NO157485B

NO157485B - DEVICE TO CHANGE THE CONCENTRATION OF ONE OR MORE PRESELECTED COMPONENTS IN A SUPPLY MATERIAL.

Info

Publication number: NO157485B
Application number: NO82821450A
Authority: NO
Inventors: Michel Serge Lefebvre
Original assignee: Memtec Ltd
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1982-05-03
Publication date: 1987-12-21
Also published as: NO821450L; NO157485C

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat til endring av konsentrasjonen av én eller flere forutvalgte komponenter i et tilførselsmateriale og som omfatter innløpsmidler innrettet til å innføre tilførselsmaterialet under trykk i apparatet, utløpsmidler innrettet til å fjerne behandlet tilførselsmateriale fra apparatet, en strømningsvei for tilførselsmaterialet mellom innløpet og utløpet og som avgrenses av et par barrierer av flatt materiale idet barrierene er gjennomtrengelige for den (de) nevnte forutvalgte komponent(er), midler for innføring eller fjerning av den (de) nevnte forutvalgte komponent(er) som kommuniserer med barrierens motsatte overflater, idet hver barriere har en første overflate i kontakt med en annen barrieres første overflate når det ikke strømmer tilførselsmateriale, og strømningsveien utvides ved at de første overflater adskilles og beveger seg bort fra hverandre når det under trykk stående tilførselsmateriale fra innløps-midlene passerer gjennom strømningsveien, og stive begrensningsmidler er innrettet til å understøtte barrierene og begrense strømningsveienes utvidelse slik at det opprettholdes en laminær strømning av tilførselsmaterialet når dette strømmer gjennom strømningsveien ved et forutbestemt arbeidstrykk. The present invention relates to an apparatus for changing the concentration of one or more preselected components in a feed material and which comprises inlet means arranged to introduce the feed material under pressure into the apparatus, outlet means arranged to remove treated feed material from the apparatus, a flow path for the feed material between the inlet and the outlet and which is bounded by a pair of barriers of flat material, the barriers being permeable to said preselected component(s), means for introducing or removing said preselected component(s) communicating with the opposite surfaces of the barrier, each barrier having a first surface in contact with another barrier's first surface when no feed material is flowing, and the flow path is widened by the first surfaces separating and moving away from each other as the pressurized feed material from the inlet means passes through flow the weld, and rigid limiting means are arranged to support the barriers and limit the expansion of the flow paths so that a laminar flow of the feed material is maintained when it flows through the flow path at a predetermined working pressure.

Oppfinnelsen er brukbar til fjerning av mikron- og submi-kronstoffer fra en fluidumfase, men det skal forstås, at oppfinnelsen ikke er begrenset hertil. The invention is useful for removing micron and submicron substances from a fluid phase, but it should be understood that the invention is not limited to this.

For enkelthets skyld vil oppfinnelsen bli beskrevet i forbindelse med krysstrømstilbakeholdelse eller filtrering, hvori den forutvalgte komponent eller stoff blir fjernet fra tilførsels-materialet ved overføring gjennom en barriere, som er innrettet til å la komponenten eller stoffet passere og til å tilbakeholde den resterende del av tilførselsmaterialet. For the sake of simplicity, the invention will be described in connection with cross-flow retention or filtration, in which the preselected component or substance is removed from the feed material by transfer through a barrier, which is arranged to allow the component or substance to pass and to retain the remaining part of the supply material.

Det skal imidlertid forstås, at oppfinnelsen ikke er begrenset hertil, idet den like gjerne kan anvehdes til den omvendte situasjon, hvori det forutvalgte stoff blir innført i tilførsels-materialet igjennom barrieren. j It should be understood, however, that the invention is not limited to this, as it can just as easily be applied to the reverse situation, in which the preselected substance is introduced into the supply material through the barrier. j

Mikron- og submikronstof f er (eksempjelvis molekyler, koloi-der, partikler og små dråper) i en fluidumfase (eksempelvis en vandig fase) kan fjernes på flere forskjellige måter i avhengighet av den tilstedeværende mengde av stoffer.! Micron and submicron substances (for example molecules, colloids, particles and small droplets) in a fluid phase (for example an aqueous phase) can be removed in several different ways depending on the amount of substances present.

Til lave konsentrasjoner er dybdef ijltrering sannsynligvis den mest alminnelig anvendte metode. En alternativ fremgangsmåte er å anvende et overflatefilter, eksempelvis den såkalte Nucleor-poremembran, hvor denne membran fremkaller fjerning av partikler ved en overflatesiktefunksjon. Andre typer av overflatemembraner er til rådighet og er basert på en aktivjoverflatehud, som er av-støttet av et porøst bære- eller støttelag. Under partikkelfil-treringsoperasjoner virker slike membraner på liknende måte som Nucleorpore-membraner. j For low concentrations, depth filtration is probably the most commonly used method. An alternative method is to use a surface filter, for example the so-called Nucleor pore membrane, where this membrane induces the removal of particles by a surface sifting function. Other types of surface membranes are available and are based on an active surface skin, which is supported by a porous carrier or support layer. During particle filtration operations, such membranes work in a similar way to Nucleorpore membranes. j

Når konsentrasjonen av tilbakeholdte stoffer er høy, blir dybdebarrierer og død-ende-flatebarrierer langt mindre attraktive, idet det trykkfall, som er nødvendig fori å fremkalle filtrering, stiger hurtig med ansamlingen av faste stoffer. When the concentration of retained substances is high, depth barriers and dead-end surface barriers become far less attractive, as the pressure drop, which is necessary to induce filtration, rises rapidly with the accumulation of solids.

Det er for å overvinne dette problem, at et nytt område for tilbakeholdelse av mikron- og submikrons;tof f er er i ferd med å bli utviklet. Den anvendte teknikk er krysstrømstilbakeholdelse. I krysstrømstilbakeholdelse anvendes en overflatemembran, og oppbyg-ningen av et lag av tilbakeholdte stoffer blir gjort minst mulig ved å pålegge et fluidumforskyvningsfelt' på oppstrømsfluidet i nærheten av barriereoverflaten. Dette kan utføres enten ved opp-røring eller ved å pumpe fluidet utad over barriereoverflaten. It is to overcome this problem that a new area of retention of micron and submicron particles is being developed. The technique used is cross-current retention. In cross-flow retention, a surface membrane is used, and the build-up of a layer of retained substances is minimized by imposing a fluid displacement field on the upstream fluid in the vicinity of the barrier surface. This can be done either by agitation or by pumping the fluid outwards over the barrier surface.

Ifølge denne teknikk er det mulig jå arbeide i en stabil According to this technique, it is possible to work in a stable

i in

tilstand, hvori en oppløsning effektivt[oppdeles i en gjennomtrengende og en tilbakeholdt del, og i stabil tilstand oppsamles condition, in which a solution is effectively [divided into a penetrating and a retained part, and in the stable state is collected

j j

det ikke lenger stoffer på barriereoverflaten, som kunne føre til tap av yteevne. Alternativt kan systemet arbeide porsjonsvis, og i there are no longer substances on the barrier surface, which could lead to a loss of performance. Alternatively, the system can work in portions, and i

i in

dette tilfelle tiltar tilførselsoppløsningen gradvis i konsentrasjon, og selv om dette fører til et fall i gjennomstrømningen, er dette fall langt mindre, enn det ville være i forbindelse med død-endemetoden, hvor alle stoffene blir samlet på eller i barrieren. in this case, the feed solution gradually increases in concentration, and although this leads to a drop in throughput, this drop is far less than it would be in connection with the dead-end method, where all the substances are collected on or in the barrier.

