DE4136551A1 - Stroemungsverteilerkopf zum ansetzen an ein membranfiltermodul zur filtration von fluiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsverteilerkopf zum Ansetzen an ein Membranfiltermodul zur Filtration von Fluiden, insbesondere im Crossflow-Verfahren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Strömungsverteilerkopf zum Ansetzen an ein Membranfiltermodul ist z. B. aus der DE-OS 39 16 511 bekannt. Ein dort offenbartes Membranfiltermodul, das jeweils ein Bündel von Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen enthält, kennzeichnet sich durch Anordnung sämtlicher Zugänge zu den Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen und zum Gehäuseinneren an den beiden Stirnseiten. Der Anschluß zu diesen Zugängen läßt sich durch einfaches Einstecken beider Enden des Membranfiltermoduls in je einen Strömungsverteilerkopf herstellen. Durch Wahl von Strömungsverteilerköpfen für die Innenanströmung oder die Außenanströmung kann die Crossflow-Strömung wahlweise durch die Durchflüsse der Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen oder wahlweise an die Außenseite der Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen geführt werden. Da die Anordnung der Filtrat- und Unfiltrat Strömungskanäle bei Strömungsverteilerköpfen für die Innenanströmung bzw. Außenanströmung unterschiedlich ist, sind entsprechende Anpassungen beim Wechsel der Anströmart in einem Membranfiltergerät allerdings nur durch auswechselbare Einsatzteile wie Strömungsverteilerplatten vorzunehmen.

Der Wechsel der Anströmrichtung durch Austausch der Strömungsverteilerköpfe in einer Membranfiltervorrichtung mit festeingebauten Strömungsverteilerplatten ist deswegen kompliziert und der relativ komplizierte Aufbau kann ursächlich für Undichtigkeiten sein.

Daneben kann es aufgrund der Konstruktion der aus der DE-OS 39 16 511 bekannten Strömungsverteilerköpfe auch zu weiteren Dichtigkeitsproblemen kommen.

Zur Abdichtung des Zugangs zu den Stirnseiten der Rohr-, Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen vom Zugang zum Filtergehäuse dient in Verbindung mit dem Strömungsverteilerkopf eine axial gegenüber der Stirnseite der äußeren Manschette des Membranfiltermoduls vorstehende innere Manschette, die mindestens eine auf die äußere Umfangsfläche der inneren Manschette gesetzte Ringdichtung trägt.

Ist das Filtergehäuse aus Edelstahl gefertigt, so kann es beim Vorliegen einer solchen Abdichtung aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Edelstahlgehäuses, insbesondere der Inneren das Bündelende aufnehmenden Manschette, und den in eine elastische Vergußmasse vergossenen oder in ein Plastomer verschweißten Bündelenden schon nach einmaligem Gebrauch des Membranfiltermoduls zu Rissen in der Abdichtmasse und nachfolgend zu deren Ablösung von der inneren Manschette kommen. Dadurch wird das Membranfiltermodul undicht und unbrauchbar.

Das bedeutet, daß auch die Abdichtung zwischen Strömungsverteilerkopf einerseits und Membranfiltermodul andererseits verbesserungsbedürftig ist.

Gegenüber dem dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, Strömungsverteilerköpfe zum Ansetzen an ein Membranfiltermodul zur Verfügung zu stellen, die einen Wechsel der Anströmart erleichtern. Außerdem soll die Dichtigkeit zwischen Strömungsverteilerköpfen und Membranfiltermodulen verbessert werden.

Diese Probleme werden durch einen Strömungsverteilerkopf mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung besteht darin, daß unter Beibehaltung der Anordnung und der Durchmesser der Fluidkanäle der Strömungsverteilerkopf hinsichtlich der Anordnung der Zwischenkanäle für Innen- und Außenanströmung in unterschiedlichen Ausbildungen vorgesehen ist, wobei der erste Fluidkanal mit der Bündelstirnfläche und der zweite Fluidkanal mit der Außenseite der Kapillar- oder Hohlfasermembranen oder der erste Fluidkanal mit der Außenseite der Kapillar- oder Hohlfasermembranen und der zweite Fluidkanal mit der Bündelstirnfläche in Verbindung steht. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß beim Wechsel der Anströmart in einer Membranfiltervorrichtung keinerlei Zwischenplatten oder Adapter benötigt werden. Der Wechsel der Anströmart geschieht lediglich durch Austausch von Strömungsverteilerköpfen für die eine Anströmart gegen Strömungsverteilerköpfe für die andere Anströmart.

