EP3706887A1 - Membranbündelaufmachung mit abstandshaltern - Google Patents

Membranbündelaufmachung mit abstandshaltern

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Publication number
EP3706887A1
EP3706887A1 EP18796472.1A EP18796472A EP3706887A1 EP 3706887 A1 EP3706887 A1 EP 3706887A1 EP 18796472 A EP18796472 A EP 18796472A EP 3706887 A1 EP3706887 A1 EP 3706887A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bundle
hollow fiber
threads
hollow
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18796472.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Wiese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Fibres GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP17200834.4A external-priority patent/EP3482817A1/de
Application filed by Evonik Fibres GmbH filed Critical Evonik Fibres GmbH
Publication of EP3706887A1 publication Critical patent/EP3706887A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/033—Specific distribution of fibres within one potting or tube-sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/021—Manufacturing thereof
    • B01D63/0231—Manufacturing thereof using supporting structures, e.g. filaments for weaving mats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/024—Hollow fibre modules with a single potted end
    • B01D63/0241—Hollow fibre modules with a single potted end being U-shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/10—Specific supply elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/20—Specific housing
    • B01D2313/201—Closed housing, vessels or containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/10—Cross-flow filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/14—Ageing features

Definitions

  • the invention relates to a hollow fiber membrane bundle having a longitudinal extent, a membrane bundle cross section and a first and a second bundle end, comprising a multiplicity of hollow fiber membranes extending between the first and the second bundle ends, and to the hollow fiber membrane
  • Membrane bundle cross section occupied a proportion of between the
  • the invention further relates to a membrane module having a cylindrical housing with a longitudinal extent, wherein in the housing oriented in the direction of the longitudinal extent of the housing
  • Hollow fiber membrane bundle is arranged.
  • Hollow-fiber membrane bundles and membrane modules which are oriented in their housing in the direction of the longitudinal extension of the housing
  • Hollow fiber membrane bundles are widely used in industrial and medical fields such. the filtration of fluid media, for dialysis, gas exchange or gas separation, in electrodialysis, or as
  • the hollow-fiber membrane bundle can be embedded at one or both ends in a tubesheet or a casting compound, for example, from a thermosetting resin.
  • the hollow-fiber membranes of the bundle can be open at both ends and their lumens can thus be accessible to fluids.
  • Such membrane modules are usually operated in the so-called cross-flow mode.
  • the hollow fiber membranes may also be open at only one of their ends and closed at the other end.
  • Such membrane modules are suitable for operation in the so-called dead-end mode.
  • the inner cavity ie the lumens of the hollow-fiber membranes can be separated from the outer space surrounding the hollow-fiber membranes, and inner cavity and outer space can thus be charged with different fluids which may have different temperatures for heat exchange or different consistency for mass transfer, respectively.
  • Hollow-fiber membrane bundles in the application is on the one hand the fluid-tight
  • monofilament or multifilament threads are introduced between the hollow-fiber membranes of the bundle and embedded together with the hollow-fiber membranes in the production of the membrane module.
  • the hollow-fiber membranes are kept at a distance from one another along the membrane bundle, so that they can easily be flowed around on their outside and thus, e.g. an improvement of the substance exchange can be achieved.
  • the threads may be present in the membrane bundle such that one or more hollow threads are spirally wound with at least one lap thread.
  • the winding threads act as spacers between
  • Embodiments of membrane bundles are used, for example, in U.S. Patent Nos. 4,378,355
  • monofilament or multifilament spacer threads are introduced between the hollow-fiber membranes in the bundle Extend substantially parallel to the hollow fiber denominations and which are Ottosch embedding with the hollow fiber membranes in the tube sheets or the potting compounds
  • Such embodiments are described for example in EP-A-0329 980, EP-A-0 841 086 or EP-A-0 848 987 described.
  • a mixed form of spacer threads arranged parallel to the hollow-fiber membranes and threads wrapping around the hollow-fiber membranes is disclosed in EP-A-0 464 737 or EP-A-0 732 141.
  • Membrane bundles arranged in woven or knitted mats.
  • the hollow fiber membranes by means of transverse threads, e.g. integrated in the form of textile threads.
  • Such mats can be by known methods as Wirkmatte or
  • Hollow fiber membranes running weaving or warp threads By means of these transverse threads, the hollow-fiber membranes are spaced apart from each other and held in mutually substantially parallel and stable arrangement.
  • Such mats and hollow fiber membrane bundles produced therefrom are described, for example, in EP-A-0 442 147, DE-A-43 08 850 or US Pat. No. 4,940,617.
  • Hollow fiber membrane bundle allowed. It is likewise an object of the present invention to provide a hollow-fiber membrane module with a hollow-fiber membrane bundle arranged therein in the longitudinal extent of the module, in which the disadvantages of known membrane modules are at least reduced and which improves the flow distribution for fluids in the inflow regions or
  • Hollow fiber membranes have.
  • the task is on the one hand by a hollow fiber membrane bundle with a
  • the hollow-fiber membrane bundle is characterized in that the threads are arranged between the hollow-fiber membranes such that the hollow-fiber membranes protrude at least at the first bundle end and / or at the second bundle end against at least a portion of the threads, such that the hollow-fiber membrane bundle emerges in one of the first and / or second bundle ends first and / or second end region has a smaller proportion of threads than in a lying between the first and the second bundle end bundle region with maximum portion of threads, wherein the length of the first and / or the length of the second end portion 1% to 45% of the bundle length is.
  • the threads are arranged between the hollow-fiber membranes such that the hollow-fiber membranes protrude at least at the first bundle end and / or at the second bundle end against at least a portion of the threads, such that the hollow-fiber membrane bundle emerges in one of the first and / or second bundle ends first and / or second end region has a smaller proportion of threads than in a lying between the first and the second bundle
  • the threads are arranged in such a way to the hollow-fiber membranes, so that at the first and / or second bundle end
  • the hollow fiber membranes overlap at the first and second ends of the hollow fiber membrane bundle and that
  • Hollow-fiber membrane bundle has in a first end region starting from the first bundle end and in a second end extending from the second end End region a smaller proportion of threads than in a lying between the first and the second bundle end bundle region with a maximum proportion of threads.
  • a smaller proportion of threads than in a lying between the first and the second bundle end bundle region with a maximum proportion of threads can be in a module better flowability of the bundle or Umströmhora the
  • the length of the first and / or the length of the second end region preferably in the range of 1% to 30% of the bundle length, more preferably in the range of 1% to 15% and in a more preferred embodiment in the range of 5% to 15%. lie.
  • the length of the respective end region may be more in the lower percent range of the previously specified ranges and, in the case of shorter bundles, rather in the upper percent range.
  • the length of the bundle region with the maximum proportion of threads may be 10% to 90% of the bundle length and in a preferred embodiment in this case 10% to 50%.
  • the length of the bundle region with a maximum proportion of threads amounts to 10% to 30% of the bundle length.
  • the length of the bundle region with a maximum proportion of threads can depend on whether, for example, the threads between the hollow-fiber membranes ensure sufficient spacing of the threads and adequate stabilization of the hollow-fiber membranes in the overall bundle.
  • the length of the bundle region with maximum proportion of threads can depend on whether the application of the bundle in a module during a flow through the
  • End region or the end regions with a smaller proportion of threads can lead to a sufficient improvement in flowability in the end region or in the end regions.
  • End area compared to the proportion of filaments in the bundle region with a maximum proportion of filaments is reduced by at least 50% on average.
  • Hollow fiber membrane bundles are included, in which the threads in one
  • Hollow-fiber membrane bundles in which the filaments can terminate in an end region at different positions along the hollow-fiber membrane bundle, can be used in embodiments in which the filaments have a
  • Hollow fiber membrane bundles have, for example, result from the fact that the threads are shifted against each other along the extension of the hollow fiber membrane bundle, that threads of different lengths are used or that, as will be explained later, a different shrinkage behavior of the threads in the production of the hollow fiber membrane bundle to different positions of the ends which can lead threads along the bundle.
  • the first and / or the second inflow region are free of threads. In this case, it is preferred if the threads in the bundle region lying between the first and the second bundle ends have a maximum proportion of threads in a cross-sectional plane along the bundle
  • the threads used in the hollow-fiber membrane bundle various designs are possible, and it is possible to resort to known threads used as spacers between hollow-fiber membranes.
  • the threads may be monofilament or multifilament yarns, the monofilament or multifilament yarns e.g. B. may have an ondulation or texturing. They are different too
  • the filaments may be e.g. round, oval, star-shaped, rectangular, etc.
  • the threads can also be along their
  • the denier of the filaments may preferably be in the range of 5 to 2000 dtex.
  • the threads may preferably be composed of 5 to 2000 individual filaments.
  • the threads have a first and a second thread end, and the first and second thread ends face the first and second bundle ends, respectively.
  • the threads can extend in a straight line between the hollow-fiber membranes in the bundle and to the
  • Hollow fiber membranes be parallel. However, they can also run in a meandering or spiral around individual hollow fiber membranes or several hollow fiber membranes combined in partial bundles. Furthermore, for example, several side by side at a distance and in levels arranged threads may be arranged irrespective of the width of the hollow fiber membrane bundle.
  • Hollow fiber membrane bundles may be the hollow fiber membranes of
  • Hollow fiber membrane bundle be connected by means of threads to mats or tapes together, as described for example in EP-A-0 442 147 or DE-A-43 08 850.
  • the threads may be parallel to one another substantially in the circumferential direction of the
  • Hollow fiber membrane bundle run while the hollow fiber membranes extend between the first and second bundle end along the longitudinal extent of the hollow fiber membrane bundle. They are the
  • Hollow fiber membrane bundle in a first end region extending from the first end portion has a smaller proportion of threads than in a lying between the first and the second end of the bundle central bundle region with a maximum proportion of threads.
  • the ratio of the membrane bundle cross-section is
  • Total of the hollow fiber membranes in a range of 0.1 to 10%.
  • Hollow-fiber membrane bundle reach in the region with a maximum proportion of threads, on the other hand, good flow through the hollow fiber membrane bundle over the bundle cross-section in the first and / or second end region. More preferably, the ratio is in a range of 0.2 to 5%, and more preferably in a range of 1 to 5%.
  • the hollow fiber membrane bundle can be a solid bundle or, for example, a hollow cylindrical bundle, which is arranged, for example, around a core tube or a solid cylinder.
  • Hollow fiber membrane bundle may have any outer contour, such as e.g. a circular, oval, elliptical, trilobal, quadribate, triangular, rectangular, square contour. Preferably, this has
  • Hollow fiber membrane bundles on a circular outer contour Hollow fiber membrane bundles on a circular outer contour.
  • Hollow-fiber membrane bundles can be provided with hollow-fiber membrane modules which have an improved flow distribution for fluids which flow into the outer space around the hollow-fiber membranes arranged in the membrane module or flow out of the outer space in the region of the inflow and outflow regions. Therefore, the object of the invention is further achieved by a membrane module having a cylindrical housing with a longitudinal extension and a first and a second housing end, a extending between the first and second housing end housing shell and a housing inner wall, wherein in the housing in the direction of the longitudinal extent of the housing oriented
  • Hollow fiber membrane bundle is arranged according to the present invention.
  • Hollow fiber membranes of the hollow fiber membrane bundle at least with their end associated with the first bundle end in a first end of the housing and arranged with the housing inner wall fluid-tightly connected first
  • Potting compound embedded and the housing is closed in the region of its second end by a closure
  • Hollow fiber membranes surrounding and between the first potting compound and the closure is formed in the region of the second end of the housing extending outer space
  • Hollow fiber membranes pass through the first potting compound and are open at the first bundle end and are in fluid communication with a first chamber disposed at the first end of the housing,
  • first chamber is closed by a first end cap attached to the first end of the housing and the first end cap has a first connection opening for the introduction or discharge of a fluid
  • first bundle end is embedded in the first potting compound in such a way that the bundle has a smaller proportion of threads along its extent in the outer space in a first outer space section adjoining the first potting compound than in one between the first and the second
  • Bundling lying central bundle region with maximum portion of threads and the first outer space portion in the extension direction of the bundle has a length of at least 5 mm and
  • the membrane module has a first connecting piece, via which a fluid can be introduced into the outer space or derived from the outer space in the region of the first outer space portion.
  • Hollow fiber membranes present a greater proportion of spaces between the hollow fiber membranes. This has in connection with the required
  • Minimum length of the first outer space portion of 5 mm result in that, for example, when introducing a fluid through the first connection piece in the outer space in the region of the first outer space portion, which in this case the inflow, the hollow fiber membranes can be better flowed around in this area and a more homogeneous distribution the fluid over the bundle cross-section results.
  • a discharge which is homogeneous across the bundle cross-section is achieved from the outer space. Due to the design of the membrane module according to the invention in the inflow and / or outflow can thus in particular at large
  • connection opening is understood as meaning an opening which is in fluid connection with the lumens of the hollow-fiber membranes via open ends of the hollow-fiber membranes.
  • the connecting piece of the membrane module according to the invention is understood to mean an opening for the supply or discharge of a fluid, which communicates with the outer space or an outer space section of the membrane module in FIG
  • the hollow-fiber membrane bundle may be a
  • the first connecting piece via which a fluid in the outer space can be introduced or derived from the outer space, laterally on
  • Housing jacket be arranged in the region of the first outer space portion.
  • the hollow-fiber membrane bundle is arranged around a core tube which is embedded together with the hollow-fiber membranes in the first casting compound. The core tube leads through the first
  • Potting compound and through the first chamber leads out of the first chamber via the first end cap and is in fluid communication with a connecting piece, which is the first connecting piece in this case.
  • the core tube has perforations in its wall. Via these perforations, a fluid in the region of the first outer space section can flow out of the core tube into the outer space or out of the outer space into the core tube.
  • the hollow fiber membranes can end with their ends facing the second end of the housing in the outer space, whereby they are freely flowed around at these ends of a fluid located in the outer space.
  • the hollow fiber membranes are closed at the second bundle end. The closing of the hollow fiber membrane ends, for example, by gluing or
  • the hollow-fiber membranes may be formed as U-shaped loops.
  • the second end cap can have a second connecting piece for introducing or discharging a fluid into and out of the outer space, so that the fluid can flow through the outer space from its one end to its other end.
  • the second connecting piece can also be mounted laterally in the housing jacket and thus lead into the outer space around the hollow fiber membranes.
  • the hollow fiber membrane bundle with its second bundle end ends at a distance in front of the second end cap, so that a fluid flowing through the outer space, for example, after exiting the bundle at the second end collect in an outdoor area of the membrane bundle and can be homogeneously withdrawn over the entire cross section of the membrane bundle.
  • the hollow fiber membrane bundle is arranged around a core tube, which is embedded together with the hollow fiber membranes in the first potting compound and that in the region of the first
  • the core tube may also have at its second housing end facing portion perforations through which a fluid from the outer space can flow into the core inner tube or via the a fluid from the core tube interior in the
  • the core tube may pass through the second end cap, being fluid-tightly sealed from the second end cap, and e.g. be connected to a attached to the second end cap second connection piece.
