WO2019219131A2 - Plattenmodul zur membrandestillation - Google Patents

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WO2019219131A2
WO2019219131A2 PCT/DE2019/100444 DE2019100444W WO2019219131A2 WO 2019219131 A2 WO2019219131 A2 WO 2019219131A2 DE 2019100444 W DE2019100444 W DE 2019100444W WO 2019219131 A2 WO2019219131 A2 WO 2019219131A2
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plate
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PCT/DE2019/100444
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WO2019219131A3 (de
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Lorenz Bauer
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Solarspring Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/0822—Plate-and-frame devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/02—Specific tightening or locking mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/041—Gaskets or O-rings

Definitions

  • the invention is based on a plate module for membrane distillation.
  • the membrane distillation evaporate in a warm flow channel, also called evaporation channel, volatile constituents of a liquid to be separated through a gas-permeable and impermeable to liquids membrane.
  • a warm flow channel also called evaporation channel
  • the gaseous components liquefy in the present process medium or on a surface cooled by the condenser channel, wherein condensation heat is released.
  • the driving force that promotes the gas through the pore system of the membrane is the water vapor partial pressure difference between the two membrane interfaces, which is the result of a temperature or concentration difference between the two interfaces.
  • the gaseous components can also be removed.
  • membrane distillation processes for example the extraction of fresh water (“fresh water”) from salt water, the removal of volatile components Solutions and the production of concentrated material solutions.
  • fresh water fresh water
  • the classic form of a membrane is the flat membrane. It is a microporous polymer film or a ceramic disk.
  • the membranes used may be customized by the coating, thickness variation, pore diameter, pore distribution and support material.
  • Modular plate modules can have a variety of evaporation, product and condenser channels, which are separated by switching elements from each other, adapted stepwise to the separation or Konzentrierholzgabe and allow demand-oriented use of the heat of condensation and conductively transmitted heat.
  • the product resulting from the membrane distillation is called permeate or distillate.
  • the substances retained by the membrane are called retentate or concentrate.
  • the structure of a module-like constructed plate module is determined by the process medium to be separated, which flows through the channels of the plate module in counter, DC or cross flow.
  • DCMD direct contact membrane distillation
  • OMD osmotically operated variant of membrane distillation
  • the hot evaporation channel and the cold condenser channel are in direct contact with the membrane.
  • the condenser surface is separated from the membrane by an air gap, in this case, in addition, a purge gas or negative pressure can be used.
  • the permeate gap membrane distillation (PGMD) has the same channel structure as the AGMD, but the gap is filled with permeate, in which the permeating vapor condenses.
  • Another process configuration is the FG-AGMD.
  • purge gas membrane distillation (SGMD) the distillate is removed in vapor form by an inert gas.
  • VMD vacuum membrane distillation
  • Modular plate modules which are supplied by hydraulic and energy systems and with cleaning media and can process a defined amount of process medium in a defined time, are preferably used.
  • a high mechanical stability of the modules is also advantageous because it prevents individual plate elements of the plate stack from being pressed outward under pressure, as a result of which sealing elements could shift. Further advantages of a plate module are low manufacturing and maintenance costs as well as a complete industrial production of polymeric materials.
  • EP 2545983 A1 describes a membrane distillation apparatus with frame elements, sealing elements, membrane and condenser surfaces, spacing elements, distillate frames and line elements. Openings are provided in the periphery of the frame members through which bolts are inserted to tighten the composite membrane distillation apparatus. In this case, any number of bolt holes is provided between four and sixty-four. Also in the scope of designed in dimension and shape identical to the frame elements sealing elements corresponding bolt holes are provided corresponding to the number of bolt holes of the frame members.
  • EP 0805328 B1 discloses a flow module in which over or adjacent plate elements are pressed against each other by tie rods. For this purpose, a bore is provided in an outer corner of a plate member.
  • elastomeric seals are used, which extend in grooves of the plate elements.
  • the flow module can be adapted to the various applications by adapting the plate elements, as well as the present on the plate elements seals in terms of shape and material and hardness of the seal and geometry of the profiled plate surface.
  • the plate modules known from the prior art have the disadvantage that, due to the bolts and tie rods penetrating the interior of a plate module, individual module elements can not expand or compress unrestrictedly. At varying operating and ambient conditions, in particular pressure and temperature, convolutions may occur, which may narrow fluid channels or move sealing elements or other factors affecting the functionality of the disk module could occur factors. Furthermore, such disk modules have the disadvantage that for cleaning and service purposes and for the replacement of individual module elements Retrodemontage the disk module is necessary.
  • the invention has for its object to provide a disk module available, the module elements can adapt during operation of the disk module to changing pressure and temperature conditions, so that folds of the disk stack and leaks are prevented by displacements of sealing elements even under high pressure and high temperatures , During assembly, disassembly and maintenance of the disk module, moreover, the module elements should simply be placed in position and replaced in a variable manner, without the need for a total disassembly of the disk module is necessary and without individual components of the disk stack independently solve this.
  • This object is achieved by a plate module for membrane distillation having the features of independent claim 1 and the features of independent claim 19.
  • the disk module according to claim 1 has a front and a rear cover plate. Between the cover plates, a plate stack is arranged, which comprises a plurality of module elements which form one or more evaporation and condensation stages of a liquid flowing through the plate module. At least one module element is equipped with a membrane.
  • the membrane is any thin technical separation layer for mass transport through the plate module.
  • the module elements can also take on other functions, such as the control of the process medium.
  • the module elements include membranes, feed elements, switching elements, sealing elements, films, permeable and impermeable elements, and other components important to the functionality of a disk module.
  • the module elements can be arranged one behind the other, one above the other, next to one another, offset or arranged in another way.
  • the plate module is equipped with sealing elements, which are pressed by passing outside of the plate stack fixing elements preferably in grooves or other support means of a module element, with deformation of the sealing element.
  • the front and rear cover plate are clamped together so non-positively that the individual module elements of the plate stack between the two cover plates are held in a predetermined position.
  • the cover plates are provided at their edges with fixing receptacles in which the fixing elements are held, wherein the fixing elements extend outside of the plate stack without touching it.
  • the module elements are held in place by the bracing of the cover plates and the pressing together of the cover plates.
  • the module members can accommodate environmental conditions without folding the panel module.
  • the number, the arrangement and the geometric shape of the fixing receptacles and the fixing elements are variably selectable to the extent that it is ensured that the fixing elements extend laterally outside the plate stack and thus do not touch it. In such a strained plate module module elements are precisely stacked and liquid-tightly connected.
  • the cover plates at least in sections, a larger outer dimension than the plate stack.
  • the surface of the cover plate that projects beyond the plate stack determines the distance that a module element can extend in a direction perpendicular to the plate stack without contacting a fixation element.
  • the size ratio between cover plate and plate stack is chosen such that the individual module elements of the plate stack do not touch the fixing elements even under high thermal operating and ambient temperatures. The module elements thus do not collide with fixation elements or other fasteners and maintain their functionality even under extreme conditions.
  • the fixing receptacles are laterally beyond the edge of the cover plate to the outside.
  • Fixation elements are attached to the fixation fixtures.
  • the surface, the contour, the configuration and the positioning of the fixation holder are freely selectable.
  • the fixing receptacles are formed by recesses in the cover plates.
  • the recesses may be formed as open-edged openings.
  • the recesses may be formed as through holes.
  • the fixing elements comprise at least one elongate component.
  • the fixing elements may be formed as rods or rods of a tensile material or in the form of tie rods, tension straps, pressure springs or clamping frames.
  • the fixing elements are mechanically clamped to the fixing receptacles of the cover plates.
  • Flierzu components are provided at the ends of the elongate member, which exert a force on the two cover plates.
  • At least two fixing receptacles of the cover plates to a plane passing through the plate module symmetry axis mirror-inverted or by a rotational symmetry axis rotationally symmetrical to each other, so that the plate module is uniformly clamped by engaging in the fixation fixtures fixing elements.
  • the fixation receptacles form a regular grid in this case.
  • fixation elements in three-dimensional space span one plane, three or more fixation elements a prism, a cuboid or another geometric body.
  • the design of the fixation recordings is arbitrary.
  • a cover plate can have both triangular and square, curvy and / or jagged fixation receptacles.
  • the module elements comprise stacking elements which predetermine the contour of the plate stack with their outer edge.
  • Module elements that are not stacking elements may be, for example, certain seals or support structures that do not reach the outer edge of a stacking element.
  • the cover plates are provided at their edges and the stack elements at their edges with positioning receptacles which receive positioning elements and thereby align cover plates and stack elements relative to each other.
  • the positioning elements preferably engage in a form-fitting manner in the positioning receptacles of the cover plates and the stack elements and are secured to the cover plates.
  • the provided for bracing the disk module fixing elements are loosened or released. If the fixing elements are completely released, the entire plate module is held in position exclusively by the positioning elements. On the stack elements and the other module elements of the plate stack no more pulling force acts, since the positioning elements hold the plate stack in position equal to a register in position, but do not clamp this as the fixing elements between the cover plates. In such an opened plate module, instead of the fixing elements, only the positioning elements align the cover plates and the stack elements relative to one another. If the fixing elements are not completely but only partially released, the stack elements and other module elements of the plate stack can be removed and / or inserted in at least one direction, namely in the direction of the direction previously occupied by the fixing elements.
  • the assembly and maintenance can also be performed by a non-specialist.
  • the plate module is returned to its ready-to-use state by being re-tensioned by the fixing elements.
  • the strained plate module, the positioning elements can be removed so that the stack elements and the other module elements of the plate stack in a direction perpendicular to the plate stack barrier-free extend and can shrink.
  • the positioning elements can also remain in the clamped plate module, provided that a sufficient distance between them and the stack elements is ensured. Since the module elements collide neither with positioning elements nor with fixing elements, they do not deform, even under high ambient and
  • the positioning receptacles are laterally beyond the edge of the stack elements to the outside. Between the outer edge of a positioning receptacle and the edge of the stack elements forms a distance.
  • Positioning receptacles can be integrally connected to the cover plates or the stack elements.
  • a positioning receptacle in the form of a slot is defined by the angle, the length, width and configuration of the edges, wherein the parameters are freely selectable.
  • the positioning recordings of a stacking element advantageously differ in their design, so that an indication of the proper arrangement of the stacking elements in the stack of plates is given solely by the configuration of the positioning elements.
  • a stacking element can be both triangular and have square, curved and jagged positioning recordings.
  • the fixing receptacles and the positioning receptacles are configured substantially identical. You can agree on their number, shape and arrangement.
  • the substantially identical design of fixing receptacles and positioning receptacles has the advantage that the positioning and fixing elements can be formed of the same materials with the same thicknesses and lengths.
  • the fixing elements are always to be clamped so with the fixing receptacles of the cover plates, that the fixing elements without contact outside of the plate stack, the positioning elements, however, are absorbed by the positioning recordings of the stack elements of the plate stack.
  • the positioning elements are designed as rods or rods.
  • profile bars of different materials can be used to hold the opened or partially tensioned plate module in position.
  • the positioning elements are formed, the stacking elements and the other module elements of the plate stack between the cover plates in the unstressed or partially strained state.
  • the positioning elements extend in a direction parallel to the direction of the plate stack and are preferably used during assembly, during maintenance, during transport or when replacing individual stack elements and other module elements.
  • the fixing elements provided for the clamping are at least partially loosened or completely released for the exchange of individual module elements.
  • the number, the arrangement and the geometric shape of the positioning receptacles and the positioning elements are variable.
  • the positioning elements engage in the positioning recordings from the outside releasably.
  • the positioning elements can engage in the positioning receptacles of the cover plates and in the positioning receptacles of the stack elements such that the positioning elements extend at a distance laterally along the stack of plates.
  • the positioning elements can be supplied to the entire disk module or these are removed, without any disassembly of individual module elements of the disk stack or the entire disk module is necessary.
  • the positioning elements can be connected to or released from the positioning receptacles by sliding, sliding, hanging or otherwise.
  • At least two positioning receptacles of a cover plate and / or a stacking element to a plane passing through the plate module symmetry axis mirror-inverted or rotationally symmetrical to each other by a rotational symmetry axis, so that the disk module carried by the engaging in the positioning recordings positioning elements in a balanced state becomes. Because of the preferably symmetrical design of the positioning receptacles, at least two positioning elements engaging in the positioning receptacles are mirror-inverted relative to an axis of symmetry extending through the plate module or rotationally symmetrical to each other by a rotational symmetry axis arranged.
  • two or more positioning elements span a geometric body that tapers towards at least one side.
  • three positioning elements in three-dimensional space span a straight prism with a triangle as a base, four positioning elements corresponding to a trapezoid or a rhombus. Due to this arrangement, individual plate elements of the plate stack can be specifically removed and inserted into the plate stack in at least one direction.
  • At least one stacking element is equipped with a clamping frame, wherein the clamping frame with its outer edge encloses the inner region of a stacking element.
  • the clamping frame makes it possible to connect membranes without welding to a stacking elements and to clamp the membranes provided for mass transport as well as the sealing elements provided for sealing the sealing elements precisely between two stackable elements releasably.
  • the clamping frame is connected to a projecting into the interior of the stacking element, flattened portion of a stacking element.