In bevorzugter Ausführungsform ist der erste Fluidkanal der Unfiltratströmungskanal und der zweite Fluidkanal der Filtratströmungskanal, wobei der Unfiltratströmungskanal einen größeren Durchmesser als der Filtratströmungskanal aufweist. Dieses Größenverhältnis der Fluidkanäle ist insbesondere vorteilhaft für die Strömungs- und Druckverhältnisse beim Filtrationsvorgang.

Für alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Strömungsverteilerköpfe gilt, daß sie über eine Aufnahmeöffnung verfügen, in die die Membranfiltermodule lediglich mit ihren Endbereichen einzustecken oder aber auch ggf. einzudrehen sind. Die Abdichtung wird dabei jeweils durch ringförmige Dichtelemente geschaffen, die an korrespondierenden Umfangsflächen im Strömungsverteilerkopf und am Membranfiltermodul anliegen. Hierdurch haben die Membranfiltermodule begrenzten, aber ausreichenden Spielraum, um sich axial gegenüber den Strömungsverteilerköpfen verschieben zu können und auf diese Weise thermische und mechanische Spannungen, wie sie etwa beim Sterilisationsvorgang auftreten können, auszugleichen.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes weist die Öffnung zur Aufnahme des Membranfiltermoduls zwei den stirnseitigen Zugängen des anzusetzenden Filtergehäuses des Membranfiltermoduls entsprechende Kammern auf, wobei jede dieser Kammern über mindestens einen Zwischenkanal an jeweils einen der Fluidkanäle angeschlossen ist. Der oder die Zwischenkanäle sind üblicherweise vertikale Verbindungskanäle, es können jedoch auch horizontale Kanäle oder An- bzw. Ausschnitte vorgesehen sein, um die Verbindung der Kammern mit den entsprechenden Fluidkanälen herzustellen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung wird die Trennung der Aufnahmeöffnung in die beiden Kammern durch eine manschettenartige Innenwand erreicht, die im zusammengesetzten Zustand von Filtergehäuse und Strömungsverteilerkopf eine am Filtergehäuse gegebenfalls vorhandene axial vorstehende innere Manschette abdichtend umgreift.

Dabei ist bei dieser ersten Ausführungsform bei der Variante für die Innenanströmung der Unfiltratströmungskanal größeren Querschnitts mit einer der beiden Kammern, nämlich der zentralen Kammer der Aufnahmeöffnung über einen Zwischenkanal und der Filtratströmungskanal kleineren Querschnitts mit der Zweiten der Kammern, nämlich einer Ringkammer der Aufnahmeöffnung über mindestens einen weiteren Zwischenkanal in Verbindung. Entgegen der im Stand der Technik gemachten Annahme, daß - zur Aufrechterhaltung einer stabilen Anordnung - der Filtratströmungskanal kleineren Querschnitts direkt einen gemeinsamen Anschnitt mit der Ringkammer aufweisen müsse, gelingt es so, durch ein Hochsetzen des Filtratkanals kleineren Querschnitts und dessen Verbindung über einen oder mehrere Zwischenkanäle mit der Ringkammer, eine Ausführungsform zu schaffen, die bezüglich der Anordnung und Dimensionierung der Fluidkanäle zur zweiten Variante für die Außenanströmung gemäß der ersten Ausführungsform der Strömungsverteilerköpfe kompatibel ist.

Bei der Variante für die Außenanströmung ist bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsverteilerköpfe bevorzugt der Unfiltratströmungskanal mit der Ringkammer über einen vertikalen Kanal oder Anschnitt und der Filtratströmungskanal mit der zentralen Kammer über einen Zwischenkanal in Verbindung.

Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der Strömungsverteilerköpfe zeichnet sich dadurch aus, daß die Aufnahmeöffnung nur eine einzige mit den Fluidkanälen in Verbindung stehende Kammer aufweist. Diese modifizierte Kammer weist eine Ringstufe auf, an deren innenliegender Mantelfläche Vorkehrungen zur Aufnahme mindestens eines ringförmigen Dichtelements getroffen sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Einkerbungen oder auch um eine Ringnut handeln. Ein hier angeordnetes Dichtelement kann dann mit der Außenfläche des vergossenen oder verschweißten Bündelendes von Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermembranen die Abdichtung des stirnseitigen Zugangs zu den Rohr,- Kapillar- oder Hohlfasermembranen bewirken, wenn der Strömungsverteilerkopf an ein Modul angesetzt ist.

Bei der Variante für die Innenanströmung gemäß der zweiten Ausführungsform ist es bevorzugt, daß der Unfiltratströmungskanal mit der Kammer der Aufnahmeöffnung über einen Zwischenkanal und der Filtratströmungskanal mit der Kammer der Aufnahmeöffnung über mindestens einen zur Stirnfläche der Ringstufe führenden Zwischenkanal in Verbindung steht.