I forbindelse med enhver membrananvendelse innenfor ultrafiltrering, dialyse og elektrodialyse er membransystemets permea-bilitet generelt begrenset av laget av tilbakeholdte stoffer (dvs. konsentrasjonslaget eller til sluttgellaget), som er til stede. Ifølge den foreliggende oppfinnelse foretrekkes det å anvende laminær strømning til å fjerne gelen eller kaken fra membranens overflate. In connection with any membrane application within ultrafiltration, dialysis and electrodialysis, the permeability of the membrane system is generally limited by the layer of retained substances (ie the concentration layer or the final gel layer), which is present. According to the present invention, it is preferred to use laminar flow to remove the gel or cake from the surface of the membrane.

Ved laminær strømning er det et forhold for en gitt konsentrasjon av et fluidum, som skal behandles, og for en gitt membran. Dette forhold sammenbinder fluksen, forskyvningsgraden og lengden av filterstrømningsveien. In laminar flow, there is a ratio for a given concentration of a fluid, which is to be treated, and for a given membrane. This ratio relates the flux, the displacement ratio and the length of the filter flow path.

Som angitt av Blatt m.fl. i 1970 i Membrane Science and Technology, gjelder forholdet for laminære strømningstilstander og for den gelpolariserte tilstand, dvs. når øket trykk ikke øker fluksen). Forholdet er gitt som: As indicated by Blatt et al. in 1970 in Membrane Science and Technology, the relationship applies to laminar flow states and to the gel polarized state, i.e. when increased pressure does not increase the flux). The ratio is given as:

hvor J er fluksen for et gitt membranareal, where J is the flux for a given membrane area,

UB er fluidets hastighet, UB is the velocity of the fluid,

hcer høyden eller tykkelsen av filterstrømveien, hcer the height or thickness of the filter flow path,

L er lengden av filterstrømveien, L is the length of the filter flow path,

y er forskyvningsgraden. y is the degree of displacement.

Forskyvningsgraden er et uttrykk for forholdet mellom tangensialhastigheten v for fluidum mellom nabomembraner og høyden av filterstrømveien eller kanalen, dvs.: The degree of displacement is an expression of the relationship between the tangential velocity v of fluid between neighboring membranes and the height of the filter flow path or channel, i.e.:

Y a v/hc. Y a v/hc.

Når gellaget (istedenfor membranens porøsitet) er den begrensende faktor for membranytelsen, er fluksen forbundet med forskyvningsgraden gjennom dette forhold. Dette betyr, at virk-ningen av å forminske kanalhøyden eller tykkelsen utgjør en betydelig økning av både forskyvningsgraden og fluksen. When the gel layer (rather than membrane porosity) is the limiting factor for membrane performance, the flux is related to the displacement rate through this ratio. This means that the effect of reducing the channel height or thickness constitutes a significant increase in both the degree of displacement and the flux.

I forbindelse med krysstrømstilbakeholdelse er den energi, som medgår til resirkulasjon av tilførselsstrømmen, generelt den høyeste direkte omkostningsfaktor i operasjonen. I klassiske systemer med h c av størrelsesorden 1 mm er energiforbruket av størrelsesorden 1 kw pr. m2 av installert membran. I tilfelle av rørsystemer med rør av en diameter av størrelsesorden 1 cm, er den nødvendige energiomkostning enda større. In connection with cross-current retention, the energy that goes into recirculating the supply current is generally the highest direct cost factor in the operation. In classical systems with h c of the order of 1 mm, the energy consumption is of the order of 1 kw per m2 of installed membrane. In the case of pipe systems with pipes of a diameter of the order of 1 cm, the required energy cost is even greater.

Følgelig er det en interesse for å utvikle kapillarkryss-strømstilbakeholdelse eller filtrering og ultrafiltreringsappa-rater, hvori høyden av strømningsveien er betydelig redusert, eksempelvis til ca. 50-100 mikron.;Ved kun å anvende en strøm-ningsveihøyde av denne størrelse, blir den pumpekapasitet, som kreves pr. m2 membran, redusert proporsjonalt, idet en fordobling av kanalhøyden bevirker, at den nødvendige pumpekapasitet blir mer enn fordoblet. Accordingly, there is an interest in developing capillary cross-flow retention or filtration and ultrafiltration devices, in which the height of the flow path is significantly reduced, for example to approx. 50-100 microns.; By only using a flow height of this size, the pump capacity required per m2 membrane, reduced proportionally, as a doubling of the channel height results in the required pump capacity being more than doubled.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at barrierene er kompressible og strømningsveien er innrettet til å bli elastisk utvidet når tilførselsmateriale under trykk passerer gjennom strømningsveien idet barrierene komprimeres mot de stive begrensningsmidler. The apparatus according to the invention is characterized in that the barriers are compressible and the flow path is arranged to be elastically expanded when supply material under pressure passes through the flow path as the barriers are compressed against the rigid limiting means.

Fortrinnsvis er strømningsveiens tykkelse slik, at apparatet arbeider under pre-gelpolariserte tilstander, slik at en økning av trykket ikke øker fluksen. Preferably, the thickness of the flow path is such that the device works under pre-gel polarized conditions, so that an increase in pressure does not increase the flux.

Selv om det er mulig for apparatet ifølge oppfinnelsen å utnytte visse komponenter, som er utnyttet til kjent dialyseteknologi, som det henvises til, skal det bemerkes, at den heri beskrevne krysstrømsfiltrering og ultrafiltrering avviker ganske meget fra den kjente dialyseteknologi, og at den kjente dialyse-apparatur ikke er egnet som sådant til den her beskrevne anvendelse til krysstrømsfiltrering/ultrafiltrering ved høyt trykk. Eksempelvis kan følgende forskjeller noteres: i) dialyse er et fire-vektorsystem for to fluider med apparatur inneholdende to innløp og to utløp - et innløp og et utløp for materialet, som skal dialyseres samt et separat innløp og utløp for den dialyserendé væske, som strømmer i motstrøm til materialet, som skal dialyseres. Krysstrømsfiltrering er på den annen side et tre-vektorsystem for et enkelt fluidum - med bare ett innløp for tilførselsmaterialet, som skal behandles, samt to separate utløp, nemlig et for konsentra-tet eller det tilbakeholdte materiale, og et for filtratet Although it is possible for the device according to the invention to utilize certain components, which are utilized for known dialysis technology, to which reference is made, it should be noted that the cross-flow filtration and ultrafiltration described herein deviates quite a lot from the known dialysis technology, and that the known dialysis -apparatus is not suitable as such for the application described here for cross-flow filtration/ultrafiltration at high pressure. For example, the following differences can be noted: i) dialysis is a four-vector system for two fluids with apparatus containing two inlets and two outlets - an inlet and an outlet for the material to be dialysed as well as a separate inlet and outlet for the dialysis fluid, which flows in countercurrent to the material to be dialysed. Cross-flow filtration, on the other hand, is a three-vector system for a single fluid - with only one inlet for the feed material to be treated, as well as two separate outlets, namely one for the concentrate or retained material, and one for the filtrate

eller det gjennomtrengende materiale. or the penetrating material.

