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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der
Molekül-
oder Partikeltrennung, bei der im allgemeinen als Membrane bezeichnete
Filtrations- oder Trennelemente eingesetzt werden, die entsprechend
ausgebildet sind, um die Trennung der in einem zu behandelnden fluiden
Medium enthaltenen Moleküle
oder Partikel zu gewährleisten.
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Genauer
gesagt betrifft die vorliegende Erfindung die technischen Mittel,
die entsprechend ausgelegt sind, um die Dichtigkeit dieser Trenn-
oder Filtrationselemente zu gewährleisten.
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Eine
besonders vorteilhafte Anwendung findet der Gegenstand der Erfindung
auf dem Gebiet der Filtration, im allgemeinen Sinn, eines zu behandelnden
fluiden Mediums und insbesondere der Nanofiltration, der Ultrafiltration,
der Mikrofiltration etc.
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Im
Stand der Technik ist bekannt, ein Filtrationsmodul einzusetzen,
das von einer Metallhülle
gebildet ist und das an jedem Ende mit einer Trägerplatte ausgestattet ist,
welche angeordnet ist, um einen oder mehrere Durchgänge aufzuweisen,
die dazu bestimmt sind, die Positionierung der jeweils röhrenförmig ausgebildeten
Filtrationselemente zueinander zu ermöglichen. Die Filtrationselemente
erstrecken sich somit innerhalb der Hülle parallel zueinander und sind
an einem jeden ihrer Enden an der Trägerplatte dicht angebracht.
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Jedes
Filtrationselement umfaßt
wenigstens einen Zirkulationskanal für das zu behandelnde Fluid,
der sich von einem Endteil des Elements zum anderen erstreckt. Die
Filtrationselemente stellen die Tangentialfiltration des Fluids
sicher, um an der Umfangsfläche
der Filtrationselemente den Austritt des Filtrats zu erzielen, welches
dazu bestimmt ist, in einem zwischen den Trägerplatten und der Hülle befindlichen
Sammelraum zurückgewonnen
zu werden.
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Um
die Dichtigkeit zwischen den Endteilen der Filtrationselemente und
den Trägerplatten
sicherzustellen, sind Dichtungen mittels einer metallischen Gegenplatte,
die an jeder Trägerplatte
befestigt ist, positioniert und festgeklemmt. Diese Dichtungen,
die aus einem verformbaren Material, wie einem Elastomer oder einem Gummi
gefertigt sind, ermöglichen, durch
Festklemmen eine Dichtigkeit zwischen den Trägerplatten und den Filtrationselementen
zu erzielen.
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Das
Dokument
US 4 849 104
A beschreibt eine Dichtung, die dazu bestimmt ist, in einem
Durchgang einer Trägerplatte
angebracht zu werden, um das Ende eines röhrenförmigen Filtrationselements zu
umgeben, das mit wenigstens einem Zirkulationskanal für ein Fluid
ausgestattet ist, und die in Form einer Manschette ausgebildet ist,
welche eine Höhe aufweist,
die größer ist
als die Höhe
des Durchgangs der Trägerplatte
und die eine Überlappungsbohrung für das Filtrationselement
aufweist, die zwischen einem Ende der Manschette und einer Schulter
begrenzt ist, welche mit dem anderen Ende der Manschette eine Kanalisationsbohrung
für das
Fluid begrenzt, wobei die Schulter eine Fläche aufweist, welche dazu bestimmt
ist, als Anschlag für
den Endteil des Filtrationselements zu dienen.
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Das
Dokument
FR 2 786 109
A beschreibt eine Mehrfachdichtung, die eine Reihe von
Dichtungen umfaßt,
die durch Verbindungsbereiche untereinander verbunden sind.
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Nun
kommt es manchmal vor, daß Filtrationselemente
im Bereich ihrer in den Trägerplatten positionierten
Endteile brechen. Die Anmelderin hat herausgestellt, daß die Hauptursache
für das
Brechen der Filtrationselemente im Bereich der Trägerplatten
darin besteht, daß das
Filtrationselement an der Trägerplatte
und/oder an der Klemmgegenplatte reibt.
