WO2023169630A1 - Monolithic membrane filter - Google Patents

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WO2023169630A1
WO2023169630A1 PCT/DE2023/100174 DE2023100174W WO2023169630A1 WO 2023169630 A1 WO2023169630 A1 WO 2023169630A1 DE 2023100174 W DE2023100174 W DE 2023100174W WO 2023169630 A1 WO2023169630 A1 WO 2023169630A1
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fluid
carrier fluid
carrier
filter
mouth collector
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PCT/DE2023/100174
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Inventor
Ulrich Meyer-Blumenroth
Gisela Jung
Original Assignee
InnoSpire Technologies GmbH
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    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06Tubular membrane modules
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D63/06Tubular membrane modules
    • B01D63/066Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
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    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0041Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state
    • B01D67/00415Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state by additive layer techniques, e.g. selective laser sintering [SLS], selective laser melting [SLM] or 3D printing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2313/10Specific supply elements
    • B01D2313/105Supply manifolds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2313/125Discharge manifolds
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    • B01D2321/00Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/20By influencing the flow
    • B01D2321/2033By influencing the flow dynamically

Definitions

  • the present invention relates to monolithic components, in particular as membrane filters.
  • Membrane filters for filtering or separating substances from mostly liquid mixtures are known as such.
  • a mixture can be a disperse medium or, for example, a solution in which further components are dissolved in a base material.
  • Membrane filters are used in various areas of application, e.g. E.g. in the treatment of water and food, in the production of pharmaceutical products, in biotechnological, medical or chemical processes or applications.
  • An example of such an application could be the separation of alcohol from beer to produce alcohol-free beer. A particularly gentle process preferably allows alcohol to be removed with minimal taste impairment.
  • Another application can be the separation of cells and cell fragments from active ingredient solutions in the biotechnological production of pharmaceuticals. For example, there are constant attempts to increase the throughput of medium to be filtered or to further reduce costs. Different areas of application may require different designs. In contrast to medical devices, technical systems require much larger membrane surfaces.
  • modules made of polymer materials such as. e.g., PP typically cannot withstand higher loads such as temperatures of over 60 °C or higher transmembrane pressures (over 3 bar), or at least not over longer periods of time without damage. However, this is desirable for numerous areas of application.
  • membrane filters are now manufactured as standardized products with a specified geometry, whereby adaptations to special requirements from process control, such as for high viscosities and/or low pressure losses during flow or for difficult installation environments, are practically impossible or not provided for. as the resulting lower unit numbers would drive unit costs into unsaleable regions.
  • the present invention has set itself the task of further improving the solutions already presented.
  • the task is, on the one hand, to further improve the flow guidance and to reduce or prevent fluid dead spots.
  • another aspect of the task is to further optimize the design of the components in order to either save costs, simplify production, further increase the resistance of the components to external influences, in particular the mechanical resilience, and/or something else to make more adverse process parameters such as higher pressures manageable without components failing.
  • the present invention therefore also fulfills the further aspect of reducing production costs during manufacture and/or increasing the service life of filter modules or components in tough technical use and thus improving economic efficiency.
  • the present invention also provides a filter that can be easily adapted and which can be optimized in the manufacturing process for the specific subsequent application with regard to, for example, the parameters of filtration performance, delivery rate, volumetric or mass flow of fluid and/or the mechanical resilience or resistance to mechanical influences.
  • a separation is, for example, the filtering of a fluid, i.e. the removal of substances, for example from a solution, the stripping or separation of suspended matter from a disperse medium such as a suspension.
  • the invention is not limited to this.
  • the present invention focuses in an underlying idea and in a further aspect of the invention on providing monolithically constructed components for the production of filter modules.
  • Such monolithic components such as membrane filters in particular, can be additively shaped in the light of the present invention and/or have an intrinsic porosity.
  • all components can be made from a uniform starting material.
  • Monolithic components are also typically manufactured as a whole and preferably without interruption. Due to the lack of joined component-to-component transitions, they are characterized by extreme robustness in use and can also be optimized in terms of their size and thus the filtration capacity for their intended use. There are various already known additive manufacturing processes that offer great scope for design. Typically, the elements to be manufactured are built up in layers. However, the previously known methods of additive manufacturing are inadequate in various respects, particularly for use in the construction of membrane modules, and are only ready for use with the present invention.
  • Additive manufacturing also allows, for example, the production of geometries that are not possible with previously known processes for producing membranes or membrane modules. Particular emphasis should be placed on three-dimensional geometries that are prepared in such a way that a damping or force-absorbing shape can be provided. For example, there is often an application of force in the longitudinal extent of the membrane modules, whereby even if the membrane modules are inserted without tension into the respective holder or device, a change in length can occur during operation due to a change in temperature or chemical action and the membrane module or modules are subjected to tension.
  • the membrane module or modules are therefore preferably designed to be stress-tolerant, in particular longitudinal stress-tolerant. This voltage tolerance can be continually improved.
