DE60209790T2 - Filterelement und -apparat für cross-flow-filtrationsprozesse - Google Patents

Filterelement und -apparat für cross-flow-filtrationsprozesse Download PDF

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    • B01D2315/10—Cross-flow filtration

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere ein keramisches Filterelement, für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung mit einem solchen Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Derartige keramische Filterelemente werden beispielsweise unter der Marke "Schumasiv" von USF Schumacher Umwelt- und Trenntechnik GmbH vertrieben. Es handelt sich hierbei um zylindrische Filterelemente aus Al2O3, die einen oder mehrere achsparallele Strömungskanäle aufweisen. In diesen Strömungskanälen wird das zu filtrierende Fluid von der Anström- bis zur Abströmseite des Filterelements geführt, wobei das Filtrat aufgrund des Überdrucks in den Strömungskanälen radial nach außen durch den Stützkörper strömt und an der Außenseite gesammelt wird. Der nicht filtrierte Anteil des zu filtrierenden Fluids wird am abströmseitigen Ende des Filterelements ausgetragen. Dieses Filtrationsverfahren wird als Cross-Flow- oder Tangential-Fluss-Filtration bezeichnet.
  • Die Strömungskanäle sind mit einer Membranschicht ausgekleidet, die je nach Porengröße aus Al2O3, ZrO2 oder TiO2 besteht. Durch fein abgestufte Herstellbedingungen können Porengrößen hergestellt werden, die den gesamten Bereich der Mikro- oder Ultrafiltration bis hin zur Nanofiltration abdecken. Die röhrenförmigen ein- oder mehrkanaligen Filterelemente eignen sich für Anwendungen, bei denen abrasive oder chemisch aggressive Bedingungen herrschen. Die hohe Temperaturbeständigkeit im Vergleich zu organischen Membranen eröffnet weitere, interessante Anwendungsmöglichkeiten. Bevorzugt werden derartige Filterelemente für Filtrationsprozesse in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der chemischen Industrie, der Öl-Wassertrennung und der Abwasserreinigung eingesetzt.
  • Damit aus den innenliegenden Strömungskanälen noch eine Abfuhr des Filtrates über den Stützkörper erfolgen kann, ist der maximale Außendurchmesser solcher Filterelemente und damit die pro Behältervolumen zu erzielende Filterfläche begrenzt. Messungen haben gezeigt, dass bei einem 19-Kanal-Element die innenliegenden Kanäle, die mehr als 1/3 der Filtrationsfläche ausmachen, nur zu 10 % zur Filtrationsleistung beitragen.
  • Zur Lösung dieses Problems und um den Einsatz von Monolithen mit großem Außendurchmesser zu ermöglich, existieren mehrere Vorschläge. Beispielsweise wird in der EP 0 609 275 die keilförmige Vergrößerung der filtratabführenden Stege und in der US 5 855 781 und der WO 0050156 die Abführung des Filtrates durch Schlitze vorgeschlagen, die den monolithischen Körper durchziehen und radial nach außen führen. Beide vorgeschlagenen Lösungen resultieren jedoch in einer Verminderung der Filtrationsfläche.
  • Die US 6 126 833 beschreibt eine Filtervorrichtung für die Cross-Flow-Filtration mit einem aus porösen Segmenten gebildeten Filterelement, wobei die Segmente mit Zement miteinander verbunden werden müssen. In dem Filterelement befinden sich Kanale für das zu filtrierende Fluid und Filtratkanäle, die innerhalb des Filterelements ein aufwändiges und kompliziertes Kanalsystem bilden, um das Filtrat in die das Filterelement umgebende Filtratsammelzone zu leiten. Auch diese Lösung ist mit einer Verminderung der Filtrationsfläche verbunden und in der Herstellung äußerst kostenintensiv.
  • Die US 5 108 601 beschreibt einstückige Filterelemente mit Filtratsammelkammern im Inneren der Filterelemente, wobei die Filtratsammelkammern mit einem aufwändigen Filtratkanalsystem verbunden sind, das longitudinal und lateral das Filterelement durchzieht.