  • This section of a stacking element is preferably designed as a step, which ensures that after insertion of the membrane and the sealing element, the outer edge of the clamping frame does not project beyond the outer edge of the stacking element.
  • the outer edge of a clamping frame as well as the protruding into the interior of the stacking element flattened portion of a stack elements are preferably formed as flat surfaces.
  • the outer edge of a clamping frame may also have a portion with recesses for fluid transport to the membrane.
  • the module elements have sealing elements, wherein the sealing elements are arranged captive on the module elements.
  • the module elements, in particular the stack elements or the membranes, are equipped with sealing elements which connect the individual module elements of the plate module in a fluid-tight manner and delimit fluid channels from one another.
  • sealing elements such as round cords may be provided which seal, for example, the openings of the stack elements.
  • round cords profiles and multiple contours can be provided.
  • all other known sealing possibilities can be used, for example, connections made by welding, soldering or gluing.
  • the sealing elements are activated as soon as the fixing elements clamped on the cover plates press the module elements against each other.
  • the sealing elements may include fixing aids and fixing aid receptacles for increased support to adjacent module elements.
  • a sealing Fixierzz or Fixier Anlagen be part of a sealing element or be designed as a whole as a sealing element.
  • the fixing aids and fixing aid receptacles of the sealing elements can engage in or be received by corresponding fixing aid receptacles and fixing aids of the impermeable elements, the permeable elements, the stacking elements, the switching elements, the supply elements and further module elements.
  • different material pairings can be provided, which can be recycled separately.
  • the sealing elements are integrated into the module elements.
  • extrusion seals and sintered seals prevent the sealing elements from slipping or coming loose when individual module elements are replaced.
  • the module elements have profiles that correspond to the contour of the sealing elements. By profiling a targeted compression of adjacent sealing elements is achieved.
  • the sealing elements in dimension and shape correspond to the stack elements or the other module elements.
  • the plate module according to the invention with the features of claim 19 is characterized in that it is equipped with a front cover plate, a rear cover plate and a plate stack arranged between the cover plates, wherein the plate stack comprises a plurality of module elements, which one or more evaporation and condensation stages form a liquid flowing through the plate module, wherein at least one module element is equipped with a membrane for a mass transfer.
  • at least one module element is equipped with a Fixier Anlagenefactn and at least one further module element with a Fixier faux.
  • the fixing aid engages in the Fixier Anlagene analysis, whereby the first-mentioned module element is fixed to the second module element.
  • stacking elements, diaphragms, supply elements, switching elements, sealing elements, films, permeable and impermeable elements, and other components important to the functionality of a disk module may include fixing assistance receptacles and fixing aids.
  • the fixing aids ensure a secure hold of individual components on a stacking element, if this is removed during assembly, disassembly or maintenance of the plate stack.
  • the fixing aids also ensure that a plurality of stack elements and the components arranged between the stack elements in the form of an integral unit can be taken together from the stack of plates during assembly, disassembly or maintenance.
  • the fixing aids can be integrally formed with a module element or represent a separate component which can be releasably connected to a module element. These include, for example, screws, pins, sublimities, hooks, sleeves, bars, knobs or rings. As a releasable compounds are, for example, screw, connector, clamps or hook and loop fasteners. Furthermore, the Fixier Anlagenfactn can fully enclose the interior of a stacking element, for example in the form of an elongated groove with straight or bevelled walls for receiving a sealing element.
  • Module element equipped with both a Fixier Anlageneability and with a Fixier Anlagen.
  • two further module element can be fixed to the relevant module element.
  • two sealing elements, two further stacking elements or a sealing element and a stacking element can be fixed to a stacking element by means of fixing aid and fixing aid.
  • Fixier Anlagenfactn formed as recesses on a sealing element.
  • the Fixier Anlagenfactn the sealing elements are preferred as
  • Fixier Haits Through holes, recesses, blind holes, notches or the like formed to receive fixing aids.
  • the diameters and cross sections as well as the number and the arrangement of the Fixier Anlagenfactn are variable.
  • the sealing elements Fixier Anlagenn can be designed as pins, hoes, rods, webs, sleeves, knobs, rings or the like.
  • the Fixier Anlagenfactn of a sealing element engaging fixing aids strengthen the seal between two adjacent module elements and enhance the maintenance of a sealing element on a module element during assembly, disassembly or maintenance of the disk module and in its operation.
  • engaging in the Fixier Anlagenability Fixier Anlagen is designed as a projecting over the surrounding surface of the stacking element projection.
  • the protruding over the surface of a stack member projection may be formed as a rod, pin, sleeve, web, knob, knob or the like.
  • these projections are formed integrally with the stacking element. They can be milled out of a stacking element, produced by an original manufacturing process (eg injection molding process) or by a transforming manufacturing process (eg deep drawing) from a common plastic molding.
  • the protrusions are arranged in the grooves provided for the positioning of the sealing elements of a stacking element.
  • a rod provided as a fixing aid can receive a fixing aid receptacle of a sealing element designed as a hole.
  • the maximum length of the fixing aid generally corresponds to the depth of the groove of the stacking element, so that, for example, one end of the rod terminates with the upper edge of the groove or is sunk toward it. Otherwise, a gap would form between two stacked stack elements, on which liquid could penetrate and escape. In this case, a recess would be necessary on the underside of the overlying stack element, which receives the upper edge of a stacking element superior Fixier faux.
  • the length of the fixing aid may be smaller than the depth of the groove of the stacking element.
  • the sealing element inserted into the groove of the stacking element can also fill the intermediate space between the fixing aid and the underside of the adjacent stacking element.
  • the width of the fixing aid is narrower, at least at the end of the fixing aid facing the groove, than the width of the groove of the stacking element, so that the sealing element can be inserted circumferentially at a distance from the edge of the groove in this.
  • Between the sealing element and the edge of the groove forms a volume reserve, in which the sealing element can nestle.
  • the nestling of a sealing element in a groove can be observed, for example, when pressing the plate stack or when liquid penetrates into moist operating environments.
  • the groove facing away from the end of the fixing can vary in width.
  • a rod with a T-shaped head or a push button with a widened surface may be provided.
  • the other module elements for example the membranes and the sealing elements, can also be equipped with fixing aids and / or fixing aid receptacles.
  • fixing aids and / or fixing aid receptacles for the Fixier Anlagenn and Fixier Anlagenfactn any material pairings are conceivable.
  • engaging in the Fixier Anlagenfact fixing aids are detachably connected to a stacking element. It can thus be provided that pins or the like can be inserted and removed or inserted and unscrewed into the surface of a stacking element as required. The number and arrangement of Fixier Anlagenn can thus be adapted to the application.
  • Sealing elements and the Fixier Anlageneability integrally molded For example, passage openings or elongated recesses can be excluded from the sealing elements.
  • Sealing element and formed as a projection of the stacking element Fixier Anlagen releasably connected together. This ensures that the sealing element does not come off the groove during assembly, disassembly or maintenance, unless this is to be replaced by a new sealing element itself.
  • the detachable composite ensures that the sealing element and the stacking element can be recycled separately.
  • Sealing element and the fixing aid formed in one piece can be provided, for example, a sealing Fixier Anlagen, which provides a sealing part and the sealing part in the groove of a stacking member fixing part.
  • Fixier Anlagenfactn and / or the fixing aids arranged releasably attached to the sealing elements This ensures that, depending on the shape of the groove, the stacking elements or other components of the disk module different Fixier Anlagenfactn and fixing aids can be provided.
  • Fixier Anlagenfactn formed as a recess in the stack elements.
  • the recesses are preferably formed as through holes or tapped holes, depressions, blind holes, notches or the like.
  • the Fixier Anlagenfactn may also have different diameters and cross-sections, so that provided as fixing aids fastening means such as screws with different screw heads, such as hexagon screws, countersunk screws or threaded pins can be added.
  • Fixing aids, which engage in the Fixier Anlagenfactn in the stack elements connect adjacent module elements to each removable from the plate stack integrated unit and thus enhance the connection of two adjacent module elements.
  • the fixing aids engaging in Fixier Anlagenfactn are formed as elongated components and can be passed through the recesses of at least two stack elements.
  • the fixing aids are preferably designed as screws, pins, sleeves or the like.
  • the fixing aids are preferably designed as screws, pins, sleeves or the like.
  • Fixier Anlagen releasably connected to a stacking element.
  • Releasable fixing aid receptacles arranged on the stack elements can be, for example, adapters for various threads as well as plugs and caps.
  • Fixier Anlagenfactn and / or the fixing aids arranged releasably attached to the module elements.
  • the Fixier Anlagenfactn enclose the interior of a stacking element fully.
  • Fixier Anlagenfactn may be provided in the interior of a stacking element protruding flattened sections, steps, grooves and other depressions.
  • the Fixier Anlagenfactn can be elongated, circular, discontinued or formed with straight or oblique walls to accommodate elongated, round or pigeon-shaped fixing.
  • Fixier Anlagen integrally formed with a module element.
  • Fixing aids detachably connected to a module element.
  • the fixing aid is formed integrally with a module element.
  • FIG. 1 Perspective view of an operational plate module for membrane distillation, the plate stack is held in position by releasably arranged positioning elements and firmly clamped fixing elements.
  • Figure 2 exploded view of the disk module according to Figure 1 with the modular elements of the opened disk stack of the first and the second stage.
  • FIG. 3 module element without and with sealing element of the plate module according to FIG. 1
  • FIG. 4 shows a sealing element for the inner region of a stacking element and for the entire raster region of a stacking element of the plate module according to FIG. 1.
  • FIG. 5 Detailed view of the fixing aids arranged on the stack elements and the impermeable or permeable elements and of the receptacles of the fixing aids of the plate module according to FIG. 1.
  • Positioning recordings of a stacking element (right) symmetrical configuration of the positioning recordings of a stacking element.
  • Figure 7a to f detailed views of the outer frame of a stacking element with arranged in grooves sealing elements, fixing aids and Fixier Anlagenfactn
  • Figure 8a-e cutouts of a stacking element Figure 9a to g stacking element with clamping frame for releasably clamping a membrane.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a plate module 1 for membrane distillation with five distillation stages.
  • the plate module 1 has a front cover plate 2, a rear cover plate 3 and a plate stack 4 arranged between the cover plates 2, 3, which comprises a plurality of modular elements 5 arranged one behind the other.
  • the module elements 5 comprise stacking elements 5a, which predetermine the contour of the plate stack with their outer edge.
  • the cover plates 2, 3 and the module elements 5 may have different shapes, thicknesses and materials.
  • the cover plates 2, 3 and the module elements 5 are substantially rectangular in shape. However, it is also conceivable beveled, rounded and circular shapes.
  • the cover plates 2, 3 may also be formed as plates with struts.
  • Adjacent module elements 5 form a step. Individual stages are separated by switching elements 6 from each other. These are plates which cause the reversal of the flow direction of a flowing liquid, in particular of the process medium.
  • the process medium is supplied to the plate module 1 via supply elements 7 on the cover plates 2, 3.
  • the cover plates 2, 3 and the supply elements 7 are summarized in the present case to form an assembly.
  • the front cover plate 2 is equipped with six terminals 8.
  • the connections 8 are arranged frontally, laterally, above and below. It is essential that these need not be removed when replacing the module elements 5 of the plate stack 4.
  • the module elements 5, for example, the switching elements 6 "T-shaped" are formed.
  • the upper longitudinal side of a module element 5 of the plate stack 4 is formed as a hook 9 projecting on both sides beyond the edge.
  • the lateral edges of the hook 9 are flush with the lateral edges of the front cover plate 2 and the rear cover plate 3 from.
  • the upper edge of the hook 9 is offset to the upper edges of the cover plates 2, 3. This creates a free space between the upper edge of the hook 9 and the upper edge of the cover plates 2, 3.
  • Each hook 9 forms a positioning receptacle 10.
  • the positioning receptacles 10 are based directly on the function of a suspension register releasably on the intended rod-shaped positioning elements 11.
  • positioning receptacles 10 are provided for receiving the positioning elements 11, which are supported on the extending below the plate stack 4 rod-shaped positioning elements 11.
  • the positioning receptacles 10 of the hook 9 of a module element 5 have a greater distance from one another than the positioning receptacles which are arranged on the lower edge of the module element 5.
  • the positioning receptacles 10 of the cover plates 2, 3. are formed at the lateral edges near the upper corners and at the bottom near the lower corners.
  • a prism is formed with the base of an isosceles trapezium.
  • the positioning elements 11 are removed from the positioning receptacles 10 in the direction of the open slot end and used. To release the positioning elements 11 no need solved further fasteners or the plate stack 4 are otherwise dismantled. Further, the cover plates 2, 3 with fixing receptacles
  • the fixing elements 12 for fixing the provided for the clamping of a plate module 1 fixing elements 13 equipped. Due to the tension of the fixing elements 13, the adjacent module elements 5 and the fluid channels are sealed liquid-tight and thus put the disk module in its ready state.
  • the fixing elements are sealed liquid-tight and thus put the disk module in its ready state.
  • the fixing elements 13 clamped to slot-shaped fixing receptacles 12, which have a rounded and an open end.
  • the fixing elements 13 extend outside of the plate stack 4 in a direction parallel to this. The spaces provided for this purpose are created by the displacement of the module elements 5 to the upper and lower edges of the cover plates 2, 3 and through the "T" -shaped configuration of the module elements 5 fully.