  • the core tube is
  • the housing may at its second end in another preferred alternative by a at the second housing end
  • the membrane module according to the invention can then have a laterally mounted in the housing jacket second connection piece, which opens in the area in front of the second potting compound in the outer space and is in fluid communication with the outer space.
  • the housing may be closed at its second end by a second potting compound, which has at least one through-opening, and the end face on the second housing end having a second end cap with a second connection piece. Between second potting compound and second end cap can then be formed a second chamber and the outer space and the second chamber can via the at least one opening in the second potting compound in
  • Fluid connection stand In this way, a fluid is e.g. via the at least one opening in the second potting compound, the second chamber and the second connecting piece in the second end cap from the outer space derivable.
  • the at least one opening may e.g. in the form of one or more holes through the second potting compound or in the form of at least one embedded in the potting compound tube.
  • Hollow fiber membrane bundle may be arranged around a core tube, which is embedded together with the hollow fiber membranes in the first potting compound and only in the region of the first outer space portion perforations for introducing a fluid into the outer space or for discharging a fluid from the outer space.
  • the housing can then through one on the second
  • the hollow fiber nominal membranes of the hollow fiber membrane bundle are further arranged with their end associated with the second bundle end in a second fluid-tight manner connected to the second end of the housing and fluid-tightly connected to the housing inner wall
  • Potting compound embedded which simultaneously forms the closure of the housing in the region of its second end.
  • the module may comprise a hollow fiber membrane bundle which has a smaller proportion of threads only at the first bundle end and in which the threads extend in the region of the second bundle end to the second bundle end, ie together with the bundle end
  • Hollow fiber membranes terminate substantially in the same cross-sectional plane of the bundle. In this case, then the threads together with the
  • the membrane module preferably contains a hollow-fiber membrane bundle which also has a smaller proportion of filaments in a second end region extending from the second end than in a bundle region lying between the first and second bundle ends with a maximum proportion of filaments, the second bundle end thus being in the second Potting compound is embedded, that the bundle along its extension in the outer space in a second encapsulation adjacent second outer space portion has a lower proportion of threads than in a lying between the first and second bundle end bundle area with maximum share of threads and the second outer space portion in the extension direction of the bundle has a length of at least 5 mm.
  • the membrane module then has in its housing jacket in the region in front of the second potting compound a second connection pipe in fluid communication with the outer space, via which a fluid can be introduced into or removed from the outer space.
  • the outer space around the hollow-fiber membranes is thus permeable by a fluid from one to the other end of the housing in cross-flow mode.
  • the membrane module then has an inflow region and an outflow region with respect to the outer space, in which an over the bundle cross section at least substantially homogeneous inflow or from the one over the bundle cross-section at least substantially homogeneous Outflow of a fluid can take place.
  • the hollow-fiber membranes can be embedded with their second end in the second potting compound that they are closed at this end. This can take place in that the second ends of the hollow-fiber membranes terminate within the second potting compound and are closed by the second potting compound.
  • the hollow fiber membranes can then be made with respect to their internal cavities, i. with respect to their lumina from the first end of the hollow-fiber membrane bundle in the dead-end mode are flown.
  • the housing at its second end in the region in front of the second potting compound have a laterally mounted in the housing shell second connecting piece, which opens into the outer space and with the outer space in
  • the housing may be closed at its second end by a second potting compound, which has at least one through-opening, and the end face on the second housing end having a second end cap with a second connection piece.
  • a second chamber can then be formed between the second potting compound and the second end cap, and the outer chamber and the second chamber can be in fluid communication via the at least one opening in the second potting compound.
  • a fluid is e.g. via the at least one opening in the second potting compound, the second chamber and the second connecting piece in the second end cap from the outer space derivable.
  • Embodiment is the outer space between the first port and second connecting piece for a fluid in the cross-flow flow mode.
  • the at least one opening can be present, for example, in the form of one or more holes through the second potting compound or in the form of at least one tube embedded in the potting compound.
  • the hollow-fiber membranes of the hollow-fiber membrane bundle can be so in the second at the second bundle end
  • a second end cap is arranged on the front side in front of the second end of the housing, wherein the second end cap is embodied such that a second chamber is formed between the second casting compound and the second end cap.
  • the lumens of the hollow fiber membranes open in this case in the second chamber and are in fluid communication with this.
  • the second end cap then has a second port for introducing or discharging a fluid into and out of the second chamber.
  • the hollow fiber membranes are flowed through in their lumens of a fluid in cross-flow mode. Also, for example, in this embodiment, in which the
  • the hollow-fiber membrane bundle can be arranged around a core tube which, together with the hollow-fiber membranes, can be arranged in the first and in the second
  • Casting compound is embedded.
  • the core tube may pass through the first potting compound and through the first chamber, out of the first chamber via the first end cap, and at its first end with the first
  • the core tube may pass through the second potting compound, pass through the second chamber, pass through the second end cap, being fluid-tightly sealed from the second end cap, and in fluid communication with a second port attached to the second end cap.
  • Hollow fiber membrane bundle has a lower proportion of filaments than in the lying between the first and the second bundle end middle
  • the core tube may have perforations in its wall, via which a fluid in the area of the first
  • the core tube may have perforations in its wall via which a fluid in the region of the second outer space section from the core tube into the outer space or out of the
  • Outdoor space can flow into the core tube.
  • a first fluid can flow into the core tube via the first connecting branch and, in the region of the first outer space section, in which a smaller proportion of threads is present and thus the flow around the hollow-fiber membranes is improved, via the perforations in the core tube wall into the first tube Inflow outdoor space section. Subsequently, the fluid can flow through the outer space between the first potting compound and the second potting compound along the hollow-fiber membranes. In this case, for example, a filtration of a portion of the first fluid via the walls of the hollow-fiber membranes in the lumens of the hollow-fiber membranes done. The remaining part of the first fluid flows in the region of the second
  • a second fluid can then be introduced into the second chamber formed between the second end cap and the second potting compound via the second connection opening in the second end cap arranged frontally in front of the second end of the housing. From there, the second fluid can flow into the open lumens of the hollow-fiber membranes and flow through the hollow-fiber membranes on the lumen side, where it can receive the filtrate of the first fluid.
  • the thus enriched second fluid leaves the hollow fiber membranes at the first bundle end and flows into the front end of the housing at the first end
  • the enriched second fluid flows out of the membrane module via the first connection opening in the first cap.
  • Section of the inflow or outflow along the housing shell have an extension and in the central region of the
  • Hollow-fiber membrane bundles should be tightly enclosed by the housing shell.
  • the membrane module according to the invention can be used optimally for a large number of applications in which a fluid is introduced into the outer space around hollow-fiber membranes arranged in the module and / or is discharged from the outer space. Examples include modules for filtration, for gas exchange, gas separation. The modules according to the invention can also be used as membrane adsorbers or as combinations of membrane filters
  • Embodiments of the membrane module according to the invention in which the hollow fiber membrane bundle is embedded at both ends in a potting compound, the hollow fibers are open at both ends and both a
  • Outflow area are excellent as dialyzers, for. can be used for hemodialysis.
  • the preparation of the hollow-fiber membrane bundle according to the invention and of the membrane module according to the invention can be carried out in various ways.
  • Hollow-fiber membrane bundle during bundle production by depositing hollow-fiber membranes and simultaneous deposition of the opposite
  • Hollow fiber membranes are made of shorter threads, wherein the threads are arranged opposite to the hollow-fiber membranes so that, depending on the embodiment of the bundle according to the invention at one or both ends of the bundle
  • Sections with at least reduced proportion of threads result.
  • Such laying down of hollow fiber membranes and filaments may e.g. be realized by different Linearablagebacter.
  • the threads during the membrane bundle production can be stored individually or as a group of threads, straight or iridescent or meandering.
  • the preparation of the hollow-fiber membrane bundle production according to the invention comprises textile presentation forms of the invention
  • Hollow fiber membranes for example, in the form of woven mats, knitted mats, tapes or loops, as already stated above.
  • the textile coverings are then to be designed such that a smaller proportion of threads is present at at least one end of the produced bundle in an end region extending from this end.
  • woven mats can be produced, in which the hollow-fiber membranes form the warp threads and the side regions of the woven mats are free of threads which serve as weft threads and run perpendicular to the hollow-fiber membranes.
  • filaments comprise single hollow fiber membranes or multiple hollow fiber membranes combined in sub-bundles, e.g. spirally
  • wrap around the wrap is executed only to the extent that the cut hollow fiber membranes have at least one end portion which is free of entangling threads.
  • Hollow fiber membranes or partial bundles of the hollow fiber membranes are then arranged in the bundle.
  • the hollow fiber membrane bundle according to the invention can be prepared in a preferred embodiment be, by a different shrinkage behavior of
  • the threads have a higher shrinkage than the hollow-fiber membranes.
  • the shrinkage of the threads is triggered by annealing. Preference is given to combinations of hollow-fiber membranes and threads in which to be set at the
  • Extension direction is 2% -50% smaller than the shrinkage of the threads.
  • the temperature to be set for tempering depends on the
  • the shrinkage can be achieved by optical,
  • Physico-chemical processes may e.g. Moistening or treatment with water or solvents or swelling agents, which lead to different length expansion or different shrinkage of hollow fiber membranes and threads.
  • Physico-chemical processes may e.g. Moistening or treatment with water or solvents or swelling agents, which lead to different length expansion or different shrinkage of hollow fiber membranes and threads.
  • the use of similar effects as they are known from metallic shape memory alloys and now also from shape memory polymers is possible. The methods described above can
  • Module housing done or only within a module housing after introduction of the bundle in the module housing.
  • the hollow fiber membrane bundle according to the invention having a reduced density of threads on one or both bundle ends, as described above, can first be produced and then introduced into a suitable housing in order to produce a module according to the invention.
  • Bundle ends extending threads of the same length as the hollow fiber membranes inserted into a suitable housing and the increased shrinkage of the threads in the bundle are triggered only within the housing. This will be
  • the threads within the hollow fiber membrane bundle do not all end at the same position along the hollow fiber membrane bundle.
  • the shrinkage of the threads z.T. be different, so that ultimately within the bundle different lengths of threads are present, the ends of which end at different positions along the bundle extension.
  • Hollow fiber membrane bundle be shifted against each other. For example, in the case that a different shrinkage behavior of
  • the proportion of the threads in the first and / or second end region compared to the portion of the threads in the bundle region with maximum portion of threads is preferably reduced by at least 50% and particularly preferably by at least 80%.
  • the first and / or second end region is free of threads.
  • Embodiments of the membrane module according to the invention or of the hollow-fiber membrane bundle according to the invention which, however, are not to be understood as limiting.
  • Figure 1 a cross-flow membrane module according to the invention with a
  • Hollow-fiber membrane bundle which is embedded on both sides in potting compounds and is free of threads at both ends.
  • Figure 2 a cross-flow membrane module according to the invention with a
  • Hollow-fiber membrane bundle which is embedded on both sides in potting compounds and is free of threads at its first end.
  • FIG. 3 a Dead -End membrane module according to the invention with a
  • Hollow-fiber membrane bundle which is embedded on both sides in potting compounds, has hollow-fiber membranes open at its first end and is free of threads at its two ends.
  • Figure 4 a cross-flow membrane module according to the invention with a
  • Hollow-fiber membrane bundle which is embedded on both sides in potting compounds at its two ends free of threads and which has openings in the second potting compound which are in fluid communication with the outer space around the hollow-fiber membranes.
  • Figure 5 a cross-flow membrane module according to the invention with a
  • FIG. 1 shows a membrane module 1 with a housing 2 and an im
  • Housing 2 arranged bundles of hollow fiber membranes 3, which are embedded with their first end 4 in a first potting compound 5 and with its second end 6 in a second potting compound 7 so that they through the respective
  • Potting compound 5, 7 pass and the front side before the casting compounds 5, 7 are open.
  • the lumens of the hollow-fiber membranes 3 can be flowed through by a fluid in cross-flow mode.
  • an outer space 8 bounded by the housing 2 is formed around the hollow-fiber membranes 3.
  • a middle bundle region along the hollow fiber membranes 3 between the casting compounds 5, 7 are in
  • the threads 9, 10 are present in a maximum proportion, whereas in a first outer space section 11 adjacent to the first sealing compound 5 and in one to the second
  • Hollow-fiber membrane bundle in the present case is free of threads 9, 10.
  • a first end cap 13 is arranged so that between the first potting compound 5 and the first end cap 13, a first chamber 14 is formed, which at the first end 4 of
  • the first end cap 13 has a first connection opening 15, via which a fluid can be introduced into the first chamber 14, for example.
  • a second end cap 16 is arranged.
  • a second chamber 17 is formed, which is in fluid communication with the lumens of the hollow-fiber membranes 3 at the second end 6 of the hollow-fiber membranes 3.
  • the second end cap 16 has a second connection opening 18, via which, for example, a fluid the second chamber is divertable. In this way, the
  • Hollow fiber membranes are flowed through in their lumens in cross-flow mode by a fluid.
  • the housing 2 has, at its end facing the first potting compound 5 in the region of the first outer space portion 1 1, a first connecting piece 19 and at its second potting compound 7 facing end in the region of the second outer space portion 12 a second connecting piece 20, by means of which the outer space 8 of a fluid can flow through the hollow-fiber membranes 3.
  • Connecting piece 19 in the region of the first outer space portion 1 1 in the housing 2 and the outer space 8 are introduced. Because of the lack of threads 9, 10 lower degree of filling in the region of the first
  • Outside space section 1 1 results in this area good flow through the hollow fiber membrane bundle over the bundle cross-section and thus a good distribution of a flowing into this area fluid over the
  • This second outer space portion 12 is also a lesser degree of filling, resulting in this area also good flowability of the hollow fiber membrane bundle over the
  • Bundle cross-section results and thus a uniform discharge of the inflowing into this area fluid over the bundle cross-section. From the second outer space section 12, the fluid leaves the module 1 via the second connecting piece 20.
  • FIG. 2 shows a further preferred embodiment 21 of a membrane module according to the invention containing an inventive
  • Membrane module 21 but also those shown in the following figures Embodiments of the membrane module with those of the membrane module 1 shown in Figure 1, they are provided with the same reference numerals and a further description of these elements is omitted.
  • the membrane module 21 also contains in the housing 2 arranged a bundle of hollow fiber membranes 3, which with its first end 4 in a first
  • the hollow-fiber membranes 3 are open at the front in front of the casting compounds 5, 7, so that the lumens of the hollow-fiber membranes 3 can be flowed through by a fluid in cross-flow mode.
  • the membrane module 21 shown in FIG. 2 has only one of the first potting compound 5
  • first outer space portion 1 1 a region in which the hollow fiber membrane bundle is free of threads 9,10.
  • Hollow fiber membranes 3 are embedded in the second potting compound 7.
  • the membrane module 21 shown in FIG. 2 thus has no second outer space section 12 adjacent to the second potting compound 7 in which the
  • Hollow fiber membrane bundle has a reduced proportion of threads 9 or even free of threads 9.
