DE3639932C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranmodul für eine Membran­ trennanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Als Membrantrennanlage kommt sowohl eine Mikro- oder Ultrafiltrationsanlage als auch eine Umkehrosmosean­ lage in Betracht.

Die Druckrohre von Membranmoduln bestehen entweder aus Metall oder aus Kunststoff, der gegebenenfalls eine Glas­ faserverstärkung aufweisen kann. An den Enden der Druck­ rohre müssen die Anschlüsse für die Rohwasserzufuhr einer­ seits und für die Permeat- und Konzentrat- bzw. Restwasser­ abfuhr andererseits angebracht werden. Dies erfolgt meist mit Hilfe von Anschlußkörpern, die in das Rohrende einge­ setzt werden und die Gewindebohrungen oder Leitungsdurch­ führungen für den Anschluß von Flüssigkeitsleitungen sowie Adapterstücke zur Verbindung mit dem innerhalb des Druck­ rohrs angeordneten Membranelement aufweisen.

Bei Metallrohren besteht wegen der hohen Festigkeit kein Problem, die Anschlußkörper mittels Flansch- oder Rastver­ bindungen im Inneren des Rohrendes dicht anzuordnen. Dagegen läßt die Korrosionsbeständigkeit von metallischen Druck­ rohren vor allem bei salzhaltigen Wässern oft zu wünschen übrig. Kunststoffrohre haben dagegen den Vorteil einer guten Korrosionsbeständigkeit. Allerdings muß hierbei eine geringere Festigkeit in Kauf genommen werden, die entweder zu einer dickwandigen Bauweise oder zu Schwierigkeiten bei der druckdichten Befestigung der Anschlußkörper an den Rohrenden führt. Bei dickwandigen PVC oder GFK-Rohren läßt sich eine ähnliche Verbindungstechnik wie bei den Metallrohren verwenden. Die hohen Materialkosten zwingen jedoch vor allem bei Großanlagen zu einer dünnwandigeren Bauweise.

Hierfür bieten sich Rohre aus glasfaserverstärktem Kunst­ stoff an, die beispielsweise durch Aufwickeln eines mit einem aushärtenden Kunstharz getränkten Glasfaserstrangs auf einem Wickeldorn hergestellt werden. Je nach Anzahl der Glasfaserlagen kann ein solches Rohr mehr oder weniger dickwandig ausgebildet und somit den Anforderungen an die Druckbeständigkeit angepaßt werden. Die bei Metallrohren übliche Verbindungtechnik kann bei diesen dünnwandigen GFK-Rohren nicht mehr ohne weiteres verwendet werden, da damit keine ausreichende Abdichtung im Bereich des Anschluß­ körpers erzielt werden kann. Es werden dort vielmehr Ver­ stärkungsmanschetten eingesetzt, die beispielsweise mit Hilfe einer Gewinde- oder Klauenkupplung an der Außenseite des Rohrendes im Bereich des Anschlußkörpers befestigt werden. Die Verstärkungsmanschette hat dabei die Aufgabe, das Druckrohr im Anschlußbereich so in seinem Durchmesser zu fixieren, daß Dichtheit gewährleistet ist. Zur Befesti­ gung der Manschette muß auf das GFK-Druckrohr ein Gegen­ stück aufgebracht werden, beispielsweise ein Gewindering bei einer Schraubverbindung oder ein Klauenring bei einer Klauenkupplung. Zum Aufbringen der Gegenstücke beispiels­ weise im Klebeverfahren muß das vorgefertigte GFK-Rohr an der Oberfläche mechanisch vorbereitet, d.h. insbesondere zur Herstellung der Paßgenauigkeit abgeschliffen und aufge­ rauht werden. Dieser Herstellungprozeß bedarf mehrerer Fertigungsstufen und ist daher relativ aufwendig und teuer. Da im Verbindungsbereich Material abgetragen werden muß, ist das gesamte Druckrohr überzudimensionieren, also mit einer größeren Wandstärke zu versehen, als dies für die jeweilige Druckstufe an sich notwendig wäre. Dies hat wiederum erhöhte Materialkosten zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das Membranmodul der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß trotz Verwendung eines relativ dünnwandigen Druckrohrs aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff die Mög­ lichkeit einer unmittelbaren druckdichten Anbringung der Anschlußkörper ohne Zuhilfenahme von Manschetten und der­ gleichen Hilfsmittel besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vor­ teilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß eine zuverlässige Verbindung des Anschlußkörpers zu­ mindest an den Enden des Druckrohrs ein formstabiles Teil erfordert, welches die für die Befestigung erforderlichen Vorkehrungen, wie Innengewinde oder Rastnuten bereits ent­ hält. Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck ein ring­ förmiges Einlegeteil im Zuge der Herstellung des Druckrohrs in die Druckrohrenden formschlüssig integriert.

