterkerze der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß die die Faserenden verschließende Kunststoffscheibe mit einer Endkappe und die die Faser­ enden lediglich fixierende Kunststoffscheibe mit einer als Sammler fungierenden Endkappe abgedichtet verbunden sind und sich mindestens ein Abstandshalter zwischen den Kunststoffscheiben und/oder den Kappen erstreckt und zum feinfühligen Einstellen der Streckung und Span­ nung des Faserbündels längenveränderlich ist.

Durch das Strecken und Spannen der Fasern in ihrer Längsrichtung mittels des längenveränderlichen Ab­ standshalters sind die Hohlfasern mit einer vorbestimm­ baren Vorspannung gestreckt und berühren sich nicht, so daß sich stets die gesamte Oberfläche der Hohlfasern ausnutzen läßt, da jede einzelne Faser auf ihrer gesam­ ten Oberfläche vom zu filtrierenden Fluid umströmt ist. Aufgrund der Vorspannung der Hohlfasern besteht eine geringere Gefahr der Beschädigung bei der Handhabung, insbesondere, wenn sie bei der Inbetriebnahme zum er­ sten Mal dem Druck des zu filtrierenden Fluids ausge­ setzt sind.

Auf diese Weise ergibt sich auf kleinstem Raum aus der Summe der Außenoberflächen der einzelnen Hohlfasern ei­ ne außerordentlich hohe Filterfläche und je nach der Porencharakteristik der Membranfilterfasern eine Feinstreinigung bis zu einem quantitativen Abscheiden bei hoher Durchflußleistung. Da es sich hier um ein Ab­ scheiden der Verunreinigungen an der Faseroberfläche handelt, ist die Rückhalterate, anders als bei Tiefen­ filtern, im wesentlichen unabhängig von den Filtrati­ onsbedingungen, so daß sich bei einer erfindungsgemäßen Filtrationskerze in hohem Maße reproduzierbare Ergeb­ nisse erzielen lassen. Hinzu kommt, daß die Faserwan­ dung eine äußerst geringe Dicke aufweisen kann, woraus sich ein geringes Flüssigkeits- und Schmutzaufnahmever­ mögen ergibt, was insbesondere bei der Reinigung und Sterilisation von Vorteil ist.

Bei der erfindungsgemäßen Filterkerze sind die die Fa­ serenden aufnehmenden Kunststoffscheiben vorzugsweise mit Hilfe einer Vergußmasse mit Endkappen, vorzugsweise aus Edelstahl verbunden.

Als Abstandshalter eignet sich beispielsweise ein zen­ trischer Stab und/oder ein mit Öffnungen versehener, das Hohlfaserbündel umgebender Stützmantel, beispiels­ weise aus einem Lochblech oder aus Streckmetall. Ein derartiger Stützmantel bildet mit den Endkappen eine Art Käfig und verhindert damit eine Beschädigung der verhältnismäßig empfindlichen Membranfilterfasern beim Handhaben der Filterkerze; er verleiht gleichzeitig dem Faserbündel insbesondere beim Reinigen durch Rückspülen eine ausreichende Stabilität.

Im Hinblick auf ein möglichst weitgehendes Abscheiden auch von Feinstpartikeln und Mikroorganismen sollte die Porengröße der Membranfilterfasern unter 4 µm liegen; sie kann beispielsweise 0,01 bis 12 µm betragen. Dies ist möglich bei Membranfiltern aus einem Zellulosederi­ vat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polysulphon, Po­ lyvinylfluorid, Polyurethan oder Polytetrafluoräthylen.

Derartige Werkstoffe sind praktisch inert und in hohem Maße chemisch beständig, so daß von dem Filtermedium selbst keine Verunreinigungen ausgehen. Hinzu kommt, daß die Mehrzahl der Werkstoffe hydrophob ist und dem­ gemäß beim Gas- bzw. Luft filtern nicht die Gefahr eines Verschleißens der feinkapillaren Poren infolge Feuch­ tigkeitsabscheidung besteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des nähe­ ren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Filterkerze teilweise im Schnitt und

Fig. 2 einen Querschnitt der Filterkerze nach Fig. 1 und der Linie II-II

Die dargestellte Filterkerze besteht aus einem Hohlfaserbündel 1 aus einem nicht fasernden Material, dessen unteres Ende 2 in eine die einzelnen Fasern 3 verschließende Kunststoffscheibe 4 eingebettet ist. Das obere Ende des Faserbündels 1 ist in eine die Faserenden 6 lediglich fixierende Kunststoffscheibe 7 eingebettet.

