NO174796B

NO174796B - Avstandselement for styring av strömningsmedier.

Info

Publication number: NO174796B
Application number: NO901110A
Authority: NO
Inventors: Jurgen Mohn; Wilhelm Heine
Original assignee: Dt Membranfilter Vertrieb
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1994-04-05
Also published as: DE3915197A1; DE59009866D1; NO174796C; ATE130219T1; EP0396853B1; CA2013473C; NO901110L; JPH02303527A; DE3915197C2; GR3018904T3; DK0396853T3; US5069789A; EP0396853A3; JPH07106301B2; EP0396853A2; CA2013473A1; ES2078914T3; NO901110D0; HK1006010A1

Description

Oppfinnelsen vedrører et avstandselement for styring av strømningsmedier ved anordninger for filtrering og separering av strømningsmediene ved mikrofiltrering, ultrafiltrering og reverserende osmose, idet det mellom respektive to i det vesentlige skiveformede avstandselementer er innesluttet respektive filterelementer og på deres skiveformede overflate er anordnet opp av overflaten ragende fremspring, som er formet slik at de har respektive små berøringsflater med respektive filterelementer utformet som membranputer, idet strømningsmediet kan flyte på begge sidene av avstandselementene, og hvor avstandselementene har en ytre, i det vesentlige rundtløpende kant på begge sider av overflaten, idet en av kantene er i det minste høyere enn tykkelsen til en membranpute i forhold til flatenormalen på overflaten slik at en membranpute kan legges inn i fordypningen dannet av denne høyere kanten.

En flerdelt anordning for innelukking av f ilterelementer er f.eks. kjent fra en anordning til atskillelse og filtrering av strømningsmedier (DE-OS 33 27 431), hvor hver enkelt filterenhet i en filterelementstabel av et valgfritt antall f ilterenheter omfatter en bæreplate, en ledeplate og en membran som er innelukket mellom disse to plater. Membranen er ved denne kjente anordning i sin omkrets limt sammen med omkretsen av baererplaten innenfor en aksial passasjeåpning.

Ved en slik kjent, kompakt struktur av filterenhetene til en filterelementstabel snakker man om en såkalt skivemodul, hvor skivene, på grunn av de enkelte filterenhetenes oppbygning, må ha forholdsvis stor egenstabilitet og må være forholdsvis trykkstabilt utformet, da den type membranfiltere som er benyttet, krever dette.

På grunn av konstruksjonen av de kjente avstandselementer og anordningene, hvor disse kjente avstandselementer blir innført, vil det mellom innløpet (råoppløsning) og utløpet ("Rententat") for det strømmende medium i anordningene opptre et betydelig partialtrykkfall, da strømningsmediet som regel passerer gjennom disse anordninger fra innløp til utløp likesom en seriekopling, i meanderform inntil membran-filtrene, som er holdt av avstandselementene hhv skivene. En vesentlig grunn til det betydelige partialtrykkfall som vanligvis har en negativ effekt, er at den egentlige membran er i anlegg umiddelbart mot bærerplaten og/eller ledeplaten, slik at strømningsmediet ved passering gjennom filterelementstabelen blir hemmet i økende grad.

Når det gjelder anordningene, er verken de kjente avstandselementer, utformet av baereplate og ledeplate, mot hvilke membran til nå har vært i anlegg, eller de hittil vanligvis benyttede membraner egnet for bestemte anvendelsesformål.

Det er også kjent en anordning (DE-OS 33 47 283), hvor det brukes såkalte membranputer, som består av to ytre membran-folier, som i ytterkantene er hermetisk lukket overfor strømningsmediet, og hvor permeatet flyter til et hull som er (men ikke må være) utformet i membranputen, f. eks. i det vesentlige midt i membranputen, og som derfra hensiktsmessig avgis samlet til et permeatutløp.

