DK144820B - Apparat til afsaltning af vand ved omvendt osmose - Google Patents

Description

(19) DANMARK VV3, * (qg

IP (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT ου 141*820 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 5573/76 (51) Q Q2 F 1/4A

(22) Indleveringsdag auS* 1976 (24) Løbedag aug* 1 978 (41) Aim. tilgængelig 14· <3un. 1977 (44) Fremlagt l4· Jun* 1982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag (62) Stamansøgning nr.

(30) Prioritet 15· dec. 1975a 2556210, DE

(71) Ansøger GKSS-FORSCHUNGSZENTRUM GEESTHACHT GKBH., D-2054 Geesthacht-

Tesperhude, DE.

(72) Opfinder Karl-Wilhelm Boeddeker, DE: Walter Hilgendorff, DE.

(74) Fuldmægtig Pat entbur eau erne for Industri og Håndværk.

(54) Apparat til afsaltning af vand ved omvendt osmose.

Opfindelsen angår et apparat til afsaltning af vand ved omvendt osmose, hvilket apparat omfatter en stabel af porøse skiver, som på begge sider er belagt med membraner, og som ved kanterne er væske-tæt indspændt mellem modulplader, idet hver enkelt porøs skives kantområde tjener som produktvandudløb, og idet de porøse skiver sammen med på begge sider af modulpladerne udformede flade udspa-j ringer begrænser trykmæssigt og strømningsgeometrisk ensartede rå- j vandkamre, som ved hjælp af forbindelseskanaler er indskudt efter J hinanden mellem rå-vandindløbet og lage- eller produktvandudløbet.

r ^ Sådanne apparater har i alt væsentligt vist sig anvendelige, men de \ 2 144820 er behæftet med den ulempe, at de på grund af den forholdsvis lange strømningsvej i modulpladestablerne og de strømretningsskift, som findes i strømningsvejen, har en forholdsvis høj strømningsmodstand og dermed medfører forholdsvis store trykfald. Ved de tidligere apparater er det også en ulempe, at der i pladestablen er anvendt.to forskellige typer modulplader, som er vanskelige at fremstille, og som skal anbringes parvis sammen.

Det er opfindelsens formål at afhjælpe de ovenfor omtalte ulemper og at anvise udformningen af et apparat af den indledningsvis angivne art, som er billigt og enkelt at fremstille, idet det kun består af ens udformede modulplader, hvilket apparat også skal optage mindre plads end de hidtil kendte apparater, og kunne arbejde med mindre tryktab og højere virkningsgrad end disse.

Dette formål opnås ved et apparat som ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved a) at modulpladerne består af to indbyrdes ens halvdele, som i forhold til et diametralt midterplan er drejet 180° i forhold til hinanden, idet modulplademe er anbragt skiftevis drejet i 180° i forhold til hinanden med mellemliggende membranskiver i en stabel, b) at der ved pladestablens sider er udformet akseparallelle og på modsatte sider af pladestablen beliggende forbindelseskanaler, og c) at membranskiverne med en del af deres kantområde skiftevis er ført ud på modsatte sider af pladestablen og på disse steder opdeler forbindelseskanalen i forbindelseskanalstykker.

Det foretrækkes, at modulpladernes midterdele er udformet som skillevægge, og at de mellem to tilstødende membranskiver danner to råvandkamre, som er adskilt fra hinanden, men som står i forbindelse med hinanden ved ind- og udløbet. Ved denne udformning gennemstrømmes rå-vandkamrene parvis, så at antallet af retningsskift i forhold til antallet af de overstrømmede membraner formindskes til det halve af hvad der gælder for de tidligere apparater, og strømningsmodstanden bliver væsentligt nedsat.