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Ausgehend
von dieser Feststellung hat die Anmelderin eine neuartige Dichtung
für Filtrationselemente
entwickelt, die ausgebildet ist, um zu vermeiden, daß letzteres
durch den Kontakt mit den Trägerplatten
und/oder den Klemmgegenplatten einem Abrieb unterworfen ist, ohne
dabei die Zirkulation des Fluids zu behindern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es folglich, eine Dichtung vorzuschlagen, die
dazu bestimmt ist, in einem Durchgang einer Trägerplatte angebracht zu werden,
um das Ende eines röhrenförmigen Filtrationselements
zu umschließen,
das mit wenigstens einem Zirkulationskanal für ein Fluid ausgestattet ist, der
sich in einen Zirkulationsquerschnitt einbeschreibt.
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Gemäß der Erfindung
ist die Dichtung in Form einer Manschette ausgebildet:
- – die
eine Höhe
aufweist, die wenigstens größer ist
als die Höhe
des Durchgangs der Trägerplatte,
- – und
die eine Überlappungsbohrung
für das
Filtrationselement aufweist, die zwischen einem Ende der Manschette
und einer Schulter begrenzt ist, welche mit dem anderen Ende der
Manschette eine Kanalisationsbohrung für das Fluid begrenzt, wobei
die Schulter eine Fläche
hat, die dazu bestimmt ist, als Anschlag für den Endteil des Filtrationselements
zu dienen, und entsprechend ausgelegte Abmessungen aufweist, um
sich außerhalb
des Zirkulationsquerschnittes zu erstrecken, um nicht die Zirkulation
des Fluids zu behindern, wobei die Überlappungsbohrung mit einer
Auskehlung versehen ist, welche die Schulter säumt, um das Kriechen der Dichtung
zuzulassen.
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Die
erfindungsgemäße Dichtung
ermöglicht, jedweden
Kontakt zwischen den Filtrationselementen und den von den Klemmgegenplatten
und den Trägerplatten
gebildeten Metallteilen zu vermeiden. Dank des Einsatzes eines Anschlags
für die
Filtrationselemente können
sich diese nicht unter der Wirkung der Druckdifferenz, die zwischen
ihren stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Endteilen vorliegt, bewegen, so daß sich das Filtrationselement
nicht mehr bewegen und demzufolge nicht mehr mit der metallischen
Gegenplatte in Kontakt gelangen kann.
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Verschiedene
weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand
der beiliegenden Zeichnungen hervor, die als nicht einschränkend zu
verstehende Beispiele Ausführungs-
und Anwendungsformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
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1 ist
eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Filtrationsmoduls, welches die erfindungsgemäße Dichtung
zum Einsatz bringt.
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2 ist
eine Queransicht im wesentlichen entlang der Linien II-II der 1.
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3 zeigt
ein Filtrationselement, das an einem jeden seiner Endteile mit einer
erfindungsgemäßen Dichtung
ausgestattet ist.
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4 ist
eine Queransicht in größerem Maßstab, im
wesentlichen entlang der Linien IV-IV der 3; sie zeigt
ein kennzeichnendes Detail des Gegenstandes der Erfindung.
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5 ist
eine Ansicht in größerem Maßstab, welche
unterschiedliche Merkmale eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung zeigt.
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6 zeigt
eine Mehrfachdichtung gemäß der Erfindung.
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Wie
aus den 1 und 2 genauer
hervorgeht, wird der Gegenstand der Erfindung für eine Vorrichtung oder ein
Modul 1 eingesetzt, die bzw. das die Tangentialfiltration
für ein
zu behandelndes Fluid sicherstellt, das jeglicher Art sein kann.