De hittil kjente anordningene, som benytter seg av til nå vanlige membraner, er ikke egnet for samvirke med de ovenfor omtalte membranputene, da en tosidig forbistrømning av membranputen, for nettopp å utnytte fordelene ved den symmetrisk utformede membranpute, ikke er mulig her. Det ble gjort forsøk på i denne forbindelse å la membranputen være i anlegg mot en bæreplate eller ledeplate via en avstandsholder av et vevet materiale eller fiberflor. Ved denne foranstalt-ning blir imidlertid den ene aktive overflate av membranputen praktisk talt ikke utnyttet med henblikk på filtereffekten, hvilket fører til betydelig effektreduksjon hhv manglende utnyttelse av den i og for seg gode separerende effekt av sliké membranputer.

Det er en oppgave for den foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe et avstandselement som tillater god strømning rundt f il terelementet i form av en membranpute som er anordnet på avstandselementet, slik at også en parallellkopling av membranputer i en anordning og/eller en seriekopling av flere pakker av parallellkoplede membranputer er mulig, for reduksjon av strømningsmediets trykkfall mellom innløp og utløp til et minimum, hvor membranputen i det vesentlige skal opptas på en måte som er stabil hva angår differansetrykk.

Denne oppgave løses ved et avstandselement av den inn-ledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at avstandselementet har i det minste én passasjeåpning for strømnings-mediumet i sitt ytre kantparti i det skiveformede legemet, og at passasjeåpningen er dannet av en tenkt korde og den ytre kanten som begrenser korden.

Fordelen ved avstandselementet ifølge oppfinnelsen ligger i det vesentlige i at strømningsmediet, som i form av råopp-løsning stryker langs membranputene i det vesentlige helt flateformet fra den ene til den andre siden og på begge sider, praktisk talt ikke blir hindret i sin strømning, idet fremspringene bare har en ytterst liten berøringsflate med membranputen og strømningsmediets flyt således ikke hindres. Dermed kan det heller ikke dannes uorganiske avleiringer, som ville hindre strømningsmediets flyt og membranputenes filtervirkning, idet oppbygging av dem slik som hittil kjent ved berøringsflatene av bærere med membrananordningen, blir hindret.

For at membranputene, som vanligvis er sveiset sammen i ytre omkrets, skal kunne holdes godt fiksert mellom avstandselementene, er det fordelaktig at fremspringene utformes i forskjellig høyde, dvs høyere i kantområdet, i området for membfanputens sveisesøm, slik at membranputen også kan fikseres sikkert der.

Ved en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er fremspringene utformet i et plan parallelt med overflatene med et i det vesentlige sirkulært tverrsnitt. Ved et annet, fordelaktig utførelseseksempel er fremspringene i det plan som er parallelt med overflatene, utført med et i det vesentlige kuleformet tverrsnitt som dog med fordel også kan være i det vesentlige dråpeformet, hvor det dråpeformede tverrsnitt i høy grad reduserer hvirveldannelse av strømningsmediet som strømmer forbi og reduserer trykktapet.

I denne forbindelse skal det vises til at avstandselementet ingenlunde må være utformet som en i det vesentlige sirkulær skive. Avstandselementets oppbygning retter seg snarere, hva angår de ytre konturer, dvs. en sirkel, en valgfritt utformet mangekant e.l., etter arten av avstandselementets anvendelse i anordningen. Således kan også filterelementet som er utformet som membranpute, ha valgfrie, ytre konturer, f. eks. som en sirkel, en mangekant e.l., hvor den ytre kontur til det valgte avstandselement ikke nødvendigvis må være i overensstemmelse med den ytre kontur til den deri opptatte membranputen. Det har således vist seg fordelaktig at avstandselementet utformes i det vesentlige som en sirkulær skive, mens den deri opptatte membranpute f.eks. med fordel kan ha en åttekantet kontur.

Selve avstandselementet kan i prinsippet bestå av ethvert valgfritt, egnet materiale, som ved lav vekt gir avstandselementet stor styrke og gjør det lett å fremstille.

Avstandselementet består med fordel av plast, fortrinnsvis ABS. På et område hvor det kreves høy kvalitet av permeatet, f.eks. drikkevann eller en særdeles ren vannkvalitet, er ABS spesielt velegnet.