ii) Dialyse resulterer i en fortynning av materialet, som dialyseres, mens derimot krysstrømsfiltrering resulterer i konsentrasjon av de tilbakeholdte stoffer i materiale, som behandles. ii) Dialysis results in a dilution of the material, which is dialysed, while, on the other hand, cross-flow filtration results in concentration of the retained substances in material, which is treated.

iii) Dialyse arbeider ved trykk på mindre enn 10 KPa, mens derimot krysstrømsfiltrering utføres ved trykk av iii) Dialysis works at pressures of less than 10 KPa, while cross-flow filtration is performed at pressures of

størrelsesorden 100 KPa. order of magnitude 100 KPa.

iv) Dialyse anvender membraner med lav vannfluks ved lave gjennomstrømninger (f.eks. to liter pr. dag) og med en minst mulig transmembran-trykkgradient. Krysstrømsfiltrering anvender sterkt permeable membraner med høyvannfluks (gjennomstrømninger på f.eks. 50 1 pr. time) og med en stor iv) Dialysis uses membranes with a low water flux at low flow rates (e.g. two liters per day) and with the smallest possible transmembrane pressure gradient. Cross-flow filtration uses highly permeable membranes with high water flux (throughflows of e.g. 50 1 per hour) and with a large

transmembran-trykkgradient. transmembrane pressure gradient.

v) Dialyse anvender to membraner, hver med en tykkelse på ca. v) Dialysis uses two membranes, each with a thickness of approx.

40 mikron og med en kanalhøyde eller tykkelse på ca. 150 40 microns and with a channel height or thickness of approx. 150

mikron ved normalt atmosfæretrykk. Hermed sammenliknbare krysstrømsfiltreringsapparatur anvender to membraner, hver med en tykkelse på ca. 120-200 mikron med en kanalhøyde på 0 (dvs. membranene er i kontakt) ved normalt atmosfæretrykk og< med en kanalhøyde eller tykkelse på ca. 50 mikron ved en transmembran-trykkgradient på 100 KPa under drift. microns at normal atmospheric pressure. Hereby, comparable cross-flow filtration equipment uses two membranes, each with a thickness of approx. 120-200 microns with a channel height of 0 (ie the membranes are in contact) at normal atmospheric pressure and < with a channel height or thickness of approx. 50 microns at a transmembrane pressure gradient of 100 KPa during operation.

I den foreliggende beskrivelse omfatter uttrykket "barriere" høyflukssemipermeable membraner, biofiltre og filtre, som er både kompressible og elastiske og/eller kan monteres på en kompressibel og elastisk underkledning eller støtte. In the present description, the term "barrier" includes high flux semipermeable membranes, biofilters and filters, which are both compressible and elastic and/or can be mounted on a compressible and elastic lining or support.

For å gjøre oppfinnelsen letter å forstå og å utøve i praksis skal det nå henvises til tegningene, hvori: Fig. 1 viser et perspektivisk riss (med visse deler utelatt) av et fluidumbehandlingsapparat eller filter ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen. In order to make the invention easier to understand and to put into practice, reference must now be made to the drawings, in which: Fig. 1 shows a perspective view (with certain parts omitted) of a fluid processing apparatus or filter according to a first embodiment of the invention.

Fig. 2 viser et sideriss av filteret i fig. 1. Fig. 2 shows a side view of the filter in fig. 1.

Fig. 3 viser et planriss av en bakplate i filteret i fig. 1. Fig. 4 viser et ekspandert riss av en filterenhet i filteret i fig. 1. Fig. 5 viser skjematisk et riss av et krysstrømsfilterappa-rat innrettet i overensstemmelse med prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse og med filteret i en pre-brukstilstand. Fig. 6 viser et skjematisk riss i likhet med fig. 5, men med filteret i en stabil tilførselsmaterial-strømningstilstand. Fig. 7 viser et forstørret del-riss i snitt av to avstands-og støtteplater med to kompressible membraner anbrakt mellom disse. Fig. 8 viser et partielt skjematisk snitt av en filterenhet som viser en pakningsforsegling ved kanten av de to membraner med filteret i en pre-brukstilstand. Fig. 9 viser et riss i likhet med fig. 8, men med filteret i den stabile tilførselsmaterial-strømningstilstand. Fig. 10 viser et skjematisk riss som viser en blokkering som dannes i strømveien. Fig. 11 viser et skjematisk riss i likhet med fig. 10 og viser blokkeringens bevegelse. Fig. 12 viser et sideriss i snitt av et krysstrømsfilter ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 13 viser et partielt perspektivriss av filteret i fig. 12. Fig. 14 viser et snittriss av et membranhylster i filteret i fig. 12 og 13. Fig. 15 viser et skjematisk snittriss av en ytterligere utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen. Fig. 16 viser et skjematisk snittriss av enda en utførelses-form av apparatet ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 shows a plan view of a back plate in the filter in fig. 1. Fig. 4 shows an expanded view of a filter unit in the filter in fig. 1. Fig. 5 schematically shows a diagram of a cross-flow filter apparatus arranged in accordance with the principles of the present invention and with the filter in a pre-use state. Fig. 6 shows a schematic view similar to fig. 5, but with the filter in a stable feed material flow condition. Fig. 7 shows an enlarged partial view in section of two spacer and support plates with two compressible membranes placed between them. Fig. 8 shows a partial schematic section of a filter unit showing a packing seal at the edge of the two membranes with the filter in a pre-use state. Fig. 9 shows a view similar to fig. 8, but with the filter in the stable feed material flow condition. Fig. 10 shows a schematic view showing a blockage that forms in the current path. Fig. 11 shows a schematic view similar to fig. 10 and shows the movement of the block. Fig. 12 shows a side view in section of a cross-flow filter according to another embodiment of the invention. Fig. 13 shows a partial perspective view of the filter in fig. 12. Fig. 14 shows a sectional view of a membrane sleeve in the filter in fig. 12 and 13. Fig. 15 shows a schematic sectional view of a further embodiment of the device according to the invention. Fig. 16 shows a schematic sectional view of yet another embodiment of the device according to the invention.

Som vist i figurene 1 og 2 inneholder det foretrukne apparat 10 til endring av konsentrasjonen av én eller flere forutvalgte komponenter 11 i et tilførselsmateriale 12, flere barrierer 13, som er innrettet til å la komponenten eller komponentene 11 passere. As shown in figures 1 and 2, the preferred apparatus 10 for changing the concentration of one or more preselected components 11 in a feed material 12 contains several barriers 13, which are arranged to allow the component or components 11 to pass.

En innløps- og manifold - eller fordelerinnretning 17 på den høyre side i fig. 1 (se fig. 2) er innrettet til å rette tilfør-selsmaterialet i kontakt med en første overflate på hver barriere 13. Overføringsinnretninger 14 er innrettet til å kommunisere med den motsatte overflate på hver filtermembran 13 for å motta den eller de passerte komponenter 11 med tanke på fjerning av disse passerte komponenter 11 fra apparatet 10. En utløps- og manifold-eller samleinnretning 15 er innrettet til å fjerne det behandlete tilførselsmateriale 12 fra apparatetlO. An inlet and manifold - or distribution device 17 on the right side in fig. 1 (see Fig. 2) is arranged to direct the feed material into contact with a first surface of each barrier 13. Transfer devices 14 are arranged to communicate with the opposite surface of each filter membrane 13 to receive the passed component(s) 11 with a view to removing these passed components 11 from the apparatus 10. An outlet and manifold or collecting device 15 is arranged to remove the treated feed material 12 from the apparatus 10.