Das Modul 1 umfaßt
in einer Hülle
oder einem Mantel 2 wenigstens ein und im allgemeinen eine
Reihe von röhrenförmigen Filtrationselementen 3,
die parallel zueinander verlaufen und die in 1 lediglich
durch ihre Achse dargestellt sind. Wie aus den 3 und 4 genauer
hervorgeht, besitzt jedes Filtrationselement 3 eine Außenform
mit beispielsweise sechseckigem oder, in dem dargestellten Beispiel,
kreisförmigen Querschnitt.
Jedes Filtrationselement 3 umfaßt wenigstens einen und in
dem Beispiel drei Kanäle 31 , die parallel zur Längsachse
des Filtrationselements 3 ausgebildet sind, um an einem
jeden seiner Endteile 3a, 3b auszumünden. Die
Oberfläche
jedes Kanals 31 ist mit wenigstens
einer nicht dargestellten Trennschicht überzogen, die dazu bestimmt
ist, mit dem zu behandelnden, in dem Kanal zirkulierenden fluiden Medium
in Kontakt zu sein. Die Art der Trennschicht oder Trennschichten
wird in Abhängigkeit
von dem zu erzielenden Trenn- oder Filtrationsvermögen gewählt.
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Die
Filtrationselemente 3 sind an jedem ihrer Endteile 3a, 3b an
einer Trägerplatte 4 angebracht, die
an jedem Ende der Hülle 2 auf
dichte Weise befestigt ist. Herkömmlicherweise
umfaßt
jede Trägerplatte 4 eine
Anzahl von Durchgängen 5,
die gleich der Anzahl der Filtrationselemente 3 ist, die
in der Hülle 2 angebracht
sind. Vorzugsweise weist jeder Durchgang 5 eine Kegelstumpfform
auf, wobei sich die kleine Basis im Inneren des durch die Hülle 2 begrenzten
Raumes öffnet.
Jeder Durchgang 5 ermöglicht
die Positionierung eines Endteils eines röhrenförmigen Filtrationselements 3.
Jeder Durchgang 5 ist dazu bestimmt, mit einer erfindungsgemäßen Dichtung 6 versehen
zu werden, die ermöglicht,
ein dichtes Anbringen der Filtrationselemente 3 an den Trägerplatten 4 sicherzustellen.
Die Trägerplatten 4 definieren
untereinander und mit der Hülle 2 einen Sammelraum 8,
der über
wenigstens einen Ausgang 9 zum Abführen für das Fluid, d.h. des fluiden
Mediums, das die Filtrationselemente 3 durchlaufen hat, kommuniziert.
Herkömmlicherweise
soll an jeder Trägerplatte 4 über jedwedes
geeignete Mittel eine Klemmgegenplatte 11 angebracht werden,
die ermöglicht,
die Verformung der Dichtungen 6 zu gewährleisten, um eine gute Dichtigkeit
zu erzielen.
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Wie
aus den 3 bis 5 genauer
hervorgeht, ist jede Dichtung 6 in Form einer Manschette ausgebildet,
die eine Höhe
h aufweist, welche wenigstens größer ist
als die Höhe
hps der Trägerplatte 4.
Somit ist die Dichtung 6 in der Lage, das Filtrationselement 3 über eine
Länge zu übergreifen,
die wenigstens gleich der Höhe
hps der Trägerplatte 4 ist.
Unter diesen Bedingungen kann das Filtrationselement 3 nicht
mit der Trägerplatte 4 in
Kontakt gelangen, so daß das
Filtrationselement 3 weder Reibung noch Abrieb unterworfen
ist, der dazu führen
kann, daß dieses
bricht.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Dichtung 6 eine Überlappungsbohrung 15 für das Filtrationselement 3 auf,
die zwischen einem Ende 16 der Manschette und einer Schulter 17 begrenzt
ist, die mit dem anderen Ende 18 der Manschette eine Kanalisationsbohrung 19 für das Fluid begrenzt.