  • the rod-shaped fixing elements 13 are shown, which are fixed to the eight Fix istsingn 12 of the cover plates 2, 3 and the cover plates 2, 3 and the module elements 5 brace each other such that the fixing elements 13, the module elements 5 of the plate stack 4 do not touch ,
  • the positioning of the fixing receptacles 12 is chosen such that they are arranged in mirror image and rotationally symmetrical to two through the center of a cover plate 2, 3 and / or through the center of the plate module 1 perpendicular to each other extending axes.
  • the rod-shaped fixing elements 13 have a smaller diameter than the rod-shaped positioning elements 11.
  • FIG. 2 shows an exploded view of an opened plate module 1 with the module elements 5 of the first and second stages.
  • the module elements 5, which form the contour of the plate stack 4 with their outer edge and are referred to as so-called stacking elements 5a, are solely supported by the positioning elements 11.
  • the stack elements 5a are preferably made of plastic and enclose a inner region 16 provided with a lattice-like spacer 15, also called spacer, on both sides of which in variable size a membrane 17 or another thin technical separating layer and / or a (permeable) permeable element 18, 19, in particular a (non) permeable film are arranged, which cover the inner region 16 of the stacking element 5a.
  • the outer frame 20 of a stacking element 5a is formed by longitudinal and transverse edges, but may also be formed by other peripheral edges.
  • the technical separating layers and films have an outer dimension which completely covers the inner region 16 of a stacking element 5a.
  • the outer dimension of the separating layers and the films may correspond to the outer dimension of the outer frame 20 stacking element 5a may be greater than this or in a range between the outer dimension of the inner region 16 is a stacking element 5a and the outer dimension of the outer frame 20 of a stacking element 5a.
  • the module elements 5 can be made of different materials, so that different thermal expansions or thermal contractions can occur when the pressure or temperature is changed.
  • the supply and discharge channels 21 for the process medium are preferably sealed by elastic sealing elements 22, which are manufacturing technology on the surface or in the pores of the module elements 5 or introduced or extend in formed on the surface of a module element 5 grooves or other support means.
  • the supply and discharge channels 21 may be connected by openings 23, in particular by depressions and / or hollow chambers with the inner region 16 of a stacking element 5a. Even complex structures of the supply and discharge channels 21 as well as the flow channels through which a process medium flows in opposite, equal or cross flow can be precisely, repeatedly and selectively sealed by sealing elements 22. By joining and / or in combination with Sealing elements 22 thus the fluid channels are selectively limited in the stacking direction.
  • One of the stacking elements 5a is equipped with a fixing aid 25.
  • This is designed as a projection which projects beyond the surrounding surface of the stack element.
  • the fixing aid is a few millimeters long. It engages in a Fixier Anlagenfact 26 of an adjacent module element 5 a. In contrast to the fixing elements 13 extending outside the plate stack, the fixing aids 25 are not clamped to the cover plates 2, 3.
  • FIG. 3 shows by way of example a shape for an impermeable element 18 and permeable element 19, which covers at least the inner region 16 of a stack element.
  • the impermeable elements 18 and permeable elements 19 may also partially or completely cover the outer frame 20 of a stacking element.
  • FIG. 3 (right) shows an impermeable element 18 or permeable element 19 sealed by a sealing element 22.
  • the sealing elements 22 can be attached to the impermeable elements 18, the permeable elements 19, the stacking element 5a, the switching elements 6, the supply elements 7 or further module elements 5 of the plate stack 4 to be arranged stationary or integrated into this.
  • the impermeable elements 18 and the permeable elements 19 may have a congruent with the arranged in a grid recesses grid.
  • the recesses ie the supply and discharge channels 21 for the process medium are present square shaped. However, the recesses may also have other shapes, such as a round or polygonal shape.
  • the impermeable elements 18 and the permeable elements 19 may largely correspond in their design to the configuration of a stack element and thus be equipped with fixing aids, Fixier Anlagenfactn 26, positioning recordings and other components. In the illustration according to FIG. 3, however, only fixing aid receptacles 26 can be seen. These are formed as through holes, which with corresponding Fixier Anlagenfactn 26 on the Stacking element 5a can be made to coincide and can be fixed by means of a Fixier Anlagen not shown in Figure 3.
  • FIG. 4 shows a sealing element 22 which completely seals the inner region 16 of a stacking element 5a.
  • sealing elements 22 are shown, which seal the inner region 16 of the stack elements 5a, the supply and discharge channels 21 and the grid-shaped arranged square shaped recesses.
  • the sealing elements 22 depicted in FIG. 4 (right) are also equipped with fixing aid receptacles 26a, which in the present case are designed as recesses at the four corners of a rectangular shaped seal.
  • FIG. 5a shows that the stacking element 5a has a fixing aid receptacle 26b in the form of a passage opening, a fixing aid 25a in the form of a projection over the surrounding surface of the stacking element and a fixing aid 25b in the form of a Has screw.
  • the sealing element 22 adjacent to the stacking element 5a has a fixing aid receptacle 26a in the form of a recess.
  • fixing aid receptacles 26 can be arranged on a stacking element 5a, on an impermeable element 18, on a permeable element 19, on sealing elements 22, on supply elements 7 on switching elements 6 and further module elements 5 of the plate stack 4.
  • the fixing aids 25 connect adjacent stacking elements 5a and / or further module elements 5 of the plate stack 4.
  • the fixing aids 25a hold the sealing elements 22, for example, precisely in the grooves of a stacking element 5a during assembly, disassembly or maintenance. After the clamping of the plate stack, the sealing element 22 fills the space between the fixing aid 25a and the edges of the grooves precisely.
  • the fixing aids 25b connect the stacking element 5a and / or further module elements 5 to form a new, larger integrated unit, which as a whole can be used or removed from the plate stack 4.
  • the fixing aids 25b for example, connect two stacking elements 5a movably with one another in such a way that a register pocket is formed which encloses an impermeable element 18 or a permeable element 19 and can be removed and inserted as a whole from the plate stack 4.
  • FIG. 6 (left) shows a cross-section of a stacking element 5a with two differently configured positioning receivers 10, the positioning receptacles 10 being designed as a triangular positioning receptacle 10 and as a positioning receptacle 10 with a flat base surface.
  • the unequal configuration of the positioning receptacles 10 of a stacking element 5a is an easily understandable mounting instruction for a non-specialist. The non-specialist will be able to precisely, quickly and correctly exchange the stacking elements 5a and the other module elements 5 of the plate stack 4 or to assemble or maintain the plate module 1.
  • FIG. 6 (right) shows a cross section of a stacking element 5a with two identically formed positioning receptacles 10.
  • the two positioning receptacles 10 have an arcuate course. The same configuration can serve as a mounting instruction for a non-specialist.
  • the fixing aids 25 and fixing receptacles 26 are arranged in the outer frame 20 of the stacking element 5a.
  • FIG. 7 a shows a stacking element 5 a with a sealing element 22.
  • FIG. 7b shows the detail marked with a circle A in FIG. 7a.
  • FIG. 7c shows the section marked BB in FIG. 7b.
  • FIG. 7d shows in FIG. 7c a section marked B1.
  • FIG. 7e shows the section marked CC in FIG. 7b.
  • FIG. 7f shows the detail marked D in FIG. 7e.
  • the sealing element 22 is arranged in grooves 24 of the outer frame 20 of the stacking element 5a.
  • the sectional drawing BB according to FIG. 7c shows fixing aids 25a formed integrally with the stacking element 5a for insertion into a fixing aid receptacle 26a of a sealing element 22.
  • the fixing aid 25 is designed as a web within a groove 24.
  • the stacking element further comprises a Through hole formed Fixier Anlagenfact 26 b for receiving a separate fixing aid 26 a, for example, a screw, not shown, for connecting two stacking elements 5 a to an integral unit.
  • further fixing aids 25a are provided adjacent to the supply and discharge channels 21 for the process medium. These are in contrast to the above fixing aids releasably connected to the stacking element 5a. It is also a land projecting beyond the surrounding surface.
  • Figure 7d is a detail view of the detail B.1 of Figure 7c.
  • FIGS. 7e and 7f are detail views of the section CC according to FIG. 7a and show the volume reserve between the fixing aid receptacle 26a of the sealing element 22 and the edge of the groove 24 of the stacking element 5a.
  • the Fixier Anlagen analysis is formed as a recess in the sealing element 22. Through this passage opening formed as a web fixing aid 25a is introduced.
  • FIG. 8 a shows a section of a stacking element 5 a, which has elongated grooves 24 for receiving a sealing element 22.
  • FIG. 8b shows a section through the section of the stacking element 5a according to FIG. 8a along the plane marked AA in FIG. 8a.
  • FIG. 8c shows the detail marked B in FIG. 8b.
  • FIG. 8d shows the detail marked C in FIG. 8b.
  • FIG. 8e shows a section of the stacking element 5a according to FIG. 8a in a perspective view.
  • the sealing elements 22 have present round and square cross-sections, which are inserted into the grooves 24 with straight or bevelled walls. In the present case, the sealing elements 22 are designed as round cords, O-rings or flat gaskets.
  • FIGS. 9a to f show a stacking element 5a with a clamping frame 27 for releasably clamping a membrane 17 including a sealing element 22.
  • FIG. 9a shows the stacking element 5a with the clamping frame 27 in a plan view.
  • FIG. 9b shows the detail marked B in FIG. 9a.
  • FIG. 9c shows the section marked AA in FIG. 9a.
  • FIG. 9d shows the detail marked C in FIG. 9c.
  • FIG. 9e shows the section marked DD in FIG. 9b.
  • FIG. 9f shows the clamping frame 27 in a perspective view.
  • FIG. 9g shows that marked E in FIG. 9f
  • the clamping frame 27 lies on a in the interior of the
  • Stacking element 5a protruding, flattened portion of the stacking element 5a and includes with its outer edge of the inner region 16 of the stacking element 5a.
  • the detailed view B with the section D-D shows that the clamping frame is connected to the recesses of the stack element 5a for fluid transport.
  • the detailed view C shows that between the flattened portion of the stacking element 5a and the clamping frame 17, the sealing element 22 and the membrane 17 are clamped.
  • the outer edge of the clamping frame 27 terminates flush with the outer edge of the stacking element 5a, so that a further stacking element is stacked gap-free on the previous stacking element to expand the plate stack.
  • the detailed view E shows that the underside of the clamping frame 27 is configured flat and the upper side of the clamping frame has recesses at the points provided for fluid transport.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Plattenmodul (1) zur Membrandestillation vorgeschlagen mit einer vorderen Deckplatte (2) und einer hinteren Deckplatte (3), mit einem zwischen den Deckplatten (2, 3) angeordneten Plattenstapel (4) umfassend mehrere Modulelemente (5), welche eine oder mehrere Verdampfungs- und Kondensationsstufen einer durch das Plattenmodul (1) strömenden Flüssigkeit bilden, wobei mindestens ein Modulelement (4) mit einer Membran für einen Stofftransport ausgestattet ist. Das Plattenmodul ist mit Fixierungselementen (13) ausgestattet, die die vordere und hintere Deckplatte (2, 3) miteinander verspannen, wodurch die Modulelemente (5) des Plattenstapels (4) zwischen den beiden Deckplatten (2, 3) gehalten sind. Die Deckplatten (2, 3) sind an ihren Rändern mit Fixierungsaufnahmen (12) ausgestattet, in welchen die Fixierungselemente (13) gehalten sind. Die Fixierungselemente (13) verlaufen berührungsfrei außerhalb des Plattenstapels.

Description

Titel: Plattenmodul zur Membrandestillation
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung geht aus von einem Plattenmodul zur Membrandestillation.
Bei der Membrandestillation verdampfen in einem warmen Strömungskanal, auch Verdampfungskanal genannt, leicht flüchtige Bestandteile einer zu trennenden Flüssigkeit durch eine für Gase durchlässige und für Flüssigkeiten undurchlässige Membran. Auf der dem Strömungskanal gegenüberliegenden Seite der Membran verflüssigen sich die gasförmigen Bestandteile im vorliegenden Prozessmedium oder an einer durch den Kondensatorkanal gekühlten Oberfläche, wobei Kondensationswärme abgegeben wird. Die treibende Kraft, die das Gas durch das Porensystem der Membran fördert, ist die Wasserdampf-Partialdruckdifferenz zwischen den beiden Grenzflächen der Membran, welche die Folge einer Temperatur- oder Konzentrationsdifferenz zwischen den beiden Grenzflächen ist. Alternativ können die gasförmigen Bestandteile auch abgeführt werden. Wichtige verfahrenstechnische Anwendungsfelder der Membrandestillation sind thermische Entsalzungsverfahren, zum Beispiel die Gewinnung von Frischwasser („Süßwasser“) aus Salzwasser, das Abtrennen flüchtiger Komponenten aus Lösungen und die Herstellung konzentrierter Werkstofflösungen. Je nach Anwendung der Membrandestillation können unterschiedliche Membrangeometrien verwendet werden. Die klassische Form einer Membran ist die Flachmembran. Dabei handelt es sich um eine mikroporöse Folie aus Polymer oder um eine keramische Scheibe. Die verwendeten Membranen können durch die Beschichtung, die Variation der Dicke, den Porendurchmesser, die Porenverteilung und das Trägermaterial anwendungsspezifisch angepasst sein.