Avstandselementet kan også bestå av normal polystyren eller luran.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til et utførelseseksempel som er vist i de skjematiske tegnin-gene. Her viser: fig. 1 et oppriss av et avstandselement med antydet

strømningsretning av strømningsmediet (råoppløsning),

fig. 2 et snitt etter linjen A - B i fig. 1,

fig. 3 et partielt snitt etter linjen C - D i fig. 1 i

større målestokk, og

fig. 4 et snitt gjennom en anordning med to pakker av parallellkoplede membranputer som er opptatt mellom avstandselementene, hvor de to pakkene er koplet i serie.

En anordning 10 for filtrering og separering av strømningsme-dier 19 ved reversert osmose og ultrafiltrering er eksempelvis vist i fig. 4, som skal omtales først. I denne anordning 10 er et flertall filterelementer 12 og avstandselementer 10 stablet for sammen å danne en filterstabel av fastsatt lengde.

Anordningen 10 skal beskrives for å gjøre det lettere å forstå oppbygningen av avstandselementet i samvirke med filterelementene 12 i form av membranputer. Anordningen 10 omfatter i det vesentlige et forhåndsformet hus 101. I huset 101 er det vekselvis innført avstandselementer 11 og filterelementer 12, dvs det ligger til enhver tid ett filterelement 12 mellom avstandselementer 11. Bare ved begge ender av den således dannede filterelementstabel har avstandselementet ikke noe filterelement 12. På tilkoplings-enden av filterelementstabelen er det anordnet en tilkop-lingsflens 104, på motstående ende av filterelementstabelen foreligger en endeflens 105. Filterelementstabelen og de to flensene 104 og 105 er sammenholdt av en sentral fastspen- ningsbolt 102, som strekker seg gjennom sentrale åpninger gjennom samtlige elementer. På begge sider av f ilterelement-stabelen er fastspenningsbolten 102 forsynt med muttere 103, som holder filterelementstabelen sammen, men av hvilke bare en er vist her av oversiktlighetsgrunner. Filterelementstabelen er på kjent måte avtettet ved hjelp av tetninger 109 overfor det rørformede hus 101, hvor filterelementstabelen er innført.

I tilkoplingsflensen 104 er det anordnet en åpning for tilførsel av en råoppløsning som utgjør det strømningsmedium 19 som skal separeres, og et utløp 108 for permeatet og et utløp for retentatet.

Via innløpsåpningen 106 i tilkoplingsflensen 104 trer strømningsmediet 19 inn i husets 101 indre rom, nærmere bestemt i spalten mellom filterelementstabelen og husets 101 innervegg. Strømningsmediet 19 når i denne spalte til det rom som dannes mellom endeflensen 105 og tilgrensende avstandselement 11, idet det følger etter det strømningsmedium 19, som er symbolisert ved pilene 19 i anordningens 10 indre.

Det avstandselement 11, som man ser øverst i anordningen 10, når man ser på fig. 4, har bare en passasjeåpning 18 for strømningsmediet, som er anordnet i kantpartiet 16 i avstandselementets skivelegeme. For så vidt trer strømnings-mediet 19 gjennom denne passasjeåpning 18 inn i et kammer 23 som er dannet mellom to avstandselementer 11, og da et flertall avstandselementer 11 er anordnet slik at passa-sjeåpningene 18 befinner seg over hverandre, fortsetter det til de nedenfor liggende kamre 23 til naboavstandselementer 11.

I foreliggende tilfelle, jfr fig. 4, er det dannet en pakke på fém slike innbyrdes forbundne avstandselementer 11.

I kamret 23 er det som nærmere omtalt nedenfor, til enhver tid anordnet et filterelement 12. Strømningsmediet 19 som befinner seg i kamrene 23, stryker på begge sider langs filterelementet 12, som er anordnet i vedkommende kammer 23, fra høyre mot venstre i fig. 4, og strømmer mot venstre side av avstandselementet 11, hvor det likeledes er utformet en passasjeåpning 182 for strømningsmediet 19 i kantområdet av det flate skivelegemet.