Zur Herstellung dieser Druckrohre werden die vorgeformten ringförmigen Einlegeteile zweckmäßig auf einen Wickeldorn aufgeschoben und dort in einem etwa der Länge des herzu­ stellenden Druckrohrs entsprechenden Abstand voneinander fixiert. Anschließend wird der Glasfaserstrang beziehungs­ weise das Glasfaserband im Zuge des Aufwickelns auf den Wickeldorn auch auf die Außenfläche der Einlegeteile unter Bildung einer flächigen formschlüssigen Verbindung aufge­ wickelt. Um eine erhöhte Haftung zu erzielen, kann auf die vorzugsweise aufgerauhte oder mit Verankerungsrippen oder -noppen versehene Außenfläche der Einlegeteile vor dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs ein Haftvermittler aufgetragen werden.

Das erfindungsgemäße Druckrohrsystem kann bei der Umkehr­ osmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Microfiltration Verwendung finden. Es eignet sich für den Einbau der han­ delsüblichen Wickelelemente mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern und läßt unterschiedliche Befestigungs­ möglichkeiten für die Anschlußkörper zu. Auch eine seit­ liche Anordnung der hochdruckseitigen Anschlüsse für die Einspeisewasser-Zufuhr und die Restwasser- bzw. Konzentrat- Abfuhr kann vorgesehen werden. Die Druckrohre sind korro­ sionsbeständig und materialsparend und können kostengünstig hergestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele des Ver­ schluß und Anschlußendes eines Membranmoduls in axial ge­ schnittener Darstellung.

Die in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellten Membran­ module sind für den Einsatz in Membrantrennanlagen für die Wasseraufbereitung bestimmt.

Das Membranmodul besteht im wesentlichen aus einem zylindri­ schen Druckrohr 10 einem innerhalb des Druckrohrs 10 an­ geordneten Wickelmembranelement 12 und je einem in die offenen Enden des Druckrohrs 10 druckdicht einsetzbaren Anschlußkörper 14. Das Druckrohr 10 enthält eine dünnwandige Hülle 16 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, deren Enden durch ein Einlegeteil 18 verstärkt sind. Das Einlegeteil 18 ist zweckmäßig ein Präzisionsdrehteil aus Kunststoff oder Metall, das alle Vorkehrungen, wie Innengewinde oder Innennuten für eine zuverlässige Verbindung mit dem An­ schlußkörper (14) aufweist. Zwischen der Außenfläche des Einlegeteils 18 und der Innenfläche der Kunststoffhülle 16 besteht eine großflächige formschlüssige Haftverbindung, die beispielsweise durch eine Oberflächenaufrauhung oder durch Oberflächenrippen 17 oder -noppen am Einlegeteil verbessert werden kann.

Zur Herstellung des Druckrohrs 10 werden die beiden Einle­ geteile 18 zunächst auf einen nicht dargestellten zylindri­ schen Wickeldorn aufgeschoben und an diesem in einem der Länge des Druckrohrs 10 entsprechenden Abstand voneinander drehfest fixiert. Der Dorndurchmesser entspricht dabei der lichten Weite des herzustellenden Druckrohrs 10. Auf den in Drehung versetzten Wickeldorn wird sodann ein mit einem aushärtbaren Kunstharz getränkter Glasfaserstrang in einer dichtliegenden Spirale mehrlagig aufgewickelt, so daß sich eine geschlossene Hülle 16 bildet. Der Glas­ faserstrang wird dabei auch auf die mit dem Wickeldorn mitgedrehten Einlegeteile 18 aufgewickelt, so daß sich eine formschlüssige und haftende Flächenverbindung zwischen Hülle 16 und Einlegeteilen 18 ergibt. Um die Haftwirkung zu erhöhen, kann auf die Außenfläche der Einlegeteile vor dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs zusätzlich ein chemi­ scher Haftvermittler aufgetragen werden. Auf diese Weise entsteht allmählich ein aus mehreren Glasfaserlagen be­ stehendes Rohr 10, das nach dem Aushärten des Kunstharzes zusammen mit den nunmehr integrierten Einlegeteilen 18 vom Dorn abgezogen werden kann. Je nach Bedarf können ohne Änderung des Herstellungsverfahrens oder der zu verwendenden Werkzeuge unterschiedlich gestaltete Einlegeteile 18 in den Druckrohrenden integriert werden (Fig. 1 bis 4).

Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um relativ langgestreckte Einlegeteile 18 mit Innengewinde 20, die zur Aufnahme von mit einem entsprechenden Außengewinde 22 versehenen Anschlußkörpern 14 bestimmt sind. Dagegen sind die Druckrohre nach den Fig. 3 und 4 mit relativ kurzen, an der Außenfläche konvex gekrümmten Einlegeteilen 18 ausgestattet, die eine Innennut 24 zur Aufnahme eines Sprengrings 26 für die formschlüssige Halterung des Anschlußkörpers 14 im Druckrohrende aufweisen. Um auf der Innenfläche 28 des Druckrohrs 10 einen glatten Übergang zwischen Einlegeteil 18 und Kunststoffhülle 16 zu gewährleisten, haben die Einlegeteile 18 bei allen Aus­ führungsbeispielen ein spitz zulaufendes rückwärtiges Ende 30, das an der Außenfläche der Einlegeteile über einen konkav gekrümmten Bereich 32 in einen größeren konvexen Abschnitt 34 übergeht.

Die Abdichtung des Anschlußkörpers 14 gegenüber dem Druck­ rohr 10 erfolgt beispielsweise mittels axial (Fig. 2) oder radial (Fig. 3) wirkender Dichtungsringe 36, 38.

Im Fall der Fig. 2, 3 und 4 sind die Anschlußkörper mit einer (Fig. 3) oder mit zwei (Fig. 2 und 4) Bohrungen 40, 42, 44 bzw. Leitungsdurchführungen für den Anschluß von Flüssigkeitsleitungen ausgestattet. Bei dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ist die Bohrung 40′ für den Leitungs­ anschluß radial durch das Einlegeteil 18 und die Kunststoff­ hülle 16 hindurchgeführt, während der Anschlußkörper 14 als solcher keine Bohrung oder Durchführung aufweist.

In den Fig. 1 und 3 ist das Eintrittsende eines Membran­ moduls mit nur einem Anschluß 40, 40′ für die Rohwasserzu­ fuhr dargestellt, während in den Fig. 2 und 4 das austritts­ seitige Ende des Membranmoduls mit einem zentralen Permeat­ anschluß 44 und einem exzentrischen Konzentratanschluß 42 gezeigt ist. Der Rohwasseranschluß 40, 40′ auf der einen Seite und der Konzentratanschluß 42 auf der anderen Seite steht mit je einer zwischen Anschlußkörper 18 und Membran­ element 12 angeordneten Ringkammer 46 in Verbindung, während der Permeatanschluß 44 auf der Austrittsseite über den Stutzen 48 mit dem Permeatsammelrohr des Membranelements in Verbindung steht.

Die beidseitig überstehenden Stutzen 48 des Permeatsammel­ rohres werden von einem Adapterstück 50 druckdicht über­ griffen, das bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ein­ stückiger Bestandteil der Anschlußkörper 18 ist. Die Adap­ terstücke 50 bilden somit eine stabile Halterung für das Membranelement 12 und gewährleisten dessen zentrierte Aus­ richtung innerhalb des Druckrohrs 10. Auf der Eintrittsseite hat das Adapterstück 50 zusätzlich die Funktion einer Ver­ schlußkappe für das beidseitig offene Permeatsammelrohr, während auf der Austrittsseite das Adapterstück 50 eine Verbindung zwischen Permeatsammelrohr und Permeatanschluß 44 herstellt.