Modulartig aufgebaute Plattenmodule können eine Vielzahl von Verdampfungs-, Produkt- und Kondensatorkanälen aufweisen, die durch Schaltelemente voneinander getrennt, stufenartig an die Trenn- oder Konzentrieraufgabe angepasst sind und eine bedarfsorientierte Nutzung der Kondensationswärme sowie der leitend übertragenen Wärme zulassen. Das durch die Membrandestillation entstandene Produkt wird Permeat oder Destillat genannt. Die von der Membran zurückgehaltenen Stoffe bezeichnet man als Retentat oder Konzentrat. Der Aufbau eines modulartig aufgebauten Plattenmoduls bestimmt sich durch das zu trennende Prozessmedium, das die Kanäle des Plattenmoduls im Gegen-, Gleich- oder Kreuzstrom durchströmt. Bei der Direktkontakt-Membrandestillation (DCMD) und der osmotisch betriebenen Variante der Membrandestillation (OMD) sind der warme Verdampfungskanal und der kalte Kondensatorkanal in direktem Kontakt mit der Membran. Bei der Luftspalt-Membrandestillation (AGMD) ist die Kondensatoroberfläche von der Membran durch einen Luftspalt getrennt, hierbei kann zusätzlich ein Spülgas oder Unterdrück eingesetzt werden. Die Permeatspalt-Membrandestillation (PGMD) hat denselben Kanalaufbau wie die AGMD, der Spalt ist jedoch mit Permeat gefüllt, in welchem der permeierende Dampf kondensiert. Eine weitere Prozesskonfigurationen ist die FG-AGMD. Bei der Spülgas-Membrandestillation (SGMD) wird das Destillat in Dampfform durch ein inertes Gas entfernt. Bei der Vakuum-Membrandestillation (VMD) wird das Permeat in Dampfform durch ein Vakuum entfernt. Modulartig aufgebaute Plattenmodule, die von hydraulischen und energetischen Systemen sowie mit Reinigungsmedien versorgt werden und in einer definierten Zeit eine definierte Menge an Prozessmedium verarbeiten können, werden bevorzugt eingesetzt. Auch eine hohe mechanische Stabilität der Module ist vorteilhaft, da diese verhindert, dass unter Druckbetrieb einzelne Plattenelemente des Plattenstapels nach außen gedrückt werden, wodurch sich Dichtelemente verschieben könnten. Weitere Vorzüge eines Plattenmoduls sind niedrige Herstellungs- und Wartungskosten sowie eine vollständige industrielle Herstellung aus polymeren Werkstoffen.
Entscheidend für die dauerhafte Funktionalität eines Plattenmodus und die Qualität des Permeats ist die Austauschbarkeit einzelner Modulelemente des Plattenstapels, insbesondere der mit Membranen oder anderen dünnen technischen Trennschichten ausstattbaren Modulelemente des Plattenstapels, da die Membranen durch Abnutzung, Verschmutzung oder mechanische Beschädigung Defekte aufweisen können. In konventionellen Plattenmodulen ist ein Austausch einzelner Modulelemente nicht ohne weiteres möglich, da sie unlösbar miteinander gefügt sind oder Bolzen und Zuganker den Plattenstapel durchdringen, um das Plattenmodul in der zusammengesetzten Position zu halten oder zu verspannen.
Die EP 2545983 A1 beschreibt eine Membrandestillationsvorrichtung mit Rahmenelementen, Dichtelementen, Membran- und Kondensatoroberflächen, Abstandselementen, Destillatrahmen und Leitungselementen. Im Umfang der Rahmenelemente sind Öffnungen vorgesehen, durch die Bolzen eingesetzt werden, um die zusammengesetzte Membrandestillationsvorrichtung festzuziehen. Dabei ist eine beliebige Anzahl von Bolzenlöchern zwischen vier und vierundsechzig vorgesehen. Auch im Umfang der in Abmessung und Form identisch zu den Rahmenelementen ausgestalteten Dichtelemente sind entsprechende Bolzenlöcher vorgesehen, die der Anzahl der Bolzenlöcher der Rahmenelemente entsprechen. Die EP 0805328 B1 offenbart ein Strömungsmodul bei dem über- oder nebeneinanderliegende Plattenelemente durch Zuganker aneinandergepresst werden. Hierfür ist in einer äußeren Ecke eines Plattenelementes eine Bohrung vorgesehen. Zur Abdichtung von Strömungsräumen und Zu- und Abfuhrkanälen werden Elastomerdichtungen verwendet, die in Nuten der Plattenelemente verlaufen. Das Strömungsmodul kann an die verschiedenen Anwendungen durch Anpassung der Plattenelemente, sowie der an den Plattenelementen vorhandenen Dichtungen hinsichtlich Form und Werkstoff sowie Härte der Dichtung und Geometrie der profilierten Plattenoberfläche, angepasst werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Plattenmodule weisen den Nachteil auf, dass sich aufgrund der das Innere eines Plattenmoduls durchdringenden Bolzen und Zuganker einzelne Modulelemente nicht uneingeschränkt ausdehnen oder stauchen können. Bei variierenden Betriebs- und Umgebungsbedingungen, insbesondere von Druck und Temperatur, können Faltungen auftreten, wodurch sich Fluidkanäle verengen oder Dichtelemente verschieben beziehungsweise andere die Funktionalität des Plattenmoduls beeinträchtigenden Faktoren auftreten könnten. Des Weiteren weisen derartige Plattenmodule den Nachteil auf, dass zu Reinigungs- und Servicezwecken sowie zum Austausch einzelner Modulelemente eine Gesamtdemontage des Plattenmoduls notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plattenmodul zur Verfügung zu stellen, dessen Modulelemente sich im Betrieb des Plattenmoduls an veränderte Druck- und Temperaturbedingungen anpassen können, so dass Faltungen des Plattenstapels und Leckagen durch Verlagerungen von Dichtelementen auch unter hohem Druck und hohen Temperaturen verhindert werden. Während der Montage, Demontage und Wartung des Plattenmoduls sollen darüber hinaus die Modulelemente einfach in Position gebracht und in variabler Weise ausgetauscht werden können, ohne dass dabei eine Gesamtdemontage des Plattenmoduls notwendig ist und ohne dass sich einzelne Komponenten des Plattenstapels selbstständig aus diesem lösen. Diese Aufgabe wird durch ein Plattenmodul zur Membrandestillation mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 19 gelöst.
Das Plattenmodul gemäß Anspruch 1 weist eine vordere und eine hintere Deckplatte auf. Zwischen den Deckplatten ist ein Plattenstapel angeordnet, welcher mehrere Modulelemente umfasst, die eine oder mehrere Verdampfungs- und Kondensationsstufen einer durch das Plattenmodul strömenden Flüssigkeit bilden. Mindestens ein Modulelement ist mit einer Membran ausgestattet. Als Membran gilt jegliche dünne technische Trennschicht für einen Stofftransport durch das Plattenmodul. Die Modulelemente können auch andere Funktionen, wie beispielsweise die Steuerung des Prozessmediums übernehmen. Zu den Modulelementen zählen Membranen, Versorgungselemente, Schaltelemente, Dichtelemente, Filme, permeable und impermeable Elemente und andere für die Funktionalität eines Plattenmoduls wichtige Komponenten. Die Modulelemente können hintereinander, übereinander, nebeneinander, versetzt oder in einer anderen Weise angeordnet sein. Verschiedene Arten von Modulelementen können zu einer integralen Einheit kombiniert sein. Zur Abdichtung des Plattenmoduls und zur Abgrenzung der Fluidkanäle untereinander ist das Plattenmodul mit Dichtelementen ausgestattet, welche durch außerhalb des Plattenstapels verlaufenden Fixierungselemente bevorzugt in Nuten oder andere Traghilfen eines Modulelementes, unter Verformung des Dichtelementes eingedrückt werden. Beim Verspannen des Plattenmoduls werden die vordere und hintere Deckplatte derart kraftschlüssig miteinander verspannt, dass die einzelnen Modulelemente des Plattenstapels zwischen den beiden Deckplatten in einer vorgegebenen Position gehalten werden. Die Deckplatten sind hierfür an ihren Rändern mit Fixierungsaufnahmen ausgestattet, in welchen die Fixierungselemente gehalten sind, wobei die Fixierungselemente außerhalb des Plattenstapels verlaufen, ohne diesen zu berühren. Dies bedeutet, dass die Modulelemente durch das Verspannen der Deckplatten und das Aneinanderpressen der Deckplatten an ihrer Position gehalten werden. Dadurch, dass die Modulelemente nicht durch sonstige Befestigungsmittel daran gehindert werden sich auszudehnen oder zusammen zu ziehen, können sie sich den Umgebungsbedingungen anpassen, ohne dass Faltungen des Plattenmoduls auftreten. Die Anzahl, die Anordnung und die geometrische Form der Fixierungsaufnahmen und der Fixierungselemente sind in dem Maße variabel wählbar, sofern gewährleistet ist, dass die Fixierungselemente seitlich außerhalb des Plattenstapels verlaufen und diesen somit nicht berühren. In einem derart verspannten Plattenmodul sind die Modulelemente präzise gestapelt und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Deckplatten zumindest abschnittsweise ein größeres Außenmaß auf, als der Plattenstapel. Die Fläche der Deckplatte, die über den Plattenstapel übersteht, bestimmt die Strecke, um die sich ein Modulelement in einer Richtung senkrecht zum Plattenstapel ausdehnen kann, ohne dabei ein Fixierungselement zu berühren. Das Größenverhältnis zwischen Deckplatte und Plattenstapel ist derart gewählt, dass die einzelnen Modulelemente des Plattenstapels auch unter hohen thermischen Betriebs- und Umgebungstemperaturen die Fixierungselemente nicht berühren. Die Modulelemente kollidieren somit nicht mit Fixierungselementen oder anderen Befestigungselementen und wahren ihre Funktionalität selbst unter extremen Bedingungen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stehen die Fixierungsaufnahmen seitlich über den Rand der Deckplatte nach außen über. An den Fixierungsaufnahmen werden Fixierungselemente befestigt. Die Fläche, die Kontur, die Ausgestaltung und die Positionierung der Fixierungsaufnahme sind frei wählbar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fixierungsaufnahmen durch Ausnehmungen in den Deckplatten gebildet. Die Ausnehmungen können als randoffene Öffnungen ausgebildet sein. Alternativ dazu können die Ausnehmungen als Durchgangsöffnungen ausgebildet sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Fixierungselemente mindestens ein längliches Bauteil. Die Fixierungselemente können als Stangen oder Stäbe aus einem zugfesten Material oder in der Form von Zugankern, Zuggurten, Anpressfedern oder Spannrahmen ausgebildet sein. Bevorzugt werden die Fixierungselemente an den Fixierungsaufnahmen der Deckplatten mechanisch verspannt. Flierzu sind an den Enden des länglichen Bauteils Komponenten vorgesehen, die eine Kraft auf die beiden Deckplatten ausüben.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Fixierungsaufnahmen der Deckplatten zu einer durch das Plattenmodul verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine Rotations- symmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander angeordnet, so dass das Plattenmodul durch die in die Fixierungsaufnahmen eingreifenden Fixierungselemente gleichmäßig verspannt wird. Die Fixierungsaufnahmen bilden in diesem Fall ein regelmäßiges Gitter aus. Durch die regelmäßige Anordnung der Fixierungsaufnahmen verlaufen mindestens zwei in die Fixierungsaufnahmen eingreifende Fixierungselemente zu einer durch das Plattenmodul verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander. Somit spannen zwei Fixierungselemente im dreidimensionalen Raum eine Ebene, drei oder mehr Fixierungselemente ein Prisma, ein Quader oder einen anderen geometrischen Körper auf. Die Ausgestaltung der Fixierungsaufnahmen ist frei wählbar. Eine Deckplatte kann beispielsweise sowohl dreieckige als auch viereckige, kurvige und/ oder gezackte Fixierungsaufnahmen aufweisen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Modulelemente Stapelelemente, welche mit ihrem äußeren Rand die Kontur des Plattenstapels vorgeben. Modulelemente, welche keine Stapelelemente sind, können beispielsweise bestimmte Dichtungen oder Stützstrukturen sein, die nicht bis zum äußeren Rand eines Stapelelements reichen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Deckplatten an ihren Rändern und die Stapelelemente an ihren Rändern mit Positionierungsaufnahmen ausgestattet, welche Positionierungselemente aufnehmen und dabei Deckplatten und Stapelelemente relativ zueinander ausrichten. Bei der Montage, Demontage oder Wartung des gesamten Plattenmoduls oder einzelner Stapelelemente greifen die