3 1U820

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser et foretrukket udførelseseksempel på et apparat ifølge opfindelsen og dele deraf, idet fig. 1 viser det samlede apparat, set fra siden og delvis i snit, fig. 2 er et snit i større målestok efter linien II-II i fig· 1» fig. 3 er et aksialt tværsnit gennem en modulplade, fig. 4 viser den i fig. 3 viste modulplade, set fra højre i fig. 3, fig. 5 viser den i fig. 3 viste modulplade, set fra venstre i fig. 3> og fig. 6 er' et snit efter linien VI-VI i fig. 4.

Afsaltningsapparatet ifølge opfindelsen består af et stort antal modulplader 1 og mellem disse anbragte membranskiver 20. Modulpladerne 1 og membranskiverne 20 er på en måde, som skal forklares nærmere i det følgende, samlet til en stabel og indspændt mellem to trykplader 41 og 42. Fire spændebolte 43» som er fordelt omkring stablens omfang, tjener til at støtte stablen og holde den sammen. En skruespindel 44, der er anbragt mellem spændboltene 43, muliggør en enkel sammenpresning af den af modulplader 1 og membranskiver 20 bestående stabel.

De enkelte membranskiver 20 består af en porøs skive 21 af formstof, fortrinsvis sintret polyethylen, og imod begge sider af denne anliggende membraner 22 og 23· Dersom det ønskes, kan der mellem membranerne 22, 23 og den porøse skive 21 være indlagt mellemlæg af filterpapir.

Som det vil kunne ses af fig. 1 og 2, er samtlige modulplader udformet ens, men de er indsat i pladestablen skiftevis drejet 180° i forhold til hinanden. Det samme gælder for de mellemliggende membran-skiver 20, så at disse skiftevis rager ud på modsatte sider af pladestablen.

4 146820 På liver af to diametralt modsatte sider af pladestablen gennemtræn-ges denne af en forbindelseskanal 11, som af de udadragende modulplader 1 er opdelt i et antal forbindelseskanalstykker 11', som hver er dannet af to korresponderende gennembrydninger i modulpla-deme 1. Midterdelen af hver modulplade 1 udgør en skillevæg 12, hvis overflade sammen med de tilstødende membraner danner et indløbsvandkammer med stor overflade. Pladestablen er tætnet ved hjælp af i sig selv kendte tætningsringe. Som fig. 2 viser, er der indlagt en tætningsring 31 mellem hvert par over for hinanden liggende kantflader på to tilstødende modulplader 1. Tætningen mellem modulpladerne 1 og membranskiverne 20 er tilvejebragt ved hjælp af tætningsringe 33 og 34» som sammen med tætningsringene 31 bevirker, at det gennem pladestablen strømmende indløbsvand eller rå-vand ikke kan forlade afsaltningsapparatet og blande sig med fra pladestablens yderside udstrømmende, afsaltede udløbsvand. De i øvrigt identisk udformede tætningsringe 33 og 34 er indlagt svarende til den skiftevis forsatte anbringelse af membranskiveme 20.