  • the membrane module 21 only at the end of the first potting compound 5 facing end in the region of the first
  • End cap 13 are introduced into the first chamber 14, from there flow into the open lumens of the hollow-fiber membranes 3 and flow through the hollow-fiber membranes 3 lumen side.
  • part of the liquid as filtrate can pass through the walls of the hollow-fiber membranes 3 into the outer space 8 and flow along the hollow-fiber membranes 3 into the first outer space section 11, from which it leaves the membrane module 21 via the first connecting stub 19.
  • the retentate remaining in the lumens of the hollow-fiber membranes 3 leaves the hollow-fiber membranes 3 at the second end 6 of the hollow-fiber membranes 3 and flows into the second chamber 17 arranged on the end side of the housing 2.
  • the retentate leaves the membrane module 21 via the second connection opening 18 in the second end cap 16.
  • FIG. 3 like FIG. 1, shows a membrane module 23 with a
  • Hollow-fiber membrane bundle which is embedded on both sides in casting compounds 5, 7 and is free of threads 9 at its two ends.
  • the arranged in the housing 2 into a bundle hollow-fiber membranes 3 are with their first end 4 in a first potting compound 5 and with its second end 6 in a second
  • Potting compound 7 embedded The embedding at the first end 4 is designed so that the hollow fiber membranes pass through the potting compound 5, the front side of the potting compound 5 are open and in between the first
  • Potting compound 5 and first end cap 13 formed first chamber 14 open. At its second end 6, the hollow fiber membranes 3 are in the second
  • Hollow-fiber membranes 3 can be applied in dead-end mode.
  • Potting compound 7 simultaneously forms the closure of the housing 2 at its second end.
  • Hollow fiber membranes 3 introduced fluid then occurs - except one, for example about a filtration in the hollow fiber nominal 3 retained fraction about in the form of particles of a certain size - completely through the walls of the hollow fiber membranes 3 in the outer space 8 to the hollow fiber membranes 3 via.
  • the membrane module 23 only has its first potting compound 5
  • a first connecting piece 19 by means of which a fluid introduced into the outer space 8 or by means of which a fluid can be derived from the outer space 8.
  • the membrane module 23 may also, as shown in Fig. 3, also at its second end adjacent to the second potting compound 7 have a second outer space portion 12. However, it is not in others, not here
  • the threads at this end have substantially the same length as the hollow fiber membranes and are embedded together with the hollow fiber membranes in the second potting compound.
  • the membrane module has an outer space portion only at its first end.
  • the membrane module 24 shown in Figure 4 has a similar structure as the membrane module 23 shown in Figure 3.
  • Membrane module 24 also has a hollow fiber membrane bundle, in which the hollow fiber membranes 3 are embedded on both sides in potting compounds 5, 7 and in a first
  • outside space portion 1 1 and in a second outer space portion 12 is free of threads 9. Between the first outer space portion 1 1 and the second outer space portion 12 3 threads 9 are arranged between the hollow fiber membranes.
  • the embedding at the first end 4 is designed so that the
  • Hollow fiber membranes pass through the potting compound 5, the front side of the potting compound 5 are open and open into the formed between the first potting compound 5 and the first end cap 13 first chamber 14.
  • the Hohlfasermennbranen 3 so embedded in the second potting compound 7 that they end within the potting compound 7 and through the second
  • Potting compound 7 are closed.
  • the second potting compound 7, which closes the outer space at the second end of the housing, has through openings 25 via which there is a fluid connection between the outer space 8 and a second chamber 27 formed on the end face on the second housing end between the potting compound 7 and a second end cap 26.
  • the openings 25 in the potting compound 7 may be in the form of bores in the second potting compound, but they may also be tubes which pass through the second potting compound 7 and which are embedded together with the hollow-fiber membranes 3 in the second potting compound 7.
  • a fluid can flow over the first
  • Housing 2 is introduced and distributed in the region of the first outer space portion 1 1 because of the lack of there portion of threads 9 between the hollow fiber membranes 3 evenly over the cross section of the bundle of hollow fiber membranes 3. Then it can along the hollow fiber membranes 3 in the direction of the second potting compound 7 and in the front of the second
  • Potting 7 located second outer space portion 12 flow. From the second outer space portion 12, the fluid can then be discharged via the openings 25 in the second potting compound 7 from the outer space 8 and the
  • the membrane module 24 via the second chamber 27 and the second connection piece 28 in the second end cap 26.
  • the membrane module according to FIG. 4 has the second casting compound 7 and second end cap 26 formed second Kannnner 27 via the openings 25 in the potting compound 7 with the outer space 8 in fluid communication. Accordingly, it is in the second end cap of the membrane module of FIG. 4 existing opening for fluid discharge or supply to a connection piece, which with the
  • outside space 8 is in fluid communication.
  • the embedding 7 can also be embodied as in FIG. 3 and the fluid can leave the outer space section 12 through a further connecting stub opening into the outer space 8.
  • a membrane module 29 is shown, which is a bundle of
  • Hollow fiber membranes 3 which is arranged around a core tube 30 around.
  • the core tube 30 is in the first together with the hollow fiber membranes 3
  • Potting compound 5 arranged first chamber 14 therethrough, wherein the core tube 30 is separated from the first chamber 14 fluid-tight.
  • the core tube 30 extends out of the first chamber 14 in the first end cap 13 and is in fluid communication at its first end with a first port 31 connected to the core tube.
  • the core tube 30 passes through the second potting compound 7, passes through the second chamber 17 formed frontally before the second potting compound 7, wherein the core tube 30 is fluid-tightly separated from the second chamber 14, passes through the second end cap 16 and is at one with the second end cap 16
  • the core tube 30 in the region of the first outer space section 11, in which the bundle of hollow-fiber membranes 3 arranged around the core tube 30 is free of threads 9, the core tube 30 has perforations 33 in its wall, via which a fluid in the region of the first outer space section 11 is formed the core tube 30 in the outer space 8 and the first outer space portion 1 1 flow or can flow from this into the core tube 30.
  • the core tube in its region between the perforations 33, 34 also consist of a solid material.
  • the hollow fiber membranes 3 are embedded with their ends 4, 6 in the potting masses 5, 7 so that they pass through them and are open at their ends opposite the first chamber 14 and the second chamber 17 and a fluid can flow through them.
  • First and second end cap 13, 16 have lateral connection openings 15, 18, via which a fluid in the first chamber 14 and the second chamber 17 can flow in or out.
  • the housing 3 may further comprise a lateral connecting piece 37, for example around the
  • Outside portion 1 1 in its wall perforations 33 has, but not in the region of the second outer space portion 12, the first fluid via such a lateral connecting piece 37 and the second
  • a first fluid via the first port 31 flow into the core tube 30 and in the region of the first outer space portion 1 1, in which the flow around the hollow fiber membranes 3 due to the absence of the threads. 9 is improved, flow through the perforations 33 in the wall of the core tube 30 in the first outer space portion 1 1 and evenly over the
  • Bundle cross section are distributed. Subsequently, the first fluid along the hollow-fiber membranes 3 can flow through the outer space 8 between the first potting compound 5 and the second potting compound 7.
  • the remaining part of the first fluid flows in the region of the second outer space portion 12, in which also no threads 9, via the perforations 34 in the wall of the core tube 30 from the second outer space portion 12 in the core tube 30 and flows out of this via the with the Core tube connected second port 32 from the membrane module 29.
  • a second fluid can then be introduced into the second chamber 17 formed between the second end cap 16 and second potting compound 7. From there, the second fluid can flow into the open lumens of the hollow-fiber membranes 3 and flow through the hollow-fiber membranes 3 on the lumen side, wherein it can take up components of the first fluid or deliver components to it.
  • the enriched or depleted second fluid leaves the hollow-fiber membranes 3 at their first ends 4 and flows into the front chamber 14 arranged in front of the first potting compound 5. From this, the enriched second fluid flows out of the membrane module 29 via the first connection opening 15 in the first end cap 13.

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Abstract

Hohlfasermembranbündel mit einer Längserstreckung, einem Membranbündelquerschnitt und einem ersten und einem zweiten Bündelende, umfassend eine Vielzahl von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende erstreckenden Hohlfasermembranen sowie auf den Membranbündelquerschnitt bezogen einen Anteil von zwischen den Hohlfasermembranen angeordneten Fäden, die die Hohlfasermembranen auf Abstand halten. Die Fäden sind so zwischen den Hohlfasermembranen angeordnet, dass am ersten Bündelende und/oder am zweiten Bündelende die Hohlfasermembranen gegenüber zumindest einem Teil der Fäden überstehen, so dass das Hohlfasermembranbündel in einem vom ersten und/oder zweiten Bündelende ausgehenden ersten und/oder zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, wobei die Länge des ersten und/oder die Länge des zweiten Endbereichs 1% bis 45% der Bündellänge beträgt. Membranmodul mit einem zylinderförmigen Gehäuse mit einer Längserstreckung und einem ersten und einem zweiten Gehäuseende, einem sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende erstreckenden Gehäusemantel sowie einer Gehäuseinnenwand, wobei im Gehäuse in Richtung der Längserstreckung des Gehäuses orientiertes ein solches Hohlfasermembranbündel angeordnet ist.

Description

Membranbündelaufmachung mit Abstandshaltern
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Hohlfasermembranbündel mit einer Längserstreckung, einem Membranbündelquerschnitt und einem ersten und mit einem zweiten Bündelende, umfassend eine Vielzahl von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende erstreckenden Hohlfasermembranen sowie auf den
Membranbündelquerschnitt bezogen einen Anteil von zwischen den
Hohlfasermembranen angeordneten Fäden, die die Hohlfasermembranen auf Abstand halten. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Membranmodul mit einem zylinderförmigen Gehäuse mit einer Längserstreckung, wobei im Gehäuse ein in Richtung der Längserstreckung des Gehäuses orientiertes
Hohlfasermembranbündel angeordnet ist.
Hohlfasermembranbündel und Membranmodule, die in ihrem Gehäuse ein in Richtung der Längserstreckung des Gehäuses orientiertes
Hohlfasermembranbündel aufweisen, werden vielfach in industriellen und medizinischen Bereichen wie z.B. der Filtration von fluiden Medien, zur Dialyse, zum Gasaustausch oder zur Gastrennung, in der Elektrodialyse, oder als
Membranadsorber eingesetzt. Dabei kann das Hohlfasermembranbündel an einem oder an beiden Enden in einen Rohrboden oder eine Vergussmasse z.B. aus einem duromeren Harz eingebettet sein. Je nach Ausführungsform können dabei die Hohlfasermembranen des Bündels an beiden Enden offen sein und ihre Lumina damit für Fluide zugänglich sein. Derartige Membranmodule werden in der Regel im sogenannten Cross-Flow Modus betrieben. Die Hohlfasermembranen können aber auch an nur einem ihrer Enden offen sein und an ihrem anderen Ende geschlossen. Solche Membranmodule eignen sich für den Betrieb im sogenannten Dead-End Modus. Durch die Einbettung der Hohlfasermembranenden kann der Innenhohlraum, d.h. können die Lumina der Hohlfasermembranen von dem die Hohlfasermembranen umgebenden Außenraum abgetrennt und Innenhohlraum und Außenraum können somit mit verschiedenen Fluiden, die z.B. zum Wärmeaustausch unterschiedliche Temperaturen bzw. zum Stoffaustausch unterschiedliche Konsistenz aufweisen können, beschickt werden. Wesentlich für die gute Wirksamkeit derartiger
Hohlfasermembranbündel in der Anwendung ist zum einen die fluiddichte
Einbettung der Hohlfasermembranenden und zum anderen eine gute und gleichmäßige Umströmbarkeit der Hohlfasermembranen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Hohlfäden untereinander beabstandet sind, damit sie so eine möglichst große wirksame Oberfläche aufweisen.
Vielfach werden hierzu zwischen die Hohlfasermembranen des Bündels monofile oder multifile Fäden eingebracht und zusammen mit den Hohlfasermembranen bei der Herstellung der Membranmoduls eingebettet. Durch diese Abstandsfäden werden entlang des Membranbündels die Hohlfasermembranen gegeneinander auf Abstand gehalten, so dass diese an ihrer Außenseite gut umströmbar sind und dadurch z.B. eine Verbesserung des Stoffaustauschs erzielt werden kann.
Die Fäden können beispielsweise so im Membranbündel vorliegen, dass jeweils ein oder mehrere Hohlfäden mit mindestens einem Wickelfaden spiralförmig umwickelt werden. Die Wickelfäden wirken als Abstandhalter zwischen
benachbarten Hohlfäden, wobei die Dicke der Wickelfäden den zwischen benachbarten Hohlfäden Strömungsquerschnitt bestimmt. Derartige
Ausführungsformen von Membranbündeln werden beispielsweise in der
US-A-4 066 553, der US-A-4 293 418, der US 2010/0035374 oder der WO
95/34373 offenbart. In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen die Hohlfasermembranen im Bündel monofile oder multifile Abstandsfäden eingebracht, die sich im Wesentlichen parallel zu den Hohlfasernnennbranen erstrecken und die zusannnnen mit den Hohlfasermembranen in die Rohrböden oder die Vergussmassen einbettet sind Solche Ausführungsformen werden beispielsweise in der EP-A-0 329 980, der EP-A-0 841 086 oder der EP-A-0 848 987 beschrieben. Eine Mischform von parallel zu den Hohlfasermembranen angeordneten Abstandsfäden und von die Hohlfasermembranen umschlingenden Fäden ist in der EP-A- 0 464 737 oder der EP-A- 0 732 141 offenbart.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Hohlfasermembranen des
Membranbündels in Web- oder Wirkmatten angeordnet. In diese Matten sind die Hohlfasermembranen mittels Querfäden z.B. in Form textiler Fäden eingebunden. Solche Matten lassen sich nach bekannten Verfahren als Wirkmatte oder
Webmatte, aber auch als Webbändchen, Strick- oder als Häkelmatte herstellen. In den Fällen des Webens oder Wirkens sind die Querfäden die quer zu den
Hohlfasermembranen verlaufenden Web- bzw. Kettfäden. Durch diese Querfäden werden die Hohlfasermembranen zueinander beabstandet und in zueinander im Wesentlichen paralleler und stabiler Anordnung gehalten. Solche Matten und daraus hergestellte Hohlfasermembranbündel werden beispielsweise in der EP-A- 0 442 147, der DE-A-43 08 850 oder der US-A-4 940 617 beschrieben.