  • the membrane module(s) can be provided in a stress-tolerant manner in that an inherent spring effect of the membrane module(s) is present or can be exploited, so that compression of the individual membrane tubes causes the membrane tubes to deflect.
  • the deflection of the membrane tube can be caused by twisting, or an arch formation or the like.
  • the stress-tolerant design of the membrane tubes or membrane modules can also include a cross-stress-tolerant provision.
  • Membrane modules are occasionally also exposed to transverse stresses, for example if they are not inserted precisely into the respective holder and the membrane module compensates for the inaccurate installation by twisting. This torsion can be transferred to the membrane tubes inside the membrane module.
  • porous material systems for additive manufacturing described in the present invention also allows, for example, the reproducible production of porous components with an average pore size of up to less than 1 m.
  • the geometric resolution of the application device is only for the general shape of the component or the membrane filter is relevant, but not for the specific pore size of the membrane filter.
  • a monolithic component includes a carrier fluid inlet and a carrier fluid outlet.
  • the carrier fluid inlet and outlet lead the carrier fluid from outside the monolithic component into and out of the monolithic component, i.e. the flow leads in particular into or through a permeable structure.
  • the monolithic component comprises the monolithically constructed and at least partially or partially permeable structure arranged between the carrier fluid inlet and the carrier fluid outlet.
  • the permeable structure is designed to ensure mass exchange or filtering of components of the carrier fluid.
  • the carrier fluid therefore carries components that are removed from the carrier fluid in the permeable structure.
  • the monolithic component is therefore preferably used as or for a device for separating components from a fluid, namely the carrier fluid.
  • the monolithic component is therefore typically prepared to receive and discharge the carrier fluid on the carrier side and an enveloping fluid on the enveloping side.
  • the carrier fluid and possibly also the sheath fluid can flow through the monolithic component to provide a carrier flow and possibly a sheath flow in the monolithic component.
  • the monolithic component can be present as an integrated filter module.
  • the monolithic component further includes a mouth collector disposed between the carrier fluid drain and the permeable structure.
  • the mouth collector distributes the carrier fluid to subregions of the permeable structure, which can be tubular or membrane tubes, for example.
  • a carrier fluid reservoir is formed, so that the permeable structure is in fluid communication with the carrier fluid reservoir.
  • the mouth collector can also be referred to as a fluid distributor, fluid collector or funnel collector. In the mouth collector, the fluid flows from the permeable structure unite or the fluid flows branch off into subregions of the permeable structure.
  • the orifice collector is formed integrally with the carrier fluid drain and the permeable structure.
  • the carrier fluid drain therefore merges integrally into the mouth collector, and the mouth collector merges integrally into the permeable structure.
  • the carrier fluid drain, mouth collector and permeable structure therefore form a three-dimensional, possibly interlocking structure.
  • the mouth collector is arranged between the carrier fluid outlet - or carrier fluid inlet, depending on the side of the component - on one side and the permeable structure on the other side and can be used as a connecting piece between them.
  • the permeable structure can extend into the mouth collector in some areas.
  • the permeable structure is prepared and arranged to permeably separate an envelope side from a carrier side at least partially and/or at least in regions.
  • a carrier fluid can be provided on the carrier side of the permeable structure.
  • the carrier fluid can, for example, flow from the carrier fluid inlet through the carrier side of the porous structure to the carrier fluid outlet, i.e. once through the monolithic component, the permeable structure being prepared to ensure a mass transfer of the carrier fluid to the envelope side, in particular a transfer from the carrier fluid into an envelope fluid and/or from a sheath fluid into the carrier fluid.
  • the permeable or porous material structure therefore permeably separates an envelope side from a carrier side, so that the porous material structure can be referred to as a membrane for the permeable separation of the envelope fluid from the carrier fluid.
  • a second mouth collector can preferably be arranged between the carrier fluid inlet and the permeable structure.
  • the second orifice collector may be formed integrally with the carrier fluid inlet on one side and the permeable structure on the other side.
  • the second mouth collector can be constructed mirror-symmetrically to the (first) mouth collector.
  • carrier fluid inlet, mouth collector, permeable structure, second mouth collector and possibly also the Carrier fluid drain must be formed or constructed in one piece, so that there are no separation points that reduce the tightness and therefore no seals have to be used.
  • the permeable structure can preferably comprise filter capillaries, in particular membrane capillaries.
  • the filter capillaries can also merge in one piece into the mouth collector and/or the second mouth collector.
  • the filter capillaries can therefore be viewed as a one-piece structural extension of the mouth collector, although it may be preferred if the filter capillaries protrude into the installation space of the mouth collector.
  • the membrane tubes or filter capillaries are designed to be voltage tolerant, in particular longitudinal voltage tolerant, but also transverse voltage tolerant. If the first end face and the second end face are arranged parallel to one another, a longitudinal tension can imply an application of force to the membrane tubes or filter capillaries, in which the end faces remain arranged parallel to one another, but may be displaced in parallel; A longitudinal tension that increases to a certain extent can result in an evasive movement of the end faces towards one another.
