NL192669C - Membraanfiltermodule voor het filtreren van een fluïdum volgens de crossflow-methode. - Google Patents

Description

1 192669

Membraanfiltermodule voor het filtreren van een fluïdum volgens de crossflow-methode

De uitvinding heeft betrekking op een membraanfiltermodule voor het filtreren van een fluïdum volgens de crossflow-methode, voorzien van een buisvormig filterhuis en een in het huis aangebrachte bundel van 5 buis-, capillaire of hollevezelmembranen, waarbij het filterhuis aan beide uiteinden is voorzien van een centrale kopse doorvoer die leidt naar de door gieten of lassen samengevoegde bundeluiteinden alsmede een tweede kopse doorvoer omvat, welke binnen een uitwendige manchet lekvrij afgesloten langs de bundeluiteinden naar de de bundel opnemende binnenruimte van het filterhuis voert.

Een membraanfiltermodule van deze soort is bijvoorbeeld bekend uit de Duitse octrooiaanvrage 10 3.916.511. Een hierin beschreven membraanfiltermodule welke een bundel van capillaire respectievelijk holle-vezelmembranen omvat, is gekenmerkt door het aanbrengen van doorvoeren tot de capillaire respectievelijk holle-vezelmembranen en tot het inwendige van het huis aan de beide kopse zijden.

Daarbij heeft de membraanfiltermodule voor het vormen van gescheiden toegangen voor het filtraat respectievelijk retentaat aan elke kopse zijde een inwendig manchet, welke een centrale doorvoer omgeeft 15 en een uitwendige doorvoer, die naar het filterhuis leidt. De beide uiteinden van de membraanbundel zijn in de ene en in de andere inwendige manchet van het filterhuis gevat en in een elastische gietmassa gegoten of lekdicht in een plastomeer gelast, terwijl aan de beide uiteinden van het filterhuis de vrije ruimten tussen de inwendige manchet en een de huiswand vormende uitwendige manchet naar de buitenzijde van de capillaire respectievelijk holle-vezelmembranen leidt.

20 De inwendige manchet steekt daarbij axiaal uit ten opzichte van de kopse zijde van de uitwendige manchet en wel zo ver dat ten minste een op het uitwendige omtreksvlak van de inwendige manchet geplaatste ringafdichting vrij ligt. Deze dient tezamen met een stroomverdelerkop voor de afdichting van de toegang tot de kopse zijde van de capillaire respectievelijk holle-vezelmembranen ten opzichte van de toegang van het filterhuis.

25 Is het filterhuis vervaardigd uit roestvast staal, dan kan het bij aanwezigheid van een dergelijke afdichting vanwege de verschillende uitzettingscoëfficiënten van het stalen huis, in het bijzonder van de inwendige, het bundeluiteinde opnemende manchet, en de in een elastische gietmassa gegoten of in een plastomeer gelaste bundeluiteinden reeds na eenmalig gebruik van de membraanfiltermodule tot het losraken daarvan van de inwendige manchet en tot het scheuren in de afdichtmassa komen. Daardoor raakt de 30 membraanfiltermodule lek en onbruikbaar.

De uitvinding beoogt het probleem van het lek raken van een membraanfiltermodule in het gebied van de afdichtmassa te ondervangen.

Dit probleem wordt ondervangen door een membraanfiltermodule die als kenmerk bezit, dat ten minste een deel van het buitenomtreksvlak van het ingegoten of gelaste bundeluiteinde vrij ligt.