Trotz der Verbesserung der Außenumströmung der Hohlfasermembranen durch die Anordnung von Abstandsfäden zwischen den Hohlfasermembranen in den Membranbündeln ergeben sich in den Bereichen entlang des
Hohlfasermembranbündels im Modul, in denen in den Außenraum um die
Hohlfasermembranen ein Fluid zugeführt wird oder in denen aus dem Außenraum ein Fluid abgezogen wird, d.h. in den Ein- bzw. Ausströmbereichen des Moduls Strömungsinhomogenitäten. Diese Strömungsinhomogenitäten wirken sich in einer ungleichmäßigen Verteilung bzw. in einem ungleichmäßigen Abziehen des Fluids über dem Bündelquerschnitt aus. Die Inhomogenitäten lassen sich vielfach auch nicht durch übliche konstruktive Maßnahmen in diesen Bereichen z.B. in Gestalt von Erweiterungen der Gehäuse im Einström- und/oder im Ausströmbereich gänzlich beseitigen. Bzgl. solcher Erweiterungen sei
beispielsweise auf die Darstellungen in der EP-A-0 329 980 verwiesen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hohlfasermennbranbündel zur Verfügung zu stellen, das in einem Hohlfasermembranmodul zum einen eine homogene Durchströmbarkeit für Fluide und gleichzeitig eine verbesserte
Einströmung und/oder Ausströmung in das bzw. aus dem
Hohlfasermembranbündel erlaubt. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hohlfasermembranmodul mit darin in Längserstreckung des Moduls angeordnetem Hohlfasermembranbündel bereit zu stellen, bei dem die Nachteile bekannter Membranmodule zumindest reduziert sind und die eine verbesserte Strömungsverteilung für Fluide in den Einströmbereichen bzw.
Ausströmbereichen in den Außenraum um die im Modul angeordneten
Hohlfasermembranen aufweisen.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Hohlfasermembranbündel mit einer
Längserstreckung, einem Membranbündelquerschnitt und einem ersten und einem zweiten Bündelende gelöst, wobei das Hohlfasermembranbündel eine Vielzahl von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende erstreckenden Hohlfasermembranen umfasst sowie auf den Membranbündelquerschnitt bezogen einen Anteil von zwischen den Hohlfasermembranen angeordneten Fäden, die die Hohlfasermembranen auf Abstand halten. Das Hohlfasermembranbündel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden so zwischen den Hohlfasermembranen angeordnet sind, dass am ersten Bündelende und/oder am zweiten Bündelende die Hohlfasermembranen gegenüber zumindest einem Teil der Fäden überstehen, so dass das Hohlfasermembranbündel in einem vom ersten und/oder zweiten Bündelende ausgehenden ersten und/oder zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, wobei die Länge des ersten und/oder die Länge des zweiten Endbereichs 1 % bis 45% der Bündellänge beträgt. Im erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündel werden die
Hohlfasermembranen durch die zwischen den Hohlfasermembranen
angeordneten Fäden gegeneinander auf Abstand gehalten. Hierdurch kann bei einer Durchströmung des Hohlfasermembranbündels eine über den Querschnitt des Membranbündels gesehen gleichmäßige Umströmung der
Hohlfasermembranen an deren Außenseite erreicht werden.
Erfindungsgemäß ist gefordert, dass die Fäden so zu den Hohlfasermembranen angeordnet sind, so dass am ersten und/oder zweiten Bündelende die
Hohlfasermembranen gegenüber zumindest einem Teil der Fäden überstehen und das Hohlfasermembranbündel in einem vom ersten und/oder zweiten Bündelende ausgehenden ersten und/oder zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem an zwischen dem ersten und dem zweiten
Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden. Hierdurch resultiert bei einem Membranmodul, der ein solches Membranbündel enthält, im Bereich des ersten und/oder zweiten Endes des Hohlfasermembranbündels ein geringerer Füllgrad mit größeren Zwischenräumen zwischen den
Hohlfasermembranen. Als Folge daraus ergibt sich in diesen Bereichen eine bessere Durchströmbarkeit des Bündels über dem Bündelquerschnitt und damit eine bessere Verteilung eines in diesen Bereichen einströmenden Fluids über den Bündelquerschnitt bzw. ein gleichmäßigeres Abfließen eines aus diesen
Bereichen ausströmenden Fluids. Die bessere Verteilung bzw. das
gleichmäßigere Abfließen des ein- bzw. ausströmenden Fluids wird durch den dort vorherrschenden geringeren Strömungswiderstand im Vergleich zu dem
Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden unterstützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform stehen die Hohlfasermembranen am ersten und am zweiten Ende des Hohlfasermembranbündels über und das
Hohlfasermembranbündel weist in einem vom ersten Bündelende ausgehenden ersten Endbereich und in einem vom zweiten Ende ausgehenden zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden auf als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden. Bei einer solchen Ausführungsform lässt sich in einem Modul eine bessere Durchströmbarkeit des Bündels bzw. Umströmbarkeit der
Hohlfasermembranen im Modulinneren an beiden Enden des Membranbündels erzielen und beispielsweise an einem Ende des Membranbündels ein
Einströmbereich und am anderen Ende des Membranbündels ein
Ausströmbereich realisieren. Abhängig beispielsweise von der tatsächlichen Bündellänge oder vom
Bündelquerschnitt kann die Länge des ersten und/oder die Länge des zweiten Endbereichs vorzugsweise im Bereich von 1 % bis 30% der Bündellänge, besonders bevorzugt im Bereich von 1 % bis 15% und in einer noch bevorzugteren Ausführungsform im Bereich von 5% bis 15% liegen. So kann etwa bei langen Bündeln die Länge des jeweiligen Endbereichs eher im unteren Prozentbereich der zuvor spezifizierten Bereiche und bei kürzeren Bündeln eher im oberen Prozentbereich liegen. Ebenso kann es bei dicken Hohlfasermembranbündeln zweckmäßig sein, Endbereichslängen im oberen Prozentbereich zu wählen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Länge des Bündelbereichs mit maximalem Anteil an Fäden 10% bis 90 % der Bündellänge betragen und in einer in diesem Fall bevorzugten Ausführungsform 10% bis 50%. Von besonderem Vorteil ist eine solche Ausführungsform, bei der die Länge des Bündelbereichs mit maximalem Anteil an Fäden 10% bis 30 % der Bündellänge beträgt. Hierbei kann die Länge des Bündelbereichs mit maximalem Anteil an Fäden davon abhängen, ob beispielsweise die Fäden zwischen den Hohlfasermembranen für eine ausreichende Beabstandung der Fäden und eine genügende Stabilisierung der Hohlfasermembranen im Gesamtbündel sorgen. Ebenso kann die Länge des Bündelbereichs mit maximalem Anteil an Fäden davon abhängen, ob in der Anwendung des Bündels in einem Modul bei einer Durchströmung des
Hohlfasermembranbündels durch ein Fluid im Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden ein genügend hoher Druckverlust erzeugt wird, der in dem
Endbereich oder den Endbereichen mit geringerem Anteil an Fäden zu einer hinreichenden Verbesserung der Durchstrombarkeit im Endbereich bzw. in den Endbereichen führen kann.
Es ist von Vorteil, wenn der Anteil der Fäden im ersten und/oder zweiten
Endbereich gegenüber dem Anteil der Fäden im Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden im Mittel um mindestens 50 % verringert ist. Von besonderem Vorteil ist eine Verringerung des Anteils der Fäden im ersten und/oder zweiten Endbereich gegenüber dem Anteil der Fäden im Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden im Mittel um mindestens 80 %. Hierdurch steht ein genügend großer Freiraum zwischen benachbarten Hohlfasermembranen zur Verfügung und es wird in zunehmendem Maße z.B. eine verbesserte Durchstrombarkeit im Sinne eine homogenen Verteilung eines in den Endbereich einströmenden Fluids über den Bündelquerschnitt erreicht. Da auch Ausführungen des
Hohlfasermembranbündels umfasst sind, bei denen die Fäden in einem
Endbereich an unterschiedlichen Positionen entlang des
Hohlfasermembranbündels enden können, wird der Mittelwert des Anteils an Fäden im jeweiligen Endbereich gegenüber dem Anteil an Fäden im Bereich mit maximalem Anteil an Fäden betrachtet. Ausführungsformen des
Hohlfasermembranbündels, bei denen die Fäden in einem Endbereich an unterschiedlichen Positionen entlang des Hohlfasermembranbündels enden können, können bei Ausgestaltungen, bei denen die Fäden eine
Erstreckungskomponente in Richtung der Längserstreckung des
Hohlfasermembranbündels haben, beispielsweise daraus resultieren, dass die Fäden gegeneinander entlang der Erstreckung des Hohlfasermembranbündels verschoben sind, dass Fäden unterschiedlicher Länge eingesetzt sind oder dass, wie im Späteren noch erläutert wird, ein unterschiedliches Schrumpfverhalten der Fäden bei der Herstellung des Hohlfasermembranbündels zu unterschiedlichen Positionen der Enden der Fäden entlang des Bündels führen kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Einströmbereich frei von Fäden. Dabei ist bevorzugt, wenn die Fäden in dem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden in einer Querschnittsebene entlang der
Erstreckung des Hohlfasermembranbündels enden. Hierdurch ergibt sich eine klare Begrenzung des jeweiligen Endbereichs.
Hinsichtlich der im erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündel eingesetzten Fäden sind vielfältige Ausgestaltungen möglich, und es kann auf bekannte als Abstandshalter zwischen Hohlfasermembranen eingesetzte Fäden zurückgegriffen werden. So kann es sich bei den Fäden um Monofilament- oder Multifilamentgarne handeln, wobei die Monofilament- oder Multifilamentgarne z. B. eine Ondulation oder eine Texturierung aufweisen können. Es sind auch verschiedene
Querschnittsgeometrien für die Monofilamentgarne bzw. die Filamente der Multifilamentgarns möglich. Die Garne bzw. Filamente sie können z.B. rund, oval, sternförmig, rechteckig usw. sein. Die Fäden können auch entlang ihrer
Erstreckung sich verändernde Querschnittsformen aufweisen. Der Titer der Fäden kann vorzugsweise im Bereich von 5 bis 2000 dtex liegen. Im Falle, dass es sich bei den Fäden um Multifilamentgarne handelt, können die Fäden vorzugsweise aus 5 bis 2000 Einzelfilamenten aufgebaut sein.
Bezüglich der Anordnung der Fäden im Hohlfasermembranbündel sind
verschiedene Ausführungsformen möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform des Hohlfasermembranbündels weisen die Fäden ein erstes und ein zweites Fadenende auf und das erste und das zweite Fadenende sind dem ersten bzw. dem zweiten Bündelende zugewandt. Hierbei können sich die Fäden geradlinig zwischen den Hohlfasermembranen im Bündel erstrecken und zu den
Hohlfasermembranen parallel sein. Sie können jedoch auch meanderförmig verlaufen oder spiralförmig einzelne Hohlfasermembranen oder mehrere in Teilbündeln zusammengefasste Hohlfasermembranen umschlingen. Des Weiteren können beispielsweise mehrere nebeneinander auf Abstand und in Ebenen angeordnete Fäden changierend über der Breite des Hohlfasermembranbündels angeordnet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hohlfasermembranbündels können die Hohlfasermembranen des
Hohlfasermembranbündels mittels der Fäden zu Matten oder Bändchen miteinander verbunden sein, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 442 147 oder der DE-A-43 08 850 beschrieben sind. In diesen Fällen können die Fäden zueinander parallel im Wesentlichen in Umfangsrichtung des
Hohlfasermembranbündels verlaufen, während sich die Hohlfasermembranen zwischen erstem und zweitem Bündelende entlang der Längserstreckung des Hohlfasermembranbündels erstrecken. Dabei sind die das
Hohlfasermembranbündel ausbildenden Matten so auszuführen, dass
entsprechend der Erfindung mindestens am ersten Enden des
Hohlfasermembranbündels Hohlfasermembranen überstehen und das
Hohlfasermembranbündel in einem vom ersten Ende ausgehenden ersten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem an zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden mittleren Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden.
Vorzugsweise liegt im mittleren Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden das auf den Membranbündelquerschnitt bezogene Verhältnis der
Querschnittsfläche der Gesamtheit der Fäden zur Querschnittsfläche der
Gesamtheit der Hohlfasermembranen in einem Bereich von 0,1 bis 10 %.
Hierdurch lässt sich zum einen eine gute Durchströmbarkeit des
Hohlfasermembranbündels im Bereich mit maximalem Anteil an Fäden erreichen, zum anderen aber eine gute Durchströmbarkeit des Hohlfasermembranbündels über dem Bündelquerschnitt im ersten und/oder zweiten Endbereich. Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis in einem Bereich von 0,2 bis 5 % und in einer noch bevorzugteren Ausführungsform in einem Bereich von 1 bis 5 %. Bei dem Hohlfasermembranbündel kann es sich um ein Vollbündel handeln oder auch beispielsweise um ein hohlzylinderförmiges Bündel, das beispielsweise um ein Kernrohr oder einen Vollzylinder angeordnet ist. Der Querschnitt des
Hohlfasermembranbündels kann eine beliebige Außenkontur aufweisen wie z.B. eine kreisförmige, ovale, elliptische, dreilappige, vierlappige, dreieckige, rechteckige, quadratische Kontur. Vorzugsweise weist das
Hohlfasermembranbündel eine kreisförmige Außenkontur auf.
Mit den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Hohlfasermembranbündel können Hohlfasermembranmodule zur Verfügung gestellt werden, die eine verbesserte Strömungsverteilung für Fluide aufweisen, die im Bereich der Ein- bzw. Ausströmbereiche in den Außenraum um die im Membranmodul angeordneten Hohlfasermembranen einströmen oder aus dem Außenraum ausströmen. Daher wird die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe des Weiteren durch einen Membranmodul mit einem zylinderförmigen Gehäuse mit einer Längserstreckung und einem ersten und einem zweiten Gehäuseende, einem sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende erstreckenden Gehäusemantel sowie einer Gehäuseinnenwand gelöst, wobei im Gehäuse ein in Richtung der Längserstreckung des Gehäuses orientiertes
Hohlfasermembranbündel gemäß vorliegender Erfindung angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Membranmoduls sind die
Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels zumindest mit ihrem dem ersten Bündelende zugeordneten Ende in eine am ersten Ende des Gehäuses angeordnete und mit der Gehäuseinnenwand fluiddicht verbundene erste
Vergussmasse eingebettet und das Gehäuse ist im Bereich seines zweiten Endes durch einen Verschluss geschlossen,
wobei durch die erste Vergussmasse, die Gehäuseinnenwand sowie den Verschluss im Bereich des zweiten Endes des Gehäuses ein die
Hohlfasermembranen umgebender und sich zwischen der ersten Vergussmasse und dem Verschluss im Bereich des zweiten Endes des Gehäuses erstreckender Außenraum ausgebildet ist,
wobei die Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels am ersten Bündelende so in die erste Vergussmasse eingebettet sind, dass die
Hohlfasermembranen durch die erste Vergussmasse hindurchtreten und am ersten Bündelende offen sind und mit einer am ersten Ende des Gehäuses stirnseitig angeordneten ersten Kammer in Fluidverbindung stehen,
wobei die erste Kammer durch eine stirnseitig am ersten Gehäuseende angebrachte erste Endkappe abgeschlossen ist und die erste Endkappe eine erste Anschlussöffnung zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluids aufweist,
wobei das erste Bündelende so in die erste Vergussmasse eingebettet ist, dass das Bündel entlang seiner Erstreckung im Außenraum in einem an die erste Vergussmasse angrenzenden ersten Außenraumabschnitt einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem an zwischen dem ersten und dem zweiten
Bündelende liegenden mittleren Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden und der erste Außenraumabschnitt in Erstreckungsrichtung des Bündels eine Länge von mindestens 5 mm aufweist und
wobei der Membranmodul einen ersten Anschlussstutzen aufweist, über den im Bereich des ersten Außenraumabschnitts ein Fluid in den Außenraum eingeleitet bzw. aus dem Außenraum abgeleitet werden kann.
Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Membranmoduls resultiert im ersten Außenraumabschnitt ein Bereich des Hohlfasermembranbündels, in dem wegen des dort vorliegenden geringeren Anteils an Fäden zwischen den
Hohlfasermembranen ein größerer Anteil an Zwischenräumen zwischen den Hohlfasermembranen vorliegt. Dies hat in Verbindung mit der geforderten
Mindestlänge des ersten Außenraumabschnitts von 5 mm zur Folge, dass z.B. bei Einleitung eines Fluids über den ersten Anschlussstutzen in den Außenraum im Bereich des ersten Außenraumabschnitts, der in diesem Fall den Einströmbereich darstellt, die Hohlfasermembranen in diesem Bereich besser umströmt werden können und eine homogenere Verteilung des Fluids über dem Bündelquerschnitt resultiert. Ebenso wird im Fall, dass ein Fluid aus dem Außenraum über den ersten Anschlussstutzen im Bereich des ersten Außenraumabschnitts, der in diesem Fall den Ausströmbereich darstellt, abgeleitet werden soll, eine über den Bündelquerschnitt homogene Ableitung aus dem Außenraum erreicht. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Membranmoduls im Einström- und/oder Ausströmbereich kann so insbesondere bei großen
Hohlfasermembranbündelquerschnitten ein verbessertes Strömungsverhalten über dem Bündelquerschnitt erreicht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anschlussöffnung eine Öffnung verstanden, die über offene Enden der Hohlfasermembranen mit den Lumina der Hohlfasermembranen in Fluidverbindung steht. Unter einem
Anschlussstutzen des erfindungsgemäßen Membranmoduls wird hingegen eine Öffnung zur Zuführung oder Abführung eines Fluids verstanden, die mit dem Außenraum bzw. einem Außenraumabschnitt des Membranmoduls in
Fluidverbindung steht.
Wie ausgeführt, kann es sich bei dem Hohlfasermembranbündel um ein
Vollbündel oder auch um ein hohlzylinderförmiges Bündel handeln, das um ein Kernrohr oder um einen Vollzylinder angeordnet ist. Bei solchen
Ausführungsformen kann der erste Anschlussstutzen, über den ein Fluid in den Außenraum einleitbar bzw. aus dem Außenraum ableitbar ist, seitlich am
Gehäusemantel im Bereich des ersten Außenraumabschnitts angeordnet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Hohlfasermembranbündel um ein Kernrohr angeordnet, das zusammen mit den Hohlfasermembranen in die erste Vergussmasse eingebettet ist. Das Kernrohr führt durch die erste
Vergussmasse sowie durch die erste Kammer hindurch, führt aus der ersten Kammer über die erste Endkappe heraus und steht mit einem Anschlussstutzen in Fluidverbindung, der in diesem Fall der erste Anschlussstutzen ist. Im Bereich des ersten Außenraumabschnitts, in dem das Hohlfasermembranbündel einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem an zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden mittleren Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, weist das Kernrohr in seiner Wand Perforationen auf. Über diese Perforationen kann ein Fluid im Bereich der ersten Außenraumabschnitts aus dem Kernrohr in den Außenraum oder aus dem Außenraum in das Kernrohr strömen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranmoduls können die Hohlfasermembranen mit ihren dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten Enden im Außenraum enden, wodurch sie an diesen Enden frei von einem im Außenraum befindlichen Fluid umströmbar sind. Vorzugsweise sind die Hohlfasermembranen am zweiten Bündelende geschlossen. Das Verschließen der Hohlfasermembranenden kann beispielsweise durch Verkleben oder
Verschweißen erfolgen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Hohlfasermembranen als U-förmige Schlaufen ausgebildet sein. In diesem Fall sind die offenen Enden der Hohlfasermembranen dem ersten Ende des Gehäuses zugewandt und in der ersten Vergussmasse eingebettet. Ihre dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten U-förmigen Schlaufen befinden sich frei im
Außenraum. In Fällen, in denen die dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten Enden der Hohlfasermembranen im Außenraum enden oder, wie zuvor ausgeführt, die Hohlfasermembranen als U-förmige Schlaufen ausgebildet sind, kann das
Gehäuse an seinem zweiten Ende beispielsweise durch eine stirnseitig
angebrachte zweite Endkappe verschlossen sein, die gleichzeitig den Verschluss des Gehäuses an seinem zweiten Ende ausbildet. Die zweite Endkappe kann einen zweiten Anschlussstutzen zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluid in den bzw. aus dem Außenraum aufweisen, so dass der Außenraum von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende von einem Fluid durchströmbar ist. Natürlich kann der zweite Anschlussstutzen auch seitlich im Gehäusemantel angebracht sein und so in den Außenraum um die Hohlfasermembranen führen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Hohlfasermembranbündel mit seinem zweiten Bündelende in einem Abstand vor der zweiten Endkappe endet, so dass ein den Außenraum durchströmendes Fluid z.B. nach Austritt aus dem Bündel an dessen zweitem Ende sich in einem vom Membranbündel freien Bereich im Außenraum sammeln und über den gesamten Querschnitt des Membranbündels homogen abgezogen werden kann.
In Fällen, in denen bei dieser Ausführungsform das Hohlfasermembranbündel um ein Kernrohr angeordnet ist, das zusammen mit den Hohlfasermembranen in die erste Vergussmasse eingebettet ist und das im Bereich des ersten
Außenraumabschnitts Perforationen zur Einleitung eines Fluids in den Außenraum bzw. zur Ableitung eines Fluids aus dem Außenraum aufweist, kann das Kernrohr auch an seinem dem zweiten Gehäuseende zugewandten Abschnitt Perforationen aufweisen, über die ein Fluid aus dem Außenraum in das Kernrohrinnere einströmen kann bzw. über die ein Fluid aus dem Kernrohrinneren in den
Außenraum ausströmen kann. An seinem dem zweiten Gehäuseende
zugewandten Ende kann das Kernrohr durch die zweite Endkappe hindurchtreten, wobei es gegenüber der zweiten Endkappe fluiddicht abgedichtet ist, und z.B. mit einem an der zweiten Endkappe angebrachten zweiten Anschlussstutzen verbunden sein. Bei derartigen Ausführungsformen ist das Kernrohr
vorteilhafterweise entlang seiner Erstreckung zwischen dem ersten
Außenraumabschnitt und seinem dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten Abschnitt verschlossen, so dass das Kernrohr über seine Erstreckung entlang des Hohlfasermembranbündels nicht von einem Fluid durchströmbar ist. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Membranmoduls, bei denen die dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten Enden der Hohlfasermembranen im Außenraum enden, kann das Gehäuse an seinem zweiten Ende in einer weiteren bevorzugten Alternative durch eine am zweiten Gehäuseende
angebrachte undurchlässige und fluiddicht mit der Gehäuseinnenwand
verbundene und den Verschluss ausbildende zweite Vergussmasse verschlossen sein. In einer Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Membranmodul dann einen seitlich im Gehäusemantel angebrachten zweiten Anschlussstutzen aufweisen, der im Bereich vor der zweiten Vergussmasse in den Außenraum mündet und mit dem Außenraum in Fluidverbindung steht. Hierdurch ist der Außenraum zwischen erstem Anschlussstutzen und zweitem Anschlussstutzen für ein Fluid durchströmbar. In einer weiteren Alternative kann das Gehäuse an seinem zweiten Ende durch eine zweite Vergussmasse abgeschlossen sein, die mindestens eine durchgehende Öffnung aufweist, und stirnseitig am zweiten Gehäuseende eine zweite Endkappe mit einem zweiten Anschlussstutzen aufweisen. Zwischen zweiter Vergussmasse und zweiter Endkappe kann dann eine zweite Kammer ausgebildet sein und der Außenraum und die zweite Kammer können über die mindestens eine Öffnung in der zweiten Vergussmasse in
Fluidverbindung stehen. Auf diese Weise ist ein Fluid z.B. über die mindestens eine Öffnung in der zweiten Vergussmasse, die zweite Kammer und den zweite Anschlussstutzen in der zweiten Endkappe aus dem Außenraum ableitbar. Die mindestens eine Öffnung kann z.B. in Form einer oder mehrerer Bohrungen durch die zweite Vergussmasse oder in Form mindestens eines in die Vergussmasse eingebetteten Röhrchens vorliegen.
Natürlich sind auch Mischformen denkbar. Beispielsweise kann das
Hohlfasermembranbündel um ein Kernrohr angeordnet sein, das zusammen mit den Hohlfasermembranen in die erste Vergussmasse eingebettet ist und nur im Bereich des ersten Außenraumabschnitts Perforationen zur Einleitung eines Fluids in den Außenraum bzw. zur Ableitung eines Fluids aus dem Außenraum aufweist. An seinem zweiten Ende kann dann das Gehäuse durch eine am zweiten
Gehäuseende angebrachte zweite Vergussmasse verschlossen sein, in die das Kernrohr mit seinem der zweiten Vergussmasse zugewandten Ende eingebettet sein kann, wobei das Kernrohr an diesem Ende oder entlang seiner Erstreckung zwischen erstem Außenraum und diesem Ende verschlossen ist. Seitlich im Gehäusemantel kann das Gehäuse dann einen zweiten Anschlussstutzen aufweisen, der in den Außenraum mündet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Membranmoduls sind die Hohlfasernnennbranen des Hohlfasermembranbündels des Weiteren mit ihrem dem zweiten Bündelende zugeordneten Ende in eine am zweiten Ende des Gehäuses angeordnete und mit der Gehäuseinnenwand fluiddicht verbundene zweite
Vergussmasse eingebettet, die gleichzeitig den Verschluss des Gehäuses im Bereich seines zweiten Endes ausbildet.
In einer Ausführungsform kann der Modul dabei ein Hohlfasermembranbündel enthalten, welches nur am ersten Bündelende einen geringeren Anteil an Fäden aufweist und bei welchem sich im Bereich des zweiten Bündelendes die Fäden bis zum zweiten Bündelende erstrecken, also zusammen mit den
Hohlfasermembranen im Wesentlichen in der gleichen Querschnittsebene des Bündels enden. In diesem Fall können dann die Fäden zusammen mit den
Hohlfasermembranen in der zweiten Vergussmasse eingebettet sein.
Vorzugsweise enthält der Membranmodul jedoch ein Hohlfasermembranbündel, das auch in einem vom zweiten Ende ausgehenden zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, wobei das zweite Bündelende so in die zweite Vergussmasse eingebettet ist, dass das Bündel entlang seiner Erstreckung im Außenraum in einem an die zweite Vergussmasse angrenzenden zweiten Außenraumabschnitt einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden und der zweite Außenraumabschnitt in Erstreckungsrichtung des Bündels eine Länge von mindestens 5 mm aufweist. Vorteilhafterweise weist der Membranmodul dann in seinem Gehäusemantel im Bereich vor der zweiten Vergussmasse einen mit dem Außenraum in Fluidverbindung stehenden zweiten Anschlussstutzen auf, über den ein Fluid in den Außenraum eingeleitet oder aus diesem abgezogen werden kann. Der Außenraum um die Hohlfasermembranen ist damit von einem Fluid von einem zum anderen Ende des Gehäuses im Cross-Flow Modus durchströmbar. Infolge des Vorhandenseins des ersten und des zweiten Außenraumabschnitts mit zumindest reduziertem Anteil an Fäden weist der Membranmodul dann einen Einströmbereich und einen Ausströmbereich bzgl. des Außenraums auf, in dem ein über den Bündelquerschnitt zumindest weitgehend homogenes Einströmen bzw. aus dem ein über den Bündelquerschnitt zumindest weitgehend homogenes Ausströmen eines Fluids erfolgen kann.
Dabei können in einer bevorzugten Variante die Hohlfasermembranen mit ihrem zweiten Ende so in die zweite Vergussmasse eingebettet sein, dass sie an diesem Ende geschlossen sind. Dies kann dadurch erfolgen, dass die zweiten Enden der Hohlfasermembranen innerhalb der zweiten Vergussmasse enden und durch die zweite Vergussmasse verschlossen werden. Bei einer solchen Ausführungsform können dann die Hohlfasermembranen bzgl. ihrer Innenhohlräume, d.h. bzgl. ihrer Lumina vom ersten Ende des Hohlfasermembranbündels im Dead-End Modus angeströmt werden. Dabei kann in einer vorteilhaften Ausführungsform
das Gehäuse an seinem zweiten Ende im Bereich vor der zweiten Vergussmasse einen seitlich im Gehäusemantel angebrachten zweiten Anschlussstutzen aufweisen, der in den Außenraum mündet und mit dem Außenraum in
Fluidverbindung steht. Hierdurch ist der Außenraum zwischen erstem
Anschlussstutzen und zweitem Anschlussstutzen für ein Fluid im Cross-flow
Modus durchströmbar. In einer Alternative kann das Gehäuse an seinem zweiten Ende auch durch eine zweite Vergussmasse abgeschlossen sein, die mindestens eine durchgehende Öffnung aufweist, und stirnseitig am zweiten Gehäuseende eine zweite Endkappe mit einem zweiten Anschlussstutzen aufweisen. Zwischen zweiter Vergussmasse und zweiter Endkappe kann dann eine zweite Kammer ausgebildet sein und der Außenraum und die zweite Kammer können über die mindestens eine Öffnung in der zweiten Vergussmasse in Fluidverbindung stehen. Auf diese Weise ist ein Fluid z.B. über die mindestens eine Öffnung in der zweiten Vergussmasse, die zweite Kammer und den zweite Anschlussstutzen in der zweiten Endkappe aus dem Außenraum ableitbar. Auch bei dieser
Ausführungsform ist der Außenraum zwischen erstem Anschlussstutzen und zweitem Anschlussstutzen für ein Fluid im Cross-flow Modus durchströmbar. Die mindestens eine Öffnung kann z.B. in Form einer oder mehrerer Bohrungen durch die zweite Vergussmasse oder in Form mindestens eines in die Vergussmasse eingebetteten Röhrchens vorliegen.