  • the membrane tubes or filter capillaries are subjected to force along their main direction of extension, i.e. typically compressed, but also elongated. The membrane tubes or filter capillaries may break.
  • a transverse stress can imply that a force is applied to the membrane tubes or filter capillaries, in which the end faces are tilted towards one another, i.e. a force is applied perpendicular to the main direction of extension of the membrane tubes or filter capillaries.
  • the membrane tubes or filter capillaries are designed to be stress-tolerant, then they can be subjected to a higher degree of longitudinal stress and/or transverse stress than a comparable straight membrane tube or filter capillary.
  • the geometry of the membrane tubes or filter capillaries in particular is constructed in such a way that a higher longitudinal stress, or transverse stress, can be absorbed without the membrane tubes or filter capillaries breaking.
  • a membrane tube or a filter capillary that is designed to be stress-tolerant is a spring-like compressible membrane tube or filter capillary.
  • the membrane tube or the filter capillary can be compressed by 1 mm or more without being damaged or destroyed, preferably by 2 mm or more, more preferably by 5 mm or more, even more preferably by 10 mm or more, finally preferred by 20 mm or more.
  • the length change tolerance - i.e.
  • the change in length that results when tension is applied due to the tension tolerance of the membrane tube or the filter capillary - 0.1% of the original length or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.5% or more, even more preferably 1% or more, and finally 2% or more of the original length of the membrane tube or filter capillary.
  • Stress tolerant can also be understood as elastic, stress-distributing or stress-reducing, because stress peaks in inelastic areas are distributed over a larger component area, but may even be reduced overall if the component allows deformation as a result. It is particularly preferred that the membrane tubes or filter capillaries are designed to dissipate stress, because if the membrane tubes or filter capillaries can yield under force, e.g. compress like a spring, and at the same time the component housing is designed to be stiff enough, then the applied tension, e.g. the compressive stress, can the component housing can be derived and absorbed by it.
  • force e.g. compress like a spring
  • the monolithic component can include one or more enveloping fluid channels.
  • the enveloping fluid channel(s) is/are in particular prepared to guide the flow of an enveloping fluid, at least in sections along the monolithic component.
  • the enveloping fluid channels can, for example, merge in one piece into the mouth collector and/or the second mouth collector.
  • the filter capillaries can each have a capillary outlet.
  • the capillary outlets can then further form a sheath fluid closure for shutting off the sheath fluid from the carrier fluid inlet and merge integrally into the mouth collector.
  • the capillary outlets form a closed wall which separates a carrier fluid side in the area of the mouth collector from an enveloping fluid side.
  • the capillary outlets can provide reduced flow resistance for the carrier fluid flowing through, with a reduction in turbulence and/or pressure fluctuations in the course of the flow.
  • the capillary outlets can, for example, have a conical, conical shell-shaped, parabolic or torus-shaped inner surface design.
  • the flow-guiding surface design is in particular arranged or constructed concentrically around the mouth. Furthermore, the capillary outlets can protrude into the mouth collector.
  • the monolithic component may further comprise a casing which is monolithically formed with at least one of a permeable structure, a mouth collector, a second mouth collector, a carrier fluid inlet or a carrier fluid outlet.
  • the casing is designed to be monolithic with all of the aforementioned structures, that is to say with a permeable structure, mouth collector, second mouth collector, carrier fluid inlet and carrier fluid outlet.
  • the sheathing fluid channels can form an integral part of the casing, so that the casing forms part of the inside of the sheathing fluid channels.
  • the enveloping fluid channels can be arranged immediately adjacent to the casing, preferably designed integrally with the casing, for example as a bulge or cavity, so that the inside of a cladding fluid channel is also located on the inside of the casing.
  • An inner support structure can be provided in the monolithic component, which is formed in one piece with at least one of the casing, the enveloping fluid channels, the permeable structure, the mouth collector or the second mouth collector, preferably monolithically formed with all of the aforementioned structures.
  • the inner support structure can support the housing inwards towards the muzzle collector.
  • the enveloping fluid channels can be formed integrally with the support structure.
  • the inner support structure can each be placed with a support arm on one of the enveloping fluid channels and be formed integrally with the respective enveloping fluid channel.
  • the mouth collector and/or the second mouth collector can preferably be designed to taper conically.
  • the taper can also be designed in an analogous or very similar truncated cone shape.
  • the carrier fluid inlet or carrier fluid outlet has a smaller diameter than the permeable structure, so that the flow from the carrier fluid supply in the mouth collector is expanded to the width of the permeable structure - or is summarized again in the second mouth collector in the direction of the carrier fluid outlet.