35 In het bijzonder doordat het gelaste of ingegoten bundeluiteinde van de capillaire respectievelijk holle-vezel-membranen uit de centrale toegang van het filterhuis steekt, kan het tegenoverliggende buitenomtreksvlak van het gelaste of ingegoten bundeluiteinde direct dienen voor de afdichting van de centrale toegang. Daarbij ligt ten minste een deel van het buitenomtreksvlak van het bundeluiteinde zo vrij of steekt zelfs overeenkomstig een gunstige uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule het bundel-40 uiteinde voorbij het modulehuis uit, dat ten minste één afdichtelement, dat ook meerdelig kan zijn uitgevoerd en dat voor het afdichten tussen de module en een stroomverdelerkop, is aangebracht op de module respectievelijk de stroomverdelerkop, op het bundeluiteinde kan aangrijpen. Het is echter ook mogelijk dat meerdere afdichtelementen, bijvoorbeeld meerdere O-ringen van een geschikt voor de te filtreren oplossing inert materiaal op het buitenomtreksvlak van het ingegoten of gelaste bundeluiteinde aangrijpen. Door het 45 feit dat de aangrijpplaats voor de afdichtingen vanaf de inwendige metalen manchet van het filterhuis, zoals bij de stand van de techniek, naar de afdichtmassa bij het bundeluiteinde wordt verplaatst, moet het bundeluiteinde niet meer lekvrij aan de inwendige manchet worden gelast omdat deze onder omstandigheden ook geheel kan vervallen. Bovendien lukt het in het bijzonder de voordelen van het roestvast stalen huis, namelijk druk- en hittestabiliteit, alsmede chemicaliën bestendigheid te verenigen met de voordelen 50 van op de membraanfiltermodule te plaatsen stroomverdelingskoppen uit kunststof, namelijk een eenvoudige en economische fabricage. Aangezien de afdichting van de centrale toegang tot de kopse zijden van de capillaire respectievelijk holle-vezelmembranen tezamen met een bij voorkeur uit kunststof bestaande stroomverdelerkop nog slechts via elastische kunststofdelen plaatsvindt, is het optreden van lekkages in deze gebieden zoveel mogelijk uitgesloten.

55 Het ingegoten of gelaste bundeluiteinde kan het bovenste huisgebied binnen de manchetvormige omtreksrand zowel radiaal als axiaal opvullen. Aan het bundeluiteinde kan een eerste ringkraag uit gietmassa zijn aangevormd en in het eerste geval van de radiale opvulling is voor de stroomverbinding met 192669 2 het inwendige van het huis ten minste een willekeurig gevormd fluïdumkanaal aangebracht. Dit fluïdum-kanaal is bij voorkeur aan het radiaal buitenste bereik van het ingegoten ot gelaste bundeluiteinde aangebracht, daar waar geen buis-, capillaire of holle-vezelmembranen verlopen. Dit betekent dat het doelmatig is het fluïdumkanaal in de straal tussen de centrale buis van het huis en de straal van het zich in 5 het eindgebied conisch verwijdende manchetdeel aan te brengen.

Het fluïdumkanaal zelf kan willekeurig zijn gevormd. Bijzonder geschikt zijn cilindrische, trechtervormige of ovale uitvoeringen.

Men kan het fluïdumkanaal vormen doordat men bijvoorbeeld bij het gieten of lassen van de bundel-uiteinden in het huis overeenkomstige vormlichamen aanbrengt, die na het gieten of lassen gemakkelijk 10 kunnen worden verwijderd en dan een overeenkomstige opening achterlaten of doordat men overeenkomstige holle lichamen mee ingiet. Voorts kan het doelmatig zijn het fluïdumkanaal eenvoudig uit de massa te frezen of te boren.

Teneinde een voldoend grote en langs de omtrek van de bundel van capillaire resp. holle-vezelmembranen zo gelijkmatig mogelijke stroomverbinding naar het inwendige van het filterhuis te 15 waarborgen, kan het van voordeel zijn een vasthoudorgaan in het modulehuis aan te brengen. Dit vasthoudorgaan dient op doelmatige wijze voor het positioneren van het bundeluiteinde. Vanwege de verplaatsing van de afdichting naar het bundeluiteinde behoeft een vasthoudorgaan volgens de uitvinding het in zijn eindbereik ingegoten resp. gelaste bundeluiteinde ten opzichte van een uitwendige manchet van het filterhuis nog slechts axiaal en radiaal te fixeren en eventueel aanvullend te centreren. Dit biedt voorts 20 het voordeel, dat bij aanwezigheid van een vasthoudorgaan deze eenvoudiger kan zijn ontworpen dan bij de bekende module.