Bei der Variante für die Außenanströmung gemäß der zweiten Ausführungsform ist es bevorzugt, daß der Unfiltratströmungskanal mit der Kammer der Aufnahmeöffnung über mindestens einen zu der Stirnfläche der Ringstufe führenden Zwischenkanal und der Filtratströmungskanal mit der Kammer über mindestens einen Zwischenkanal in Verbindung steht.

Die ringstufenförmige Ausgestaltung einer Aufnahmeöffnung gemäß der zweiten Ausführungsform erlaubt eine insgesamt massivere und dadurch stabilere Ausführung der Strömungsverteilerköpfe. Durch den Wegfall der bei der ersten Ausführungsform üblichen Ringkammer, die durch eine zusätzliche innere Manschette ausgebildet sein kann, kann man bei der Innenanströmung zweckmäßig den Strömungskanal größeren Querschnitts - den Unfiltratkanal - in axialer Richtung näher an der Aufnahmeöffnung anordnen, als beim bekannten Strömungsverteilerkopf für die Innenanströmung. Wird zusätzlich der Filtratkanal von der Aufnahmeöffnung entfernt angeordnet, so erhält man auch hier einen Strömungsverteilerkopf, bei dem die Anordnung und die Durchmesser der Strömungskanäle der Anordnung und den Durchmessern der Strömungskanäle eines Strömungsverteilerkopfes für die Außenanströmung entsprechen. Daraus resultiert die vollständige Kompatibilität aller Varianten der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes bezüglich der Anordnung und der Durchmesser der Strömungskanäle.

Dies gewährleistet insbesondere die Verbindung von günstigen Strömungsverhältnissen einerseits mit einer einfachen und rationellen Fertigung des Strömungsverteilerkopfes.

Weiterhin bevorzugt ist es, wenn der erste Fluidkanal dem oberen Ende der Kammer bzw. Zentralkammer benachbart ist oder unmittelbar an die Kammer bzw. Zentralkammer angrenzt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es weiterhin von Vorteil, wenn der zweite Fluidkanal bezüglich seiner axialen Anordnung relativ zum ersten Fluidkanal weiter entfernt von der Kammer angeordnet ist. Die Verbindung des zweiten Fluidkanals zu der Kammer bzw. Zentralkammer oder auch zu der Ringkammer wird dann über mindestens einen Zwischenkanal erreicht, wobei sich der Zwischenkanal im wesentlichen achsparallel zum Gehäuse und im wesentlichen rechtwinklig zum zweiten Fluidkanal erstreckt.

Bevorzugt wird beim Vorliegen mehrerer Zwischenkanäle zur Verbindung des zweiten Fluidkanals, wobei jeder der Zwischenkanäle einen wesentlich kleineren Lochkreisdurchmesser als der zweite Fluidkanal aufweisen kann, eine Anordnung der Zwischenkanäle nebeneinander auf einer gedachten Kreisbogenlinie im Strömungsverteilerkopf, deren Krümmung dem Verlauf des äußeren Zugang bzw. zentralen Zugangs zum Filtergehäuse und bei Ausbildung einer Ringstufe in der Kammer gleichzeitig dem Verlauf der Stirnfläche der Ringstufe in der Kammer des Strömungsverteilerkopfes entspricht.

Das Äußere der Strömungsverteilerköpfe ist so ausgebildet, daß diese zwar im wesentlichen ebene Seitenflächen aufweisen, wobei sich von Seitenfläche zu Seitenfläche durchgehend die Verteilerkanäle, also der erste und zweite Fluidkanal erstrecken. Die Mündung der durchgehenden Fluidkanäle kann bevorzugt an der einen Seitenfläche des Strömungsverteilerkopfes mit einer Aseptikdichtung und an der anderen Seitenfläche mit einer glatten, ebenen Anlagefläche versehen sein. Auf diese Weise läßt sich eine Mehrzahl von Strömungsverteilerköpfen problemlos und dicht aneinanderreihen.

Dies wird noch dadurch erleichtert und verbessert, daß in jedem Strömungsverteilerkopf eine sich parallel zu den durchgehenden Fluidkanälen erstreckende durchgehende Aufnahmebohrung (Auge) für eine Trag- und Spannstange angebracht ist. Diese kann zur Befestigung mehrerer Strömungsverteilerköpfe nebeneinander und zum Anpressen dieser Mehrzahl von Strömungsverteilerköpfe Anwendung finden.