In einer ebenso bevorzugten Variante können die Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels am zweiten Bündelende so in die zweite
Vergussmasse eingebettet sein, dass die Hohlfasermembranen durch die zweite Vergussmasse hindurchtreten und die Lumina der Hohlfasermembranen am zweiten Bündelende offen sind. Stirnseitig vor dem zweiten Ende des Gehäuses ist eine zweite Endkappe angeordnet, wobei die zweite Endkappe so ausgeführt ist, dass zwischen zweiter Vergussmasse und zweiter Endkappe eine zweite Kammer ausgebildet ist. Die Lumina der Hohlfasermembranen münden in diesem Fall in die zweite Kammer und stehen mit dieser in Fluidverbindung. Die zweite Endkappe weist dann eine zweite Anschlussöffnung zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluids in die bzw. aus der zweiten Kammer auf. Bei einer solchen
Ausführungsform sind also die Hohlfasermembranen in ihren Lumina von einem Fluid im Cross-Flow Modus durchströmbar. Auch beispielsweise bei dieser Ausführungsform, bei denen die
Hohlfasermembranen im Bereich der Gehäuseenden in eine erste und in eine zweite Vergussmasse eingebettet sind und in eine erste und in eine zweite stirnseitige Kammer münden, sind Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Membranmoduls mit einem um ein Kernrohr angeordnetem
Hohlfasermembranbündel möglich. In einer hierbei bevorzugten Ausführungsform kann das Hohlfasermembranbündel um ein Kernrohr angeordnet sein, das zusammen mit den Hohlfasermembranen in die erste und in die zweite
Vergussmasse eingebettet ist. Das Kernrohr kann durch die erste Vergussmasse sowie durch die erste Kammer hindurchführen, aus der ersten Kammer über die erste Endkappe herausführen und an seinem ersten Ende mit dem ersten
Anschlussstutzen in Fluidverbindung stehen. Am zweiten Ende des Gehäuses kann das Kernrohr durch die zweite Vergussmasse hindurchtreten, die zweite Kammer durchlaufen, durch die zweite Endkappe hindurchtreten, wobei es gegenüber der zweiten Endkappe fluiddicht abgedichtet ist, und mit einem an der zweiten Endkappe angebrachten zweiten Anschlussstutzen in Fluidverbindung stehen. Im Bereich des ersten Außenraumabschnitts, in dem das
Hohlfasermembranbündel einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in dem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden mittleren
Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, kann das Kernrohr in seiner Wand Perforationen aufweisen, über die ein Fluid im Bereich der ersten
Außenraumabschnitts aus dem Kernrohr in den Außenraum oder aus dem
Außenraum in das Kernrohr strömen kann. Ebenso kann das Kernrohr im Bereich des an die zweite Vergussmasse angrenzenden zweiten Außenraumabschnitts in seiner Wand Perforationen aufweisen, über die ein Fluid im Bereich der zweiten Außenraumabschnitts aus dem Kernrohr in den Außenraum oder aus dem
Außenraum in das Kernrohr strömen kann.
Bei einer solchen Ausführungsform kann beispielsweise ein erstes Fluid über den ersten Anschlussstutzen in das Kernrohr einströmen und im Bereich des ersten Außenraumabschnitts, in dem ein geringerer Anteil an Fäden vorliegt und damit die Umströmung der Hohlfasermembranen verbessert ist, über die Perforationen in der Kernrohrwand in den ersten Außenraumabschnitt einströmen. Anschließend kann das Fluid entlang der Hohlfasermembranen den Außenraum zwischen der ersten Vergussmasse und der zweiten Vergussmasse durchströmen. Dabei kann beispielsweise eine Filtration eines Teils des ersten Fluids über die Wände der Hohlfasermembranen in die Lumina der Hohlfasermembranen erfolgen. Der verbleibende Teil des ersten Fluids strömt im Bereich des zweiten
Außenraumabschnitts, in dem ebenfalls ein geringerer Anteil an Fäden vorliegt, über die Perforationen in der Kernrohrwand aus dem zweiten Außenraumabschnitt in das Kernrohr ein und strömt aus diesem über den zweiten Anschlussstutzen aus dem Membranmodul aus. Über die zweite Anschlussöffnung in der stirnseitig vor dem zweiten Ende des Gehäuses angeordneten zweiten Endkappe kann dann beispielsweise ein zweites Fluid in die zwischen zweiter Endkappe und zweiter Vergussmasse ausgebildete zweite Kammer eingeleitet werden. Von dort kann das zweite Fluid in die offenen Lumina der Hohlfasermembranen einströmen und die Hohlfasermembranen lumenseitig durchströmen, wobei es das Filtrat des ersten Fluids aufnehmen kann. Das so angereicherte zweite Fluid verlässt die Hohlfasermembranen am ersten Bündelende und strömt in die am ersten Ende des Gehäuses stirnseitig
angeordnete erste Kammer ein. Aus dieser strömt das angereicherte zweite Fluid über die erste Anschlussöffnung in der ersten Kappe aus dem Membranmodul aus.
Natürlich ist es auch möglich, bei dem vorliegenden Membranmodul mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung im Einströmbereich und/oder Ausströmbereich des Moduls weitere beispielsweise bekannte Maßnahmen z.B. mit dem Ziel zu kombinieren, damit weitere Verbesserungen bzgl. des Einström- bzw.
Ausströmverhaltens zu erreichen. So kann beispielsweise das Gehäuse im
Abschnitt des Einström- bzw. Ausströmbereichs entlang des Gehäusemantels eine Erweiterung aufweisen und im mittleren Bereich das
Hohlfasermembranbündel vom Gehäusemantel eng umschlossen sein. Im
Einströmbereich bzw. Ausströmbereich kann dazu der Durchmesser des
Gehäusemantels in Richtung auf das jeweilige Gehäuseende stetig, z.B. in Form eines Kegelstumpfes, oder stufenförmig zunehmen. Der erfindungsgemäße Membranmodul lässt sich bestens für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzen, bei denen in den Außenraum um im Modul angeordnete Hohlfasermembranen ein Fluid eingeleitet und/oder aus dem Außenraum abgeleitet wird. Als Beispiele seien Module für Filtration, für Gasaustausch, Gastrennung genannt. Die erfindungsgemäßen Module können auch Einsatz finden als Membranadsorber oder als Kombinationen von Membranfiltern mit
Adsorbern. Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Membranmoduls, bei denen das Hohlfasermembranbündel an beiden Enden in eine Vergussmasse eingebettet ist, die Hohlfasern an beiden Enden geöffnet sind und sowohl einen
erfindungsgemäßen Einströmbereich als auch einen erfindungsgemäßen
Ausströmbereich aufweisen, sind hervorragend als Dialysatoren z.B. für die Hemodialyse einsetzbar.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündels sowie des erfindungsgemäßen Membranmoduls kann auf verschiedene Weise erfolgen. In einer Ausführungsform kann Einbringung der Fäden in das
Hohlfasermembranbündel während der Bündelherstellung durch Ablegen von Hohlfasermembranen und zeitgleichem Ablegen von gegenüber den
Hohlfasermembranen kürzeren Fäden erfolgen, wobei die Fäden gegenüber den Hohlfasermembranen so angeordnet werden, dass sich je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bündels an einem oder an beiden Bündelenden
Abschnitte mit zumindest reduziertem Anteil an Fäden ergeben. Ein solches Ablegen von Hohlfasermembranen und Fäden kann z.B. durch unterschiedliche Linearablageverfahren realisiert werden. Dabei können die Fäden während der Membranbündelherstellung einzeln oder als Fadenschar, geradlinig oder auch changierend oder mäanderförmig abgelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsform liegen der Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündelherstellung textile Aufmachungsformen der
Hohlfasermembranen zu Grunde z.B. in Gestalt von Webmatten, Wirkmatten, Bändchen oder Lockerbändchen, wie bereits zuvor ausgeführt wurde. Bei diesen Herstellungsformen sind dann die textilen Aufmachungen so auszuführen, dass an mindestens einem Ende des hergestellten Bündels in einem von diesem Ende ausgehenden Endbereich ein geringerer Anteil an Fäden vorliegt. So können z.B. Webmatten hergestellt werden, bei denen die Hohlfasermembranen die Kettfäden ausbilden und die Seitenbereiche der Webmatten frei von als Schussfäden dienenden und senkrecht zu den Hohlfasermembranen verlaufenden Fäden sind. Nach Aufwickeln derartiger Matten in Richtung der Erstreckung der Fäden ergeben sich Bündel, bei denen die Hohlfasernnennbranen in der Längserstreckung des Bündels und die Fäden spiralförmig um die Längsachse angeordnet sind und auf Grund der Ausführung der Matte Endabschnitte des Bündels frei von Fäden sind.
In Fällen, bei denen Fäden einzelne Hohlfasermembranen oder mehrere in Teilbündeln zusammengefasste Hohlfasermembranen z.B. spiralförmig
umschlingen, wird die Umschlingung nur soweit ausgeführt, dass die abgelängten Hohlfasermembranen zumindest einen Endbereich aufweisen, der frei ist von umschlingenden Fäden. Die für das jeweilige erfindungsgemäße
Hohlfasermembranbündel erforderliche Anzahl von abgelängten
Hohlfasermembranen oder von Teilbündeln der Hohlfasermembranen werden dann zum Bündel angeordnet. Insbesondere in Fällen, in denen die Fäden mit ihren Enden dem ersten bzw. dem zweiten Bündelende zugewandt sind und sich die Fäden beispielsweise geradlinig oder mäanderförmig zwischen den Hohlfasermembranen im Bündel erstrecken oder zu den Hohlfasermembranen parallel sind, kann das erfindungsgemäße Hohlfasermembranbündel in einer bevorzugten Ausführungsform hergestellt werden, indem ein unterschiedliches Schrumpfverhalten von
Hohlfasermembranen und Fäden ausgenutzt wird. Hierbei weisen die Fäden einen höheren Schrumpf als die Hohlfasermembranen auf. Vorzugsweise wird der Schrumpf der Fäden durch Tempern ausgelöst. Bevorzugt sind Kombinationen von Hohlfasermembranen und Fäden, bei denen bei der einzustellenden
Tempertemperatur der Schrumpf der Hohlfasermembranen in ihrer
Erstreckungsrichtung um 2%-50% kleiner ist als der Schrumpf der Fäden. Die Temperatur, die zur Temperung einzustellen ist, hängt natürlich von den
Materialien ab, aus denen die Hohlfasermembranen und die Fäden aufgebaut sind. In weiteren bevorzugten Varianten kann der Schrumpf durch optische,
magnetische oder durch physiko-chemische Vorgänge ausgelöst und gesteuert werden. Physiko-chemische Vorgänge können z.B. Befeuchtung oder Behandlung mit Wasser oder Lösungs- oder Quellmitteln sein, die zu unterschiedlicher Längenausdehnung oder unterschiedlichem Schrumpf von Hohlfasermembranen und Fäden führen. Auch die Nutzung ähnlicher Effekte wie sie von metallischen Formgedächtnislegierungen und inzwischen auch von Formgedächtnis-Polymeren bekannt sind, ist möglich. Die oben beschriebenen Verfahren können
erfindungsgemäß so ausgelegt werden, dass gleichzeitig zu Längenvariation eine Ondulierung des definierten Fadens und oder der Membran stattfindet, was zu einer verbesserten Durchströmung des Hohlfasermembranbündels bei
gleichzeitiger besserer Durchmischung eines durch das Bündel strömenden Fluids führt. In Fällen, in denen ein unterschiedliches Schrumpfverhalten von
Hohlfasermembranen und Fäden ausgenutzt wird, kann die Herstellung des erfindungsgemäßen Membranbündels vor dessen Einbringung in ein
Modulgehäuse erfolgen oder auch erst innerhalb eines Modulgehäuses nach Einbringung des Bündels in das Modulgehäuse.
Im ersten Fall kann zunächst das erfindungsgemäße Hohlfasermembranbündel mit verringerter Dichte an Fäden an einem oder beiden Bündelenden, wie zuvor beschrieben, hergestellt und danach in ein geeignetes Gehäuse eingeführt werden, um damit einen erfindungsgemäßen Modul herzustellen. Im zweiten Fall kann zunächst ein Bündel mit Hohlfasermembranen und sich zwischen den
Bündelenden erstreckenden Fäden gleicher Länge wie die Hohlfasermembranen in ein geeignetes Gehäuse eingeführt und der erhöhte Schrumpf der Fäden im Bündel erst innerhalb des Gehäuses ausgelöst werden. Hierdurch werden
Endbereiche des im Gehäuse befindlichen Bündels erhalten, die einen geringeren Anteil an Fäden aufweisen als der zwischen dem ersten und dem zweiten
Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden. Durch Eingießen der Bündelenden in Vergussmassen wird schließlich der erfindungsgemäße Membranmodul erhalten.
Insbesondere in Fällen, in denen ein unterschiedliches Schrumpfverhalten von Hohlfasermembranen und Fäden zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Hohlfasermembranbündels bzw. zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Membranmoduls ausgenutzt wird, kann es dazu kommen, dass die Fäden innerhalb des Hohlfasermembranbündels nicht alle an derselben Position entlang des Hohlfasermembranbündels enden. Beispielsweise kann der Schrumpf der Fäden z.T. unterschiedlich sein, so dass letztlich innerhalb des Bündels unterschiedlich lange Fäden vorhanden sind, deren Enden an unterschiedlichen Positionen entlang der Bündelerstreckung enden.
In anderen Fällen können die Fäden entlang der Erstreckung des
Hohlfasermembranbündels gegeneinander verschoben sein. Beispielsweise kann es im Fall, dass ein unterschiedliches Schrumpfverhalten von
Hohlfasermembranen und Fäden zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Hohlfasermembranbündels bzw. zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Membranmoduls ausgenutzt wird, in Folge von Einklemmungen der Fäden zwischen den Hohlfasermembranen dazu kommen, dass sich die Enden der Fäden während des Schrumpfens in unterschiedlichem Maße entlang der
Erstreckung des Bündels zwischen erstem und zweiten Bündelende verschieben. In solchen Fällen kann es sein, dass in dem resultierenden ersten und/oder zweiten Endbereich z.T. weiterhin Fasern vorhanden sind. Wie ausgeführt, ist der Anteil der Fäden im ersten und/oder zweiten Endbereich gegenüber dem Anteil der Fäden im Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden vorzugsweise um mindestens 50 % und besonders bevorzugt um mindestens 80% verringert. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der erste und/oder zweite Endbereich frei von Fäden. Der erfindungsgemäße Membranmodul enthaltend das erfindungsgemäße Hohlfasermembranbündel wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung beispielhaft bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Membranmoduls bzw. des erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündels, die jedoch nicht einschränkend zu verstehen sind.
Es zeigen:
Figur 1 : einen Cross-Flow Membranmodul gemäß der Erfindung mit einem
Hohlfasermembranbündel, welches beidseitig in Vergussmassen eingebettet und an seinen beiden Enden frei von Fäden ist.
Figur 2: einen Cross-Flow Membranmodul gemäß der Erfindung mit einem
Hohlfasermembranbündel, welches beidseitig in Vergussmassen eingebettet und an seinem ersten Ende frei von Fäden ist.
Figur 3: einen Dead -End Membranmodul gemäß der Erfindung mit einem
Hohlfasermembranbündel, welches beidseitig in Vergussmassen eingebettet ist, an seinem ersten Ende offene Hohlfasermembranen aufweist und an seinen beiden Enden frei von Fäden ist.