I filterelementene 12, som befinner seg i kamrene 23 og er membranputer, ledes permeatet til en åpning som er utformet i f ilterelementet 12 hhv i membranputen, og som er en sentral åpning ved den anordning som er vist i fig. 4, hhv den der benyttede membranputen 12. Filterelementene 12 hhv membranputene som er innlukket i kamrene 23, blir avtettet på kjent måte overfor avstandselementene som lukker dem inne i området mot permeatutløpsåpningen, som er symbolisert ved den sentrale åpning 15.

Avstandselementet 111, som ved gjengivelsen i fig. 4 nederst begrenser pakken som dannes av fem avstandselementer 11, har på samme måte som øverste avstandselement 111 bare en passasjeåpning 18 for strømningsmediet 19, og den er anordnet i kantområdet 16 i skivelegemet 17. Derav følger at strøm-ningsmediet 19 bare kan passere gjennom ovennevnte avstandselement 11 gjennom den ene passas jeåpningen 18 i fig. 4. Etterfølgende er det igjen anordnet en pakke av fem avstandselementer 11, hvor det i det vesentlige er utformet motstående passasjeåpninger 18, 182 for strømningsmediet, slik at det, som omtalt for ovenstående pakkes vedkommende, også ved denne andre pakke er et flertall filterelementer 12 utformet som membranputer, som på begge sider forbistrømmes av strømningsmediet 19. Denne pakke er nederst i anordningen 10, som er vist i fig. 4, begrenset av et avstandselement 111, som igjen bare har en passasjeåpning 18 i sitt kantparti i skivelegemet 17. Alt strømningsmedium 19, som er blitt konsentrert (retentat), kan således forlate anordningen gjennom utløpet 107, som er utformet 1 tilkoplingsflensen 104.

I fig. 1 er avstandselementet 11 hhv 111 ifølge oppfinnelsen vist. Ved den form som er gjengitt i fig. 1 utgjøres det i det vesentlige av et sirkulært skivelegeme 17, som på to motstående sider er begrenset i kordeform, dvs avviker fra den strengt sirkulære form på disse steder.

Skivelegemet 17 har to i det vesentlige parallelle overflater 20, 21. Avstandselementet 11 hhv 111 som i det vesentlige dannes av skivelegemet 17, er på begge sider av den skiveformede overflate forsynt med en kant 20, 21, som i det vesentlige helt omgir avstandselementet 11, 111. I et område av avstandselementets 11, 111 kant, som eksempelvis begrenses av en tenkt korde og kanten 13, 14 som begrenser denne korde, er det i skivelegemet 17 tatt ut minst en passasjeåpning 18, gjennom hvilken strømningsmediet 19 passerer, som nevnt ovenfor. Strømningsmediets 19 passasje gjennom åpningen 18 er i fig. 1 symbolisert ved pilene som er betegnet med 19. På den side av skivelegemet 17 som ligger i det vesentlige overfor den ene passasjeåpning 18, er det ved utformningen av avstandselementene 18, som i et flertall er anordnet midt i pakken ved den anordning 10 som er vist i fig. 4, utformet ytterligere en passasjeåpning 182, hvor strømningsmediet 19 trer inn igjen etter at det på begge sider har strømmet forbi det stiplede, åttekantete filterelement 12. Både i kantområdet 16 til avstandselement 11, hvor den ene passasjeåpningen 18 er utformet, og i det andre kantpartiet 16, hvor den andre passas jeåpning 182 er anordnet, kan det i tillegg foreligge flere passasjeåpninger 180, 181 hhv 183, 184, som sørger for at strømningsmediet 19 stryker over filterelementet 12 som ligger på avstandselementet 11, 111, med stor jevnhet.