Wie aus 3 genauer hervorgeht, dient die
Schulter 17 als Anschlag für einen Endteil des Filtrationselements 3.
Diese Schulter 17 weist eine Fläche mit entsprechend ausgelegten
Abmessungen auf, um sich außerhalb
des Querschnittes Sc zur ungehinderten Zirkulation für das Fluid
zu erstrecken. Wie aus 4 genauer hervorgeht, umfaßt jedes
Filtrationselement 3 wenigstens ein und in dem dargestellten
Beispiel drei Zirkulationskanäle 31 , die sich in den Querschnitt zur ungehinderten
Zirkulation Sc einbeschreiben. Mit anderen Worten gesagt, entspricht
dieser Zirkulationsquerschnitt Sc der Hülle, die alle Zirkulationskanäle 31 umgibt, so daß um diesen Querschnitt eine
Umfangsfläche
bestehen bleibt, die sich bis zum Umfang des Filtrationselements
erstreckt. So weist die Schulter 17 entsprechend ausgelegte
Abmessungen auf, um sich außerhalb
des Zirkulationsquerschnittes Sc des Filtrationselements zu erstrecken,
so daß die
Zirkulation des die Kanäle 31 durchlaufenden Fluids nicht behindert
wird.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung weist die Überlappungsbohrung 15 eine
bestimmte Höhe
hp sowie einen bestimmten Durchmesser dp auf. Unter Berücksichtigung
dessen, daß der
Durchmesser des Filtrationselements 3 gleich dm ist, liegt
das Verhältnis
des Durchmessers dp der Überlappungsbohrung zum
Durchmesser dm des Filtrationselements zwischen 0,6 und 1 und liegt
das Verhältnis
zwischen der Höhe
hp der Überlappungsbohrung 15 und
dem Durchmesser dm des Filtrationselements 3 zwischen 0,2
und 1,5.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt die Kanalisationsbohrung 19 einen
bestimmten Innendurchmesser dci sowie eine bestimmte Innenhöhe hci.
Die Innenhöhe
hci der Kanalisationsbohrung 19 liegt zwischen dem Innendurchmesser dci
der Kanalisationsbohrung dividiert durch 2 und dem Innendurchmesser
dci der Kanalisationsbohrung dividiert durch 24. Des weiteren beträgt das Verhältnis des
Innendurchmessers dci der Kanalisationsbohrung 19 dividiert
durch den Durchmesser dm des Filtrationselements 3 zwischen
0,77 und 0,9.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsmerkmal
besitzt jede Dichtung 6 außen, ausgehend von dem Ende 18,
in das die Kanalisationsbohrung 19 mündet, einen bestimmten Durchmesser
dce über eine
bestimmte Höhe
hce, derart, daß ein
Außenkragen 21 gebildet
wird. Dieser Kragen 21 weist somit über seine gesamte Höhe einen
konstanten Durchmesser auf. Das Verhältnis des Durchmessers dce des
Kragens 21 zum Durchmesser dm des Filtrationselements liegt
zwischen 1,1 und 2.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsmerkmal
weist jede Gegenplatte 11 jedem Durchgang 5 gegenüberliegend
eine Senkung 23 auf, die ausgehend von einer der Hauptflächen der
Gegenplatte 11 ausgebildet ist, welche der benachbarten
Trägerplatte 4 gegenüberliegt.
Jede Senkung 23, die mit einer in der Gegenplatte 11 ausgebildeten
Durchgangsbohrung 24 in Verbindung steht, ist entsprechend ausgebildet,
um eine Dichtung 6 aufzunehmen. Genauer gesagt ist jede
Senkung 23 dazu bestimmt, die Dichtung 6 von ihrem
Ende 18 aus derart aufzunehmen, daß wenigstens teilweise der
Kragen 21 der Manschette aufgenommen wird. Nach einem Ausführungsmerkmal
ist die Höhe
hce des Außenkragens 21 derart,
daß das
Verhältnis
dieser Höhe
hce zur Höhe
hl der Senkung 23 zwischen 1,5 und 10 liegt.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt jede Dichtung 6 außen, ausgehend
von dem Kragen 21, einen ersten kegelstumpfförmigen Teil 25 sowie
einen zweiten kegelstumpfförmigen
Teil 26, der sich bis zu dem Ende 16 erstreckt,
in das die Überlappungsbohrung 15 mündet.