Begrensningene for strømningsveiene for tilførselsmaterialet 12, som i det aktuelle tilfelle er dannet av barrierene 13, er innrettet til å bli i det minste elastisk utvidet under passasjen av tilførselsmateriale gjennom strømningsveiene. The limitations of the flow paths for the feed material 12, which in the relevant case are formed by the barriers 13, are arranged to be at least elastically expanded during the passage of feed material through the flow paths.

Begrensningsmidler i form av plater 16 er innrettet til å begrense omfanget av elastisk utvidelse av strømningsveiene, således at det opprettholdes en laminar strømning av tilførsels-materialet, når tilførselsmaterialet 12 strømmer gjennom strøm-ningsveien ved et forutbestemt arbeidstrykk. Limiting means in the form of plates 16 are arranged to limit the extent of elastic expansion of the flow paths, so that a laminar flow of the feed material is maintained when the feed material 12 flows through the flow path at a predetermined working pressure.

Som vist i fig. 4 består hver filterenhet av en første bakplate 16, en første barriere eller membran 13, en pakning 18, en annen barriere eller membran 13a samt en annen bakplate 16a. Bakplatene 16 og 16a har en tetningsansats 19 ved periferien, som er innrettet til, når filteret er samlet, å forsegle periferien for filterposen dannet av membranene 13 og 13a. Alternativt kunne bare den ene plate 16 være forsynt med en ansats 19, som er gjort større for å danne inngrep med den annen plate 16a på forseglende måte. As shown in fig. 4, each filter unit consists of a first back plate 16, a first barrier or membrane 13, a gasket 18, another barrier or membrane 13a and another back plate 16a. The back plates 16 and 16a have a sealing shoulder 19 at the periphery, which is designed to, when the filter is assembled, seal the periphery of the filter bag formed by the membranes 13 and 13a. Alternatively, only one plate 16 could be provided with a shoulder 19, which is made larger to form an engagement with the other plate 16a in a sealing manner.

Det henvises nå til fig. 5 og 6, som viser, at avstands-eller støtteplater eller bakplater 16, 16a, 16b og 16c er arrangert i en stabel og atskilt fra hverandre med par av kompressible barrierer eller membraner 13, 13a, 13b, 13c og 13d, 13e anbrakt mellom naboplater. Hver barriere er støttet av og atskilt fra hver plate av flere koniske tapper 29 utformet på hver overflate av hver plate og med åpne volum 20 utformet mellom tappene. En opp-løsning av tilførselsmateriale 12 pumpes mellom hvert barrierepar, som blir komprimert under påvirkninger fra det høye transbarriere-eller transmembrantrykk, som er frembrakt av tilførselsmaterialet, for å danne tynne kanaler 22, 23 og 24, som oppdeler tilførsels-materialoppløsningen 12 i et konsentrat eller en tilbakeholdt materialdel 25, samt et filtrat eller en gjennomtrengende materialdel 11. Reference is now made to fig. 5 and 6, which show that spacer or support plates or back plates 16, 16a, 16b and 16c are arranged in a stack and separated from each other by pairs of compressible barriers or membranes 13, 13a, 13b, 13c and 13d, 13e placed between neighboring plates. Each barrier is supported by and separated from each plate by a plurality of conical tabs 29 formed on each surface of each plate and with open volumes 20 formed between the tabs. A solution of feed material 12 is pumped between each barrier pair, which is compressed under the effects of the high transbarrier or transmembrane pressure produced by the feed material to form thin channels 22, 23 and 24, which divide the feed material solution 12 into a concentrate or a retained material part 25, as well as a filtrate or a penetrating material part 11.

Det henvises nå til fig. 7, som viser, at hvert par av motstående avstands- eller støtteplater 27 og 28 er utstyrt med flere koniske tapper 29 på den overflate, som tjener til å støtte et membranpar 30 og 31 anbrakt mellom støtteplatene. De i denne utførelsesform anvendte barrierer er kompressible og elastiske og er i det aktuelle tilfelle flerlags anisotropiske ultrafiltrer-ingsmembraner. Biofiltre, filtre eller membraner utstyrt med en kompressibel og elastisk underkledning kan også anvendes. De åpne volum 32 utformet mellom tappene 29, når disse er forbundet, danner en filtratvei 33 med lavt trykk. I tilstander uten tilført trykk vil barrierene 30 og 31 normalt være i kontakt flate mot flate med en strømningsveitykkelse på 0, fig. 5. Det høye transmembrantrykk som dannes av strømmen av tilførselsmateriale under trykk, bevirker imidlertid, at h<y>er av membranene 30 og 31 blir komprimert elastisk på de koniske tapper 29, noe som danner en tynn kanal eller strømningsvei 34 med variabel kanalhøyde "h" mellom de motstående overflater av de kompressible membraner eller barrierer 30 og 31. Ved krysstrømsfiltrering eller ultrafiltrering blir tilførselsmaterialoppløsningen oppdelt i et filtrat 33, som passerer gjennom membranen, og et konsentrat 36. Reference is now made to fig. 7, which shows that each pair of opposing spacer or support plates 27 and 28 is provided with several conical studs 29 on that surface, which serve to support a membrane pair 30 and 31 placed between the support plates. The barriers used in this embodiment are compressible and elastic and in the case in question are multi-layered anisotropic ultrafiltration membranes. Biofilters, filters or membranes equipped with a compressible and elastic lining can also be used. The open volumes 32 formed between the tabs 29, when these are connected, form a filtrate path 33 with low pressure. In conditions without added pressure, the barriers 30 and 31 will normally be in contact face to face with a flow path thickness of 0, fig. 5. However, the high transmembrane pressure created by the flow of pressurized feed material causes h<y>er of the membranes 30 and 31 to be compressed elastically on the conical pins 29, forming a thin channel or flow path 34 with variable channel height " h" between the opposite surfaces of the compressible membranes or barriers 30 and 31. In cross-flow filtration or ultrafiltration, the feed material solution is divided into a filtrate 33, which passes through the membrane, and a concentrate 36.

Da det vil være et trykkfall langs hver strømningsvei eller kanal 34 fra innløpssiden med det høyeste trykk (venstre side i fig. 7) og til utløpssiden med lavere trykk (høyre side i fig. 7), vil strømningsveienes tykkelse ikke være konstant langs lengden fra innløp til utløp. En svak tilspissing vil opptre, idet det høyere innløpstrykk vil komprimere membranenes innløpssone mer enn det lavere utløpstrykk vil komprimere membranenes utløpssone. As there will be a pressure drop along each flow path or channel 34 from the inlet side with the highest pressure (left side in Fig. 7) and to the outlet side with lower pressure (right side in Fig. 7), the thickness of the flow paths will not be constant along the length from inlet to outlet. A slight taper will occur, as the higher inlet pressure will compress the diaphragm's inlet zone more than the lower outlet pressure will compress the diaphragm's outlet zone.

Avstanden mellom overfor hverandre liggende avstandsplater (typisk ca. 2 50 mikron) er angitt ved "H", og tykkelsen av membranene eller filtrene er gitt ved "e" (se fig. 5). I et dialysesystem, hvor membranene typisk har en tykkelse på ca. 40 mikron, forblir kanalhøyden mellom membranene.i det vesentlige konstant, og kanalhøyden er bestemt på forhånd som følge av membranenes tykkelse. I et konvensjonelt dialysesystem er H=2e, hvori H=2e for krysstrømningsultrafiltrering. The distance between opposing spacer plates (typically about 250 microns) is indicated by "H", and the thickness of the membranes or filters is given by "e" (see Fig. 5). In a dialysis system, where the membranes typically have a thickness of approx. 40 microns, the channel height between the membranes remains essentially constant, and the channel height is predetermined as a result of the thickness of the membranes. In a conventional dialysis system, H=2e, where H=2e for cross-flow ultrafiltration.