Positionierungselemente bevorzugt teilformschlüssig in die Positionierungsaufnahmen der Deckplatten und der Stapelelemente ein und werden an den Deckplatten gesichert. Anschließend werden die zur Verspannung des Plattenmoduls vorgesehenen Fixierungselemente gelockert oder gelöst. Werden die Fixierungselemente vollständig gelöst, wird das gesamte Plattenmodul ausschließlich durch die Positionierungselemente in Position gehalten. Auf die Stapelelemente und die weiteren Modulelemente des Plattenstapels wirkt keine Zugkraft mehr ein, da die Positionierungselemente gleich eines Registers den Plattenstapel in Position halten, jedoch diesen nicht wie die Fixierungselemente zwischen den Deckplatten einspannen. In einem derart geöffneten Plattenmodul richten anstelle der Fixierungselemente ausschließlich die Positionierungselemente die Deckplatten und die Stapelelemente relativ zueinander aus. Werden die Fixierungselemente nicht vollständig, sondern lediglich teilweise gelöst, können die Stapelelemente und sonstige Modulelemente des Plattenstapels in zumindest einer Richtung, nämlich in Richtung der vormals durch die Fixierungselemente belegten Richtung, dem Plattenstapel entnommen und/ oder eingesetzt werden. Dadurch dass es für einen Austausch einzelner Modulelemente nicht notwendig ist, das gesamte Plattenmodul zu demontieren, kann die Montage und Wartung auch von einem Nichtfachmann durchgeführt werden. Nachdem die Modulelemente ausgetauscht und die Service- und Reinigungsarbeiten beenden sind, wird das Plattenmodul erneut in seinen betriebsbereiten Zustand versetzt, indem es durch die Fixierungselemente erneut verspannt wird. Dem verspannten Plattenmodul können die Positionierungselemente entfernt werden, so dass sich die Stapelelemente und die weiteren Modulelemente des Plattenstapels in einer Richtung senkrecht zum Plattenstapel barrierefrei ausdehnen und schrumpfen können. Die Positionierungselemente können auch im verspannten Plattenmodul verbleiben, sofern ein ausreichender Abstand zwischen ihnen und den Stapelelementen gewährleistet ist. Da die Modulelemente weder mit Positionierungselementen noch mit Fixierungselementen kollidieren, deformieren sie nicht, selbst unter hohen Umgebungs- und
Betriebstemperaturen sowie hohen Betriebsdrücken. Sofern Temperaturen und Drücke vorliegen, die keine Ausdehnung oder Schrumpfung der Modulelemente erwarten lassen, gewähren die Positionierungselemente zusammen mit den Fixierungselementen zusätzliche mechanische Stabilität, die insbesondere auch beim Transport des Plattenmoduls vorteilhaft ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stehen die Positionierungsaufnahmen seitlich über den Rand der Stapelelemente nach außen über. Zwischen dem äußeren Rand einer Positionierungsaufnahme und dem Rand der Stapelelemente bildet sich ein Abstand aus. Die
Positionierungsaufnahmen können einteilig mit den Deckplatten oder den Stapelelementen verbunden sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Positionierungsaufnahmen durch Ausnehmungen in den Stapelelementen gebildet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Positionierungsaufnahmen als randoffene Ausnehmungen,
Durchgangsöffnungen, Schlitze, Freiräume, Ösen, Flaken oder Passungen ausgebildet. Eine Positionierungsaufnahme in Form eines Schlitzes wird über den Winkel, die Länge, Breite und Ausgestaltung der Ränder definiert, wobei die Parameter frei wählbar sind. Die Positionierungsaufnahmen eines Stapelelementes unterscheiden sich vorteilhafterweise in ihrer Ausgestaltung, so dass allein durch die Ausgestaltung der Positionierungselemente ein Hinweis auf die fachgemäße Anordnung der Stapelelemente im Plattenstapel gegeben wird. Ein Stapelelement kann beispielsweise sowohl dreieckige als auch viereckige, kurvige und gezackte Positionierungsaufnahmen aufweisen. Diese sind zu benachbarten Stapelelementen derart anzuordnen, dass alle dreieckigen Positionierungsaufnahmen durch ein erstes Positionierungselement, alle viereckigen Positionierungselemente durch ein zweites Positionierungselement, alle kurvigen Positionierungselemente durch ein drittes Positionierungselement und alle gezackten Positionierungsaufnahmen durch ein viertes Positionierungselement getragen werden. Durch diesen leicht verständlichen Montagehinweis wird es selbst einen Nichtfachmann ermöglicht, einzelne Stapelelemente und weitere Modulelemente korrekt, schnell und gezielt austauschen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fixierungsaufnahmen und die Positionierungsaufnahmen im Wesentlichen identisch ausgestaltet. Sie können hinsichtlich ihrer Anzahl, Form und Anordnung übereinstimmen. Die im Wesentlichen identische Ausgestaltung von Fixierungsaufnahmen und Positionierungsaufnahmen hat den Vorteil, dass die Positionierungs- und Fixierungselemente aus gleichen Materialen mit gleichen Dicken und Längen ausgebildet sein können. Die Fixierungselemente sind dabei stets so mit den Fixierungsaufnahmen der Deckplatten zu verspannen, dass die Fixierungselemente berührungsfrei außerhalb des Plattenstapels verlaufen, die Positionierungselemente hingegen von den Positionierungsaufnahmen der Stapelelemente des Plattenstapels aufgenommen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Positionierungselemente als Stangen oder Stäbe ausgebildet. Es können auch Profilstangen aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden, um das geöffnete oder teilweise verspannte Plattenmodul in Position zu halten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Positionierungselemente ausgebildet, die Stapelelemente und die weiteren Modulelemente des Plattenstapels zwischen den Deckplatten im unverspannten oder teilweise verspannten Zustand zu halten. Die Positionierungselemente verlaufen in einer Richtung parallel zur Richtung des Plattenstapels und werden bevorzugt bei der Montage, bei der Wartung, beim Transport oder beim Austausch einzelner Stapelelemente und weiterer Modulelemente eingesetzt. Die für die Verspannung vorgesehenen Fixierungselemente werden für den Austausch einzelner Modulelemente zumindest teilweise gelockert oder vollständig gelöst. Die Anzahl, die Anordnung und die geometrische Form der Positionierungsaufnahmen und der Positionierungselemente sind variabel.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung greifen die Positionierungselemente in die Positionierungsaufnahmen von außen lösbar ein. Die Positionierungselemente können in die Positionierungsaufnahmen der Deckplatten und in die Positionierungsaufnahmen der Stapelelemente derart eingreifen, dass die Positionierungselemente in einem Abstand seitlich entlang des Plattenstapel verlaufen. Somit können auch die Positionierungselemente dem gesamte Plattenmodul zugeführt oder diesen entnommen werden, ohne dass dabei eine Demontage einzelner Modulelemente des Plattenstapels oder des gesamten Plattenmoduls notwendig ist. Die Positionierungselemente können durch Schieben, Gleiten, Einhängen oder auf andere Weise mit den Positionierungsaufnahmen verbunden werden oder von diesen gelöst werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Positionierungsaufnahmen einer Deckplatte und/ oder eines Stapelelementes zu einer durch das Plattenmodul verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander angeordnet, so dass das Plattenmodul durch die in die Positionierungsaufnahmen eingreifenden Positionierungselemente in einem ausbalancierten Zustand getragen wird. Aufgrund der bevorzugt symmetrischen Ausbildung der Positionierungsaufnahmen sind mindestens zwei in die Positionierungsaufnahmen eingreifende Positionierungselemente zu einer durch das Plattenmodul verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander angeordnet. Durch den Abstand zwischen den Positionierungselementen und der Länge der Positionierungselemente spannen zwei oder mehr Positionierungselemente einen geometrischen Körper auf, der sich zu mindestens einer Seite hin verjüngt. Exemplarisch für viele weitere Ausführungsformen spannen drei Positionierungselemente im dreidimensionalen Raum ein gerades Prisma mit einem Dreieck als Grundfläche auf, vier Positionierungselemente entsprechend ein Trapez oder eine Raute. Aufgrund dieser Anordnung, können einzelne Plattenelemente des Plattenstapels in zumindest einer Richtung dem Plattenstapel gezielt entnommen und in diesen eingesetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Stapelelement mit einem Klemmrahmen ausgestattet, wobei der Klemmrahmen mit seinem äußeren Rand den Innenbereich eines Stapelelementes einfasst. Der Klemmrahmen ermöglicht es, Membranen ohne Anschweißen mit einem Stapelelementen zu verbinden und die zum Stofftransport vorgesehenen Membranen als auch die zur Abdichtung der Fluidkanäle vorgesehene Dichtelemente präzise zwischen zwei Stapelelemente lösbar einzuklemmen. Der Klemmrahmen wird mit einem in den Innenraum des Stapelelementes hineinragenden, abgeflachten Abschnitts eines Stapelelementes verbunden. Dieser Abschnitt eines Stapelelementes ist bevorzugt als Stufe ausgebildet, wodurch gewährleistet ist, dass nach dem Einsetzen der Membran und des Dichtelementes der äußere Rand des Klemmrahmens nicht über dem äußeren Rand des Stapelelementes übersteht. Andernfalls könnten sich Spalten zwischen zwei Stapelelementen ausbilden, an denen Flüssigkeit in das Plattenmodul ein- oder ausdringen könnte. Der äußere Rand eines Klemmrahmens wie auch der in den Innenraum des Stapelelementes hineinragende abgeflachte Abschnitt eines Stapelelemente sind bevorzugt als ebene Flächen ausgebildet. Der äußere Rand eines Klemmrahmens kann auch einen Abschnitt mit Vertiefungen für den Fluidtransport zur Membran aufweisen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Modulelemente Dichtelemente auf, wobei die Dichtelemente unverlierbar an den Modulelementen angeordnet sind. Die Modulelemente, insbesondere die Stapelelemente oder die Membranen sind mit Dichtelementen ausgestattet, die die einzelnen Modulelemente des Plattenmoduls flüssigkeitsdicht miteinander verbinden und Fluidkanäle voneinander abgrenzen. Hierfür können elastische Dichtelemente, wie Rundschnüre vorgesehen sein, die beispielsweise die Durchbrüche der Stapelelemente abdichten. Neben Rundschnüren können auch Profile und mehrfache Konturen vorgesehen sein. Des Weiteren können alle sonstigen bekannten Dichtungsmöglichkeiten verwendet werden, zum Beispiel durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellte Verbindungen. Die Dichtelemente werden aktiviert, sobald die an den Deckplatten verspannten Fixierungselemente die Modulelemente gegeneinanderdrücken. Die Dichtelemente können Fixierhilfen und Fixierhilfeaufnahmen für einen verstärkten Halt zu benachbarten Modulelementen aufweisen. So kann eine dichtende Fixierhilfe oder Fixierhilfeaufnahme Teil eines Dichtelementes sein oder als Ganzes als Dichtelement ausgebildet sein. Die Fixierhilfen und Fixierhilfeaufnahmen der Dichtelemente können in entsprechende Fixierhilfeaufnahmen und Fixierhilfen der impermeablen Elemente, der permeablen Elemente, der Stapelelemente, der Schaltelemente, der Versorgungselemente und weiterer Modulelemente eingreifen oder von diesen aufgenommen werden. Für die Fixierhilfe und das Dichtungselement können verschiedene Materialpaarungen vorgesehen sein, die getrennt voneinander recycelt werden können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Dichtelemente in die Modulelemente integriert. Durch beispielsweise Extrusionsdichtungen und Sinterdichtungen wird verhindert, dass beim Austausch einzelner Modulelemente Dichtelemente verrutschen oder sich lösen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Modulelemente Profile auf, die der Kontur der Dichtelemente entsprechen. Durch die Profilierung wird eine gezielte Stauchung angrenzender Dichtelemente erreicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechen die Dichtelemente in Abmessung und Form den Stapelelementen oder den weiteren Modulelementen.