  • an envelope fluid can be provided, so that both the carrier fluid and the envelope fluid can flow in or through the monolithic component and the carrier fluid can flow by means of the permeable structure is separated from the enveloping fluid.
  • the permeable structure can also be designed to be semi-permeable or selectively permeable.
  • the permeable structure can also be designed to be permeable, for example for substances and/or particles with a size smaller than 10 m, preferably smaller than 2 m, more preferably smaller than 0.5 pm.
  • the filter capillaries of the permeable structure can be designed as a plurality of elongated membrane tubes which integrally connect the mouth collector of the monolithic component with the second mouth collector.
  • the membrane tubes or filter capillaries can also have an inside, with the insides of the membrane tubes or filter capillaries forming the carrier side.
  • the carrier fluid can therefore flow along the inside.
  • the membrane tubes or filter capillaries can also form part of the envelope side on their outsides, whereby the envelope fluid can flow along the outside.
  • the membrane tubes or filter capillaries can also have a tubular or tubular design.
  • the filter capillaries can also be helically shaped, for example divided into triple helixes.
  • Helically shaped filter capillaries offer the advantage of better material exchange on the inside when carrier fluid flows through.
  • helically shaped membrane tubes have an advantage when subjected to loads in the direction of the main axis of the membrane tube bundle or the triple helix. Such a load can occur during operation when there are rapid changes in the temperature of the fluid flowing through.
  • the membrane tube bundle wants to expand according to the temperature, but is prevented from doing so by the still cold casing. The same applies to rapid temperature drops.
  • the triple helix or generally the helical shape can act like a coil spring.
  • a stress-tolerant monolithic component can be provided, in particular longitudinal stress-tolerant, which can absorb higher stresses, in particular longitudinal stresses caused by temperature differences, before fatigue or even breakage of one or more filter capillaries occurs.
  • filter capillaries can be shaped like a meander or wavy line to improve the mixing of the fluids and possibly to increase a damping effect or elastic flexibility in the direction of the main axis of extension of the filter capillary. It is also possible to use variable cross-sectional geometries of filter capillaries to increase the mixing of the flowing carrier fluid.
  • the carrier fluid inlet can be a carrier fluid connection element which is monolithically formed with the mouth collector and the porous structure for connection to a fluid guide such as a hose or a pipe.
  • the carrier fluid connection element can preferably have means for releasably connecting the hose or pipe, such as a connecting thread.
  • the carrier fluid drain can have a second carrier fluid connection element which is designed monolithically with the second mouth collector and the permeable structure for connection to a fluid guide such as a hose or a pipe.
  • the second carrier fluid connection element can also include means for releasably connecting the hose or tube, such as a screw thread.
  • At least one sheath fluid connection formed monolithically with the permeable structure and/or the sheath fluid channels can be provided.
  • the monolithic component can have a sheath fluid ring distributor, in particular for connecting the sheath fluid connection and/or for connecting the sheath fluid channels.
  • the sheath fluid ring distributor can distribute the sheath fluid from the sheath fluid connection into the individual sheath fluid channels.
  • the enveloping fluid ring distributor can be placed on the housing of the monolithic component from outside the housing, for example by making the enveloping fluid ring distributor integral with the housing and the housing forming part of the inner wall of the ring distributor.
  • the permeable structure can have at least one turbulator for mixing the carrier fluid and/or for mixing the enveloping fluid, in particular a plurality of turbulators per filter capillary.
  • a turbulator can provide turbulence in the corresponding fluid, so that there is improved mixing and thus improved mass transfer between the enveloping fluid and the carrier fluid.
  • the monolithic component can comprise or consist of or be made from inorganic components, in particular ceramic paste or metallic paste.
  • the monolithic component can further comprise, consist of or be made from polymers, in particular polymer powders, in particular at least one of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethersulfone.
  • the monolithic component can further comprise, consist of or consist of inorganic and polymeric components, in particular polymer solution with ceramic, metallic and/or polymeric fillers, the polymer solution in particular comprising at least one of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethersulfone be constructed.
  • the permeable structure can be a porous structure which is constructed in one piece from porous or porousable starting material.
  • the present description also includes a monolithically constructed filter module for separating components from a fluid, comprising a carrier fluid inlet and a carrier fluid outlet, an orifice collector formed monolithically with the carrier fluid inlet, a second orifice collector formed monolithically with the carrier fluid outlet, a particularly elongated or tubular one, integral with the mouth collector and/or the second mouth collector, a filter housing arranged in the filter housing and constructed and connected in one piece with the mouth collector, the second mouth collector and the filter housing and at least partially or partially permeable structure, at least one carrier fluid connection element, at least one enveloping fluid Connection element, wherein the mouth collector and the second mouth collector are each designed as an integral fluid barrier to prevent an exchange between the carrier fluid connection element and the enveloping fluid connection element.
  • the filter module can further comprise the permeable structure prepared and arranged in such a way that an envelope side is at least partially and/or at least partially permeably separated from a carrier side.