Den foretrukne tykkelse på strømningsveiene under stabil strømningstilstand er den tykkelse, som sikrer, at den elastiske utvidelse opprettholder laminar strømning under ikke-gelpolariserte tilstander gjennom lange tidsperioder med fluks. Som det vil fremgå av ovenstående beskrivelse, er det kanalhøyden eller strøm-ningsveitykkelsen, som endrer forskyvningsgraden for en gitt flui-dumhastighet. Da forskyvningsgraden er omvendt proporsjonal med strømningsveitykkelsen, vil en reduksjon av strømningsveitykkelsen således øke forskyvningsgraden, som på sin side vil øke fluksen. The preferred thickness of the flow paths under steady flow conditions is that thickness which ensures that the elastic expansion maintains laminar flow under non-gel polarized conditions over long periods of flux. As will be apparent from the above description, it is the channel height or flow thickness that changes the degree of displacement for a given fluid velocity. As the degree of displacement is inversely proportional to the flow path thickness, a reduction of the flow path thickness will thus increase the displacement degree, which in turn will increase the flux.

Selv om variasjoner i tilførselsmaterialet kan eller vil bevirke at strømningsveitykkelsen ikke er en universalt valgt parameter, foretrekkes det, at tykkelsen ikke overstiger 80 mikron eller i visse tilfeller 100 mikron. I visse tilfeller forløper tykkelsesintervallet fortrinnsvis fra 50 til 100 mikron, fra 40 til 60 mikron og fra 10 til 25 mikron. De foretrukne kompressible høyfluksmembraner, som anvendes ifølge oppfinnelsen, er de membraner, som er beskrevet i australsk patentskrift 505.494. Dette patentskrift viser høypermeable anisotrope membraner med graduert porøsitet og inneholdende en blanding av depolymerisert og poly-mert materiale, samt flere ved hverandre liggende lag, hvor hvert lag er aktivt som en molekylskjerm og har en nøyaktig molekylvekt-avskjæring, hvor variasjonen i molekylvektavskjaeringen for de ved hverandre liggende lag fra topp til bunn i membranen er en konti-nuerlig funksjon. Although variations in the feed material may or will cause the flow path thickness not to be a universally chosen parameter, it is preferred that the thickness does not exceed 80 microns or in certain cases 100 microns. In certain cases, the thickness range is preferably from 50 to 100 microns, from 40 to 60 microns and from 10 to 25 microns. The preferred compressible high-flux membranes used according to the invention are the membranes described in Australian patent document 505,494. This patent document shows highly permeable anisotropic membranes with graduated porosity and containing a mixture of depolymerized and polymerized material, as well as several adjacent layers, where each layer is active as a molecular screen and has a precise molecular weight cutoff, where the variation in the molecular weight cutoff for the adjacent layers from top to bottom in the membrane is a continuous function.

I en annen utforming av oppfinnelsen kan barrierene være dannet av en sammensetning av en første del, som er kompressibel i delens tverrdimensjon, samt en annen del, som er vesentlig mindre kompressibel i denne dels tverrdimensjon, og hvor de tidligere omtalte begrensningsmidler er innrettet til å danne kontakt med den første del av denne barriere, når disse midler begrenser omfanget av strømningsveiens utvidelse. In another design of the invention, the barriers can be formed from a composition of a first part, which is compressible in the transverse dimension of the part, as well as a second part, which is significantly less compressible in the transverse dimension of this part, and where the previously mentioned limiting means are designed to form contact with the first part of this barrier, when these means limit the extent of the flow path expansion.

Pakningen 18 er fortrinnsvis et kompressibelt skummateriale med celler eller lukkete celler, såsom polyetylen eller propylen, som under trykk blir komprimert fra ca. 1 mm til ca. 15 mikron. Under komprimeringen skjer det brudd i cellene i skummaterialet, hvorved det dannes flere åpne cellerom i kontakt med den flate, som skal forsegles. Hver åpen cellestruktur virker i realiteten som et lite dekompressjonskammer, idet det finnes et stort antall av slike kamre innenfor et forholdsvis lite rom, noe som virker som en effektiv forsegling mot tap av trykk i et filtrerings-eller ultrafiltreringssystem, som arbeider ved trykk (dvs. transmembran-trykkforskjeller) på ca. 100 KPa (eller ca. 15 psi) - i motsetning til trykkforskjeller på mindre enn 10 KPa (eller mindre enn 1 psi), som eksisterer i dialyseapparater. The packing 18 is preferably a compressible foam material with cells or closed cells, such as polyethylene or propylene, which is compressed under pressure from approx. 1 mm to approx. 15 microns. During compression, the cells in the foam material break, whereby several open cell spaces are formed in contact with the surface, which is to be sealed. Each open cell structure acts in effect as a small decompression chamber, as there are a large number of such chambers within a relatively small space, which acts as an effective seal against loss of pressure in a filtration or ultrafiltration system, which operates under pressure (i.e. . transmembrane pressure differences) of approx. 100 KPa (or about 15 psi) - as opposed to pressure differences of less than 10 KPa (or less than 1 psi), which exist in dialysis machines.

Et middel til å sørge for, at forsyningen av fluidum, som skal behandles under trykk, danner en kanal mellom to filtrerings-eller ultrafiltreringsmedier (13), hvor sistnevnte er innrettet til å frembringe en fluidumtett forsegling med den tilstøtende plate 16 i området, som omgir innløps- og utløpsåpningene som beskrevet ovenfor, er å anvende radiale fluidumfordelerskiver eller knapper 40 (se fig. 1) av den type, som er beskrevet i US-patentskrifter 3.837.496 og 3.841.491, mellom paret av filtrerings- eller ultrafiltreringsmedier og sammenfallende med innløps-og utløpsåpningene. Nødvendigheten av å ha flere slike fordeler- knapper 4 0 er imidlertid skadelig for systemets kompakthet og gir unødvendig strømningsmotstand for tilførselsmaterialet, og - under de høye arbeidstrykk, som eksisterer i apparatet ifølge oppfinnelsen - er det nødvendig å tilveiebringe en ringformet kompressibel pakning (f.eks. av polypropylenskummateriale) på hver side av og konsentrisk med knappen for å danne en tetning under kompressjon mellom avstands- og støtteplaten 16 og filtrerings- og ultrafil-treringsmediet 13. A means of ensuring that the supply of fluid to be treated under pressure forms a channel between two filtration or ultrafiltration media (13), the latter being arranged to produce a fluid-tight seal with the adjacent plate 16 in the area, which surrounding the inlet and outlet openings as described above, is to use radial fluid distributor discs or buttons 40 (see Fig. 1) of the type described in US Patents 3,837,496 and 3,841,491 between the pair of filtration or ultrafiltration media and coinciding with the inlet and outlet openings. However, the need to have several such distributor buttons 40 is detrimental to the compactness of the system and provides unnecessary flow resistance for the feed material, and - under the high working pressures that exist in the apparatus according to the invention - it is necessary to provide an annular compressible seal (e.g. eg of polypropylene foam material) on either side of and concentric with the button to form a seal under compression between the spacer and support plate 16 and the filtration and ultrafiltration media 13.