  • Die US 4 032 454 beschreibt ein Filterelement mit einem grobporösen Stützkörper, in dem in beispielsweise eindimensionaler Anordnung mehrere mit einer Membran ausgekleidete Kanäle für das Unfiltrat angeordnet sind. Am Rande dieser Anordnung ist parallel zu diesen Kanälen für das zu filtrierende Fluid ein einziger nicht mit einer Membran ausgekleideter Filtratkanal vorgesehen. Dieser einzige Filtratkanal ist anströmseitig verschlossen und abströmseitig mit einem Abflussrohr versehen. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass ein einziger Filtratkanal das gesamte Filtrat aufnehmen und abführen muss, so dass die Filtrationsleistung durch die Aufnahmekapazität des Filtratkanals limitiert ist.
  • Die DE 41 31 407 A1 offenbart ein Filtrationsmodul, umfassend einen langgestreckten einstückigen porösen Stützkörper mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt, der eine Mehrzahl von parallelen Kanälen für das Unfiltrat und eine Mehrzahl von parallelen Filtratkanälen aufweist, die sich alle von der Anströmseite zur Abströmseite des Stützkörpers erstrecken. Die Außenfläche des porösen Stützkörpers ist durch eine Beschichtung versiegelt, die eine Abführung des Filtrats zu den Filtratkanälen limitiert. Die Kanäle für das Unfiltrat sind mit einer Membran ausgekleidet.
  • Die Erfindung basiert auf der Aufgabe, ein Filterelement für die Cross-Flow-Filtration zu entwickeln, in dem im Wesentlichen alle Kanäle für das zu filtrierende Fluid, insbesondere die innenliegenden Kanäle für das zu filtrierende Fluid, zur Filtrationsleistung beitragen, wobei das Filterelement auch einfach handhabbar sein soll. Es ist auch Ziel der Erfindung, eine entsprechende Filtervorrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Filterelement nach Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die regelmäßige Anordnung der Filtratkanäle wird erreicht, dass der Weg des Filtrats von allen Kanälen für das Unfiltrat zu den Filtratkanälen in etwa gleich ist, so dass die außenliegenden Kanäle für das Unfiltrat aufgrund ihres kurzen Abstandes zur Außenumfangsfläche nicht mehr den Hauptbeitrag zur Filtrationsleistung leisten. Alle Kanäle für das Unfiltrat tragen daher in gleichem Maße zur Filtrationsleistung bei.
  • Die Anordnung und die Anzahl der Filtratkanäle ist entsprechend der Größe des Filterelements und der Anzahl der Kanäle für das Unfiltrat derart zu wählen, dass kurze Wege zwischen den Kanälen für das Unfiltrat und den Filtratkanälen eingehalten werden. Die Anzahl der Filtratkanäle kann daher der Anzahl der Kanäle für das Unfiltrat entsprechen. In der Regel wird man zur Erzielung einer großen Filtrationsfläche die Anzahl der Filtratkanäle geringer wählen. Die Anordnung der Filtratkanäle wird aber derart gewählt, dass keiner der Kanäle für das Unfiltrat benachteiligt wird. Es wird dadurch möglich, Filterelemente mit großem Durchmesser herzustellen. Bei Filterelementen nach dem Stand der Technik war dies wegen der Benachteiligung insbesondere der innenliegenden Kanäle für das Unfiltrat nicht möglich. Es kann somit eine weitaus bessere Anpassung der Filterelemente an die jeweilige Filtrationsaufgabe vorgenommen werden, ohne dass mehrere kleinere Filterelemente kombiniert werden müssen. Ferner wird die Filterfläche pro Behältervolumen deutlich erhöht.
  • Vorzugsweise weisen die Kanäle für das Unfiltrat denselben Durchmesser wie die Filtratkanäle auf, so dass gegebenenfalls nach der Herstellung des Filterelementes und vor dem Aufbringen der Membranschicht noch eine Entscheidung über die Anordnung der Filtratkanäle getroffen werden kann.
  • Vorzugsweise wird die Anordnung derart gewählt, dass jeder Kanal für das Unfiltrat mindestens einem Filtratkanal benachbart ist. Bei dieser Ausführung durchströmt das Filtrat lediglich eine Wand des Stützkörpers.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen zwei Filtratkanälen jeweils zwei Kanäle für das Unfiltrat angeordnet.
  • Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass herkömmliche Filterelemente lediglich angepasst werden müssen, indem ein Teil der für das Unfiltrat genutzten Strömungskanäle als Filtratkanäle verwendet wird.
  • Hierzu müssen jedoch diese Strömungskanäle an der Anströmseite des Filterelements verschlossen werden. Hierzu wird vorzugsweise auf der Anströmseite des Filterelementes ein fluiddichtes Verschlusselement eingesetzt. Die Dicke des Verschlusselementes ist vorzugsweise D1 ≥ D2, wobei D2 die minimale Wanddicke zwischen zwei Strömungskanälen bezeichnet.
  • Der Querschnitt der Strömungskanäle kann kreisförmig oder polygonal, insbesondere hexagonal sein. Polygonale Querschnitte sind besonders vorteilhaft, weil die Wanddicke zwischen den Strömungskanälen überall gleich ausgestaltet und eine Wabenstruktur mit optimaler Raumausnutzung erzielt werden kann.
  • Vorzugsweise besteht der Stützkörper und/oder die Membran aus Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Calciumaluminat oder Alumosilicaten.
  • Vorzugsweise weist die Membran eine Porengröße zwischen 0,005 und 1,2 μm auf.
  • Die Filtratsammeleinrichtung ist Bestandteil des Filterelements und weist gemäß einer ersten Ausführungsform mehrere Rohre auf, die einerseits an die Filtratkanäle und andererseits an ein Sammelrohr angeschlossen sind. An Stelle von Rohren können auch Schläuche verwendet werden. Die Rohre oder Schläuche werden beispielsweise entweder in die Filtratkanäle eingesteckt oder mit den Filtratkanälen verklebt.
  • Die Filtratsammeleinrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Sammelscheibe umfassen, die abströmseitig am Filterelement befestigt ist. Der Durchmesser der Sammelscheibe entspricht vorzugsweise dem Durchmesser des Filterelementes, wobei die Sammelscheibe beispielsweise an die Stirnfläche des Filterelementes angeklebt sein kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sammelscheibe Öffnungen für das Filtrat und für das Unfiltrat sowie mindestens einen Verbindungskanal auf, wobei die Filtratöffnungen in den Sammelkanal münden.
  • Vorzugsweise mündet der Sammelkanal am Außenumfang der Sammelscheibe.
  • Die Sammelscheibe kann ein- oder mehrstückig ausgeführt sein.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden nach Anspruch 11.
  • Vorzugsweise weist die Filtratsammeleinrichtung ein Sammelrohr oder einen Sammelschlauch auf, der durch die Wand des Gehäuses nach außen geführt ist.
  • Vorzugsweise mündet der Sammelkanal der Filtratsammeleinrichtung am Außenumfang der Sammelscheibe in den Filtratsammelraum, der im Filtergehäuse ohnehin vorhanden ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass das Filtrat aus den Filtratkanälen mit dem durch die Umfangsfläche des Filterelements austretenden Filtrat auf einfache Weise zusammengeführt werden kann.
  • Wenn im Filtergehäuse mehrere Filterelemente angeordnet sind, können je nach Ausgestaltung und Anordnung der Filterelemente die Sammelrohre oder Sammelkanäle einzeln nach außen geführt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Filtratsammeleinrichtungen an eine gemeinsame Filtratabführleitung anzuschließen.
  • Das Filterelement kann zusammen mit der Filtratsammeleinrichtung vorgefertigt werden, was die Handhabung, z.B. beim Austausch der Filterelemente erleichtert. Insbesondere die Ausführung mit der Sammelscheibe hat den Vorteil, dass in ein Filtergehäuse Filterelemente unterschiedlicher Filtratkanalkonfigurationen eingebaut werden können, derart, dass die Außenabmessungen des Filterelementes unverändert bleiben. Es kann daher problemlos ein Filterelementwechsel vorgenommen werden, ohne dass Anpassungen im oder am Filtergehäuse vorgenommen werden müssen, weil die an die Anordnung der Filtratkanäle angepasste Filtratsammeleinrichtung bereits am Filterelement befestigt ist und der Filtratablauf in den bestehenden Filtratsammelraum mündet.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Filterelementes mit anströmseitig verschlossenen Filtratkanälen;
  • 2 einen Vertikalschnitt längs der Linie II-II durch das in 1 gezeigte Filterelement, das in eine Filtervorrichtung eingesetzt ist;
  • 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X aus 2;
  • 4 einen Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 5 eine Draufsicht auf eine Sammelscheibe;
  • 6 eine perspektivische Darstellung der in 5 gezeigten Sammelscheibe;
  • 7a und b zwei verschiedene Anordnungen von Filtratkanälen und Kanälen für das zu filtrierende Fluid und
  • 8 einen Schnitt durch eine Filtervorrichtung mit mehreren Filterelementen.