Strømningen gennem afsaltningsapparatet sker på følgende måde: Det indløbsvand eller rå-vand, der skal afsaltes, strømmer ind i afsaltningsapparatet gennem en indløbsstuds 45» som er monteret i den ene trykplade 41» og hvis endeflade er tætnet imod den første modulplade 1 ved hjælp af en tætningsring. Det i afsaltningsapparatet indførte rå-vand strømmer gennem pladestablen gennem en zig-zag-formet strømningsvej, som er opnået ved hjælp af omledningerne. Efter at rå-vandet gennem studsen 45 er kommet ind i forbindelseskanalstykket 11', strømmer det nedad langs med den foranliggende membranskive 20, indtil det tilsidst når ned til et nedre forbindelse skanels tykke 11'. Her skifter rå-vandet strømningsretning og strømmer, idet det opdeles af skillevæggen 12, langs med de to imod denne skillevæg vendende membraner 22 og 23 på over for hinanden liggende membranskiver 20, og opad til det næste forbindelseskanalstykke 11'. Det skal her bemærkes, at udtrykkene "op" og "ned" kun refererer til tegningen, idet det - som det skal forklares i det følgende - er muligt at orientere afsaltningsapparatet på en sådan måde, at membranskivernes udragende kanter ligger i det samme vandrette plan. Som nævnt skal det iagttages, at ved denne zig-zag-formede 5 144820 strømningsvej for rå-vandet bliver dettes strømning hver gang opdelt i to understrømme, med undtagelse af området ved den første og den sidste modulplade 1. Som det kan ses i fig. 1 og 2, er der mellem modul pladernes skillevægge 12 og de dele af modulplademe, der omfatter de indvendigt beliggende membrankanter, udformet huller 13 og 14. Hver gang rå-vandet har gennemstrømmet et forbindelseskanalstykke 11', bliver det derfor opdelt i to parallelle del-strømme, så at der hver gang sker en samtidig påvirkning af begge de ud for skillevæggen 12 beliggende overflader på membranskiverne 20. Herved opnås en betydelig formindskelse af strømningsmodstanden, da antallet af nødvendige strømretningsskift i pladestablen er blevet formindsket. Herved opnås tillige, at strømningen på en membranskives ene side er rettet modsat strømningen på den anden side. Efter at have forladt det sidste rå-vand skammer flyder rå-vandet med en forhøjet saltkoncentration ud gennem en lage- eller udløbsstuds 46, som er forankret og tætnet i trykpladen 42 på samme måde som indløbsstudsen 45· Da pladestablen er symmetrisk opbygget, kan gennemstrømningen også ske i den modsatte retning. Når rå-vandet strømmer gennem afsaltningsapparatet, trænger det gennem membranerne afsaltede vand ind i den porøse plade 21 i hver enkelt membranskive 20, og flyder ud gennem disses ud fra pladestablen udragende kanter, hvor det kan opsamles som afsaltet produkt-vand.

Modulplademe ifølge opfindelsen kan fremstilles ved sprøjtestøbning. Fremstillingen af pladerne er navnlig billiggjort ved at der kun skal anvendes en enkelt pladetype. De ende-modulplader, der skal anbringes op ad trykpladerne 41 og 42, behøver ikke at fremstilles særskilt, idet det er tilstrækkeligt blot at foretage en mindre efterbearbejdning af den modulplade, der skal anbringes op ad trykpladen 41« Da de nye modulplader er væsentligt tyndere end de tidligere anvendte, er der også opnået en besparelse med hensyn til materiale, og dermed også med hensyn til omkostningerne. Det er også af særlig betydning, at afsaltningsapparatets specifikke pladsbehov er blevet nedsat. Dersom det antages, at indbygningstværsnittet - heri medregnet spændeboltene 43 og det kar, der omgiver appa-ratet for at opsamle produkt-vandet - er 30 x 30 cm, viser det sig, at afsaltningsapparatets specifikke pladsbehov er kun 0,03 nr for 6 144820 o hver m påvirket membranoverflade. Ved en byggelængde på 160 cm udviser afsaltningsapparatet således en installeret membranoverflade på 5 m. Da - som forklaret ovenfor - rå-vandstrømmen er opdelt i to del-strømme, formindskes antallet af strømretningsskift , som er af væsentlig betydning for strømningsmodstanden, til det halve.