Den aktive flate 42 på avstands- og støtteplatene 16, dvs. den flate, hvori det er anordnet passasjer til fordeling og oppsamling av filtratet 11, kan være utformet på mange forskjellige måter i overensstemmelse med kjent teknikk, som er anvendbar i dialyseapparatteknologien, eksempelvis, for anvendelse av prege- og stanseteknikk. I denne forbindelse kan det henvises til overflate-strukturen 42 på støtteplaten 16, som er vist i US-patentskrift 4.154.792, hvor membranstøtteflaten inneholder et stort antall tett motstilte koniske tapper eller fremspring 29. The active surface 42 of the spacer and support plates 16, i.e. the surface in which passages are arranged for distribution and collection of the filtrate 11, can be designed in many different ways in accordance with known technique, which is applicable in dialysis machine technology, for example, for the application of embossing and punching techniques. In this connection, reference can be made to the surface structure 42 of the support plate 16, which is shown in US Patent 4,154,792, where the membrane support surface contains a large number of closely opposed conical studs or projections 29.

I visse utførelsesformer for apparatet ifølge oppfinnelsen kan det anvendes den med spor eller kanaler forsynte manifold-struktur på støtteplaten, som er beskrevet i US-patentskrift 4.051.041, særlig for oppsamling av filtrat fra den aktive flate på avstandsstøtteplaten 16 og inn i apparatets filtratutløpsdel 11. In certain embodiments of the device according to the invention, the manifold structure provided with grooves or channels on the support plate, which is described in US patent 4,051,041, can be used, in particular for collecting filtrate from the active surface of the spacer support plate 16 and into the filtrate outlet part of the device 11.

Det kan også henvises til US-patentskrift 3.411.630 som vedrører overflatekonfigurasjonen for avstandslegemer innrettet til å tilveiebringe en støtte for den tilstøtende membran og for å frembringe en passasje for den dialyserende eller rensende væske. Reference may also be made to US Patent 3,411,630 which relates to the surface configuration of spacers adapted to provide a support for the adjacent membrane and to provide a passage for the dialysing or cleansing fluid.

I en foretrukket utforming gir den foreliggende oppfinnelse basis for et filtreringsapparat med ét energibehov så lite som ca. In a preferred design, the present invention provides the basis for a filtering device with an energy requirement as little as approx.

50 og ikke mer enn 150 watt/m 2 installert membran (jevnførtmed et 50 and no more than 150 watts/m 2 installed membrane (evened with et

o 2 and 2

energibehov pa ca. 1 kw/m installert membran i klassiske kjente systemer), noe som betyr, at den foreliggende oppfinnelse gir basis for en betydelig energibesparelse i sammenlikning med kjente systemer. energy demand of approx. 1 kw/m installed membrane in classic known systems), which means that the present invention provides the basis for a significant energy saving compared to known systems.

En annen anvendelsesmessig korisekvens ved en foretrukket utforming av apparatet ifølge oppfinnelsen består i at forskyvningsgraden har tendens til å bli særlig høy. Som resultat av dette skjer det en økning av den spesifikke fluks for et gitt av-løp, og det er således mulig å la filtreringsapparatet arbeide under ikke-gelpolarisert tilstand ved høy fluks. Dette er viktig, når det ønskes å gjøre den molekylære selektivitet størst mulig, og det fører til en lettvint rensing av barrierene eller membranene. Another application-wise core sequence in a preferred design of the apparatus according to the invention consists in the fact that the degree of displacement tends to be particularly high. As a result of this, there is an increase in the specific flux for a given effluent, and it is thus possible to let the filtration apparatus work under a non-gel polarized state at high flux. This is important when it is desired to make the molecular selectivity as large as possible, and it leads to an easy cleaning of the barriers or membranes.

En fordel ved apparatet ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen (utover energibesparelsen) består i at det kan inneholdes et meget stort membran- eller filteroverflateareal i et forholdsvis lite volum. Generelt kan det inneholdes ca. 10 ganger mer membran eller filter pr. volumenhet innenfor et gitt område, enn det er mulig med klassisk kjent ultrafiltrerings- eller kryss-strømsfiltreringsutstyr. An advantage of the device according to a preferred embodiment of the invention (in addition to the energy saving) is that it can contain a very large membrane or filter surface area in a relatively small volume. In general, it can contain approx. 10 times more membrane or filter per volume unit within a given area, than is possible with classically known ultrafiltration or cross-flow filtration equipment.

Anvendelsen av deformasjon av selve membranen for å danne kanalen resulterer også i en meget høy stabilitet for filtrerings-utstyret ifølge en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen. The use of deformation of the membrane itself to form the channel also results in a very high stability for the filtering equipment according to a preferred embodiment of the invention.

Hvis kanalhøyden eller strømningsveitykkelsen hceksempelvis har tendens til å avta, skjer det en reduksjon av overflatearealet for kanalens tverrsnitt. Dette betyr, at trykkfallet gjennom den aktuelle filtreringsenhet stiger, og dette betyr, at innløpstryk-ket stiger, noe som resulterer i at kanalhøyden eller strømnings-veitykkelsen hchar tendens til å stige. Det er således en auto-stabilisering eller auto-gjennomskyllingseffekt, som letter rensing av enheten. If the channel height or the flow path thickness h, for example, tends to decrease, there is a reduction in the surface area of the channel's cross-section. This means that the pressure drop through the filtering unit in question rises, and this means that the inlet pressure rises, which results in the channel height or flow path thickness hchar tending to rise. There is thus an auto-stabilization or auto-flush effect, which facilitates cleaning of the unit.

Hvis en kanal 34 med andre ord blir tilstoppet av en kake 50, som vist i fig. 10, vil overflatearealet for kanalen avta, og trykket i kanalen vil stige. Dette forårsaker, at kanalen 34 ekspanderer og åpner seg (som vist i fig. 11) for å bortskylle kaken 50, som har tilstoppet filtreringsenheten. Denne egenskap, som er kjent som autostabiliseringseffekten, er meget viktig med hensyn til evnen til selvrensing i filtreringssystemet i en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen. In other words, if a channel 34 is blocked by a cake 50, as shown in fig. 10, the surface area of the channel will decrease, and the pressure in the channel will increase. This causes the channel 34 to expand and open (as shown in Fig. 11) to flush away the cake 50 which has clogged the filtration unit. This property, which is known as the auto-stabilization effect, is very important with regard to the self-cleaning ability of the filtration system in a preferred embodiment of the invention.

Med membraner inkorporert i apparatet er apparatet innrettet til krysstrømsultrafiltrering. Når membranen erstattes av et bio-filter eller et filter, er utstyret egnet til krysstrømsfiltrering med to separative virkninger: 1) å fjerne filtreringskaken konstant ved hjelp av høy forskyvningsgrad, og With membranes incorporated into the device, the device is designed for cross-flow ultrafiltration. When the membrane is replaced by a bio-filter or a filter, the equipment is suitable for cross-flow filtration with two separative effects: 1) to remove the filter cake constantly by means of a high degree of displacement, and

2) rørsammenklemmingseffekten. 2) the tube pinch effect.