Im Rahmen der Erfindung können die Strömungsverteilerköpfe aus jedem geeigneten Material gefertigt sein. Hierzu kommen in Frage Metall, Stahl, Edelstahl, Keramik, Glas usw. Besonders bevorzugt wird jedoch als Material ein geeigneter Kunststoff oder auch Mischungen von geeigneten Kunststoffen, beispielsweise Polyolefinen. Es ist besonders zu beachten, daß das gewählte Material gegenüber dem zu filtrierenden Gut inert ist, d. h., daß es zu keinen chemischen Wechselwirkungen zwischen dem Material des Strömungsverteilerkopfes und dem Filtrat bzw. Unfiltrat kommt.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Stabilität bestimmter Bereiche des Strömungsverteilerkopfes durch Einlage oder Einarbeitung von Verstärkungsringen oder Einlageformen beispielsweise aus Edelstahl zu vergrößern. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn beispielsweise bei Vorliegen einer Zentralkammer und einer Ringkammer der Strömungsverteilerkopf eine manschettenartige Ausgestaltung aufweist, die einen relativ dünnen Querschnitt hat und somit bei besonderen Beanspruchungen im Filtrationsprozeß einer gewissen Verstärkung bedarf. Die Verstärkungselemente sind dann vorzugsweise so in den Strömungsverteilerkopf eingelagert, daß sie mit dem Filtrat bzw. Unfiltrat nicht in Berührung kommen. Sie werden also gänzlich von der Substanz aus der die Strömungsverteilerköpfe bestehen, umhüllt.

Wesentlich für das einwandfreie Funktionieren des Strömungsverteilerkopfes in all seinen Varianten und Ausführungsformen ist die Abdichtung des Kopfes gegenüber dem anzusetzenden Filtermodul. Dazu ist bevorzugt zumindest eine zur Aufnahme eines Dichtelementes vorbereitete Ringnut oder Vertiefung bzw. ringförmige Einkerbung vorhanden. Diese ist zweckmäßig an der innenliegenden Mantelfläche der Umfangswand des Strömungsverteilerkopfes in der Nähe der Stirnseite der Aufnahmeöffnung des Strömungsverteilerkopfes zur Verfügung gestellt. Zur Abdichtung kann ein eingelegtes Dichtelement auf eine korrespondierende Fläche am angesetzten Membranfiltermodul greifen und die Abdichtung nach außen bewirken. Prinzipiell kann allerdings das Dichtelement auch vom Filtergehäuse des Moduls getragen werden, so daß beim Zusammensetzen von Filtergehäuse und Strömungsverteilerkopf eine dichtende Beziehung entsteht, obwohl keine Ringnut bzw. Aufnahme im Strömungsverteilerkopf vorhanden ist.

Beim Vorliegen einer Ringstufenkammer im Strömungsverteilerkopf macht es die erwünschte Trennung der Zugänge zu den Bündelstirnflächen bzw. zu der Außenseite der Kapillar- bzw. Hohlfasermembran erforderlich, zumindest ein weiteres Dichtelement vorzusehen.

Dabei ist es dann bevorzugt, daß die Aufnahmeöffnung im Strömungsverteilerkopf sowohl das bzw. die Dichtelemente zur übergreifenden Abdichtung der äußeren Manschette des Filtergehäuses als auch das bzw. die Dichtelemente zur Abdichtung des zentralen stirnseitigen Zugangs zu den Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen trägt. Beim Vorliegen einer Ringstufenkammer kann allerdings auch das Filtergehäuse die Dichtungen tragen, insbesondere auch die Innenmanschette sofern vorhanden, so daß die Strömungsverteilerköpfe gemäß der zweiten Ausführungsform auch an Membranfiltermodule für die erste Ausführungsform von Strömungsverteilerköpfen ansetzbar sind.

Ist jedoch die Anordnung des bzw. der Dichtelements(e) am Strömungsverteilerkopf vorgesehen, so ist es dabei bevorzugt, zumindest eine Aufnahme bzw. Ringnut in demjenigen Innenbereich der maschettenartigen Umfangswand des Strömungsverteilerkopfes anzuordnen, der dem Bereich der Ringstufenkammer benachbart ist, welcher zur Aufnahme des verschweißten oder vergossenen Bündelendes des Bündels von Kapillar- bzw. Hohlfasermembranen dient.