  • In der 1 ist ein Filterelement 1 mit einer zylindrischen Umfangswand 2, einer oberen Stirnfläche 3, die die Anströmseite bildet, und mit einer unteren Stirnfläche 4, die die Abströmseite bildet, dargestellt. Im Inneren des Stützkörpers des Filterelementes sind mehrere Strömungskanäle 6 achsparallel nebeneinander angeordnet, wodurch eine wabenartige Struktur erzielt wird. Ein Teil der Strömungskanäle 6 bildet Kanäle 7 für das zu filtrierende Fluid, wenn sie an den beiden Stirnflächen 3 und 4 offen sind, während andere Strömungskanäle 6 Filtratkanäle 8 bilden, wenn sie an der Stirnseite 3 mit einem Verschlusselement 20 anströmseitig verschlossen sind.
  • In der in 1 gezeigten Anordnung sind die Filtratkanäle 8 regelmäßig zwischen den Kanälen 7 für das Unfiltrat verteilt. Die Anordnung ist derart gewählt, dass jeder der inneren Kanäle 7' für das zu filtrierende Fluid an jeweils mindestens zwei Filtratkanäle 8 grenzt.
  • Bestandteil des Filterelementes ist eine Filtratsammeleinrichtung 30. In der gezeigten Ausführungsform umfasst diese Filtratsammeleinrichtung Rohre 31, die an die Filtratkanäle 8 angeschlossen sind, die in ein gemeinsames Sammelrohr 32 münden, das aus einem Ringrohr und einem Auslassrohr besteht.
  • In der 2 ist ein Schnitt durch eine Filtervorrichtung mit einem Filterelement 1 gemäß der 1 dargestellt. Die Schnittlinie durch das Filterelement 1 verläuft längs der Linie II-II in 1. Die Filtervorrichtung weist ein Filtergehäuse 50 auf, das entsprechend der Gestalt des eingesetzten Filterelementes 1 eine zylindrische Umfangswand 54, eine Deckwand 55 und eine Bodenwand 56 aufweist. In der Deckwand 55 ist ein Zulauf 51 für das zu filtrierende Fluid und in der Umfangswand 54 ein erster Filtratablauf 52 angeordnet. Ein Ablauf 60 für das zu filtrierende Fluid ist im unteren Bereich des Filtergehäuses 50 vorgesehen, um das Retentat abzuführen.
  • Das Filterelement 1 ist beabstandet zu den Gehäusewänden 54, 55 und 56 angeordnet, wobei zwischen der zylindrischen Umfangswand 2 des Filterelements 1 und der Innenseite der Umfangswand 54 des Filtergehäuses 50 Dichtelemente, insbesondere Dichtringe 57, angeordnet sind. Die Dichtelemente 57 greifen möglichst weit oben bzw. möglichst weit unten am Filterelement 1 an, so dass sich dazwischen ein möglichst großer Filtratsammelraum 58 ausbildet. Dementsprechend ist der erste Filtratablauf 52 im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Dichtelement 57 angeordnet.
  • Das Filterelement 1 weist eine Reihe von sich in Achsrichtung des Filterelements 1 erstreckenden Strömungskanälen 6 auf, die sich in Kanäle 7 für das Unfiltrat und Filtratkanäle 8 unterteilen, wie dies oben im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
  • Die Kanäle 7 für das zu filtrierende Fluid sind beidseitig offen, so dass das durch den Zulauf 51 für das zu filtrierende Fluid einströmende Fluid in Pfeilrichtung von oben nach unten durch die Kanäle 7 fließen und am unteren Ende in den Sammelraum 59 für das Unfiltrat eintreten kann, der unterhalb des Filterelementes 1 angeordnet ist. Über den Ablauf 60 für das Unfiltrat fließt das Retentat ab.