I enhver gitt oppløsning, hvori væskemediet og det deri inneholdte partikkelstoff er av forskjellig massevolum, er det mulig å oppnå en separasjon på to måter. Hvis partikkelstoffet er tyngre enn væsken, og hvis tilførselsmaterialoppløsningen (konsentrat) bringes til å strømme oppad, dvs. i en i det vesentlige loddrett retning i kanalen, har partikkelstoffet tendens til å konsentrere seg i kanalens sentrum med det resultat, at det er mulig å utta permeatet uten tilstopping av filteret forårsaket av partikkelstoffet. In any given solution, in which the liquid medium and the particulate matter contained therein are of different mass volume, it is possible to achieve a separation in two ways. If the particulate matter is heavier than the liquid, and if the feed material solution (concentrate) is made to flow upwards, i.e. in a substantially vertical direction in the channel, the particulate matter tends to concentrate in the center of the channel with the result that it is possible to extract the permeate without clogging the filter caused by the particulate matter.

Når derimot partikkelstoffet er lettere enn væsken, bringes tilførselsmaterialkonsentratet til å strømme i en nedadrettet retning, og igjen har partikkelstoffet tendens til å agglomerere i kanalens sentrum, og igjen er det mulig å utta permeatet uten tilstopping av filteret forårsaket av partikkelstoffet. When, on the other hand, the particulate matter is lighter than the liquid, the feed material concentrate is made to flow in a downward direction, and again the particulate matter tends to agglomerate in the center of the channel, and again it is possible to discharge the permeate without plugging the filter caused by the particulate matter.

Under bruk av det i fig. 1-7 viste patron- eller filterappa-rat samt en anisotrop nylonultrafiltreringsmembran av den type, hvis egenskaper og fremstilling er beskrevet i australsk patentskrift 505.494, ble det foretatt rensing ved ultrafiltrering av springvann fra Sydney, Australia. During use of that in fig. 1-7 showed cartridge or filter apparatus and an anisotropic nylon ultrafiltration membrane of the type whose properties and manufacture are described in Australian patent document 505,494, purification was carried out by ultrafiltration of tap water from Sydney, Australia.

Springvannet ble som tilførselsmateriale resirkulert gjennom patronen over en 12-timers periode, mens fluksfallet ble.iakttatt. I begynnelsen var mottrykket innstilt på 88 KPa. Etter fire timers forløp ble trykket øket til 100 KPa, som er det anbefalte minimum-trykk til denne anvendelse. Krysstrømmen var 186 liter pr. time, og temperaturen var ca. 3 0C. Ved et innløpstrykk på 88 KPa var den stabiliserte fluks 64 liter/m 2 time. Trykkfallet over patronen var 20 KPa. Den stabiliserte fluks ved 100 KPa var 74,3 liter/m 2 time og viste intet fall i løpet av de siste 8 timer av eksperimentet. Relasjonen mellom fluks og trykk for patronen antydet at eksperimentet ble utført i en pre-gelpolarisert tilstand. Totalinnholdet på 0,19 g/liter av tørt, fast stoff i tilførselsmaterialet og 0,08 g/liter i permeatet ga en totalfjernelse på 60% i dette eksperiment. The spring water was recycled as feed material through the cartridge over a 12-hour period, while the flux drop was observed. At the beginning, the back pressure was set at 88 KPa. After four hours, the pressure was increased to 100 KPa, which is the recommended minimum pressure for this application. The cross flow was 186 liters per hour, and the temperature was approx. 3 0C. At an inlet pressure of 88 KPa, the stabilized flux was 64 litres/m 2 hour. The pressure drop across the cartridge was 20 KPa. The stabilized flux at 100 KPa was 74.3 liters/m 2 hour and showed no drop during the last 8 hours of the experiment. The relationship between flux and pressure for the cartridge suggested that the experiment was performed in a pre-gel polarized state. The total content of 0.19 g/liter of dry solids in the feed material and 0.08 g/liter in the permeate gave a total removal of 60% in this experiment.

Kjemisk analyse av permeatet antydet at det inneholder et gjennomsnitt på 2,5 ppm silisium, 12,9 ppm kalsium, 5,0 ppm magnesium samt et ikke målbart innhold av jern, magnesium eller kobber. Hardheten for dette permeat ble også bestemt til 5,3 mg/liter bestemt som kalsiumkarbonatekvivalent, og den samlete mengde av oppløst stoff var 15,2 mg/liter. Chemical analysis of the permeate suggested that it contains an average of 2.5 ppm silicon, 12.9 ppm calcium, 5.0 ppm magnesium and a non-measurable content of iron, magnesium or copper. The hardness of this permeate was also determined to be 5.3 mg/liter determined as calcium carbonate equivalent, and the total amount of solute was 15.2 mg/liter.

Nedenstående tabell viser effekt- og energibehovene for ultrafiltreringseksperimentet basert på membranareal og permeatvolum: The table below shows the power and energy requirements for the ultrafiltration experiment based on membrane area and permeate volume:

Ovenstående data viser det lave energiforbruk pr. enhet av renset vann så vel som det lave effektforbruk pr. membran areal-enhet . The above data shows the low energy consumption per unit of purified water as well as the low power consumption per membrane area unit.

Et ytterligere aspekt ved apparatet ifølge oppfinnelsen angår tilpasningen til elektrodialyse. A further aspect of the device according to the invention concerns the adaptation to electrodialysis.

Den spesielle konfigurasjon av filtreringsmodulene i en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse til-later inkorporering i de to endeplatemanifolder av en platestabel av to metallplater som elektroder for å etablere et elektrisk felt. I dette tilfelle vil filtreringsmodulet - hvis det eksempelvis skulle anbringes separate anion- og kationmembraner mellom de to metallplater - være innrettet til å fungere som en elektrodialyseenhet. The particular configuration of the filtering modules in a preferred embodiment of the present invention allows the incorporation in the two end plate manifolds of a plate stack of two metal plates as electrodes to establish an electric field. In this case, the filtration module - if, for example, separate anion and cation membranes were to be placed between the two metal plates - will be designed to function as an electrodialysis unit.

Hvis det mellom de to plater ble anbrakt en oppladet membran og en nøytral membran, ville enheten være innrettet til å fungere som en omvendt elektrodialyseenhet eller transportuttynningsenhet. If a charged membrane and a neutral membrane were placed between the two plates, the unit would be adapted to function as a reverse electrodialysis unit or transport dilution unit.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. Another embodiment of the invention is shown in fig.

12-14. I denne utførelsesform inneholder apparatet en hovedhusdel 60 med et innløp 61 og et utløp 62. I hovedhusdelen 60 finnesflere membranhylstre 63. Hvert hylster 63 inneholder en første membran eller barriere 64 samt en overliggende annen membran eller barriere 65, som er holdt atskilt av et gitter 66. Periferien av de over hverande liggende barrierer 64, 65 er forseglet til hverandre som vist i fig. 14 med unntakelse av den ene side, som rager inn i manifolden 67 som vist i fig. 13. Manifolden 67 utgjør et overføringsmiddel for apparatet, og rommet mellom hver av hylstrene 63 er lukket av et forseglingsmateriale, såsom araldit, 12-14. In this embodiment, the device contains a main housing part 60 with an inlet 61 and an outlet 62. In the main housing part 60 there are several membrane casings 63. Each casing 63 contains a first membrane or barrier 64 as well as an overlying second membrane or barrier 65, which is kept apart by a grid 66. The periphery of the overlying barriers 64, 65 are sealed to each other as shown in fig. 14 with the exception of one side, which projects into the manifold 67 as shown in fig. 13. The manifold 67 constitutes a transfer means for the apparatus, and the space between each of the casings 63 is closed by a sealing material, such as araldite,

som det er antydet ved henvisningstallet 68 i fig. 13. as indicated by the reference number 68 in fig. 13.