Bevorzugt bestehen die zur Abdichtung verwendeten Dichtelemente aus einem gegenüber der zu filtrierenden Lösung inerten Material, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff, insbesondere Polyolefin. Zweckmäßig werden O-Ringe als Dichtelemente verwendet, die in vorbereitete Aussparungen in den inneren Mantelflächen der Aufnahmeöffnung einlegbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines an ein Membranfiltermodul anzusetzenden Strömungsverteilerkopfes für die Innenanströmung der Membranen im Schnitt 1-1 der Fig. 2;

Fig. 2 den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 1 in den Schnitten 2a-2a und 2b-2b in Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise weggebrochene Draufsicht aus der Richtung 3 auf den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines an ein Membranfiltermodul anzusetzenden Strömungsverteilerkopfes für die Außenanströmung der Membranen im Schnitt 4-4 der Fig. 5;

Fig. 5 den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 4 in den Schnitten 5a-5a und 5b-5b in Fig. 4;

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Draufsicht aus der Richtung 6 auf den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines an ein Membranfiltermodul anzusetzenden Strömungsverteilerkopfes für die Innenanströmung der Membranen im Schnitt 7-7 in Fig. 8;

Fig. 8 den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 7 in den Schnitten 8a-8a und 8b-8b in Fig. 7;

Fig. 9 eine teilweise weggebrochene Draufsicht aus der Richtung 9 auf den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 7;

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform eines an ein Membranfiltermodul anzusetzenden Strömungsverteilerkopfes für die Außenanströmung der Membran im Schnitt 10-10 in Fig. 11;

Fig. 11 den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 10 in den Schnitten 11a-11a und 11b-11b in Fig. 10; und

Fig. 12 eine teilweise weggebrochene Draufsicht aus der Richtung 12 auf den Strömungsverteilerkopf gemäß Fig. 10.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen Darstellungen einer ersten Ausführungsform der Strömungsverteilerköpfe 29a, 29b zum Ansetzen an ein Membranfiltermodul. Die in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Varianten unterscheiden sich von denen in den Fig. 7 bis 12 gezeigten Varianten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Strömungsverteilerköpfe 29c, 29d durch die Ausgestaltung der Aufnahmeöffnung 56. Die Aufnahmeöffnung 56 weist bei den in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Varianten zwei Kammern, nämlich eine zentrale Kammer 62 und eine Ringkammer 63 auf, wohingegen die in den Fig. 7 bis 12 gezeigten Varianten als Aufnahmeöffnung 56 eine einzige Kammer 85 mit einer Ringstufe 86 aufweisen. Je nach Ausführungsform des Strömungsverteilerkopfes ist ein Membranfiltermodul mit einer korrespondierenden Ausgestaltung eines Filtergehäuses bzw. des von diesem Filtergehäuses aufgenommenen Bündelendes von Kapillar- oder Hohlfasermembranen anzusetzen.

Ist es beabsichtigt, die Kapillar- oder Hohlfasermembranen mit ihrem inneren Durchlaß in der Umlaufströmung der zu behandelnen Flüssigkeit anzuordnen, so sind entweder Strömungsverteilerköpfe 29a in der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 oder Strömungsverteilerköpfe 29c in den Ausführungen gemäß den Fig. 7 bis 9 zu verwenden. Ist dagegen beabsichtigt, die Strömung der zu behandelnden Flüssigkeit an der Außenseite der Kapillar- oder Hohlfaser-Membranen vorbeizuführen, so sind Strömungsverteilerköpfe 29b gemäß Fig. 4 bis 6 oder Strömungsverteilerköpfe 29d gemäß den Fig. 10 bis 12 einzusetzen.

In allen Fällen weisen die Strömungsverteilerköpfe 29a bis 29d zwei einander entgegengesetzt liegende parallele Seitenflächen 57 und 58 auf, zwischen denen sich rechtwinklig zur Aufnahmeöffnung 56 angeordnete Strömungskanäle 59 und 60 erstrecken. An dem der Aufnahmeöffnung 56 abgewandten Ende weisen die Strömungsverteilerköpfe 29a bis 29d ein Auge 67 in Form einer von der Seitenfläche 57 zur Seitenfläche 58 durchgehenden Bohrung auf. Mit diesem Auge 67 sind Strömungsverteilerköpfe 29a bis 29d auf Trag- bzw. Spannstangen, die nicht dargestellt sind, aufreihbar. An der einen Seitenfläche 58 sind die durchgehenden Strömungskanäle 59 und 60 mit einem Aseptik-Dichtungsring 68 umgeben, der sich gegen die glatte Seitenfläche 57 eines benachbarten aufgereihten Strömungsverteilerkopfes 29a bis 29d legt.