  • a carrier fluid can accordingly be provided on the carrier side.
  • the permeable structure can also be prepared to ensure mass transfer of the carrier fluid to the envelope side.
  • the monolithic component preferably has an at least partially or at least partially porous material structure, and is therefore particularly suitable as a filter element or filter device.
  • the starting material is provided for the order, for example using an extruder.
  • the starting material is already porous or is provided in a porous form. This means that the starting material is initially not porous when it is made available, but is influenced, changed or put together differently in connection with the application of the starting material in such a way that the starting material can become riddled with pores in connection with the application of the starting material.
  • Providing the primary material can also provide funding of the porous or porousable starting material to the location of the material application, but also the thermal adaptation to desired application conditions, as well as setting an advantageous physical pressure for the application of the starting material to produce the component.
  • the provision includes conveying and pressing in the extruder screw, with the porous or porousable starting material finally being provided at the exit of the extruder.
  • the porosity can be adjusted, for example at the location of the material application. For example, this setting takes place immediately before, during or immediately after the specific material application.
  • machine parameters of an application machine such as an extruder
  • process parameters can be set during the solidification of the starting material in order to adjust the porosity at the location of the material application.
  • the material permeability is advantageously adjusted intrinsically in the material.
  • parts of the housing of the component can be constructed with the starting material provided in a slightly or non-porous form.
  • a porous, i.e. permeable or permeable, semi-permeable or specifically permeable material structure can be created with the same starting material, and the different component areas can be constructed monolithically with one another.
  • the porous or porousable starting material can be applied point by point, in particular in a point-target matrix or in cylindrical coordinates, in a line-like manner or in layers.
  • the material application can be carried out continuously or quasi-continuously, i.e., for example, emerging from the supply system such as an extruder in a “caterpillar shape”, and, for example, points of a point-target matrix can be approached point by point.
  • the material is typically applied according to gravity with an application from above and the component is built up from bottom to top.
  • the material application can take place in a layer-target matrix, whereby a plurality of points to be approached can be combined in such a layer.
  • the starting material is in powder form, such a layer can be prepared as a whole, that is, for example, heated with a radiation source and connected to one another in one piece.
  • the point distance from one point to the next neighboring point does not have to be identical; for example, an area of particularly complex geometry can have a narrower area be provided with a dot grid, whereas simple structures can be described with just a few dots.
  • the starting material can be applied in a “bead shape” and a long straight line can be applied, whereby only the start and end points of the straight line would have to be defined.
  • the starting material When approaching a point to be approached, the starting material is available at the corresponding point in the point-target matrix.
  • the start-up can be carried out using an application tool, for example the extruder already mentioned, whereby the application tool can be moved in a three-dimensional manner to the point of the point-target matrix to be applied, or a component carrier is designed to be adjustable in such a way that a movable system of the point-target matrix can be moved.
  • Matrix is created whereby the point-target matrix is moved in front of the application tool and the point of the point-target matrix to be applied comes into contact with the application tool.
  • the starting material has a liquid, pasty or solid form.
  • a heat generator such as in particular a laser or a radiation source
  • the powdery starting material can be an inorganic, i.e. ceramic and/or metallic, filled polymer powder.
  • the porosity of the porous and/or porosable starting material can be adjusted in various ways. It may include a mixing ratio in the starting material, for example if a filler is provided in a variable mixing ratio, whereby the porosity of the starting material can be defined by adjusting the mixing ratio of the filler. It can also include setting the radiation source or the source for thermal treatment of the starting material at the point to be approached. For example, the intensity of a laser to be used can be adjusted so that a higher intensity produces a different porosity than a lower intensity. The starting material is therefore influenced and changed in terms of its porosity at the point of the point-target matrix to be approached, composed or generally adjusted such that a porous material structure is created at the at least one first point.
  • Impermeable material structure can be created at at least a second point of the point-target matrix by adjusting the porous or porousable starting material differently.
  • Impermeable is, for example, a structure which has comparatively few pores or no pores at all, or which has a closed-pore structure, so that no fluid exchange and/or mass exchange between fluids is guaranteed.
  • an intrinsic or chaotic pore arrangement can be set. This means that the microporous design cannot be reproduced exactly, that one component resembles a second component at a specific point in the point-target matrix.
  • the pore structure is not precisely defined in the micrometer range, but is only adjusted with regard to the “effect”, i.e. average pore size and number of pores per volume.
  • a permeable or porous material structure accordingly has open porosity.
  • the pores can, if necessary, be designed or prepared during material application so that they form a coherent porous material structure in the component.
  • the pores can have a round or potato-shaped individual structure.
  • the impermeable material structure on the other hand, can have closed porosity or no porosity at all, at least no open porosity.
  • the porous material structure can be characterized by the fact that there is a lower resistance to the flow or penetration of a fluid through the porous material structure than in the impermeable material structure. It can prove to be advantageous if the pores are at least partially connected to one another, so that a fluid can flow from one pore to the next and overall a flow or continuity can be formed through the porous material structure.