Når fluidum innmates i husdelen 60 under trykk, blir de When fluid is fed into the housing part 60 under pressure, they become

kontaktdannende flater på overfor hverandre liggende barrierer 64 og 65 atskilt på den ovenfor i forbindelse med den første utførel-sesform for oppfinnelsen beskrevne måte. Den valgte materialkompo-nent passerer gjennom barrierene 64, 65 og inn i strømningskana-len, som er avgrenset mellom de to barrierer 64, 65 av gitteret 66, og deretter til manifolden 67 gjennom de åpne ender av membranhyIstrene 63 (se fig. 13). contact-forming surfaces on opposite barriers 64 and 65 separated in the manner described above in connection with the first embodiment of the invention. The selected material component passes through the barriers 64, 65 and into the flow channel, which is delimited between the two barriers 64, 65 by the grid 66, and then to the manifold 67 through the open ends of the membrane hysters 63 (see Fig. 13) .

En ytterligere utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 15, hvor membranene eller barrierene 70, 71, har utenfor hverandre liggende og samvirkende fremspring 74 og 75, som avgrenser strømningsveien 76. På denne måte blir strømningsveien mellom barrierene 70 og 71 oppdelt i flere paral-lelle strømningsveier, som hver for seg er utsatt for begrens-ninger med hensyn til elastisk utvidelse på grunn av bakplatene 72 og 73. A further embodiment of the device according to the invention is shown in fig. 15, where the membranes or barriers 70, 71, have external and interacting protrusions 74 and 75, which delimit the flow path 76. In this way, the flow path between the barriers 70 and 71 is divided into several parallel flow paths, each of which is exposed for limitations with regard to elastic expansion due to the back plates 72 and 73.

Enda en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 16, hvor hylstrene 80 og 81 er viklet i spiral inne i hverandre. Hvert hylster 80 og 81 svarer i det vesentlige til hylsteret 63 vist i fig. 12-14. Hvert hylster 80, 81 har utløps-midler 82, og hylstrene er innrettet til å bli innsatt i et hus med et innløp og et utløp. Yet another embodiment of the device according to the invention is shown in fig. 16, where the casings 80 and 81 are spirally wound inside each other. Each sleeve 80 and 81 essentially corresponds to the sleeve 63 shown in fig. 12-14. Each casing 80, 81 has outlet means 82, and the casings are arranged to be inserted into a housing with an inlet and an outlet.

Som antydet ovenfor er oppfinnelsen ikke begrenset til krysstrømsfiltrering eller -tilbakeholdelse, Eksempelvis kan den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen, som er beskrevet i forbindelse med fig. 1-7, anvendes til å innføre et foretrukket stoff i tilførselsmaterialet ved tilsetning gjennom overførings-porten og barrieren eller barrierene i motsatt retning av den ovenfor beskrevne. As indicated above, the invention is not limited to cross-flow filtering or retention. For example, the preferred embodiment of the invention, which is described in connection with fig. 1-7, is used to introduce a preferred substance into the feed material by addition through the transfer port and the barrier or barriers in the opposite direction to that described above.

En slik anvendelse vedrører innføring av oksygen (det foretrukne stoff) i blod (tilførselsmaterialet). I dette tilfelleer barrierene valgt slik at oksygen lett kan strømme gjennom barrierene, mens alle komponentene i blodet tilbakeholdes i strøm-ningsveiene. One such application concerns the introduction of oxygen (the preferred substance) into blood (the supply material). In this case, the barriers are chosen so that oxygen can easily flow through the barriers, while all the components of the blood are retained in the flow paths.

Claims

1. Apparatus for changing the concentration of one or more preselected components in a feed material and comprising inlet means (17,61) arranged to introduce the feed material under pressure into the apparatus, outlet means (15,62) arranged to remove treated feed material from the apparatus, a flow path (22,23,24,34) for the supply material between the inlet and the outlet and which is delimited by a pair of barriers of flat material (13,30,31,64,65,80,81), the barriers being permeable for said preselected component(s), means (14, 67) for introducing or removing said preselected component(s) in communication with opposite surfaces of the barrier, each barrier having a first surface in contact with another barrier's first surface when no feed material is flowing, and the flow path is widened by the first surfaces separating and moving away from each other when pressurized feed material from the inlet means passes through the flow path, and rigid limiting means (16,29) are designed to support the barriers and limit the expansion of the flow paths so that a laminar flow of the feed material is maintained when it flows through the flow path at a predetermined working pressure, characterized in that the barriers (13,30 . 16,29).

2. Apparatus in accordance with claim 1, characterized by means (18,19) which seal the peripheries of the barriers to make the flow path leak-proof.

3. Apparatus in accordance with claim 2, characterized in that the means for sealing the peripheries of the barriers comprise compressed packing material (18) inserted between the peripheries of the barriers.

4. Apparatus in accordance with claim 3, characterized in that the packing material (18) is provided by a compressible cell or closed-cell foam material, which is compressed under pressure, so that breakage occurs in the cells in the foam material to form a number of open cell spaces in contact with the surface to be sealed.

5. Apparatus in accordance with one of claims 1-3, characterized by a stacked arrangement of barriers in that the limiting means comprise one surface of a net, which is arranged to form contact with said surfaces of two barriers facing each other in such a way that said net surface prevents separation of the first surfaces of the opposing barriers, which form the flow path, to a predetermined distance when feed material flows through the flow path at a predetermined working pressure.

6. Apparatus in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the limiting means comprise a flat plate body (16,27,28) inserted at the ninth opposite surface of each barrier, and where each of these plate bodies has a number of protrusions (29 ) at said opposite surface of the respective barrier.

7. Apparatus in accordance with claim 6, characterized by a stacked arrangement of barriers and plate bodies, where the protrusions are formed on each side of each plate body.

8. Apparatus in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the barrier is compressible throughout its transverse dimension.

9. Apparatus in accordance with one of claims 1-7, characterized in that each barrier comprises a composition of a first part, which is compressible in its transverse dimension, as well as a second part, which is substantially less compressible in its transverse dimension, and that said limiting means is adapted to form contact with the first part of the barrier, when the limiting means limit the extent of the flow path expansion.

10. Apparatus in accordance with claim 9, characterized in that at least part of said flow path is covered by the other part of each barrier.

11. Apparatus in accordance with one of the preceding claims, characterized in that said limiting means are designed to produce a greatest flow path thickness of less than 100 (im.

12. Apparatus in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the limiting means are arranged, and the compressibility of the barriers is such that when the supply material in the flow path exceeds the prescribed working pressure as a result of a blockage of the flow path, the flow path further expands temporarily but repeatedly around the location of the blockage to allow the blockage to advance through the flow path until it is removed therefrom, after which the flow path returns to the laminar flow path thickness.

13. Apparatus in accordance with one of claims 1-12, characterized in that the limiting means comprise the tips of projections (29), which project outwards from a plate body, which is placed on opposite surfaces of each barrier, and where these projections are arranged to bring the tips, by extension of said flow path - in contact with said opposite surfaces of the barriers to limit the separation of said first two surfaces of the barriers to a predetermined distance for laminar flow, when the feed material flows through the flow path.

14. Apparatus in accordance with claim 13, characterized in that the tips penetrate into at least part of the opposite surfaces of the barriers without breaking through the first surfaces of the barriers.