I det følgende og under henvisning til fig. 3-6 skal den specielle og ifølge opfindelsen foretrukne udformning af en modulplade beskrives nærmere. Som det kan ses af snittet i fig. 3, er de to af et tværmidterplan afgrænsede halvdele af en modulplade ens udformet, idet de imidlertid er svinget gennem 180° i det diametrale tværplan. Af hensyn til fremstillingen, men også for at forenkle sammenbygningen, er modulplademe 1 mangekantede - jfr. fig. 4 og 5· Midterdelen af hver enkelt modulplade danner den allerede omtalte skillevæg 12, som ved sine modsat beliggende sider er tagformet. I midten af modulpladen 1 er der på begge sider udformet en lille cirkelrund anlægsvorte 51, som ved sammenspændingen af plade stablen kommer til anlæg imod en menbranskive 20. Modulpladens midterdel er plan ud til de i fig. 4 viste kanter 52, hvor skillevæggens overflade falder langsomt hen til de yderst i skillevæggen udformede huller 13 og 14· Som vist i fig. 4 og 5 kar hullerne 13 og H et rektangulært tværsnit, da huller med et sådant tværsnit er væsentligt lettere at fremstille ved sprøjtestøbning, da de tilsvarende fremspring i støbeformen skal have retvinklet tværsnit. Ved sammenligning af fig. 4 og 5 kan det ses, at modulpladens to sider er ens, men drejet 180° i forhold til hinanden. Uden for hullerne 13 og 14 fortsætter modulpladen 1 helt ud til forbindelseskanalstykkerne 11'. Her ligger tætningsringene 31 og 33, 34, som ligger an imod den tilstødende modulplade 1 henholdsvis den tilstødende membranskive 20. Med henblik på en formindskelse af strømningsmodstanden er det uden for hullerne 13 liggende kantområde i modulpladen 1 skråt afskåret hen imod forbindelseskanalstykket 11', som det kan ses øverst i fig. 3·

Den del af modulpladen 1, der ligger uden for forbindelseskanalstykket 11', indeholder tætningsringene 33 og 34 i hertil svarende, rund tgående riller 53· Det skal også nævnes, at der er anbragt flere huller 13 og 14 ved siden af hinanden med henblik på at nedsætte strømningsmodstanden. Hullerne 14 ligger i render 56.

7 1Λ Λ 8 2 O

På grund af den gennem 180° svingede symmetri mellem de halvdele af modulpladen, er den kantdel af pladen, der ligger mellem skillevæggen 12 og forbindelseskanalstykket 11' inden for hullerne 14, skråt affaset på den venstre side, mens den på den modsat beliggende højre side er udformet med en plan anlægsflade for den tilstødende modulplade 1 - jfr. fig. 3. Ved hjælp af den tætningsring 31, der omfatter forbindelseskanalstykket 11', tætnes de tilstødende modulplader 1 i området for denne anlægsflade. Mellem de fire firkantede huller H er der udformet små cirkelrunde anlægsvorter 54, som kan yde membranskiverne 20 yderligere støtte. I fig. 4 er der med stiplede linier indtegnet en membranskive 20, som ligeledes er mangekantet. Som det også kan ses i fig. 4, ender membranskiven 20 med sin underkant lige over gennembrydningen i den yderste del af modulpladen 1, så at forbindelseskanalstykket 11' ikke bliver spærret. I det øverste område derimod, strækker membranskiven 20 sig som vist i fig. 4 i afstand hen forbi hullerne 13 og kommer flugtende til anlæg imod tværsnittet af det øverste forbindelseskanalstykke 11', hvorpå den tilsidst (øverst i fig. 4) rager ud mellem modulplademe 1. Af fig. 5 kan det ses, at den til venstre i fig.

3 beliggende overflade på modulpladen er udformet på den modsatte måde. Her er alene de øvre og nedre grænser for membranskiven 20 antydet med stiplede linier. I denne fig. 5 er også antydet spænde-boltene 43 og den ved enden af stablen anbragte trykplade 42. I apparatets sammenbyggede tilstand ligger spændeboltene i udsparinger 55, som er udformet i modulplademes fire langsider, og her ligger spændeboltene 43 direkte an imod kanten på membranskiven 20. Herved opnås en væsentlig lettelse i arbejdet med at samle modulplademe og membranskiverne, idet der fremkommer en tvangsmæssig indbyrdes styring.

På de modsat vendende fladsider af membranpladerne 20 kan der eventuelt være udformet fremspring 58 og på modsvarende måde udformede fordybninger 57, så at der opnås en formbetinget indbyrdes styring af modulplademe.