For at det faktisk skal sikres dels at f ilterelementet 12 ligger fast på avstandselementet 11, 111 mens strømningsme- diet 19 stryker forbi, og dels at berøringsflaten, betinget av anlegget mellom filterelement 12 og avstandselement 11, 111, er særdeles liten, er det på de skiveformede overflater 20, 21 anordnet et antall fremspring 22, som rager frem av den skiveformede overflaten 20, 21, slik at membranputen som på begge sider forbistrykes av strømningsmediet 19, bare er i anlegg mot disse fremspring 22. Fremspringene 22 kan ha valgfritt tverrsnitt i det plan som er parallelt med overflatene 20, 21. Dette tverrsnitt er dog fortrinnsvis sirkulært og/eller kuleformet. Det parti av fremspringene 22 som rager høyest over overflatene 20, 21, er halvsirkelformet i tverrsnitt, slik at det også under drift av anordningen 10 med avstandselementene 11, 111 ifølge oppfinnelsen og de innsatte membranputene er slik at de sistnevnte bare er i anlegg mot fremspringenes spisser med en særdeles liten flate. De mange fremspring 22 som er anordnet på overflatene 20, 21, er anordnet slik at strømningsmediets 19 flyt ikke blir brutt, slik at også den egnede, valgte fremspringtype og det egnede, valgte sted for deres anordning på overflatene 20, 21 fullstendig hindrer de uheldige, uorganiske membran-belegg som er observert ved andre anordninger hhv filterelementer.

Avstandselementet 11, 111 kan fremstilles av et valgfritt, egnet materiale, f eks plast, som polystyren, akrylnitril-butadien-styren-kopolymer (ABS), styren-akryl-nitril-kopolymer (SAN), luran e.l. Det skal bemerkes at også rustfritt stål i prinsippet egner seg for fremstilling av slike avstandselementer 11, 111.

Claims

1. Avstandselement for styring av strømningsmedier (19) ved anordninger for filtrering og separering av strømningsmediene ved mikrofiltrering, ultrafiltrering og reverserende osmose (10) , idet det mellom respektive to i det vesentlige skiveformede avstandselementer (11) er innesluttet respektive filterelementer (12) og på deres skiveformede overflate (20;21) er anordnet opp av overflaten (20,21) ragende fremspring (22), som er formet slik at de har respektive små berøringsflater med respektive f ilterelementer utformet som membranputer, idet strømningsmediet (19) kan flyte på begge sidene av avstandselementene (11), og hvor avstandselementene (11) har en ytre, i det vesentlige rundtløpende kant (13;14) på begge sider av overflaten (20;21), idet en av kantene (13;14) er i det minste høyere enn tykkelsen til en membranpute i forhold til flatenormalen på overflaten (20;21) slik at en membranpute kan legges inn i fordypningen dannet av denne høyere kanten,karakterisert vedat avstandselementet (11) har i det minste én passasjeåpning (18) for strømningsmediumet (19) i sitt ytre kantparti i det skiveformede legemet, og at passasjeåpningen (18) er dannet av en tenkt korde og den ytre kanten (13;14) som begrenser korden.

2. Avstandselement som angitt i krav 1,karakterisert vedat fremspringene (22) har forskjellig høyde.

3. Avstandselement som angitt i ett eller begge krav 1, 2,karakterisert vedat fremspringene (22) i et plan som er parallelt med overflatene (20, 21) har et i det vesentlige sirkulært tverrsnitt.

4. Avstandselement som angitt i et eller flere av kravene 1-3,karakterisert vedat fremspringene (22) i et plan som er parallelt med overflatene (20, 21) har et i det vesentlige kuleformet tverrsnitt.

5 . Avstandselement som angitt i et eller flere av kravene 1-4,karakterisert vedat det består av plast.

6. Avstandselement som angitt i krav 5,karakterisert vedat plasten er polystyren.

7. Avstandselement som angitt i krav 5,karakterisert vedat plasten er akrylnitril-butadien-styren-kopolymer (ABS).

8. Avstandselement som angitt i krav 5,karakterisert vedat plasten er styren-akrylnitril-kopolymer (SAN).

9. Avstandselement som angitt i krav 5,karakterisert vedat plasten er luran.