Die Aufnahmeöffnung 56 ist bei der Ausführungsform 29a und 29b mittels einer Innenmanschette 61 in zwei den stirnseitigen Zugängen des Filtergehäuses entsprechende Kammern, nämlich eine zentrale Kammer 62 und eine Ringkammer 63 unterteilt. Die die zentrale Kammer 62 und die Ringkammer 63 voneinander trennende Innenmanschette 61 ist dabei so ausgebildet, daß sie eine korrespondierende Innenmanschette des Filtergehäuses aufnimmt, wobei auf die innere Manschette des Filtergehäuses gesetzte, nicht gezeigte Dichtelemente mit der Innenfläche der Innenmanschette 61 zusammenwirken.

Wie man anhand der Fig. 7 bis 12 erkennen kann, zeigen die Strömungsverteilerköpfe 29c und d gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in ihrer Aufnahmeöffnung 56 nur eine einzige Kammer 85, d. h. die Innenmanschette 61 ist nicht mehr vorhanden. Stattdessen verfügt die Kammer 85 über eine Ringstufe 86 mit einer Stirnfläche 87 und einer innenliegenden Mantelfläche 88 zur Aufnahme des nicht dargestellten vergossenen oder verschweißten Bündelendes des Bündels von Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermembranen. Im Gegensatz zu der in den Fig. 29a und 29b dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes weist nunmehr die innenliegende Mantelfläche 88 eine Aufnahme 89 für ein Dichtelement, beispielsweise eine O-Ringdichtung auf, welche in Verbindung mit dem vergossenen oder verschweißten Bündelende des Bündels von Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermembranen die Abdichtung des stirnseitigen Zuganges zu diesen Membranen bewirkt.

Allen vier erfindungsgemäßen Varianten 29a bis 29d ist wiederum gemeinsam, daß die die Ringkammer 63 bzw. die Kammer 85 umgebende manschettenartige Umfangswand 64 am Einlaß in die Aufnahmeöffnung 56 für die Aufnahme eines Dichtelementes vorbereitet ist, wobei beispielsweise eine Ringnut oder auch eine Vertiefung ausgebildet sein kann. Eine in diese Nut bzw. Vertiefung 52 eingelegte Ringdichtung greift beim angesetzten Filtermodul auf die äußere Umfangsfläche einer am Filtergehäuse vorhandenen äußeren Manschette und dichtet somit die Verbindung von Filtergehäuse und Strömungsverteilerkopf ab.

Da die Strömungsverteilerköpfe 29a bis 29d im Beispiel der Fig. 1 bis 12 aus Kunststoff, bevorzugt aus Polyolefin hergestellt sind, sind bei allen vier Varianten der Öffnungsrand der Umfangswand 64 und bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 6 die Innenmanschette 61 jeweils mit eingeformten Metallringen, insbesondere Edelstahlringen 65, 66 verstärkt.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Variante für die Innenanströmung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes ist der Strömungskanal 59 großen Querschnitts, der zur Führung des im Umlauf befindlichen, zu behandelnden Fluids gedacht ist, über einen Zwischenkanal 69 mit der zentralen Kammer 62 in Verbindung, während der für das Abführen des Filtrates gedachte Strömungskanal 60 kleineren Querschnitts mit der Ringkammer 63 über drei Zwischenkanäle 98 in Verbindung steht. In der Fig. 3 kann man am besten erkennen, daß diese drei Verbindungskanäle jeweils auf einem Kreisbogen liegen, der zu einem äußeren Zugang des in die Aufnahmeöffnung eingesetzten Membranfiltermoduls korrepondiert.

Im Unterschied hierzu ist bei der Variante für die Außenanströmung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes 29b, wie sie beispielsweise in den Fig. 4 bis 6 dargestellt wird, die zentrale Kammer 62 über einen Zwischenkanal 70 an den Strömungskanal 60 kleineren Querschnitts angeschlossen, während die Ringkammer 63 über einen Anschnitt 71 mit dem Strömungskanal 59 größeren Querschnitts in Verbindung steht.

Ein Vergleich der beiden Varianten für die Innen- und Außenanströmung (29a und 29b) zeigt, daß sowohl die Lochkreisdurchmesser des ersten und zweiten Filtratkanals 59, 60 als auch deren Position und Anordnung relativ zur Aufnahmeöffnung für die beiden Varianten 29a und 29b identisch sind.

Bei der Variante für die Innenanströmung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsverteilerkopfes 29c (Fig. 7 bis 9) steht der Strömungskanal 59 größeren Querschnitts wie bei der in Fig. 1 gezeigten Variante für die Innenanströmung über einen Zwischenkanal 69 jetzt allerdings lediglich mit der Kammer 85 in Verbindung. Der Strömungskanal kleineren Querschnitts 60 steht wie im vorliegenden Beispiel am besten in Fig. 9 zu erkennen ist, über drei Verbindungskanäle 92 mit der Kammer 85 in Verbindung, wobei die Verbindungskanäle 92 jedoch an der Stirnfläche 87 der Ringstufe 86 der Kammer 85 enden.