  • the open porosity therefore preferably means that a pore is typically in communicating liquid exchange with at least two other pores when a fluid flows through the porous material structure.
  • the liquid can be made to flow by conveying the liquid through the component by applying a pressure gradient, for example generated by gravity and without an external pump device, or also by the action of a pump device or pressurization.
  • the permeable or porous material structure can have an open micro- or mesoporous structure.
  • the average pore size can be smaller than 40 m, preferably smaller 5 pm and more preferably even smaller than 1 pm.
  • the permebal or porous material structure preferably has an average volume porosity of 20% or greater, preferably 35% or greater. The average volume porosity can also reach 50% or greater values.
  • the impermeable material structure may have a higher density than the porous material structure.
  • the ratio of the density of the impermeable material structure to that of the porous material structure is in particular 1.2: 1, preferably 1.5: 1 and even more preferably 2: 1.
  • the material structure can be denser in impermeable areas than in areas of porous material structure.
  • the ratio of the density of the impermeable material structure to the porous material structure can also be specified in intervals, for example in an interval between 1.2: 1 to 1.5: 1 and preferably in the interval from 1.5: 1 to 2: 1 .
  • the porosity can be adjusted by adding additive or filler to the starting material, or by setting hardening parameters for the point of the point-target matrix to be approached, or by selecting a starting material to be used from a plurality of at least two starting materials if the at least two starting materials can be supplied alternately or simultaneously.
  • the adjustment can also be done by providing a location-dependent radiation intensity with a radiation source that is directed at the location of the material application, or further alternatively or cumulatively the location-dependent adjustment of the light absorption capacity of the porous or porousable starting material, so that the component structure can be carried out in particular by means of a location-independent radiation source is.
  • Polymeric or inorganic nanoparticles can be used as an additive for the starting material. Particles with an average diameter of typically 100 nm or less are referred to as nanoparticles. For example, the nanoparticles can have an average diameter of 900 nm or less, 500 nm or less, 100 nm or less or even 50 nm or less.
  • An inorganic or organic filler can be used as the filler.
  • a porous or porousable starting material is provided.
  • the porous or porousable starting material is then used to build the Component is applied, and the porosity of the porous or porousable starting material is adjusted during the application.
  • the application of the porous or porousable starting material can include a point-by-point, line-like or layer-by-layer application of the porous or porousable starting material, in particular in a point-target matrix or in a layer-target matrix.
  • the point-by-point application can further include approaching a point of the point-target matrix to which the porous or porousable starting material is to be applied.
  • it can include setting the porous or porousable starting material at the point of the point-target matrix to be approached and applying the set porous or porousable starting material to the point.
  • the approach of at least a first point of the point-target matrix and adjustment of the porous or porousable starting material at the at least one first point can be included in such a way that a porous material structure is created at the at least one first point, and / or the approach of at least a second point of the point-target matrix and adjusting the porous or porousable starting material at the at least one second point such that an impermeable material structure is created at the second point.
  • the points of the point-target matrix can be arranged in storage layers, and the approach (120) of the points of the point-target matrix is carried out in layers, so that first the points of a first storage layer are approached and then the points of a second storage layer .
  • the application of the porous or porousable starting material can be designed in such a way that a deposit layer has areas with an impermeable material structure, at least one deposit layer has areas with a porous material structure, or at least one deposit layer has both an impermeable material structure and a porous material structure, which have the same porous or porous material structure Starting material is applied.
  • the partially or partially porous material structure of the component can be arranged or constructed chaotically.
  • the partially or partially porous material structure of the component can also arise when the starting material is applied in or on the component.
  • the starting material is, for example, made to be intrinsically porous.
  • the porous material structure preferably has an open porosity, the impermeable material structure has a closed porosity.
  • the porous material structure can also change as a result characterized in that there is a lower resistance to the flow or penetration of a fluid through the porous material structure than in an impermeable material structure.
  • the porous material structure preferably has an open micro- or mesoporous structure with an average pore size of less than 40 pm, preferably less than 5 pm, more preferably less than 1 pm.
  • the porous material structure can also have an average volume porosity of 20% or greater, preferably 35% or greater.
  • An additive or filler can be added to the starting material to adjust the porosity at the moment of material application, in particular at the point of the point-target matrix to be approached. Hardening parameters can also be set there for the point of the point-target matrix to be approached.
  • a starting material to be used can be selected from a plurality of at least two starting materials, wherein the at least two starting materials can be supplied alternately or simultaneously.
  • a location-dependent radiation intensity can be provided by means of a radiation source that is directed at the material application.
  • a location-dependent adjustment of the light absorption capacity of the porous or porousable starting material can also take place, so that the component structure can be carried out in particular using a location-independent radiation source.
  • Polymeric or inorganic nanoparticles can be used as an additive, and an inorganic or organic filler can be used as a filler.