  • Während des Filtrationsprozesses durchströmt das Filtrat zunächst die die Filtratkanäle 8 begrenzenden Wände 10 und dann innerhalb der Filtratkanäle 8 nach unten zu der Filtratsammeleinrichtung 30. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, besteht die Filtratsammeleinrichtung aus Rohren 31, die fluiddicht an die Ausgänge der Filtratkanäle 8 beispielsweise angeklebt sind. Die Rohre 31 münden in das Sammelrohr 32, das sich durch die Umfangswand 54 des Filtergehäuses 50 nach außen erstreckt und den zweiten Filtratablauf 53 bildet. Die Rohre 31 können auch als Rohrstutzen an dem Sammelrohr 32 befestigt sein, so dass diese Einheit direkt am Filterelement 1 befestigt ist und lediglich über einen Stutzen an den Filtratablauf 53 angeschlossen wird. Bei dieser Anordnung wird das Filtrat somit im Filtratsammelraum 58 und in der Filtratsammeleinrichtung 30 gesammelt und abgeführt und außerhalb des Filtergehäuses zusammengeführt.
  • In der 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X der 2 zu sehen, wobei die Wände 10 detaillierter dargestellt sind. Der den Hauptbestandteil der Wände 10 bildende Stützkörper 11 besteht aus einer grob porösen Keramik mit Porengrößen in der Größenordnung von 5 bis 20 μm. Das hier verwendete Material ist vorzugsweise Aluminiumoxid.
  • Die Wände 10 sind auf der Seite des zu filtrierenden Fluids mit einer Membranschicht 12 belegt, die eine Dicke von 10 bis 200 μm aufweist. Diese feinporöse Membranschicht 12 ist an die Filtrationsaufgabe angepasst und weist vorzugsweise mittlere Porengrößen im Bereich von 0,005 bis 1,2 μm auf. Während des Filtrationsprozesses dringt das Fluid durch die Membranschicht 12 in die grobporöse Stützstruktur 11 ein und fließt als Filtrat zum nächstgelegenen Filtratkanal 8 ab. Dies bedeutet, dass die Membranschicht im Wesentlichen die Filtrationswirkung bestimmt.
  • Die Wände 10 sind filtratkanalseitig nicht mit einer solchen Membranschicht belegt, so dass das Filtrat ungehindert in die Filtratkanäle 8 einströmen kann, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist.
  • Der Filtratkanal 8 ist anströmseitig durch ein fluiddichtes Verschlusselement 20 verschlossen, das beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zement besteht. Das Verschlusselement 20 ist fluiddicht in den Filtratkanal 8 eingesetzt und kann beispielsweise verklebt sein. Die Wände 10 des Filterelements sind in den mit der Bezugsziffer 13 bezeichneten Bereichen mittels eines Versiegelungsmaterials, z.B. Teflon, derart abgedichtet, dass keine Bypässe entstehen können, die das Filtrationsergebnis beeinträchtigen könnten. Diese Bereiche 13 erstrecken sich von der Stirnfläche 3 mindestens um die Dicke D1 des Verschlusselementes 20 nach unten.
  • In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Filtervorrichtung schematisch darstellt, wobei zwischen jeweils zwei Filtratkanälen 8 jeweils ein Kanal 7 für das zu filtrierende Fluid angeordnet ist. Die Filtratsammeleinrichtung 30' besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Sammelscheibe 33, die in den 5 und 6 detaillierter dargestellt ist. Die Sammelscheibe 33 weist einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser des Filterelementes 19 angepasst ist. Die Sammelscheibe 33 bildet somit eine Verlängerung des Filterelementes 1 und besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einer ersten Platte 34, einer Zwischenplatte 35 und einer zweiten Platte 36, wie es in der 6 detaillierter dargestellt ist. In der ersten Platte 34 befinden sich Filtratöffnungen 38, die sich hinab zu den entsprechenden Filtratsammelkanälen 39 in der Zwischenplatte 35 erstrecken. In den 4 und 6 ist für jede Filtratöffnung 38 ein eigener Filtratsammelkanal 39 vorgesehen. Es besteht je nach Anordnung der Filtratöffnungen auch die Möglichkeit, alle Öffnungen über einen einzigen Sammelkanal 39 miteinander zu verbinden und das Filtrat radial nach außen abzuführen.