Figur 4: einen Cross-Flow Membranmodul gemäß der Erfindung mit einem
Hohlfasermembranbündel, welches beidseitig in Vergussmassen eingebettet an seinen beiden Enden frei von Fäden ist und der in der zweiten Vergussmasse Öffnungen aufweist, die mit dem Außenraum um die Hohlfasermembranen in Fluidverbindung stehen.
Figur 5: einen Cross-Flow Membranmodul gemäß der Erfindung mit einem
hohlzylinderförmigen Hohlfasermembranbündel, welches um ein Kernrohr herum angeordnet, beidseitig in Vergussmassen eingebettet und an seinen beiden Enden frei von Fäden ist. Figur 1 zeigt einen Membranmodul 1 mit einem Gehäuse 2 und einem im
Gehäuse 2 angeordneten Bündel von Hohlfasermembranen 3, welche mit ihrem ersten Ende 4 in eine erste Vergussmasse 5 und mit ihrem zweiten Ende 6 in eine zweite Vergussmasse 7 so eingebettet sind, dass sie durch die jeweilige
Vergussmasse 5, 7 hindurchtreten und stirnseitig vor den Vergussmassen 5, 7 offen sind. Dadurch sind die Lumina der Hohlfasermembranen 3 von einem Fluid im Cross-Flow Modus durchströmbar. Zwischen der ersten Vergussmasse 5 und der zweiten Vergussmasse 7 ist um die Hohlfasermembranen 3 ein vom Gehäuse 2 begrenzter Außenraum 8 ausgebildet. In einem mittleren Bündelbereich entlang der Hohlfasermembranen 3 zwischen den Vergussmassen 5, 7 sind im
Hohlfasermembranbündel zwischen den Hohlfasermembranen 3 Fäden 9, 10 als Abstandshalter angeordnet, die als gerade Fäden 9 oder als ondulierte Fäden 10 vorliegen können. In diesem mittleren Bündelbereich liegen die Fäden 9, 10 in einem maximalen Anteil vor, wohingegen in einem zur ersten Vergussmasse 5 benachbarten ersten Außenraumabschnitt 1 1 und in einem zur zweiten
Vergussmasse 7 benachbarten zweiten Außenraumabschnitt 12 das
Hohlfasermembranbündel vorliegend frei von Fäden 9,10 ist.
Stirnseitig vor der ersten Vergussmasse 5 ist eine erste Endkappe 13 so angeordnet, dass zwischen der ersten Vergussmasse 5 und der ersten Endkappe 13 eine erste Kammer 14 ausgebildet ist, die am ersten Ende 4 der
Hohlfasermembranen 3 mit den Lumina der Hohlfasermembranen 3 in
Fluidverbindung steht. Die erste Endkappe 13 weist eine erste Anschlussöffnung 15 auf, über die ein Fluid in die erste Kammer 14 z.B. einleitbar ist. Stirnseitig vor der zweiten Vergussmasse 7 ist eine zweite Endkappe 16 angeordnet. Zwischen zweiter Vergussmasse 7 und zweiter Endkappe 16 ist eine zweite Kammer 17 ausgebildet, die am zweiten Ende 6 der Hohlfasermembranen 3 mit den Lumina der Hohlfasermembranen 3 in Fluidverbindung steht. Die zweite Endkappe 16 weist eine zweite Anschlussöffnung 18 auf, über die beispielsweise ein Fluid aus der zweiten Kammer ausleitbar ist. Auf diese Weise können die
Hohlfasermembranen in ihren Lumina im Cross-Flow Modus von einem Fluid durchströmt werden. Das Gehäuse 2 weist an seinem der ersten Vergussmasse 5 zugewandten Ende im Bereich des ersten Außenraumabschnitts 1 1 einen ersten Anschlussstutzen 19 und an seinem der zweiten Vergussmasse 7 zugewandten Ende im Bereich des zweiten Außenraumabschnitts 12 einen zweiten Anschlussstutzen 20 auf, mittels derer der Außenraum 8 von einem Fluid entlang der Hohlfasermembranen 3 durchströmbar ist. So kann beispielsweise ein Fluid über den ersten
Anschlussstutzen 19 im Bereich des ersten Außenraumabschnitt 1 1 in das Gehäuse 2 bzw. den Außenraum 8 eingeleitet werden. Aufgrund des wegen des Fehlens der Fäden 9, 10 geringeren Füllgrads im Bereich des ersten
Außenraumabschnitts 1 1 resultiert in diesem Bereich eine gute Durchstrombarkeit des Hohlfasermembranbündels über dem Bündelquerschnitt und damit eine gute Verteilung eines in diesen Bereich einströmenden Fluids über den
Bündelquerschnitt. Das über den ersten Anschlussstutzen 19 eingeleitet Fluid strömt dann gleichmäßig über dem Bündelquerschnitt verteilt entlang der
Hohlfasermembranen 3 in Richtung der zweiten Vergussmasse 7 und sammelt sich im zweiten Außenraumabschnitt 12. In diesem zweiten Außenraumabschnitt 12 liegt ebenfalls ein geringerer Füllgrad vor, woraus in diesem Bereich ebenfalls eine gute Durchstrombarkeit des Hohlfasermembranbündels über dem
Bündelquerschnitt resultiert und damit ein gleichmäßiges Ableiten des in diesen Bereich einströmenden Fluids über dem Bündelquerschnitt erfolgt. Aus dem zweiten Außenraumabschnitt 12 verlässt das Fluid den Modul 1 über den zweiten Anschlussstutzen 20.
Figur 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform 21 eines Membranmoduls gemäß der Erfindung, enthaltend ein erfindungsgemäßes
Hohlfasermembranbündel. Soweit die Elemente des in Figur 2 gezeigten
Membranmoduls 21 , aber auch die der in den folgenden Figuren gezeigten Ausführungsformen des Membranmoduls mit denen des in Figur 1 dargestellten Membranmoduls 1 übereinstimmen, sind sie mit denselben Bezugszeichen versehen und auf eine erneute Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet. Der Membranmodul 21 enthält ebenfalls im Gehäuse 2 angeordnet ein Bündel von Hohlfasermembranen 3, welche mit ihrem ersten Ende 4 in eine erste
Vergussmasse 5 und mit ihrem zweiten Ende 6 in eine zweite Vergussmasse 7 eingebettet sind und durch die jeweilige Vergussmasse 5, 7 hindurchtreten. Die Hohlfasermembranen 3 sind stirnseitig vor den Vergussmassen 5, 7 offen, so dass die Lumina der Hohlfasermembranen 3 von einem Fluid im Cross-Flow Modus durchströmbar sind.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Membranmodul 1 weist der in Figur 2 gezeigte Membranmodul 21 nur in einem zur ersten Vergussmasse 5
benachbarten ersten Außenraumabschnitt 1 1 einen Bereich auf, in dem das Hohlfasermembranbündel frei von Fäden 9,10 ist. Über die verbleibende
Erstreckung des Bündels aus Hohlfasermembranen 3 sind zwischen den
Hohlfasermembranen 3 Fäden 9 angeordnet, die sich in gleichbleibendem
Verhältnis zu den Hohlfasermembranen 3 bis in die zweite Vergussmasse 7 hinein erstrecken und die an ihrem Ende 22 zusammen mit den Enden 6 der
Hohlfasermembranen 3 in der zweiten Vergussmasse 7 eingebettet sind. Der in Figur 2 gezeigte Membranmodul 21 weist also keinen zur zweiten Vergussmasse 7 benachbarten zweiten Außenraumabschnitt 12 auf, in dem das
Hohlfasermembranbündel einen reduzierten Anteil von Fäden 9 aufweist oder gar frei von Fäden 9 ist. Darüber hinaus weist der Membranmodul 21 nur an dem der ersten Vergussmasse 5 zugewandten Ende im Bereich des ersten
Außenraumabschnitts 1 1 einen ersten Anschlussstutzen 19 auf, über den ein Fluid in den Außenraum 8 einleitbar ist bzw. aus dem Außenraum 8 ableitbar ist. In Bezug auf den Außenraum 8 ist der Membranmodul 21 also auch im Dead-End Modus zu betreiben, wohingegen die Hohlfasermembranen 3 über ihre an ihren beiden Enden 4, 6 offenen Lumina im Cross-Flow Modus durchströmt werden können. Beispielsweise kann eine Flüssigkeit über die erste Anschlussöffnung 15 in der stirnseitig vor dem ersten Ende des Gehäuses 2 angeordnete erste
Endkappe 13 in die erste Kammer 14 eingeleitet werden, von dort in die offenen Lumina der Hohlfasermembranen 3 einströmen und die Hohlfasermembranen 3 lumenseitig durchströmen. Hierbei kann zum Beispiel ein Teil der Flüssigkeit als Filtrat durch die Wände der Hohlfasermembranen 3 in den Außenraum 8 treten und entlang der Hohlfasermembranen 3 in den ersten Außenraumabschnitt 1 1 strömen, aus dem es den Membranmodul 21 über den ersten Anschlussstutzen 19 verlässt. Das in den Lumina der Hohlfasermembranen 3 verbleibende Retentat verlässt die Hohlfasermembranen 3 am zweiten Ende 6 der Hohlfasermembranen 3 und strömt in die am zweiten Ende des Gehäuses 2 stirnseitig angeordnete zweite Kammer 17 ein. Das Retentat verlässt den Membranmodul 21 über die zweite Anschlussöffnung 18 in der zweiten Endkappe 16.
Figur 3 zeigt wie Figur 1 einen Membranmodul 23 mit einem
Hohlfasermembranbündel, welches beidseitig in Vergussmassen 5, 7 eingebettet und an seinen beiden Enden frei von Fäden 9 ist. Die im Gehäuse 2 zu einem Bündel angeordneten Hohlfasermembranen 3 sind mit ihrem ersten Ende 4 in eine erste Vergussmasse 5 und mit ihrem zweiten Ende 6 in eine zweite
Vergussmasse 7 eingebettet. Die Einbettung am ersten Ende 4 ist so ausgeführt, dass die Hohlfasermembranen durch die Vergussmasse 5 hindurchtreten, stirnseitig vor der Vergussmasse 5 offen sind und in die zwischen erster
Vergussmasse 5 und erster Endkappe 13 ausgebildete erste Kammer 14 münden. An ihrem zweiten Ende 6 sind die Hohlfasermembranen 3 so in die zweite
Vergussmasse 7 eingebettet, dass sie innerhalb der Vergussmasse 7 enden und durch die zweite Vergussmasse 7 verschlossen sind. Damit sind die
Hohlfasermembranen 3 im Dead-End Modus anströmbar. Die zweite
Vergussmasse 7 bildet gleichzeitig den Verschluss des Gehäuses 2 an dessen zweitem Ende. Ein aus der ersten Kammer 14 in die Lumina der
Hohlfasermembranen 3 eingeleitetes Fluid tritt dann - bis auf einen beispielsweise über eine Filtration in den Hohlfasernnennbranen 3 zurückgehaltenen Anteil etwa in Gestalt von Partikeln einer bestimmten Größe - vollständig durch die Wände der Hohlfasermembranen 3 in den Außenraum 8 um die Hohlfasermembranen 3 über. Der Membranmodul 23 weist nur an seinem der ersten Vergussmasse 5
zugewandten Ende im Bereich des ersten Außenraumabschnitts 1 1 einen ersten Anschlussstutzen 19 auf, mittels dessen ein Fluid in den Außenraum 8 eingeleitet bzw. mittels dessen ein Fluid aus dem Außenraum 8 abgeleitet werden kann. Für ein gleichmäßiges Einleiten und Verteilen des Fluids über dem Querschnitt des Bündels aus Hohlfasermembranen 3 ist das Bündel in einem zur ersten
Vergussmasse 5 benachbarten ersten Außenraumabschnitt 1 1 frei von Fäden 9. Der Membranmodul 23 kann darüber hinaus, wie in Fig. 3 dargestellt, auch an seinem zweiten Ende benachbart zur zweiten Vergussmasse 7 einen zweiten Außenraumabschnitt 12 aufweisen. Es ist jedoch in anderen, hier nicht
dargestellten Ausführungsformen auch möglich, dass die Fäden an diesem Ende im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen wie die Hohlfasermembranen und zusammen mit den Hohlfasermembranen in die zweite Vergussmasse eingebettet sind. In diesem Fall weist der Membranmodul nur an seinem ersten Ende einen Außenraumabschnitt auf.
Der in Figur 4 gezeigte Membranmodul 24 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der in Figur 3 dargestellte Membranmodul 23. Membranmodul 24 weist ebenfalls ein Hohlfasermembranbündel auf, bei welchem die Hohlfasermembranen 3 beidseitig in Vergussmassen 5, 7 eingebettet sind und das in einem ersten
Außenraumabschnitt 1 1 und in einem zweiten Außenraumabschnitt 12 frei von Fäden 9 ist. Zwischen dem ersten Außenraumabschnitt 1 1 und dem zweiten Außenraumabschnitt 12 sind zwischen den Hohlfasermembranen 3 Fäden 9 angeordnet. Die Einbettung am ersten Ende 4 ist so ausgeführt, dass die
Hohlfasermembranen durch die Vergussmasse 5 hindurchtreten, stirnseitig vor der Vergussmasse 5 offen sind und in die zwischen erster Vergussmasse 5 und erster Endkappe 13 ausgebildete erste Kammer 14 münden. An ihrem zweiten Ende 6 sind die Hohlfasermennbranen 3 so in die zweite Vergussmasse 7 eingebettet, dass sie innerhalb der Vergussmasse 7 enden und durch die zweite
Vergussmasse 7 verschlossen sind. Die zweite Vergussmasse 7, die den Außenraum am zweiten Ende des Gehäuses abschließt, weist durchgehende Öffnungen 25 auf, über die eine Fluidverbindung zwischen dem Außenraum 8 und einer stirnseitig am zweiten Gehäuseende zwischen der Vergussmasse 7 und einer zweiten Endkappe 26 ausgebildeten zweiten Kammer 27 besteht. Die Öffnungen 25 in der Vergussmasse 7 können in Form von Bohrungen in der zweiten Vergussmasse vorliegen, es kann sich aber auch um Röhrchen handeln, die durch die zweite Vergussmasse 7 hindurchgehen und die zusammen mit den Hohlfasermembranen 3 in die zweite Vergussmasse 7 eingebettet sind. Bei dieser in Figur 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranmoduls 24 kann beispielsweise ein Fluid über den ersten
Anschlussstutzen 19 in den ersten Außenraumabschnitt 1 1 innerhalb des
Gehäuses 2 eingeleitet und im Bereich des ersten Außenraumabschnitts 1 1 wegen des dort fehlenden Anteils an Fäden 9 zwischen den Hohlfasermembranen 3 gleichmäßig über den Querschnitt des Bündels der Hohlfasermembranen 3 verteilt werden. Anschließend kann es entlang der Hohlfasermembranen 3 in Richtung auf die zweite Vergussmasse 7 und in den vor der zweiten
Vergussmasse 7 befindlichen zweiten Außenraumabschnitt 12 fließen. Aus dem zweiten Außenraumabschnitt 12 kann dann das Fluid über die Öffnungen 25 in der zweiten Vergussmasse 7 aus dem Außenraum 8 abgeleitet werden und den
Membranmodul 24 über die zweite Kammer 27 und den zweiten Anschlussstutzen 28 in der zweiten Endkappe 26 verlassen. Im Unterschied zu den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Membranmodulen, die ebenfalls an ihrem zweiten Ende eine mittels einer Abschlusskappe mit einer Öffnung zur Fluidableitung oder - Zuführung begrenzte zweite Kammer aufweisen, steht bei dem Membranmodul gemäß Fig. 4 die zwischen zweiter Vergussmasse 7 und zweiter Endkappe 26 ausgebildete zweite Kannnner 27 über die Öffnungen 25 in der Vergussmasse 7 mit dem Außenraum 8 in Fluidverbindung. Demnach handelt es sich bei der in der zweiten Endkappe des Membranmoduls gemäß Fig. 4 vorhandenen Öffnung zur Fluidableitung oder -Zuführung um einen Anschlussstutzen, der mit dem
Außenraum 8 in Fluidverbindung steht. Alternativ kann die Einbettung 7 auch wie in Figur 3 ausgeführt sein und das Fluid kann den Aussenraumabschnitt 12 durch einen weiteren in den Außenraum 8 mündenden Anschlussstutzen verlassen.