Die beiden Kunststoffscheiben 4, 7 befinden sich jeweils in einer Endkappe 8, 9 aus Edelstahl. Die obere Endkappe 9 fungiert als Sammler und weist einen Anschlußstutzen 10 mit zwei O-Ringen 11 und einem nicht dargestellten Schraubgewinde zum Befestigen in einem Filtergehäuse auf.

Um die einzelnen Hohlfasern 3 zu straffen und dabei ein gegenseitiges Berühren zu verhindern, erstreckt sich im Innern des Faserbündels 1 zwischen den Kunststoffscheiben 4, 7 ein Abstandhalterstab 12 aus Edelstahl. Als Abstandhalter kann auch ein das Faserbündel 1 umgebender, sich ebenfalls zwischen den Kunststoffscheiben 4, 7 erstreckender, mit Anströmöffnungen 13 versehener Stützmantel aus Edelstahl fungieren.

Das zu filtrierende Fluid strömt durch die Öffnungen 13 des Stützmantels 14 zu den einzelnen Hohlfasern 3 aus Membranfiltermaterial, die an ihrer Oberfläche die abzuscheidenden Verunreinigungen festhalten, und gelangt durch die einzelnen Hohlfasern und die obere Kunststoffscheibe 7 hindurch zum Sammler 9, den es durch den Anschlußstutzen 10 verläßt. Die im Verhältnis zum Volumen der Filterkerzen außerordentlich große Gesamtoberlfäche der einzelnen Hohlfasern 3 und deren größes Porenvolumen von bis zu 80% ergeben eine hohe Durchflußleistung und eine hohe Standzeit bei einer Rückhalterate, die sich mit Hilfe der einstellbaren Faserporosität gut reproduzierbar vorgeben läßt und bis zu einer quantitativen Abscheidung gehen kann. Da zudem die Verunreinigungen an der Hohlfaseroberfläche festgehalten werden, läßt sich die erfindungsgemäße Filterkerze rasch und ohne großen Aufwand durch Spülen beispielsweise mit Wasser, insbesondere heißem Wasser und mit Niederdruckdampf reinigen. Das erlaubt eine äußerst wirtschaftliche Verwendung der Filterkerze. Diese läßt sich zudem mit verhältnismäßig geringem Aufwand herstellen; denn die beiden Enden 2, 5 des Faserbündels brauchen lediglich in eine jeweils in einer Form befindliche flüssige Masse aus thermoplastischem Kunststoff eingetaucht zu werden. Beim Erstarren der Kunststoffmasse werden die Faserenden jeweils von der Kunststoffmasse fixiert und verschlossen. Um die Fasern einseitig zu öffnen, braucht von der erstarren oberen Kunststoffscheibe 7 lediglich im Bereich der Faserenden quer zu der Bündelachse ein Teil abgetrennt zu werden. Alsdann muß das Faserbündel mit den beiden Kunststoffscheiben 4, 7 lediglich noch mit dem Abstandhalterstab 12, dem Stützmantel 14 und den beiden Endkappen 8, 9 verbunden werden, was vorzugsweise mit Hilfe einer Vergußmasse 15 geschieht.

Claims (6)

1. Filterkerze aus einem Hohlfaserbündel mit einer­ seits einer die Faserenden verschließenden und an­ dererseits die Faserenden lediglich fixierenden Kunststoffscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die die Faserenden (2) verschließende Kunststoffscheibe (4) mit einer Endkappe (8) und die die Faserenden (5) lediglich fixierende Kunststoffscheibe (7) mit einer als Sammler fungierenden Endkappe (9) abge­ dichtet verbunden sind und mindestens ein Abstands­ halter (12, 14) vorgesehen ist, der sich zwischen den Kunststoffscheiben (4, 7) und/oder den Endkap­ pen (8, 9) erstreckt und zum feinfühligen Einstel­ len der Streckung und Spannung des Hohlfaserbündels (1) längenveränderlich ist.

2. Filterkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kunststoffscheiben (4, 7) und die End­ kappen (8, 9) mit Hilfe einer Vergußmasse (15) miteinander verbunden sind.

3. Filterkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstandshalter aus einem zentri­ schen Stab (12) und/oder einem mit Öffnungen (13) versehenen Stützmantel (14) besteht.

4. Filterkerze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß­ stutzen (10) an einer Sammlerkappe (9) mindestens einen O-Ring (11) und eine Gewinde aufweist.

5. Filterkerze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern aus einem Zellulosederivat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polysulphon, Polyvinylfluorid, Polyurethan oder Polytetrafluoräthylen bestehen.

6. Filterkerze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern eine Porengröße unter 40 µm besitzen.