  • Ferner befinden sich in der ersten Platte 34 Öffnungen 40 für das zu filtrierende Fluid, wobei diese Öffnungen sich durch entsprechende Öffnungen 41, 41' in der Zwischenplatte 35 und der zweiten Platte 36 fortsetzen, so dass das Unfiltrat in den Sammelraum 59 für dieses Fluid einströmen und über den Ablauf 60 für dasUnfiltrat abgeführt werden kann. Die zweite Platte 36 besitzt eine Ringwand 37, die über die Dichtelemente 57 an der Gehäuseumfangswand 54 fixiert ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das Filtrat in den bereits vorhandenen Filtratsammelraum 58 eingeleitet werden kann, so dass nur ein Filtratablauf 53 erforderlich ist. Die Dichtelemente 57 sind deshalb unterhalb des Filtratablaufs 53 angeordnet.
  • In der 5 ist die Draufsicht auf die erste Platte 34 der Sammelscheibe 33 dargestellt. Diese Sammeleinrichtung besteht aus einer vereinfachten Ausführung mit vier Filtratöffnungen 38 in der Schnittebene IV-IV. Diese vier Filtratöffnungen sind offen, obwohl sie schraffiert eingezeichnet sind. Aufgrund der Anordnung der Öffnungen 40 für das zu filtrierende Fluid muss der Filtratsammelkanal oder die einzelnen Filtratsammelkanäle 39 durch die zwischen den Öffnungen angeordneten Stege 43 nach außen geführt werden.
  • In den 7a und 7b sind weitere Anordnungen von Filtratkanälen und Kanälen für das zu filtrierende Fluid eines Filterelements dargestellt, deren Wabenstruktur sich dann auch in der Sammelscheibe 33 wiederfindet. In der 7a ist eine Anordnung dargestellt, bei der zwischen jeweils zwei Filtratkanälen 8 jeweils zwei Kanäle 7 für das zu filtrierende Fluid angeordnet sind. Circa 11 % der Stirnfläche des Filterelementes sind durch Kanäle für das zu filtrierende Fluid belegt.
  • In der 7b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die eine streng alternierende Anordnung von Filtratkanälen 8 und Kanälen 7 für das zu filtrierende Fluid zeigt. Jeder Kanal 7 für das zu filtrierende Fluid grenzt an jeweils zwei Filtratkanäle 8 an.
  • In der 8 ist eine Filtervorrichtung im Schnitt dargestellt, die beispielhaft zwei Filterelemente 1 mit jeweils separaten Filtratsammeleinrichtungen 30 aufweist. Die beiden Filterelemente 1 werden von einer oberen Lochplatte 61 und einer unteren Lochplatte 62 gehalten, die mit Dichtelementen 57 versehen ist. Zwischen der Gehäusewand 54 des Filtergehäuses 50 und der Umfangswand 2 der Filterelemente 1 sowie den beiden Lochplatten 61, 62 befindet sich der Filtratsammelraum 58. Die beiden Sammelrohre 32 werden jeweils durch die Gehäusewand 54 nach außen geführt.