Claims (16)

1. Membranmodul für eine Membrantrennanlage mit einem aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff be­ stehenden zylindrischen Druckrohr, mit einem innerhalb des Druckrohrs angeordneten, einen Permeatkanal mit axial überstehenden Rohrstutzen aufweisenden Membran­ element, mit je einem in die offenen Enden des Druck­ rohrs druckdicht einsetzbaren, gegebenenfalls minde­ stens einen Durchbruch oder eine Leitungsdurchführung für den Anschluß einer Flüssigkeitsleitung sowie ein auf den benachbarten Rohrstutzen des Membranelements druckdicht aufschiebbares Adapterstück aufweisenden Anschlußkörper, und mit je einer im Inneren des Druck­ rohrs zwischen Anschlußkörper und Membranelement ange­ ordneten, von dem Adapterstück axial durchdrungenen, als Verteiler- oder Sammlerraum für Rohflüssigkeit bzw. Konzentrat ausgebildeten Ringkammer, wobei auf der Innenseite (28) der Druck­ rohrenden je ein ringförmiges Einlegeteil (18) zur druckdichten Aufnahme des Anschlußkörpers (14) ange­ ordnet ist, das an seiner Außenfläche von der Kunst­ stoffhülle (16) des Druckrohrs (10) übergriffen und flächig mit dieser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülle (16) des Druck­ rohrs (10) aus mit einem ausgehärteten Kunstharz ge­ tränkten Glasfasersträngen oder -bändern besteht, die spiralig und mehrlagig zu einem Zylinder gewickelt sind und die Einlegeteile (18) an den Druckrohrenden unter Bildung einer ringförmigen Verdickung umschließen.

2. Membranmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Einlegeteil (18) eine dem Druckrohr (10) entsprechende lichte Weite aufweist.

3. Membranmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) als Präzisionsdrehteil aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist.

4. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) an seiner Außenfläche aufgerauht oder mit Verankerungsrippen (17) oder -noppen versehen ist.

5. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) eine in axialer Richtung konvexe Außenfläche (34) aufweist.

6. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) an seinem nach dem Druckrohrinneren weisenden Ende (30) eine spitz zulaufende, zumindest abschnittsweise konkav gekrümmte Außenfläche (32) aufweist.

7. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (14) formschlüssig mit dem Einlegeteil (18) verbindbar ist.

8. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das Einlegeteil (18) ein Innengewinde (20) zur Aufnahme des mit einem entsprechenden Außengewinde (22) versehenen Anschlußkörpers (14) eingeformt ist.

9. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in das Einlegeteil (18) mindestens eine Ringnut (24) oder Ringrippe zur formschlüssigen Verankerung des Anschlußkörpers (14), beispielsweise mit Hilfe eines Sprengrings (26), eingeformt ist.

10. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenfläche des Einlegeteils (18) und/oder der Außenfläche des Anschlußkörpers (14) eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtungsrings (38) angeordnet ist.

11. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (14) einen an einer freien Stirnfläche des Einlegeteils (18) vorzugsweise unter Zwischenklemmen eines Dichtungsrings (36) druckdicht anpreßbaren Flansch aufweist.

12. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) mindestens eine zur Ringkammer (46) führende Radialbohrung (40′) für den Anschluß einer Flüssigkeitsleitung aufweist, und daß die Kunststoffhülle im Überlappungsbereich mit der Radialbohrung (40′) radial durchbrochen ist.

13. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Adapterstück (50) einstückig mit dem Anschlußkörper (14) verbunden ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Druckrohrs für ein Membranmodul, bei welchem mindestens ein mit einem aushärtenden Kunststoff oder Kunstharz getränkter Glasfaserstrang oder ein entsprechendes Glasfaserband auf einen die lichte Weite des Druckrohrs definierenden zylindrischen Wickeldorn spiralig aufgewickelt und das Druckrohr nach dem Aushärten des Kunstharzes vom Wickeldorn abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Wickeldorn vorgeformte ringförmige Einlegeteile aufgeschoben und dort in einem etwa der Länge des herzustellenden Druckrohrs entsprechenden Abstand voneinander fixiert werden, und daß der Glasfaserstrang bzw. das Glasfaserband im Zuge des Aufwickelns auf den Wickeldorn auch auf die Außenflächen der Einle­ geteile unter Bildung einer flächigen formschlüssigen Verbindung aufgewickelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf die vorzugsweise aufgerauhte oder mit Veranke­ rungsrippen oder -noppen versehene Außenfläche der Einlegeteile vor dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs ein Haftvermittler aufgetragen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wickeldorn beim Wickelvorgang unter Mitnahme der Einlegeteile um seine Längsachse gedreht wird.