Das erfindungsgemäße Plattenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 19 zeichnet sich dadurch aus, dass es mit einer vorderen Deckplatte, einer hinteren Deckplatte und mit einem zwischen den Deckplatten angeordneten Plattenstapel ausgestattet ist, wobei der Plattenstapel mehrere Modulelemente umfasst, welche eine oder mehrere Verdampfungs- und Kondensationsstufen einer durch das Plattenmodul strömenden Flüssigkeit bilden, wobei mindestens ein Modulelement mit einer Membran für einen Stofftransport ausgestattet ist. Dabei ist mindestens ein Modulelement mit einer Fixierhilfeaufnahmen ausgestattet und mindestens ein weiteres Modulelement mit einer Fixierhilfe. Die Fixierhilfe greift in die Fixierhilfeaufnahme ein, wodurch das zuerst genannte Modulelement an dem zweiten Modulelement fixiert wird. So können Stapelelemente, Membranen, Versorgungselemente, Schaltelemente, Dichtelemente, Filme, permeable und impermeable Elemente und andere für die Funktionalität eines Plattenmoduls wichtige Komponenten Fixierhilfeaufnahmen und Fixierhilfen aufweisen. Die Fixierhilfen gewährleisten einen sicheren Halt einzelner Komponenten an einem Stapelelement, wenn dieses bei der Montage, Demontage oder Wartung dem Plattenstapel entnommen wird. Die Fixierhilfen gewährleisten auch, dass mehrerer Stapelelemente und die zwischen den Stapelelementen angeordnete Komponenten in Form einer integralen Einheit gemeinsam dem Plattenstapel bei der Montage, Demontage oder Wartung entnommen werden können. Die Fixierhilfeaufnahmen können beispielsweise als Durchgangsöffnungen, Vertiefungen, Löcher, Kerben, Passungen oder Ösen ausgebildet sein. Die Fixierhilfen können einteilig mit einem Modulelement ausgebildet oder ein separates Bauteil darstellen, welches lösbar mit einem Modulelement verbunden werden kann. Hierzu zählen beispielsweise Schrauben, Stifte, Erhabenheiten, Haken, Hülsen, Stege, Noppen oder Ringe. Als lösbare Verbindungen eignen sich beispielsweise Schraubverbindungen, Steckverbindung, Klemmverbindungen oder Klettverschlüsse. Ferner können die Fixierhilfeaufnahmen den Innenbereich eines Stapelelementes vollumfänglich umschließen, beispielsweise in Form einer länglichen Nut mit geraden oder abgeschrägten Wänden zur Aufnahme eines Dichtelementes.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein
Modulelement sowohl mit einer Fixierhilfeaufnahme als auch mit einer Fixierhilfe ausgestattet. Auf diese Weise können an dem betreffenden Modulelement zwei weitere Modulelements fixiert werden. So können beispielsweise mittels Fixierhilfeaufnahme und Fixierhilfe an einem Stapelelement zwei Dichtelemente, zwei weitere Stapelelemente oder ein Dichtelement und ein Stapelelement fixiert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen als Ausnehmungen an einem Dichtelement ausgebildet. Die Fixierhilfeaufnahmen der Dichtelemente sind bevorzugt als
Durchgangsöffnungen, Vertiefungen, Sacklöcher, Kerben oder dergleichen ausgebildet, um Fixierhilfen aufzunehmen. Die Durchmesser und Querschnitte sowie die Anzahl und die Anordnung der Fixierhilfeaufnahmen sind dabei variabel. Je nach Wahl der Fixierhilfeaufnahme der Dichtelemente können die Fixierhilfen als Stifte, Hacken, Stäbe, Stege, Hülsen, Noppen, Ringe oder dergleichen ausgebildet sein. In die Fixierhilfeaufnahmen eines Dichtelementes eingreifende Fixierhilfen verstärken die Abdichtung zwischen zwei benachbarten Modulelementen und verstärken den Halt eines Dichtelementes an einem Modulelement bei der Montage, Demontage oder Wartung des Plattenmoduls sowie in dessen Betrieb.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die in die Fixierhilfeaufnahme eingreifende Fixierhilfe als ein über die umgebende Oberfläche des Stapelelementes überstehender Vorsprung ausgebildet. Der über die Oberfläche eines Stapelelementes überstehender Vorsprung kann als Stab, Stift, Hülse, Steg, Noppe, Knopf oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind diese Vorsprünge einteilig mit dem Stapelelement geformt. Sie können aus einem Stapelelement ausgefräst, durch ein urformenden Fertigungsverfahren (z.B. Spritzgussverfahren) oder durch ein umformendes Fertigungsverfahren (z.B. Tiefziehen) aus einem gemeinsamen Kunststoffformling hergestellt werden. Vorzugsweise sind die Vorsprünge in den für die Positionierung der Dichtelemente vorgesehenen Nuten eines Stapelelementes angeordnet. Ein als Fixierhilfe vorgesehener Stab kann beispielsweise eine als Loch ausgebildete Fixierhilfeaufnahme eines Dichtelementes aufnehmen. Die maximale Länge der Fixierhilfe entspricht in der Regel der Tiefe der Nut des Stapelelementes, so dass beispielsweise ein Ende des Stabes mit der Oberkante der Nut abschließt oder versenkt zu dieser angeordnet ist. Ansonsten würde sich zwischen zwei gestapelten Stapelelementen ein Spalt ausbilden, an welchem Flüssigkeit ein- und ausdringen könnte. In diesem Fall wäre eine Ausnehmung an der Unterseite des überliegenden Stapelelementes notwendig, welche, die die Oberkante eines Stapelelementes überragende Fixierhilfe aufnimmt. Die Länge der Fixierhilfe kann kleiner sein als die Tiefe der Nut des Stapelelementes. In diesem Fall kann das in die Nut des Stapelelementes eingelegte Dichtelement auch den Zwischenraum zwischen der Fixierhilfe und der Unterseite des benachbarten Stapelelementes ausfüllen. Die Breite der Fixierhilfe ist zumindest an dem der Nut zugewandten Ende der Fixierhilfe schmaler, als die Breite der Nut des Stapelelements, so dass das Dichtelement umfangseitig mit einem Abstand zum Rand der Nut in diese eingelegt werden kann. Zwischen dem Dichtelement und dem Rand der Nut bildet sich eine Volumenreserve aus, in welche sich das Dichtelement einschmiegen kann. Das Einschmiegen eines Dichtelementes in eine Nut ist beispielsweise beim Verpressen des Plattenstapels oder beim Eindringen von Flüssigkeit in feuchten Betriebsumgebungen zu beobachten. Das der Nut abgewandte Ende der Fixierhilfe kann in seiner Breite variieren. So kann beispielsweise ein Stab mit einem T-förmigen Kopf oder ein Druckknopf mit einer verbreiterten Oberfläche vorgesehen sein. Neben den Stapelelementen können auch die weiteren Modulelemente, beispielsweise die Membranen und die Dichtelemente mit Fixierhilfen und/ oder Fixierhilfenaufnahmen ausgestattet sein. Für die Fixierhilfen und die Fixierhilfeaufnahmen sind beliebige Materialpaarungen denkbar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die in die Fixierhilfeaufnahme eingreifenden Fixierhilfen lösbar mit einem Stapelelement verbunden. So kann vorgesehen sein, dass Stifte oder dergleichen in die Oberfläche eines Stapelelementes je nach Bedarf ein- und ausgesteckt beziehungsweise ein- und ausgeschraubt werden können. Die Anzahl und Anordnung der Fixierhilfen kann somit dem Anwendungsfall angepasst werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Dichtelemente und die Fixierhilfeaufnahme einteilig geformt. Aus den Dichtelementen können beispielsweise Durchgangsöffnungen oder längliche Ausnehmungen ausgenommen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das
Dichtelement und die als Vorsprung des Stapelelementes ausgebildete Fixierhilfe lösbar miteinander verbunden. Damit wird gewährleistet, dass sich das Dichtelement während der Montage, Demontage oder Wartung nicht aus der Nut löst, sofern dieses nicht selbst durch ein neues Dichtelement ausgetauscht werden soll. Zudem wird durch den lösbaren Verbund gewährleistet, dass das Dichtelement und das Stapelelement getrennt voneinander recycelt werden können. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das
Dichtelement und die Fixierhilfe einteilig ausgebildet. Es kann beispielsweise eine dichtende Fixierhilfe vorgesehen sein, die aus einem abdichtenden Teil und einen den abdichtenden Teil in der Nut eines Stapelelementes fixierenden Teil vorsieht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen und/ oder die Fixierhilfen lösbar an den Dichtelementen angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass je nach Form der Nut, der Stapelelemente oder weiterer Komponenten des Plattenmoduls unterschiedliche Fixierhilfeaufnahmen und Fixierhilfen vorgesehen sein können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen als Ausnehmung in den Stapelelementen ausgebildet. Die Ausnehmungen sind bevorzugt als Durchgangs- oder Gewindebohrungen, Vertiefungen, Sacklöcher, Kerben oder dergleichen ausgebildet. Die Fixierhilfeaufnahmen können auch unterschiedliche Durchmesser und Querschnitte aufweisen, so dass als Fixierhilfen vorgesehene Befestigungsmittel wie Schrauben mit unterschiedlichen Schraubenköpfen, beispielsweise Sechskantschrauben, Senkschrauben oder Gewindestifte aufgenommen werden können. Fixierhilfen, die in die Fixierhilfeaufnahmen in den Stapelelementen eingreifen, verbinden benachbarte Modulelemente zu einzelnen dem Plattenstapel entnehmbaren integrierten Einheit und verstärken somit die Verbindung zweier benachbarter Modulelemente.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die in die Fixierhilfeaufnahmen eingreifenden Fixierhilfen als längliche Bauteile ausgebildet und sind durch die die Ausnehmungen mindestens zweier Stapelelemente hindurchführbar. Die Fixierhilfen sind bevorzugt als Schrauben, Stifte, Flülsen oder dergleichen ausgebildet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen lösbar mit einem Stapelelement verbunden. Lösbare an den Stapelelementen angeordnete Fixierhilfeaufnahmen können beispielsweise Adapter für verschiedene Gewinde sowie Stopfen und Kappen sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen und/oder die Fixierhilfen lösbar an den Modulelementen angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umschließen die Fixierhilfeaufnahmen den Innenbereich eines Stapelelementes vollumfänglich. Als Fixierhilfeaufnahmen können in den Innenbereich eines Stapelelementes hineinragende abgeflachte Abschnitte, Stufen, Nuten und andere Vertiefungen vorgesehen sein. So können die Fixierhilfeaufnahmen länglich, kreisförmig, abgesetzt oder mit geraden bzw. schrägen Wänden ausgebildet sein um längliche, runde oder stöpfselförmige Fixierhilfen aufzunehmen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfeaufnahmen einteilig mit einem Modulelement ausgebildet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Fixierhilfen lösbar mit einem Modulelement verbunden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Fixierhilfe einteilig mit einem Modulelement ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Perspektivische Ansicht eines betriebsbereiten Plattenmoduls zur Membrandestillation, dessen Plattenstapel durch lösbar angeordnete Positionierungselemente und fest verspannte Fixierungselemente in Position gehalten ist.
Figur 2 Explosionsdarstellung des Plattenmoduls gemäß Figur 1 mit den Modulelementen des geöffneten Plattenstapels der ersten und der zweiten Stufe.
Figur 3 Modulelement ohne und mit Dichtelement des Plattenmoduls gemäß Figur 1 .
Figur 4 Dichtelement für den Innenbereich eines Stapelelementes und für den gesamten Rasterbereich eines Stapelelementes des Plattenmoduls gemäß Figur 1 .
Figur 5 Detailansicht der an den Stapelelementen und den impermeablen beziehungsweise permeablen Elementen angeordneten Fixierungshilfen sowie der Aufnahmen der Fixierungshilfen des Plattenmoduls gemäß Figur 1 .