Volgens een voordelige uitvoering van de membraanfiltermodule kan het vasthoudorgaan bestaan uit ten minste twee vanaf de binnenzijde van het huis radiaal binnenwaarts uitstekende ribben. De ribben bestaan daarbij bij voorkeur evenals het filterhuis uit fijn staal en zijn daaraan bijvoorbeeld gelast. Aangezien echter 25 het totale huis ook uit elk ander geschikt materiaal kan zijn vervaardigd bijvoorbeeld uit een kunststof, uit keramiek of een speciaal glas, kunnen ook de ribben bijvoorbeeld uit kunststof of glas aan het filterhuis zijn aangevormd.

Teneinde een verdraaien van het bundeluiteinde te verhinderen, grijpen de vasthoudribben op doelmatige wijze in aan het bundeluiteinde gevormde groeven. Hierdoor wordt een knikken of breken van de vliesdunne 30 afzonderlijke vezels en daardoor het onbruikbaar worden van de totale module verhinderd.

In principe is het voldoende de bundel met twee of meer ribben te fixeren, het kan echter ter verbetering van de stabiliteit van de inrichting in het gebied van het bundeluiteinde noodzakelijk zijn de op het bundeluiteinde aangrijpende vasthoudvlakken te vergroten. Dit kan worden gerealiseerd door vergroten van het aantal ribben of doordat op de ribben cirkelboogvormige vasthoudelementen worden aangebracht.

35 Voorts kan het doelmatig zijn het vasthoudorgaan uit te voeren als een rondlopende ringvormige manchet. Voor dit geval is het echter wezenlijk dat de manchet in tegenstelling tot de inwendige manchet volgens de stand van de techniek althans nagenoeg aansluitend op het huis, in het bijzonder op de bovenste rand van de buitenmanchet afsluit, of binnenwaarts versprongen is aangebracht. De breedte van de manchet kan gering zijn, aangezien deze geen afdichtelementen moet opnemen. De inwendige manchet 40 kan axiaal ook verder buiten het huisniveau uitsteken, waarbij ook bij deze uitvoeringsvorm geen afdichting op het inwendige manchetvormige vasthoudorgaan is aangebracht.

Bij alle vlakke vasthoudelementen is het voorts van voordeel draaibeveiligingen in de vorm van groeven aan te brengen, waarin aan het ingegoten of gelaste aangevormde uitsteeksels grijpen. Deze groeven kunnen bijvoorbeeld uit het materiaal van het vasthoudorgaan zijn gefreesd. Zodanig door middel van de 45 samenwerking van groeven en in de groeven grijpende uitsteeksels gepositioneerde bundeluiteinden zijn rotatievast en daardoor nagenoeg volledig beveiligd tegen vernietiging toepasbaar.

Evenals het vasthoudorgaan kunnen ook een eventueel aanwezige inwendige manchet of de uitwendige manchet elk aan hun binnenwaarts gerichte zijde uitsteeksels bezitten die eveneens doelmatig uitsteken in bij het ingegoten of gelaste bundeluiteinde aangebrachte verdiepingen, bijvoorbeeld groeven. Omgekeerd is 50 het ook mogelijk dat het vasthoudorgaan, de inwendige manchet of de uitwendige manchet aan hun binnenwaarts gerichte zijde uitsparingen (bijvoorbeeld axiale of radiale groeven) bezitten, die bijvoorbeeld door frezen kunnen zijn gevormd waarin de aan het bundeluiteinde gevormde uitsteeksels uitsteken of grijpen. In plaats van de verdiepingen door een extra werkstap te vervaardigen, is het doelmatig deze bij het gieten van de gietmassa die bijvoorbeeld de uitsteeksels omgeeft, te vormen.