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Nach
einem Ausführungsmerkmal
besitzt der erste konische Teil 25 einen maximalen Außendurchmesser
dpc1ma, einen minimalen Außendurchmesser
dpc1mi sowie eine Außenhöhe hpc1.
Die Außenhöhe hpc1
des ersten konischen Teils 25 liegt zwischen dem Durchmesser
dm des Filtrationselements dividiert durch 5 und dem Durchmesser
dm des Filtrationselements dividiert durch 20.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsmerkmal
liegt das Verhältnis
zwischen dem maximalen Außendurchmesser
dpc1ma des ersten konischen Teils 25 und dem Durchmesser
dce des Kragens zwischen 0,77 und 1, während das Verhältnis des
minimalen Außendurchmessers
dpc1mi des ersten konischen Teils 25 zum maximalen Außendurchmesser
dpc1ma des ersten konischen Teils zwischen 0,83 und 1 liegt.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsmerkmal
besitzt der zweite konische Teil 26 einen maximalen Außendurchmesser
dpc2ma, der gleich dem minimalen Außendurchmesser dpc1mi des ersten
konischen Teils 25 ist. Dieser zweite konische Teil 26 weist
auch einen bestimmten minimalen Außendurchmesser dpc2mi sowie
eine bestimmte Außenhöhe hpc2
auf. Das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser dp der Überlappungsbohrung 15 und dem
minimalen Außendurchmesser
dpc2mi des zweiten konischen Teils 26 liegt zwischen 0,8
und 1, während
das Verhältnis
zwischen der Außenhöhe hpc2
des zweiten konischen Teils 26 und dem Durchmesser dm des
Filtrationselements 3 zwischen 0,2 und 1,5 liegt.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Überlappungsbohrung 15 mit
einer die Schulter 17 säumenden
Auskehlung oder Nut 28 versehen, um das Kriechen des die
Dichtung 6 bildenden Materials zuzulassen. Auf diese Weise
kann ein Teil des Materials der Dichtung während des Festklemmens der
Gegenplatte 11 an der Trägerplatte 4 in diese Auskehlung 28 kriechen,
ohne dabei den Zirkulationsquerschnitt Sc des Filtrationselements
zu versperren.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsmerkmal
weist die Auskehlung 28 einen bestimmten Durchmesser dg
sowie eine bestimmte Höhe
hg auf, die derart sind, daß das
Verhältnis
des Durchmessers dg der Auskehlung zu dem Durchmesser dm des Filtrationselements
zwischen 1 und 1,5 liegt, während
das Verhältnis
zwischen der Höhe
hg der Auskehlung 28 und der Innenhöhe hci der Kanalisationsbohrung 19 zwischen
0,2 und 1 liegt.
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In
dem vorangehenden Beispiel ist jede Trägerplatte 4 mit einer
Reihe von getrennten Einzeldichtungen 6 ausgestattet, die
jeweils in einem Durchgang 5 angebracht sind. Nach einem
weiteren Ausführungsmerkmal,
das insbesondere in 6 dargestellt ist, können eine
Reihe von Dichtungen 6, die dazu bestimmt sind, an einer
Trägerplatte 4 angebracht
zu werden, untereinander durch Verbindungsbereiche 30 verbunden
werden, so daß sie
ein einziges Teil bilden. Jeder Verbindungsbereich 30 besitzt eine
bestimmte Höhe
hmp, die derart ist, daß das Verhältnis hmp
zur Höhe
hce des Kragens 21 zwischen 1 und 0,2 liegt.