Figur 5a Detailansicht der Fixierhilfeaufnahmen und Fixierhilfen eines
Modulelementes gemäß Figur 5
Figur 6 (links) asymmetrische Ausgestaltung der
Positionierungsaufnahmen eines Stapelelementes; (rechts) symmetrische Ausgestaltung der Positionierungsaufnahmen eines Stapelelementes. Figur 7a bis f Detailansichten des äußeren Rahmens eines Stapelelementes mit in Nuten angeordneten Dichtelementen, Fixierhilfen und Fixierhilfeaufnahmen
Figur 8a bis e Ausschnitte aus einem Stapelelement, Figur 9a bis g Stapelelement mit Klemmrahmen zum lösbaren Einklemmen einer Membran.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist ein Plattenmodul 1 zur Membrandestillation mit fünf Destillationsstufen in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Plattenmodul 1 weist eine vorderen Deckplatte 2, eine hintere Deckplatte 3 und einen zwischen den Deckplatten 2, 3 angeordneten Plattenstapel 4 auf, welcher mehrere hintereinander angeordnete Modulelemente 5 umfasst. Die Modulelemente 5 umfassen Stapelelemente 5a, welche mit ihrem äußeren Rand die Kontur des Plattenstapels vorgeben. Je nach Trennungsprozess und Prozessmedium können die Deckplatten 2, 3 und die Modulelemente 5 unterschiedliche Formen, Dicken und Materialien aufweisen. Vorliegend sind die Deckplatten 2, 3 und die Modulelemente 5 im Wesentlichen rechteckig geformt. Denkbar sind jedoch auch abgeschrägte, abgerundete sowie kreisförmige Formen. Die Deckplatten 2, 3 können auch als Platten mit Streben ausgebildet sein. Benachbarte Modulelemente 5 bilden eine Stufe aus. Einzelne Stufen werden durch Schaltelemente 6 voneinander getrennt. Hierbei handelt es sich um Platten, welche die Umkehr der Strömungsrichtung einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere des Prozessmediums bewirken. Das Prozessmedium wird über Versorgungselemente 7 an den Deckplatten 2, 3 dem Plattenmodul 1 zugeführt. Die Deckplatten 2, 3 und die Versorgungselemente 7 sind vorliegend zu einer Baugruppe zusammengefasst. Zur Erschließung der Verdampfungs-, Produkt- und Kondensatorkanälen ist die vordere Deckplatte 2 mit sechs Anschlüssen 8 ausgestattet. Vorliegend sind die Anschlüsse 8 frontal, seitlich, ober- und unterhalb angeordnet. Wesentlich ist, dass diese beim Austausch der Modulelemente 5 des Plattenstapels 4 nicht entfernt werden müssen. Vorliegend sind die Modulelemente 5, beispielsweise die Schaltelemente 6„T- förmig“ ausgebildet. Die obere Längsseite eines Modulelements 5 des Plattenstapels 4 ist als ein beidseitig über den Rand nach außen überstehender Haken 9 ausgebildet. Die seitlichen Kanten des Hakens 9 schließen bündig mit den seitlichen Kanten der vorderen Deckplatte 2 und der hinteren Deckplatte 3 ab. Die Oberkante des Hakens 9 ist zu den Oberkanten der Deckplatten 2, 3 versetzt. Dadurch wird ein freier Raum zwischen der Oberkante des Hakens 9 und der Oberkante der Deckplatten 2, 3 geschaffen. Jeder Haken 9 formt eine Positionierungsaufnahme 10 aus. Die Positionierungsaufnahmen 10 stützen sich gleich der Funktion eines Hängeregisters lösbar an den vorgesehenen stangenförmigen Positionierungselementen 11 ab. Auch an der Unterseite einer Deckplatte 2, 3 und an der Unterseite eines Modulelements 5 sind Positionierungsaufnahmen 10 zur Aufnahme der Positionierungselemente 11 vorgesehen, die sich an den unterhalb des Plattenstapels 4 verlaufenden stangenförmigen Positionierungselementen 11 abstützen. Gleich eines Trapezes weisen die Positionierungsaufnahmen 10 des Hakens 9 eines Modulelements 5 einen größeren Abstand zueinander auf, als die Positionierungsaufnahmen, welche an der Unterkante des Modulelements 5 angeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Positionierungsaufnahmen 10 der Deckplatten 2, 3. Vorliegend sind die Positionierungsaufnahmen 10 der Deckplatten 2, 3 an den seitlichen Kanten nahe den oberen Ecken sowie an der Unterseite nahe den unteren Ecken ausgebildet. Durch die vier stangenförmigen Positionierungselemente 11 welche in die Positionierungsaufnahmen 10 der Deckplatten 2, 3 und der Modulelemente 5 eingreifen wird ein Prisma mit der Grundfläche eines gleichschenkligen Trapezes geformt. Die Positionierungselemente 11 werden den Positionierungsaufnahmen 10 in Richtung des offenen Schlitzende entnommen und eingesetzt. Zum Lösen der Positionierungselemente 11 müssen keine weiteren Befestigungselemente gelöst oder der Plattenstapel 4 anderweitig demontiert werden. Ferner sind die Deckplatten 2, 3 mit Fixierungsaufnahmen
12 zur Befestigung der für die Verspannung eines Plattenmoduls 1 vorgesehenen Fixierungselemente 13 ausgestattet. Durch die Verspannung der Fixierungselemente 13 werden die benachbarten Modulelemente 5 sowie die Fluidkanäle flüssigkeitsdicht abgedichtet und somit das Plattenmodul in seinen betriebsbereiten Zustand versetzt. Vorliegend werden die Fixierungselemente
13 an schlitzförmig ausgebildeten Fixierungsaufnahmen 12 verspannt, welche ein abgerundeten und ein offenen Ende aufweisen. Die Fixierungselemente 13 verlaufen außerhalb des Plattenstapels 4 in einer Richtung parallel zu diesem. Die hierfür vorgesehenen freien Räume werden durch den Versatz der Modulelemente 5 zu den Ober- und Unterkanten der Deckplatten 2, 3 sowie durch die „T“ -förmige Ausgestaltung der Modulelemente 5 vollumfänglich geschaffen. In der Zeichnung sind acht stangenförmige Fixierungselemente 13 dargestellt, die an den acht Fixierungsaufnahmen 12 der Deckplatten 2, 3 fixiert werden und die die Deckplatten 2, 3 und die Modulelemente 5 derart miteinander verspannen, dass die Fixierungselemente 13 die Modulelemente 5 des Plattenstapels 4 nicht berühren. Die Positionierung der Fixierungsaufnahmen 12 ist derart gewählt, dass diese spiegelbildlich und rotationssymmetrisch zu zwei durch den Mittelpunkt einer Deckplatte 2, 3 und/oder durch den Mittelpunkt des Plattenmoduls 1 senkrecht zueinander verlaufenden Achsen angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die stangenförmigen Fixierungselemente 13 einen kleineren Durchmesser auf als die stangenförmigen Positionierungselemente 11. Den größten Durchmesser weisen die Lagerelemente 14 auf, die gewährleisten, dass die vordere Deckplatte 2 oder die hintere Deckplatte 3 in einer Richtung parallel zur Richtung des Plattenstapels 4 eine Gleitbewegung ausführen kann.
In Figur 2 ist eine Explosionsdarstellung eines geöffneten Plattenmoduls 1 mit den Modulelementen 5 der ersten und zweiten Stufe gezeigt. Die Modulelemente 5, die mit ihrem äußeren Rand die Kontur des Plattenstapels 4 ausbilden und als sogenannte Stapelelemente 5a bezeichnet werden, werden ausschließlich durch die Positionierungselemente 11 getragen. Die Stapelelemente 5a sind bevorzugt aus Kunststoff gefertigt und umschließen einen mit einem gitterartigen Abstandshalter 15, auch Spacer genannt, versehenen Innenbereich 16, auf dessen beiden Seiten in variabler Größe eine Membran 17 oder eine andere dünne technische Trennschicht und/oder ein (im)permeables Element 18, 19, insbesondere ein (un)durchlässiger Film angeordnet sind, die den Innenbereich 16 des Stapelelementes 5a überdecken. Der äußere Rahmen 20 eines Stapelelementes 5a wird durch Längs- und Querränder ausgebildet, kann jedoch auch durch andere umlaufende Ränder ausgebildet sein. Die technischen Trennschichten und Filme weisen ein Außenmaß auf, das den Innenbereich 16 eines Stapelelementes 5a vollständig abdeckt. Das Außenmaß der Trennschichten und der Filme kann dem Außenmaß des äußeren Rahmens 20 Stapelelementes 5a entsprechen, größer als dieses sein oder in einem Bereich zwischen dem Außenmaß des Innenbereichs 16 eine Stapelelementes 5a und dem Außenmaß des äußeren Rahmens 20 eines Stapelelementes 5a liegen. Prinzipiell können die Modulelemente 5 aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein, so dass bei verändertem Druck oder Temperaturen unterschiedliche thermische Expansionen oder thermische Kontraktionen auftreten können. Die Zu- und Abfuhrkanäle 21 für das Prozessmedium, dargestellt durch regelmäßig angeordnete quadratische Aussparungen in den äußeren Rahmen 20 der Stapelelemente 5a werden bevorzugt durch elastische Dichtelemente 22 abgedichtet, welche fertigungstechnisch auf die Oberfläche beziehungsweise in die Poren der Modulelemente 5 auf- bzw. eingebracht sind oder in auf der Oberfläche eines Modulelementes 5 ausgebildeten Nuten oder anderen Traghilfen verlaufen. Die Zu- und Abfuhrkanäle 21 können durch Durchbrechungen 23, insbesondere durch Vertiefungen und/ oder Hohlkammern mit dem Innenbereich 16 eines Stapelelementes 5a verbunden sein. Auch komplexe Strukturen der Zu- und Abfuhrkanäle 21 sowie die von einem Prozessmedium im Gegen-, Gleich- oder Kreuzström durchströmten Strömungskanäle können durch Dichtelemente 22 präzise, mehrfach und gezielt abgedichtet werden. Durch Fügen und/ oder in Kombination mit Dichtelementen 22 werden somit die Fluidkanäle in Stapelrichtung gezielt begrenzt. Eines der Stapelelemente 5a ist mit einer Fixierhilfe 25 ausgestattet. Diese ist als Vorsprung ausgestaltet, welcher über die umgebende Oberfläche des Stapelelements übersteht. Die Fixierhilfe ist wenige Millimeter lang. Sie greift in eine Fixierhilfeaufnahme 26 eines benachbarten Modulelements 5 ein. Im Gegensatz zu den außerhalb des Plattenstapels verlaufenden Fixierelementen 13 werden die Fixierhilfen 25 nicht an den Deckplatten 2, 3 verspannt.
In Figur 3 (links) ist exemplarisch eine Form für ein impermeables Element 18 und permeables Element 19 dargestellt, welches zumindest den Innenbereich 16 eines Stapelelementes überdeckt. Die impermeablen Elemente 18 und permeablen Elemente 19 können den äußeren Rahmen 20 eines Stapelelementes auch teilweise oder vollständig überdecken. Figur 3 (rechts) zeigt ein durch ein Dichtelement 22 abgedichtetes impermeables Element 18 oder permeables Elemente 19. Die Dichtelemente 22 können sowohl an den impermeablen Elementen 18, den permeablen Elementen 19, den Stapelelementes 5a, den Schaltelementen 6, den Versorgungselementen 7 oder weiteren Modulelementen 5 des Plattenstapels 4 ortsfest angeordnet oder in diese integriert sein. Die impermeablen Elemente 18 und die permeablen Elemente 19 können ein mit den zu einem Raster angeordneten Aussparungen deckungsgleiches Raster aufweisen. Die Aussparungen, also die Zu- und Abfuhrkanäle 21 für das Prozessmedium sind vorliegend quadratisch geformt. Die Aussparungen können jedoch auch andere Formen, beispielsweise eine runde oder vieleckige Form aufweisen. Die impermeablen Elemente 18 und die permeablen Elemente 19 können in ihrer Ausgestaltung weitestgehend der Ausgestaltung eines Stapelelementes entsprechen und somit mit Fixierhilfen, Fixierhilfeaufnahmen 26, Positionierungsaufnahmen und anderen Komponenten ausgestattet sein. In der Darstellung gemäß Figur 3 sind jedoch nur Fixierhilfeaufnahmen 26 erkennbar. Diese sind als Durchgangsöffnungen ausgebildet, welche mit korrespondierenden Fixierhilfeaufnahmen 26 an dem Stapelelement 5a zur Deckung gebracht werden können und mittels einer in Figur 3 nicht dargestellten Fixierhilfe fixiert werden können.
In Figur 4 (links) ist ein Dichtelement 22 dargestellt, das den Innenbereich 16 eines Stapelelementes 5a vollumfänglich abdichtet. In Figur 4 (rechts) sind Dichtelemente 22 dargestellt, die den Innenbereich 16 der Stapelelemente 5a, die Zu- und Abfuhrkanäle 21 sowie die rasterförmig angeordneten quadratisch geformten Aussparungen abdichten. Auch die in Figur 4 (rechts) abgebildeten Dichtelemente 22 sind mit Fixierhilfeaufnahmen 26a ausgestattet, die vorliegend als Ausnehmungen an den vier Ecken einer rechteckförmigen Formdichtung ausgebildet sind.
In den Figuren 5 und 5a sind Ausschnitte aus einem Plattenmodul gemäß Figur 1 gezeigt. Diese Darstellungen enthalten Detailansichten einer Fixierhilfe 25 und einer Fixierhilfeaufnahme 26. In Figur 5a ist gezeigt, dass das Stapelelement 5a eine Fixierhilfeaufnahme 26b in Form einer Durchgangsöffnung, eine Fixierhilfe 25a in Form eines Vorsprunges über die umliegende Oberfläche des Stapelelementes und eine Fixierhilfe 25b in Form einer Schraube aufweist. Das dem Stapelelement 5a benachbarte Dichtelement 22 weist eine Fixierhilfeaufnahme 26a in der Form einer Ausnehmung auf. Prinzipiell können Fixierhilfeaufnahmen 26 an einem Stapelelement 5a, an einem impermeablen Element 18, einem permeablen Elemente 19, an Dichtelementen 22, an Versorgungselementen 7 an Schaltelementen 6 und weiteren Modulelementen 5 des Plattenstapels 4 angeordnet sein. Die Fixierhilfen 25 verbinden benachbarte Stapelelemente 5a und/oder weitere Modulelemente 5 des Plattenstapels 4. Die Fixierhilfen 25a halten beispielsweise während der Montage, Demontage oder Wartung die Dichtelemente 22 punktgenau in den Nuten eines Stapelelementes 5a. Nach der Verspannung des Plattenstapels füllt das Dichtelement 22 den Leerraum zwischen der Fixierhilfe 25a und den Rändern der Nuten präzise aus. Ferner verbinden die Fixierhilfen 25b die Stapelelementes 5a und/oder weitere Modulelemente 5 zu einer neuen größeren integrierten Einheit, die als Ganzes dem Plattenstapel 4 eingesetzt oder entnommen werden kann. Die Fixierhilfen 25b verbinden dabei beispielsweise zwei Stapelelemente 5a derart beweglich miteinander, dass sich eine Registertasche ausbildet, welche ein impermeable Element 18 oder ein permeable Element 19 umschließt und als Ganzes dem Plattenstapel 4 entnommen und eingesetzt werden kann.
Figur 6 (links) zeigt einen Querschnitt eines Stapelelementes 5a mit zwei unterschiedlich ausgebildeten Positionierungsaufnahmen 10, wobei die Positionierungsaufnahmen 10 als dreieckige Positionierungsaufnahme 10 und als Positionierungsaufnahme 10 mit ebener Grundfläche ausgestaltet sind. Die ungleiche Ausgestaltung der Positionierungsaufnahmen 10 eines Stapelelementes 5a ist ein für einen Nichtfachmann leicht verständlicher Montagehinweis. Der Nichtfachmann wird dazu befähigt die Stapelelemente 5a und die weiteren Modulelemente 5 des Plattenstapels 4 präzise, schnell und korrekt auszutauschen beziehungsweise das Plattenmodul 1 zu montieren oder zu warten. Figur 6 (rechts) zeigt einen Querschnitt eines Stapelelementes 5a mit zwei identisch ausgebildeten Positionierungsaufnahmen 10. Die beiden Positionierungsaufnahmen 10 weisen einen bogenförmigen Verlauf auf. Auch die gleiche Ausgestaltung kann als Montagehinweis für einen Nichtfachmann dienen. Die Fixierungshilfen 25 und Fixierungsaufnahmen 26 sind im äußeren Rahmen 20 des Stapelelementes 5a angeordnet.