    • 1
    Filterelement
    2
    Umfangswand
    3
    obere Stirnfläche
    4
    untere Stirnfläche
    6
    Strömungskanal
    7, 7'
    Kanal für das zu filtrierende Fluid
    8
    Filtratkanal
    10
    Wand
    11
    Stützkörper
    12
    Membranschicht
    13
    Versiegelungsschicht
    20
    Verschlusselement
    30, 30'
    Filtratsammeleinrichtung
    31
    Rohr/Schlauch
    32
    Sammelrohr
    33
    Sammelscheibe
    34
    erste Platte
    35
    Zwischenplatte
    36
    zweite Platte
    37
    Ringwand
    38
    Filtratöffnung
    39
    Filtratsammelkanal
    40
    Öffnung für das Unfiltrat
    41, 41'
    Öffnung für das Unfiltrat
    42
    Filtratsammelraum
    50
    Filtergehäuse
    51
    Zulauf für das Unfiltrat
    52
    erster Filtratablauf
    53
    zweiter Filtratablauf
    54
    Gehäusewand
    55
    Deckwand
    56
    Bodenwand
    57
    Dichtung
    58
    Filtratsammelraum
    59
    Sammelraum für das Unfiltrat
    60
    Ablauf für das Unfiltrat
    61
    obere Lochplatte
    62
    untere Lochplatte

Claims (14)

  1. Filterelement, insbesondere keramisches Filterelement, für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, mit einem langgestreckten einstückigen grobporösen Stützkörper (11), in dem beidseitig offene, sich von der Anström- bis zur Abströmseite des Stützkörpers erstreckende Strömungskanäle (7) für das Unfiltrat angeordnet sind, wobei die Kanäle (7) für das Unfiltrat mit einer feinporösen Membranschicht (12) ausgekleidet sind, und in dem mehrere zusätzliche Strömungskanäle (8) zum Abführen von Filtrat (Filtratkanäle) parallel zu den Kanälen (7) für das Unfiltrat angeordnet sind, wobei die Filtratkanäle (8) auf der Anströmseite des Stützkörpers geschlossen und auf der Abströmseite offen sind und nicht mit einer feinporösen Membranschicht ausgekleidet sind; wobei die Filtratkanäle (8) in einer regelmäßigen Anordnung zwischen den Kanälen (7, 7') für das Unfiltrat angeordnet sind, wobei jeder Filtratkanal (8) von mindestens drei Kanälen (7, 7') für das Unfiltrat umgeben ist; wobei alle Filtratkanäle (8) abströmseitig mit einer gemeinsamen Filtratsammeleinrichtung (30, 30') verbunden sind, um das Filtrat abzuführen; und wobei die Umfangsoberfläche des Filterelementes zum Abführen von Filtrat beiträgt.
  2. Filterelement nach Anspruch 1, wobei jeder Kanal (7, 7') für das Unfiltrat mindestens einem Filtratkanal (8) benachbart ist.
  3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen jeweils zwei Filtratkanälen (8) jeweils zwei Kanäle (7, 7') für das Unfiltrat angeordnet sind.
  4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Querschnitt der Strömungskanäle (7, 8) polygonal ist.
  5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stützkörper (11) des Filterelementes und/oder die Membranschicht (12) aus Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Calciumaluminat oder Alumosilicaten besteht.
  6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Membranschicht (12) eine mittlere Porengröße zwischen 0,005 und 1,2 μm aufweist.
  7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filtratsammeleinrichtung (30) Rohre (31) oder Schläuche umfasst, die einerseits an die Filtratkanäle (8) und andererseits an ein gemeinsames Sammelrohr (32) angeschlossen sind.
  8. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filtratsammeleinrichtung (30') eine Sammelscheibe (33) umfasst, die abströmseitig am Stützkörper (11) befestigt ist.
  9. Filterelement nach Anspruch 8, wobei die Sammelscheibe (33) Filtratöffnungen und Öffnungen (38, 40, 41) für das Unfiltrat und mindestens einen Sammelkanal (39) aufweist, wobei die Filtratöffnungen (38) in den mindestens einen Sammelkanal (39) münden.
  10. Filterelement nach Anspruch 9, wobei der mindestens ein Sammelkanal (39) am Außenumfang der Sammelscheibe (33) mündet.
  11. Vorrichtung für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, mit mindestens einem Filterelement (1), insbesondere einem keramischen Filterelement, und mit einem einen Zulauf (51) für Unfiltrat, einen Sammelraum (59) für Unfiltrat, einen Filtratsammelraum (58) und einen Filtratablauf (52) aufweisenden Filtergehäuse (50), wobei das Filterelement in dem Filtergehäuse eingesetzt ist, wobei das mindestens eine Filterelement einem Filterelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 entspricht, wobei die Filtratsammeleinrich tung (30, 30') die Filtratkanäle (8) gegen den Sammelraum (59) für Unfiltrat abgrenzt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Filtratsammeleinrichtung (30) ein Sammelrohr (32) aufweist, das durch die Wand des Filtergehäuses nach außen geführt ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Sammelkanal (39) der Filtratsammeleinrichtung (30') am Außenumfang des Filterelementes (1) in den Filtratsammelraum (58) mündet.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Filtratsammeleinrichtungen (30, 30') an eine gemeinsame Filtratabführleitung angeschlossen sind.
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