  • the pores of the porous or porousable starting material can be designed or prepared in such a way that they form a coherent porous material structure in the component.
  • the mouth collector and/or the second mouth collector can form an integral fluid barrier, and the fluid barrier(s) can separate the flow of the carrier fluid from the envelope flow.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an improved monolithic component in a longitudinal sectional view
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a monolithic component in a longitudinal section view with two symmetrical ends
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a monolithic component in a longitudinal section view
  • FIG. 4 - 12 the embodiment of FIG. 3 in different cross-sectional areas
  • FIG. 13 a further embodiment of an improved monolithic component
  • FIG. 14 an embodiment of a monolithic component with asymmetrical terminations.
  • the monolithic component 50 has a casing 5 which encloses the filter capillaries 1.
  • a carrier fluid flows through the carrier side 11 of the filter capillaries 1 towards the mouth collector 25, in which the carrier fluid from all filter capillaries 1 is combined in the reservoir 22 before the carrier fluid leaves the monolithic component 50 again via the carrier fluid drain 6.
  • the side surfaces 9 of the capillaries 1 are designed to be permeable; an adjustable porous material is preferably used here for the structure 60 to produce the capillaries 1. This ensures a mass exchange between the carrier fluid or the carrier side 11 and the enveloping fluid or the cover side 10 allows.
  • an envelope fluid is provided which is typically characterized by the fact that it can accommodate components of the carrier fluid.
  • a chemical potential gradient can cause components to be expelled from the carrier fluid into the enveloping fluid.
  • corresponding components can also be pressed out of the carrier fluid and thus transported from the carrier side 11 to the envelope side 10.
  • the capillaries 1 each have a capillary outlet 3, which merges into the mouth collector 25 like a truncated cylinder or conically.
  • the enveloping fluid closure 20 is formed from the ends of the side surfaces 9 of the filter capillaries 1.
  • the enveloping fluid closure 20 separates the enveloping side 10 impermeably from the carrier side 11.
  • the side surfaces 9 are designed in such a way that the capillaries 1 grow together or stick together or are connected to one another in a fluid-impermeable manner for the enveloping fluid.
  • the enveloping fluid closure 20 prevents the enveloping fluid from penetrating into the mouth collector 25.
  • the enveloping fluid closure 20 is also continued in the embodiment shown in FIG .
  • the side arms 28a of the stiffening structure 28 are based on enveloping fluid channels 12. This makes it possible to achieve even further improved force dissipation of transverse and/or longitudinal stresses.
  • the capillaries 1, the sheath fluid closure 20 and the mouth collector 25 are made of the same, similar, but at least compatible material, so that the sheath fluid closure 20 and capillaries 1 can be constructed in one piece. If necessary, mechanical forces can also act on the capillary outlets 3, since these connect the filter capillaries 1 to the mouth collector 25 and thus to the housing 5.
  • the capillary outlet 3 can therefore also be designed to be optimized in terms of mechanical resistance in order to reduce the tendency to break in the area of the transition from the enveloping fluid closure 20 to the respective filter capillary 1.
  • the filter capillaries 1 typically together form the membrane or the membrane filter.
  • the sheath fluid is provided at the sheath fluid inlet 8 and fed into the sheath fluid ring distributor 15.
  • Sheath fluid channels 12 branch off from the sheath fluid ring distributor 15 along the housing 5 in the direction of the permeable structure 60, which forward the sheath fluid in a pre-distributed manner into the central exchange area of the component 50.
  • the enveloping fluid channels 12 are formed integrally with the housing 5, so you could say that they are formed together with the wall of the housing 5.
  • the enveloping fluid channels 12 have an inside (cf. e.g. FIG. 7), the inside of the enveloping fluid channels 12 being partially formed by the housing 5.
  • the carrier fluid outlet 6 and/or the carrier fluid inlet 7 has a connection means 6a for fluid-tight connection of a fluid connection line, such as in particular a pipe section or a hose.
  • a fluid connection line such as in particular a pipe section or a hose.
  • a thread can be arranged there, a Screw connection can be provided, or it can be designed as a flange connection.
  • the H üllfluidzu- or drain 8 can also have a connection means 8a such as a thread or the like.
  • a further embodiment of a monolithic component 50 is shown as a through-pass filter, with two mouth collectors 25 in this design being designed to be mirror-symmetrical to one another.
  • the filter capillaries 1 are shown in a sectional view. A total of 19 filter capillaries 1 are arranged in the filter 50 (see also FIG. 8).
  • the filter capillaries 1 open integrally into the respective mouth collector 25 and together form the envelope fluid closure 20.
  • the ends of the filter capillaries 1 come together in order to separate the envelope side 10 from the respective mouth collector 25 in a fluid-tight manner.