Bei der Variante für die Außenanströmung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsverteilerköpfe 29d gemäß den Fig. 10 bis 12 ist wie bei der Variante für die Außenanströmung gemäß Fig. 4 der Strömungskanal kleineren Querschnitts 60 über einen Zwischenkanal 70 mit der Kammer 85 (anstelle der zentralen Kammer 62) in Verbindung. Der Strömungskanal größeren Querschnitts 59 ist jedoch nicht wie in der Variante für die Außenanströmung gemäß der ersten Ausführungsform über einen Anschnitt mit einer Ringkammer in Verbindung, sondern vielmehr über eine Mehrzahl von Zwischenkanälen 99, die auf die Stirnfläche 87 der Ringstufe 86 der Kammer führen. Die größere Zahl von Zwischenkanälen 99 ist durch den relativ großen Querschnitt des Strömungskanals 59 verursacht und dient vorteilhaft zur Aufrechterhaltung einer störungsfreien Strömung. Wie am besten wiederum in Fig. 12 zu erkennen ist, liegen auch die Verbindungskanäle 99 bevorzugt auf einem Kreisbogen, der zur Stirnfläche 87 der Ringstufe 86 korrespondiert.

Ein Vergleich der beiden Varianten der zweiten Ausführungsform 29c und d mit der ersten Ausführungsform der Strömungsverteilerköpfe 29a und b zeigt sofort, daß nicht nur zwischen den Varianten für die Innen- und Außenanströmung sondern auch zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsverteilerköpfe eine absolute Übereinstimmung in Bezug auf die Durchmesser und die Anordnung der ersten und zweiten Fluidkanäle gewährleistet ist. Dies ermöglicht insbesondere vorteilhaft den Verzicht auf eine Anpassung der in einem Membranfiltergerät für den Einsatz der Membranfiltermodule fest angebrachten Strömungsverteilerplatten an die wahlweise zu benutzenden Strömungsverteilerköpfe für die Innen- oder Außenanströmung. Insbesondere kann auf austauschbare Einsatzteile zur Anpassung an die jeweils benutzte Art von Strömungsverteilerköpfen verzichtet werden. Somit wird der Wechsel von der einen zur anderen Betriebsart nur durch den Austausch der Strömungsverteilerköpfe erreicht.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Strömungsverteilerköpfe ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Bezugszeichenliste

29a, b, c, d Strömungsverteilerkopf
52 Ringnut bzw. Aufnahmelager für Ringdichtung
56 Aufnahmeöffnung
57 Seitenfläche
58 Seitenfläche
59 Strömungskanal großen Querschnitts
60 Strömungskanal kleineren Querschnitts
61 Innenmanschette
62 zentrale Kammer
63 Ringkammer
64 Umfangswand
65 Edelstahlring
66 Edelstahlring
67 Auge
68 Ringnut bzw. Aufnahme für Aseptikdichtungsring
69 Zwischenkanal
70 Zwischenkanal
71 Anschnitt
85 Kammer
86 Ringstufe
87 Stirnfläche
88 Mantelfläche
89 Ringnut bzw. Aufnahmeraum für Ringdichtung
92 Zwischenkanäle
98 Zwischenkanäle
99 Zwischenkanäle

Claims (18)

1. Strömungsverteilerkopf zum Ansetzen an ein Membranfiltermodul zur Mikro- und Ultrafiltraton von Fluiden mit einem Filtergehäuse, das Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermembranen in Form eines Bündels aufweist, wobei

• a) an einer Stirnseite des Filtergehäuses zwei leckdicht voneinander getrennte Zugänge gebildet sind, von denen ein erster Zugang auf die Bündelstirnfläche führt, während der zweite stirnseitige Zugang mit der Außenseite der Kapillar- oder Hohlfasermembranen in Verbindung steht, und
• b) der Strömungsverteilerkopf eine an seiner einen Stirnseite angeordnete Aufnahmeöffnung zum Einführen eines Endes des Filtergehäuses und zwei einander gegenüberliegende parallele Seitenflächen aufweist, zwischen denen sich rechtwinklig zur Aufnahmeöffnung ein erster und ein zweiter Fluidkanal erstrecken, die voneinander getrennt sind und über Zwischenkanäle im angesetzten Zustand mit jeweils nur einem der stirnseitigen Zugänge des Filtergehäuses in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Beibehaltung der Anordnung und der Durchmesser der Fluidkanäle (59, 60) der Strömungsverteilerkopf (29a-d) hinsichtlich der Anordnung der Zwischenkanäle (69, 70, 71, 92, 98, 99) für Innen- und Außenanströmung in unterschiedlichen Ausbildungen vorgesehen ist, wobei der erste Fluidkanal (59) mit der Bündelstirnfläche und der zweite Fluidkanal (60) mit der Außenseite der Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermembranen oder der erste Fluidkanal (59) mit der Außenseite der Kapillar- oder Hohlfasermembranen und der zweite Fluidkanal (60) mit der Bündelstirnfläche in Verbindung steht.

2. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fluidkanal (59) der Unfiltratströmungskanal und der zweite Fluidkanal (60) der Filtratströmungskanal ist und daß der Unfiltratströmungskanal (59) einen größeren Durchmesser als der Filtratströmungskanal (60) aufweist.

3. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (56) zwei den stirnseitigen Zugängen des anzusetzenden Filtergehäuses entsprechende Kammern (62, 63) aufweist und jede dieser Kammern (62, 63) über mindestens einen Zwischenkanal (98, 69, 70, 71) an jeweils einen Fluidkanal (59, 60) angeschlossen ist.

4. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (56) eine Innenmanschette (61) aufweist, die die beiden Kammern (62, 63) trennt.

5. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unfiltratströmungskanal (59) zur Innenanströmung mit der Zentralkammer (62) der Aufnahmeöffnung (56) über einen Zwischenkanal (69) und der Filtratströmungskanal (60) mit der Ringkammer (63) der Aufnahmeöffnung (56) über mindestens einen Zwischenkanal (98) in Verbindung steht.

6. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unfiltratströmungskanal (59) zur Außenanströmung mit der Ringkammer (63) über einen Anschnitt (71) und der Filtratströmungskanal (60) mit der Zentralkammer (62) über einen Zwischenkanal (70) in Verbindung steht.

7. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (56) nur eine mit den Fluidkanälen (59, 60) in Verbindung stehende Kammer (85) mit einer Ringstufe (86) aufweist.

8. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (85) eine Ringstufe (86) mit einer innenliegenden Mantelfläche (88) aufweist, die eine Aufnahme (89) für mindestens ein ringförmiges Dichtelement aufweist.

9. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Unfiltratströmungskanal (59) zur Innenanströmung mit der Kammer (85) der Aufnahmeöffnung (56) über einen Zwischenkanal (69) und der Filtratströmungskanal (60) mit der Kammer (85) der Aufnahmeöffnung (56) über mindestens einen zur Stirnfläche (87) der Ringstufe (86) führenden Zwischenkanal (92) in Verbindung steht.

10. Strömungsverteilerkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Unfiltratströmungskanal (59) zur Außenanströmung mit der Kammer (85) der Aufnahmeöffnung über mindestens einen zu der Stirnfläche (87) der Ringstufe (86) führenden Zwischenkanal (99) und der Filtratströmungskanal (60) mit der Kammer (85) über mindestens einen Zwischenkanal (70) in Verbindung steht.

11. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fluidkanal (59) der Kammer (62, 85) benachbart angeordnet ist.

12. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fluidkanal (60) in axialer Richtung weiter entfernt von der Kammer (62, 85) angeordnet ist als der erste Fluidkanal (59).

13. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsverteilerkopf (29a bis 29d) ein zu den Fluidkanälen (59, 60) parallel verlaufendes Auge (67) zum Aufreihen mehrerer Strömungsverteilerköpfe (29a bis 29d) nebeneinander auf einer Trag- oder Spannstange aufweist.

14. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende Mantelfläche einer die Kammer begrenzenden Umfangswand (64) mindestens eine Aufnahme (52) für ringförmige Dichtelementes aufweist.

15. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Edelstahl besteht.

16. Strömungsverteilerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß er aus gegenüber dem zu filtrierenden Fluid inertem Kunststoff, beispielsweise Polyolefin besteht.

17. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinen einander entgegengesetzten, parallelen Seitenflächen den Austritt der Strömungskanäle (59, 60) umgebende Aseptikdichtungen (68) aufweist, und zwar für jeden Strömungskanal an der einen Seitenfläche (58) eine Aseptikdichtung (68) und an der anderen Seitenfläche (57) eine ebene glatte Widerlagerfläche.

18. Strömungsverteilerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die manschettenartige Umfangswand (64) der Aufnahmeöffnung (56) und/oder die Innenmanschette (61) mit einem ringförmigen Verstärkungselement (65, 66) aus Metall, vorzugsweise Edelstahl versehen ist, das vorzugsweise in das Produkt nicht-berührender Weise eingelagert ist.