In der Figur 7a ist ein Stapelelement 5a mit einem Dichtelement 22 dargestellt. Figur 7b zeigt den in Figur 7a mit einem Kreis A markierten Ausschnitt. Figur 7c zeigt den mit B-B in Figur 7b markierten Schnitt. Figur 7d zeigt in Figur 7c mit B1 markierten Ausschnitt. Figur 7e zeigt den in Figur 7b mit C-C markierten Schnitt. Figur 7f zeigt den in Figur 7e mit D markierten Ausschnitt. Das Dichtelement 22 ist in Nuten 24 des äußeren Rahmens 20 des Stapelelementes 5a angeordnet. Die Schnittzeichnung B-B gemäß Figur 7c zeigt einteilig mit dem Stapelelement 5a ausgebildete Fixierhilfen 25a zum Einführen in eine Fixierhilfeaufnahme 26a eines Dichtelementes 22. Die Fixierhilfe 25 ist als Steg innerhalb einer Nut 24 ausgebildet. Das Stapelelement weist ferner eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Fixierhilfeaufnahme 26b zum Aufnehmen einer separaten Fixierhilfe 26a, beispielsweise einer nicht dargestellten Schraube, zum Verbinden zweier Stapelelemente 5a zu einer integralen Einheit auf. Ferner sind benachbart zu den Zu- und Abfuhrkanälen 21 für das Prozessmedium weitere Fixierhilfen 25a vorgesehen. Diese sind im Unterschied zu den obigen Fixierhilfen lösbar mit dem Stapelelement 5a verbunden. Es handelt sich hierbei ebenfalls um einen Steg, der über die umgebende Oberfläche vorsteht. Figur 7d ist eine Detailansicht des Ausschnittes B.1 der Figur 7c. Die Darstellung zeigt, dass die in der Nut 24 des Stapelelementes 5a angeordnete Fixierhilfe 25a ein T-förmig verbreitertes Ende aufweist, welches bündig mit der Oberfläche des Stapelelementes 5a abschließt. Die Figuren 7e und 7f sind Detailansichten des Schnittes C-C gemäß Figur 7a und zeigen die Volumenreserve zwischen der Fixierhilfeaufnahme 26a des Dichtelementes 22 und dem Rand der Nut 24 des Stapelelementes 5a. Die Fixierhilfeaufnahme ist als Ausnehmung in dem Dichtelement 22 ausgebildet. Durch diese Durchgangsöffnung wird die als Steg ausgebildete Fixierhilfe 25a eingeführt.
In Figur 8a ist ein Ausschnitt eine Stapelelements 5a gezeigt, welches längliche Nuten 24 zur Aufnahme eines Dichtelements 22 aufweist. Figur 8b zeigt einen Schnitt durch den Abschnitt des Stapelelements 5a gemäß Figur 8a entlang der in Figur 8a mit A-A gekennzeichneten Ebene. Figur 8c zeigt den in Figur 8b mit B gekennzeichneten Ausschnitt. Figur 8d zeigt den in Figur 8b mit C gekennzeichneten Ausschnitt. Figur 8e zeigt den Ausschnitt des Stapelelements 5a gemäß Figur 8a in perspektivischer Ansicht. Die Dichtelemente 22 weisen vorliegend runde und eckige Querschnitte auf, die in die Nuten 24 mit geraden oder abgeschrägten Wänden eingelegt sind. Vorliegend sind die Dichtelemente 22 als Rundschnüre, O-Ringe oder Flachdichtung ausgebildet. Die Dichtelemente können Fixierhilfeaufnahmen aufweisen, welche in Figur 8 nicht dargestellt sind. In diesem Fall weisen die Fixierhilfeaufnahmen eine abschnittsweise verengte und verbreiterte Form auf, welche durch eckige und geschwungene Abschnitte ausgebildet ist. In den Figuren 9a bis f ist ein Stapelelement 5a mit einem Klemmrahmen 27 zum lösbaren Einklemmen einer Membran 17 einschließlich eines Dichtelementes 22 dargestellt. Figur 9a zeigt das Stapelelement 5a mit dem Klemmrahmen 27 in einer Aufsicht. Figur 9b zeigt den in Figur 9a mit B gekennzeichneten Ausschnitt. Figur 9c zeigt den in Figur 9a mit A-A gekennzeichneten Schnitt. Figur 9d zeigt den mit C in Figur 9c gekennzeichneten Ausschnitt. Figur 9e zeigt den in Figur 9b mit D-D gekennzeichneten Schnitt. Figur 9f zeigt den Klemmrahmen 27 in perspektivischer Ansicht. Figur 9g zeigt den in Figur 9f mit E markierten
Ausschnitt. Der Klemmrahmen 27 liegt auf einem in den Innenraum des
Stapelelementes 5a hineinragenden, abgeflachten Abschnitt des Stapelelementes 5a auf und schließt mit seinem äußeren Rand den Innenbereich 16 des Stapelelementes 5a ein. Die Detailansicht B mit dem Schnitt D-D zeigt, dass der Klemmrahmen mit den Ausnehmungen des Stapelelementes 5a für den Fluidtransport verbunden ist. Die Detailansicht C zeigt, dass zwischen dem abgeflachten Abschnitt des Stapelelementes 5a und dem Klemmrahmen 17 das Dichtelement 22 und die Membran 17 eingeklemmt sind. Der äußere Rand des Klemmrahmens 27 schließt bündig mit dem äußeren Rand des Stapelelementes 5a ab, so dass zur Erweiterung des Plattenstapels ein weiteres Stapelelement spaltfrei auf dem vorherigen Stapelelement gestapelt ist. Die Detailansicht E zeigt, dass die Unterseite des Klemmrahmens 27 eben ausgestaltet ist und die Oberseite des Klemmrahmens an den für den Fluidtransport vorgesehenen Stellen Ausnehmungen aufweist.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszahlen
1 Plattenmodul
2 Vordere Deckplatte
3 Hintere Deckplatte
4 Plattenstapel
5 Modulelement
5a Stapelelement
6 Schaltelement
7 Versorgungselement
8 Anschlüsse
9 Haken
10 Positionierungsaufnahme
11 Positionierungselement
12 Fixierungsaufnahme
13 Fixierungselement
14 Lagerelement
15 Abstandshalter
16 Innenbereich eines Stapelelementes
17 Membran
18 Impermeables Element
19 Permeables Element
20 Äußerer Rahmen eines Stapelelementes
21 Zu- und Abfuhrkanäle für das Prozessmedium
22 Dichtelement
23 Durchbrechung
24 Nut
25 Fixierhilfe
25a Fixierhilfe an einem Stapelelement
25b Fixierhilfe in Form eines länglichen Bauteils
26 Fixierhilfeaufnahme a Fixierhilfeaufnahme an einem Dichtelementb Fixierhilfeaufnahme an einem Stapelelement Klemmrahmen

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Plattenmodul (1 ) zur Membrandestillation
mit einer vorderen Deckplatte (2) und einer hinteren Deckplatte (3), mit einem zwischen den Deckplatten (2,3) angeordneten Plattenstapel (4) umfassend mehrere Modulelemente (5), welche eine oder mehrere
Verdampfungs- und Kondensationsstufen einer durch das Plattenmodul (1 ) strömenden Flüssigkeit bilden, wobei mindestens ein Modulelement (4) mit einer Membran für einen Stofftransport ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
es mit Fixierungselementen (13) ausgestattet ist, die die vordere und hintere Deckplatte (2,3) miteinander verspannen, wodurch die Modulelemente (5) des Plattenstapels (4) zwischen den beiden Deckplatten (2,3) gehalten sind,
die Deckplatten (2,3) an ihren Rändern mit Fixierungsaufnahmen (12) ausgestattet sind, in welchen die Fixierungselemente (13) gehalten sind,
wobei die Fixierungselemente (13) berührungsfrei außerhalb des Plattenstapels verlaufen.
2. Plattenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckplatten (2, 3) zumindest abschnittsweise ein größeres Außenmaß aufweisen als der Plattenstapel (4).
3. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierungssaufnahmen (12) seitlich über den Rand der Deckplatte (2, 3) nach außen überstehen.
4. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierungssaufnahmen (12) durch
Ausnehmungen in den Deckplatten (2, 3) gebildet sind
5. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente (13) mindestens ein längliches Bauteil aufweisen.
6. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens zwei Fixierungsaufnahmen (12) der Deckplatten (2, 3) zu einer durch das Plattenmodul (1 ) verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander angeordnet, so dass das Plattenmodul (1 ) durch die in die Fixierungsaufnahmen (12) eingreifenden
Fixierungselemente (13) gleichmäßig verspannbar ist.
7. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Modulelemente (5) Stapelelemente (5a) umfassen, welche mit ihrem äußeren Rand die Kontur des Plattenstapels (4) vorgeben.
8. Plattenmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckplatten (2, 3) an ihren Rändern und die Stapelelemente (5a) an ihren Rändern mit Positionierungsaufnahmen (10) ausgestattet sind, welche Positionierungselemente (11 ) von außen lösbar aufnehmen und dabei Deckplatten (2, 3) und Stapelelemente (5a) relativ zueinander ausrichten.
9. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Positionierungsaufnahmen (10) seitlich über den Rand der Stapelelemente (5a) nach außen überstehen.
10. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsaufnahmen (10) durch Ausnehmungen in den Stapelelementen (5a) gebildet sind.
11. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Positionierungsaufnahmen (10) als Schlitze, Freiräume, Ösen, Haken oder Passungen ausgebildet sind.
12. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Positionierungselemente (11 ) ausgebildet sind, die Stapelelemente (5a) zwischen den Deckplatten (2, 3) im
unverspannten oder teilweise verspannten Zustand zu halten.
13. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Positionierungselemente (11 ) in die
Positionierungsaufnahmen (10) von außen lösbar eingreifen.
14. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens zwei Positionierungsaufnahmen (10) einer Deckplatte (2, 3) und/oder eines zu einer durch das Plattenmodul (1 ) verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich oder durch eine
Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch zueinander angeordnet, so dass das Plattenmodul (1 ) durch die in die Positionierungsaufnahmen (10) eingreifenden Positionierungselemente (11 ) in einem ausbalancierten Zustand getragen ist.
15. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stapelelement (5a) mit einem Klemmrahmen (27) ausgestattet ist und dass der Klemmrahmen (27) mit seinem äußeren Rand den Innenbereich eines Stapelelementes (16) einfasst.
16. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Modulelemente (5) Dichtelemente (22) aufweisen, und dass die Dichtelemente (22) unverlierbar an den
Modulelementen (5) angeordnet sind.
17. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (22) in die Modulelemente (5) integriert sind.
18. Plattenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Modulelemente (5) Profile aufweisen, die der Kontur der Dichtelemente (22) entsprechen.
19. Plattenmodul (1 ) zur Membrandestillation
mit einer vorderen Deckplatte (2) und einer hinteren Deckplatte (3), mit einem zwischen den Deckplatten (2,3) angeordneten Plattenstapel (4) umfassend mehrere Modulelemente (5), welche eine oder mehrere
Verdampfungs- und Kondensationsstufen einer durch das Plattenmodul (1 ) strömenden Flüssigkeit bilden, wobei mindestens ein Modulelement (4) mit einer Membran (17) für einen Stofftransport ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens ein Modulelement (5) eine Fixierhilfeaufnahme (26, 26a, 26b) aufweist und dass mindestens ein weiteres Modulelement (5) eine Fixierhilfe (25, 25a, 25b) aufweist, welche in die Fixierhilfeaufnahme (26, 26a, 26b) eingreift.
20. Plattenmodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierhilfeaufnahmen (26a) als Ausnehmungen an einem Dichtelement (22) ausgebildet sind.
21. Plattenmodul nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Fixierhilfeaufnahmen (26a) eingreifenden Fixierhilfen (25a) als ein über die umgebende Oberfläche des Stapelelementes (5a) überstehender Vorsprung ausgebildet sind.
22. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch
gekennzeichnet, dass die in die Fixierhilfeaufnahme (26a) eingreifende Fixierhilfe (25a) lösbar mit einem Stapelelement (5a) verbunden ist.
23. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) und die Fixierhilfeaufnahme (26a) einteilig geformt sind.
24. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) und die als Vorsprung des Stapelelementes (5a) ausgebildete Fixierhilfe (25a) lösbar miteinander verbindbar sind.
25. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) und die Fixerhilfe (25a) einteilig ausgebildet sind.
26. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierhilfeaufnahmen (26a) und/ oder die Fixierhilfen (25a) lösbar an den Dichtelementen (22) angeordnet sind.
27. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierhilfeaufnahmen (26b) als Ausnehmung in den Stapelelementen (5a) ausgebildet sind.
28. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass die in die Fixierhilfeaufnahmen (26b) eingreifenden Fixierhilfen (25b) als längliche Bauteile ausgebildet sind, welche durch die Ausnehmungen mindestens zweier Stapelelemente (5a) hindurchführbar sind.
29. Plattenmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fixierhilfeaufnahmen (26, 26a, 26b) den Innenbereich eines Stapelelementes (16) vollumfänglich umschließen.
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