I det følgende skal rå-vandstrømmen gennem modulpladestablen beskrives under henvisning til fig. 1-3· Oår man ud fra, at rå-vandstrøm

Claims (12)

1. Apparat til afsaltning af vand ved omvendt osmose, hvilket apparat omfatter en stabel af porøse skiver (21), som på begge sider er belagt med membraner (22, 23), og som ved kanterne er væsketæt indspændt mellem modulplader (1), idet hver enkelt porøs skives (21) kantområde tjener som produktvandudløb, og idet de porøse skiver (21) sammen med på begge sider af modulpladerne (1) udformede flade udsparinger begrænser trykmæssigt og strømningsgeometrisk ensartede rå-vandkamre, som ved hjælp af forbindelseskanaler (11) er indskudt 9 144820 efter hinanden mellem rå-vandindløbet (45) og lage- eller produkt-vandudløbet (46), kendetegnet ved, a) at modulplademe (1) består af to indbyrdes ens halvdele, som i forhold til et diametralt midterplan er drejet 180° i forhold til hinanden, idet modulpladerne (1) er anbragt skiftevis drejet i 180° i forhold til hinanden med mellemliggende membranskiver (20) i en stabel, b) at der ved pladestablens sider er udformet akseparallelle og på modsatte sider af pladestablen beliggende forbindelseskanaler (11), og c) at membranskiverne (20) med en del af deres kantområde skiftevis er ført ud på modsatte sider af pladestablen og på disse steder opdeler forbindelseskanalen (11) i forbindelseskanalstykker (11·)·

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at modul-pladernes (1) midterdele er udfonnet som skillevægge (12), og at de mellem to tilstødende membranskiver (20) danner to rå-vandkamre, som er adskilt fra hinanden, men som står i forbindelse med hinanden ved ind- og udløbet.

3· Apparat ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at de kantområder på membranskiverne (20), som ligger inden i pladestablen, er optaget mellem tætningsorganer (33, 34) på de tilstødende modulplader (1), hvilke tætningsorganer (33, 34) er indrettet til at beskytte membranskivernes (20) kantflader imod indtrængning af rå-vand.

4. Apparat ifølge krav 2 og 3, kendetegnet ved, at der mellem membranskivernes (20) kant-tætningsorganer (33, 34) og modulplademes (l) skillevægge (12) er udformet huller (13, 14) for indløb og udløb til henholdsvis fra rå-vandkamrene. 1 Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at de i modulpladerne (l) udformede huller (14) er anbragt gruppevis i fordybninger i form af render (56) i modulpladens fladsider. 10 146820

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at der i området for renden (56) og mellem de enkelte huller (14) er u.dformet små anlægsvorter (54) for membranerne (22, 23) og tætningsorganerne ( 33, 34).

7. Apparat ifølge krav 4-6, kendetegnet ved, at hullerne (13, Η) kar rektangulært tværsnit.

8. Apparat ifølge krav 1-7, ke ndetegnet ved, at pladestablen er således orienteret, at de kantområder på membranski-veme (20), som er ført ud på modsatte sider af stablen, ligger i det samme vandrette plan.

9. Apparat ifølge krav 1-8, kendetegnet ved, at modulpladerne (1) er i hovedsagen mangekant-formede, idet de spænde-bolte (43), som holder pladestablen sammenspændt, er anbragt ved mangekantens sider.

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at der i modulpladerne (1) ud for spændeboltene (43) er udformet udsparinger (55), hvori membranskiveme (20) kan komme direkte til anlæg imod spændeboltene (43).

11. Apparat ifølge krav 1-10, kendetegnet ved, at modulpladerne (1) er udformet i et enkelt stykke formstof af den art, der kan sprøjtestøbes.

12. Apparat jfølge krav 1-11, kendetegnet ved, at de overflader på modulpladernes (1) skillevægge (12), der danner bund i rå-vandkamrene, har et tagformet tværsnit, idet den til tagryggen svarende del (52-52) forløber på tværs midt mellem rå-vandets ind- og udløb.

13. Apparat ifølge krav 12, kendetegnet ved, at der i midten af den til tagryggen svarende del (52-52) er udformet små anlægsvorter (51) for membranskiverne (20).