55 Bij alle membraanfiltermodulen volgens de uitvinding kan naast de radiale fixatie ook de axiale fixatie zijn verbeterd door verdere voordelige uitvoeringen van het ingegoten of gelaste bundeluiteinde.

Het ingegoten of gelaste bundeluiteinde kan bijvoorbeeld zijn voorzien van een tweede ringkraag, welke 3 192669 ook de enige kan zijn en die op het vasthoudorgaan ligt. Doordat telkens ten minste een gedeeltelijke ringvormige uitstulping direct aan elk bundeluiteinde is aangevormd, is de axiale positie van de totale bundel van de capillaire- resp. holle-vezelmembranen ook bij toepassing van grotere drukken op de totale module in hoofdzaak vastgelegd.

5 Een verdere fixatie ten aanzien van de axiale positie kan worden bereikt wanneer het bundeluiteinde een derde ringkraag bezit, die op de axiaal naar het inwendige van het filterhuis gerichte zijde van het vasthoudorgaan ligt. Daardoor wordt niet alleen de totale bundel, maar elk bundeluiteinde op zichzelf sterk in zijn axiale bewegingsvrijheid beperkt en bijvoorbeeld beschermd tegen onbeoogt uittrekken.

Hierdoor hebben de membraanfiltermodulen een beperkte, doch voldoende bewegingsvrijheid om axiaal 10 ten opzichte van de stroomverdelerkoppen te kunnen verschuiven en op deze wijze thermische en mechanische spanningen te vereffenen.

De uitvinding wordt hierna verder toegelicht aan de hand van de tekening, waarin uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven.

15 Hierbij toont figuur 1 een aanzicht van een voordelige uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule volgens de uitvinding gedeeltelijk in axiale doorsnede; figuur 2 een kops aanzicht van een uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule volgens de uitvinding; figuur 3 een kops aanzicht van een verdere uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule volgens de 20 uitvinding; figuur 4 een kops aanzicht van een verdere uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule volgens de uitvinding; figuur 5 een kops aanzicht van een verdere uitvoeringsvorm van de membraanfiltermodule volgens de uitvinding; 25 figuur 6 een aan de kopse zijde gelegen uiteinde van een membraanfiltermodule volgens de uitvinding met filterhuis, gedeeltelijk in axiale doorsnede, met een daarop geplaatste stroomverdelerkop voor het inwendig aanstromen van het filterhuis, eveneens in axiale doorsnede; en figuur 7 een doorsnede op grotere schaal van een bundeluiteinde uit figuur 6.

30 Zoals in de figuren 1-5 zichtbaar is, omvat de membraanfiltermodule 27 volgens de uitvinding een buisvormig filterhuis 28, waarin een bundel capillaire of holle-vezelmembranen 41 is ondergebracht. Deze capillaire of holle-vezelmembranen 41 zijn gekozen in overeenstemming met de desbetreffende gewenste filtratie en kunnen als holle-vezelmembranen een inwendige diameter tot 0,5 mm, als capillaire membranen een inwendige diameter tussen 0,5 en ongeveer 2 mm en als buismembranen een diameter > 2 mm 35 hebben. De keuze van de buis-, capillaire of holle-vezelmembranen 41 bepaalt het type van de desbetreffende membraanfiltermodule 27, terwijl het filterhuis 28 althans ten aanzien van zijn uitwendige vormgeving voor alle typen membranen gelijk is en daardoor het verwisselen van membranen van verschillende typen zonder meer toelaat.

Bij het filterhuis 28 is aan elk eindgebied van de membraanfiltermodule 27 een paar toegangen 40 aangebracht en wel een eerste centrale toegang 42 die naar de inwendige doorlaten van de capillaire of holle-vezelmembranen 41 leidt, en een tweede kopse ringvormige toegang 43 die zich uitstrekt tussen een uitwendige manchet 45 en de centrale toegang 42, waarbij hij de centrale toegang 42 omgeeft en naar de buitenzijde van de capillaire of holle-vezelmembranen 41 resp. naar de binnenruimte 46 van het buisvormige filterhuis 28 leidt.