In Figur 5 ist ein Membranmodul 29 dargestellt, der ein Bündel von
Hohlfasermembranen 3 enthält, das um ein Kernrohr 30 herum angeordnet ist. Das Kernrohr 30 ist zusammen mit den Hohlfasermembranen 3 in die erste
Vergussmasse 5 und in die zweite Vergussmasse 7 eingebettet und führt durch die erste Vergussmasse 5 sowie durch die stirnseitig vor der ersten
Vergussmasse 5 angeordnete erste Kammer 14 hindurch, wobei das Kernrohr 30 gegenüber der ersten Kammer 14 fluiddicht abgetrennt ist. Das Kernrohr 30 führt aus der ersten Kammer 14 in der ersten Endkappe 13 heraus und steht an seinem ersten Ende mit einem mit dem Kernrohr verbundenen ersten Anschlussstutzen 31 in Fluidverbindung. Am zweiten Ende des Gehäuses tritt das Kernrohr 30 durch die zweite Vergussmasse 7 hindurch, durchläuft die stirnseitig vor der zweiten Vergussmasse 7 ausgebildete zweite Kammer 17, wobei das Kernrohr 30 gegenüber der zweiten Kammer 14 fluiddicht abgetrennt ist, tritt durch die zweite Endkappe 16 hindurch und steht mit einem an der zweiten Endkappe 16
angebrachten und mit dem Kernrohr verbundenen zweiten Anschlussstutzen 32 in Fluidverbindung. Im Bereich des ersten Außenraumabschnitts 1 1 , in dem das um das Kernrohr 30 angeordnete Bündel von Hohlfasermembranen 3 vorliegend frei von Fäden 9 ist, weist das Kernrohr 30 in seiner Wand Perforationen 33 auf, über die ein Fluid im Bereich der ersten Außenraumabschnitts 1 1 aus dem Kernrohr 30 in den Außenraum 8 bzw. den ersten Außenraumabschnitt 1 1 einströmen bzw. aus diesem in das Kernrohr 30 einströmen kann. Ebenso weist das Kernrohr 30 im Bereich des an die zweite Vergussmasse 7 angrenzenden zweiten
Außenraumabschnitts 12 in seiner Wand Perforationen 34 auf, über die ein Fluid im Bereich der zweiten Außenraumabschnitts 12 aus dem Kernrohr 30 in den Außenraum 8 bzw. in den zweiten Außenraumabschnitt 12 einströmen oder aus diesen in das Kernrohr 30 ausströmen kann. Zwischen den Bereichen mit den Perforationen 33, 34 weist das Kernrohr Verschlüsse 35, 36 auf, um eine
Durchströmung des Kernrohrs 30 von einem zum anderen Ende zu unterbinden. Anstelle der Verschlüsse 35, 36 kann das Kernrohr in seinem Bereich zwischen den Perforationen 33, 34 auch aus einem Vollmaterial bestehen.
Die Hohlfasermembranen 3 sind mit ihren Enden 4, 6 so in die Vergussmassen 5, 7 eingebettet, dass sie durch sie hindurchtreten und an ihren Enden gegenüber der ersten Kammer 14 und der zweiten Kammer 17 offen sind und ein Fluid durch sie hindurchströmen kann. Erste und zweite Endkappe 13, 16 weisen seitliche Anschlussöffnungen 15, 18 auf, über die ein Fluid in die erste Kammer 14 und die zweite Kammer 17 ein- oder ausströmen kann. Das Gehäuse 3 kann des Weiteren einen seitlichen Anschlussstutzen 37 aufweisen, beispielsweise um den
Außenraum 8 um die Hohlfasermembranen 3 zu entlüften. In einer alternativen Ausführungsform, bei der das Kernrohr 30 zwar im Bereich des ersten
Außenraumabschnitts 1 1 in seiner Wand Perforationen 33 aufweist, nicht jedoch im Bereich des zweiten Außenraumabschnitts 12, kann das erste Fluid über einen solchen seitlichen Anschlussstutzen 37 auch aus dem zweiten
Außenraumabschnitt 12 bzw. aus dem Außenraum 8 abgezogen werden.
Bei einer Ausführungsform des Membranmoduls 29, wie in Figur 5 dargestellt, kann beispielsweise ein erstes Fluid über den ersten Anschlussstutzen 31 in das Kernrohr 30 einströmen und im Bereich des ersten Außenraumabschnitts 1 1 , in dem die Umströmung der Hohlfasermembranen 3 wegen des Fehlens der Fäden 9 verbessert ist, über die Perforationen 33 in der Wand des Kernrohrs 30 in den ersten Außenraumabschnitt 1 1 einströmen und gleichmäßig über den
Bündelquerschnitt verteilt werden. Anschließend kann das erste Fluid entlang der Hohlfasermembranen 3 den Außenraum 8 zwischen der ersten Vergussmasse 5 und der zweiten Vergussmasse 7 durchströmen. Dabei kann beispielsweise ein Transport eines Teils des ersten Fluids über die Wände der Hohlfasernnennbranen 3 in die Lumina der Hohlfasermembranen 3 erfolgen oder in Gegenrichtung bezogen auf das zweite Fluid. Der verbleibende Teil des ersten Fluids strömt im Bereich des zweiten Außenraumabschnitts 12, in dem ebenfalls keine Fäden 9 vorliegen, über die Perforationen 34 in der Wand des Kernrohrs 30 aus dem zweiten Außenraumabschnitt 12 in das Kernrohr 30 ein und strömt aus diesem über den mit dem Kernrohr verbundenen zweiten Anschlussstutzen 32 aus dem Membranmodul 29 aus. Über die zweite Anschlussöffnung 18 in der stirnseitig vor dem zweiten Ende des Gehäuses 2 angeordneten zweiten Endkappe 16 kann dann beispielsweise ein zweites Fluid in die zwischen zweiter Endkappe 16 und zweiter Vergussmasse 7 ausgebildete zweite Kammer 17 eingeleitet werden. Von dort kann das zweite Fluid in die offenen Lumina der Hohlfasermembranen 3 einströmen und die Hohlfasermembranen 3 lumenseitig durchströmen, wobei es Komponenten des ersten Fluids aufnehmen oder Komponenten an dieses abgeben kann. Das so an- oder abgereicherte zweite Fluid verlässt die Hohlfasermembranen 3 an deren ersten Enden 4 und strömt in die stirnseitig vor der ersten Vergussmasse 5 angeordnete erste Kammer 14 ein. Aus dieser strömt das angereicherte zweite Fluid über die erste Anschlussöffnung 15 in der ersten Endkappe 13 aus dem Membranmodul 29 aus.

Claims

Patentansprüche:
1 . Hohlfasermembranbündel mit einer Längserstreckung, einem
Membranbündelquerschnitt und einem ersten und einem zweiten
Bündelende, umfassend eine Vielzahl von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende erstreckenden Hohlfasermembranen sowie auf den Membranbündelquerschnitt bezogen einen Anteil von zwischen den
Hohlfasermembranen angeordneten Fäden, die die Hohlfasermembranen auf Abstand halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden so zwischen den Hohlfasermembranen angeordnet sind, dass am ersten Bündelende und/oder am zweiten Bündelende die Hohlfasermembranen gegenüber zumindest einem Teil der Fäden überstehen, so dass das
Hohlfasermembranbündel in einem vom ersten und/oder zweiten
Bündelende ausgehenden ersten und/oder zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, wobei die Länge des ersten und/oder die Länge des zweiten
Endbereichs 1 % bis 45% der Bündellänge beträgt.
2. Hohlfasermembranbündel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten und/oder die Länge des zweiten Endbereichs 1 % bis 30 % der Bündellänge beträgt.
3. Hohlfasermembranbundel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fäden im ersten und/oder zweiten Endbereich gegenüber dem Anteil der Fäden im Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden um mindestens 50 % verringert ist.
4. Hohlfasermembranbündel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Endbereich frei von Fäden ist.
5. Hohlfasermembranbündel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembranen am ersten und am zweiten Ende überstehen und das Hohlfasermembranbündel einen ersten und einen zweiten Endbereich mit einem geringeren Anteil an Fäden als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden
Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden aufweist.
6. Hohlfasermembranbündel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fäden um Monofilament- oder Multifilamentgarne handelt.
7. Hohlfasermembranbündel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden ein erstes und ein zweites
Fadenende aufweisen und dass das erste und das zweite Fadenende dem ersten bzw. dem zweiten Bündelende zugewandt sind.
8. Hohlfasermembranbündel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Bündelbereich das auf den Membranbündelquerschnitt bezogene Verhältnis der Querschnittsfläche der Gesamtheit der Fäden zur Querschnittsfläche der Gesamtheit der
Hohlfasermembranen in einem Bereich von 0,1 bis 10 % liegt.
9. Membranmodul mit einem zylinderförmigen Gehäuse mit einer Längserstreckung und einem ersten und einem zweiten Gehäuseende, einem sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende
erstreckenden Gehäusemantel sowie einer Gehäuseinnenwand, wobei im Gehäuse ein in Richtung der Längserstreckung des Gehäuses orientiertes Hohlfasermembranbündel gemäß Anspruch 1 angeordnet ist.
10. Membranmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels zumindest mit ihrem dem ersten Bündelende zugeordneten Ende in eine am ersten Ende des Gehäuses angeordnete und mit der Gehäuseinnenwand fluiddicht verbundene erste Vergussmasse eingebettet sind und das Gehäuse im Bereich seines zweiten Endes durch einen Verschluss geschlossen ist, wobei durch die erste Vergussmasse, die Gehäuseinnenwand sowie den Verschluss im Bereich des zweiten Endes des Gehäuses ein die Hohlfasermembranen umgebender und sich zwischen der ersten Vergussmasse und dem Verschluss im Bereich des zweiten Endes des Gehäuses erstreckender Außenraum ausgebildet ist,
wobei die Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels am ersten Bündelende so in die erste Vergussmasse eingebettet sind, dass die Hohlfasermembranen durch die erste Vergussmasse hindurchtreten und am ersten Bündelende offen sind und mit einer am ersten Ende des Gehäuses stirnseitig angeordneten ersten Kammer in Fluidverbindung stehen,
wobei die erste Kammer durch eine stirnseitig am ersten Gehäuseende angebrachte erste Endkappe abgeschlossen ist, und die erste Endkappe eine erste Anschlussöffnung zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluid aufweist,
wobei das erste Bündelende so in die erste Vergussmasse eingebettet ist, dass das Bündel entlang seiner Erstreckung im Außenraum in einem an die erste Vergussmasse angrenzenden ersten Außenraumabschnitt einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem an zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden mittleren Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden und der erste Außenraumabschnitt in Erstreckungsrichtung des Bündels eine Länge von mindestens 5 mm aufweist und
wobei der Membranmodul einen ersten Anschlussstutzen aufweist, über den im Bereich des ersten Außenraumabschnitts ein Fluid in den Außenraum eingeleitet bzw. aus dem Außenraum abgeleitet werden kann.
1 1 . Membranmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten Enden der Hohlfasermembranen geschlossen ausgebildet sind und die geschlossenen Enden im Außenraum enden.
12. Membranmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlfasermembranen als U-förmige Schlaufen ausgebildet sind, wobei ihre offenen Enden dem ersten Ende des Gehäuses zugewandt und in der ersten Vergussmasse eingebettet sind und ihre dem zweiten Ende des Gehäuses zugewandten U-förmigen Schlaufen im Außenraum frei sind.
13. Membranmodul nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranbündels des Weiteren mit ihrem dem zweiten Bündelende zugeordneten Ende in eine am zweiten Ende des Gehäuses angeordnete und mit der Gehäuseinnenwand fluiddicht verbundene zweite Vergussmasse eingebettet sind, die gleichzeitig den Verschluss des Gehäuses im Bereich seines zweiten Endes ausbildet.
14. Membranmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Hohlfasermembranbündel um ein solches handelt, bei dem das Hohlfasermembranbündel des Weiteren in einem vom zweiten Ende ausgehenden zweiten Endbereich einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden, dass das zweite Bündelende so in die zweite Vergussmasse eingebettet ist, dass das Bündel entlang seiner Erstreckung im Außenraum in einem an die zweite Vergussmasse angrenzenden zweiten Außenraumabschnitt einen geringeren Anteil an Fäden aufweist als in einem zwischen dem ersten und dem zweiten
Bündelende liegenden Bündelbereich mit maximalem Anteil an Fäden und dass der zweite Außenraumabschnitt in Erstreckungsrichtung des Bündels eine Länge von mindestens 5 mm aufweist.
15. Membranmodul nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembranen des
Hohlfasermembranbündels am zweiten Bündelende so in die zweite
Vergussmasse eingebettet sind, dass sie durch die zweite Vergussmasse hindurchtreten und ihre Lumina am zweiten Bündelende offen sind und mit einer stirnseitig vor dem zweiten Ende des Gehäuses angeordneten zweiten Kammer in Fluidverbindung stehen, und wobei die zweite Kammer durch eine zweite Endkappe, abgeschlossen ist, die eine zweite Anschlussöffnung zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluid in bzw. aus der zweiten Kammer aufweist, und wobei das Gehäuse im Bereich seines zweiten Endes einen zweiten Anschlussstutzen zur Einleitung oder Ausleitung eines Fluid in den bzw. aus dem Außenraum aufweist.
Membranmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembranen mit ihrem zweiten Ende so in die zweite
Vergussmasse eingebettet sein, dass sie an diesem Ende geschlossen sind,
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