45 De bundel membranen 41 is bij de module volgens de uitvinding door de binnenruimte 46 van het buisvormige filterhuis 28 heen geleid en kan gelijktijdig zo ver door een inwendig vasthoudorgaan 81 {zie figuren 2-4) heen worden gevoerd, dat deze in axiale richting uit het vasthoudorgaan 81 steekt.

Tenminste het uitstekende eindgebied van de bundel van buis-, capillaire of holle-vezelmembranen 41 is tot een prop door middel van een elastische gietmassa lekvrij ingegoten of in een plastomeer lekvrij gelast. 50 Uit figuren 1-6 kan worden afgeleid, dat bij de nieuwe membraanfiltermodule het bij voorkeur als manchet 84 (figuren 4 en 7) uitgevoerde vasthoudorgaan niet buiten de uitwendige manchet moet uitsteken, aangezien het voor de afdichting benodigde afdichtelement (zie figuur 6) door een op de module te plaatsen bijpassende stroomverdelerkop wordt gedragen en op het uitstekende bundeluiteinde 47 kan aangrijpen. Het of de afdichtelement(en) 89 kunnen uiteraard ook door het bundeluiteinde, bijvoorbeeld door aangevormde 55 kragen of andere uitstekende vormen worden gedragen.

Voorts is te zien (in het bijzonder in figuur 7) dat voor het stabiliseren van de axiale positie van het het bundeluiteinde 47 aan het buitenomtreksvlak daarvan ringkragen 90 resp. 91 zijn aangevormd. Tussen de

Claims (3)

192669 4 beide ringkragen 90 en 91 strekt zich in axiale richting een vasthoudorgaan 81, 84 uit, zodat daardoor een borgen van het bundeiuiteinde onder waarborging van axiale speling wordt bereikt. Uit het onderste deel van figuur 1 kan worden afgeleid dat het ingegoten of gelaste bundeiuiteinde 47 zich gedeeltelijk of geheel tot aan de binnenrand van de manchetvormig uitgevoerde huiswand kan 5 uitstrekken, dat wil zeggen bijvoorbeeld de gietmassa komt in aanraking met de uitwendige manchet 45. Bij voorkeur is aan het bundeiuiteinde 47 een ringkraag 94 uit gietmassa gevormd. Aan de huiswand kunnen dan op de aangegeven wijze radiale uitsteeksels 93 of (niet aangegeven) uitsparingen zijn gevormd, die in de gietmassa steken resp. bij aanwezigheid van uitsparingen waarin de gietmassa op geschikte wijze aangrijpt of uitsteekt. 10 In de figuren 2-5 zijn gunstige uitvoeringen van de membraanfiltermodule bij waarneming van de kopse zijde afgebeeld. Het vasthoudorgaan 81 is in een eerste uitvoeringsvorm (figuur 2) voorzien van radiaal vanaf de buitenste manchetwand 45 uitstekende ribben 80, die als afstandhouders dienen en in aan het gelaste of ingegoten bundeiuiteinde 47 gevormde groeven 82 grijpen. Voorts is te zien dat de kopse zijde van het 15 ingegoten of gelaste bundeiuiteinde 47 een centrale toegang 42 bepaalt en tezamen met het buitenomtreks-vlak van het ingegoten of gelaste bundeiuiteinde 47 en de binnenwand van de buitenmanchet 45 van het filterhuis 28 wordt een tweede toegang 43 gevormd. Deze tweede toegang 43 omgeeft de centrale toegang 42 in de vorm van meerdere deelkanalen 44 waarin de tweede toegang 43 door de ribben 80 is onderverdeeld. 20 Ter vergroting van het aangrijpoppervlak resp. ter verhoging van de stabiliteit van de constructie in het kopse gebied is het mogeiijk, zoals in figuur 3 is afgebeeld, vasthoudelementen 83 aan de ribben 80 te vormen resp. zoals figuur 4 toont, de uitvoering van het vasthoudorgaan 81 als doorgaande ringvormige binnenmanchet 84. De bescherming tegen torderen of draaien kan bij dergelijke uitvoeringen, zoals bijvoorbeeld bij een 25 vasthoud element 83 in figuur 3 is weergegeven, worden verhoogd door het aanbrengen van langsgroeven 78 aan de vasthoudelementen 83 of aan de ringvormige manchet 84 (zoals deze in figuur 4 is weergegeven), welke zich in axiale richting kunnen uitstrekken. Deze werken met voordeel samen met aan het ingegoten of gelaste bundeiuiteinde 47 gevormde uitsteeksels 79. Zoals uit figuur 5 blijkt, kan de gietmassa 47 tot aan de manchetwand 45 reiken. Voor een betere 30 montage en een beter vasthouden kunnen aan de manchetwant 45 van het huis uitsteeksels en/of uitsparingen 93 zijn aangebracht, waarmee de gietmassa in aanraking komt of die geheel door de gietmassa worden omsloten. Hierbij kan ook een beweegbare positionering met geringe speling worden bereikt. De tussen het vasthoudorgaan 81 dat het bundeiuiteinde opneemt resp. de inwendige manchet 84 en de 35 buitenmanchet 45 gevormde tweede toegang 43 ligt, zoals bijvoorbeeld in figuur 1 is te zien, radiaal buiten de binnenruimte 46 van het buisvormige huis 28 en wordt door een conische wand 49 naar de binnenruimte 46 van het filterhuis 28 geleid. Hierdoor wordt tussen de toegang 43 en de binnenruimte 46 van het filterhuis 28 een door de vasthoudelementen 80, 81 in deelkanalen gescheiden, in hoofdzaak echter ringvormige vrije ruimte gevormd. De buitenmanchet 45 heeft een cilindrisch buitenomtreksvlak 51, dat 40 samenwerkt met een in een aan te brengen, in figuur 6 afgebeelde stroomverdelerkop 29 aangebrachte ringafdichting 52 of met meerdere van dergelijke ringafdichtingen. Bij de in figuur 5 afgebeelde uitvoeringsvorm kan men fluïdumkanalen 43a zien. Deze komen in hun functie in hoofdzaak overeen met de deelkanalen 44 van de tweede toegang 43, zijn echter dan aangebracht wanneer de gietmassa zich in hoofdzaak tot aan de rand 45 van het huis 28 uitstrekt. . 45 De membraanfiltermodule volgens de uitvinding maakt in alle uitvoeringsvormen een gunstige toepassing tezamen met stroomverdelerkoppen in een membraanfilterapparaat voor het behandelen van een fluïdum, bijvoorbeeld wijn, enzovoort, mogelijk. 50 Conclusies

1. Membraanfiltermodule voor het filtreren van een fluïdum volgens de crossflow-methode, voorzien van een buisvormig filterhuis en een in het huis aangebrachte bundel van buis-, capillaire of holle-vezelmembranen, waarbij het filterhuis aan beide uiteinden is voorzien van een centrale kopse doorvoer die 55 leidt naar de door gieten of lassen samengevoegde bundeluiteinden alsmede een tweede kopse doorvoer omvat, welke binnen een uitwendige manchet lekvrij afgesloten langs de bundeluiteinden naar de de bundel opnemende binnenruimte van het filterhuis voert, met het kenmerk, dat ten minste een deel van het 5 192669 buitenomtreksvlak van het ingegoten of gelaste bundeluiteinde (47) vrij ligt.

2. Membraanfiltermodule volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ingegoten of gelaste bundeluiteinde (47) voorbij het modulehuis (28) uitsteekt.

3. Membraanfiltermodule volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ingegoten of 5 gelaste bundeluiteinde (47) een ringkraag (90) bezit die, in de lengterichting van de module gezien, aan de buitenzijde van de inwendige of een buitenste manchet (81, 84, 85) iigt. Hierbij 4 bladen tekening