  • both mouth collectors 25 have an integral stiffening structure 28, which is formed seamlessly and in one piece from the extension of the filter capillaries 1. In other words, during the production of the filter capillaries 1, the material application is continued in such a way that first the enveloping fluid closure 20 and then the integral stiffening structure 28 are formed at the ends of the filter capillaries.
  • FIG 3 shows a further embodiment of the monolithic component 50, whereby, in contrast to the previous embodiments, the filter capillaries 1 are equipped with static mixers or turbulators 29. This achieves improved mixing of the carrier fluid.
  • Static mixers cannot be fixed well in conventional membrane tubes or they have to be fixed with third materials and therefore regularly carry out relative movements to the membrane surface during operation. The membrane surface is permanently damaged by the resulting friction and can no longer fulfill its separation task.
  • turbulators 29 in one piece with the porous structure 60, so that the problem of relative movement no longer occurs.
  • the individual segments of the turbulators 29 or the static mixers are therefore an integral part of the porous structure 60.
  • the monolithic composite of turbulators 29 with porous structure 60 as Integrated component eliminates the problem of relative movements, so that membrane damage at this point is reduced or even eliminated and thus long-term operation is reliably guaranteed.
  • FIG. 4 shows a perspective external view of the filter component 50, the perspective allowing a view through the carrier fluid drain 6 on the one hand into the mouth collector 25 underneath, and two sheath fluid channels 12 can also be seen, which branch off from the sheath fluid ring distributor 15.
  • FIG. 5 shows a cross section at the level of the enveloping fluid ring distributor 15, where the liquid distribution of the enveloping fluid and the branching off enveloping fluid channels 12 can be seen.
  • 6 shows a cross section of the component 50 at the level of the carrier fluid chamber 22.
  • 12 enveloping fluid channels 12 are shown in cross section along the housing 5, through which the enveloping fluid is guided from the enveloping fluid connection 8 into the filter chamber or the central area 52.
  • the enveloping fluid channels 12 have an inner wall 12a, the inner wall 12a also forming part of the circumference of the respective enveloping fluid channel at the same time as the housing wall of the housing 5, so that part of the inner wall 12a of the enveloping fluid channels 12 is formed by the housing 5.
  • Fig. 7 shows the component 50 in a further cross section through the mouth collector 25, whereby it can be seen that due to the conical and continuous widening the mouth collector 25 already has a larger diameter than in the cross section shown in Fig. 6.
  • the structure of the integral stiffening structure 28 can be seen in Fig. 7, with side arms 28a of the stiffening structure 28 based directly on the enveloping fluid channels 12, so that force transfer into the housing 5 is further improved by the enlarged contact area of the enveloping fluid channel 12.
  • this structure also proves to be advantageous during production, since the enveloping fluid channels are already built up on the housing 5 in the direction of the mouth collector 25 and thus further application of material to the enveloping fluid channels 12 is easier than using the corresponding application tool between the enveloping fluid channels 12 to reach the side arms 28a there.
  • Fig. 8 shows a further section through the filter component 50 in the area of the enveloping fluid closure 20, whereby almost the largest diameter of the mouth collector 25 has already been reached.
  • FIG. 9 shows a further cross section through the filter component 50 in the area of the capillary outlets 3 of the filter capillaries 1 and thus even further in the direction of the filter chamber 52, with FIG .
  • the capillaries 1 have an expanded diameter in the area of the capillary outlets 3, which has already grown together further “up” in the direction of the carrier fluid inlet 7 (see Figures 1 and 8), and then tapers into tubular filter capillaries further down (see Figures 12 and 13).
  • the shape of the capillary outlets 3 can be adjusted so that it optimally follows the existing space and merges in one piece from the permeable, and in this case round, filter capillaries 1 into the impermeable or fluid-tight enveloping fluid closure 20.
  • the filter 10 shows a cross section in the area of the second mouth collector, i.e. already on the opposite side of the filter chamber 52, with a perspective of the carrier fluid inlet 7.
  • the side arms 28a represent extensions of the outlets 3 of the filter capillaries 1, since they merge into one another in one piece.
  • the stiffening structure 28 forms a self-supporting support structure that can further stiffen the component 50.
  • the arms 28a are based on the enveloping fluid channels 12, which can be seen in a perspective view extending to the enveloping fluid ring distributor 15 (see, for example, Fig. 4).
  • FIG. 11 another cross section through the filter component 50 is shown in a perspective view, the cross section being drawn at the base of the capillary outlets 3, so that the transition from capillaries 1 over the capillary outlets 3 and into the enveloping fluid closure 20 can be seen in perspective .
  • the filter capillaries 1 in this embodiment are equipped with turbulators 29 to slow down the flow through the filter capillaries 1 or to improve the mass exchange with the envelope fluid on the envelope side 10.
  • a cross section through the filter component 50 is shown at the level of the filter chamber 52, whereby it can be seen how the envelope side 10 surrounds the carrier side 11 of the filter capillaries 1 on all sides, so that the filter capillaries 1 are protected from the envelope fluid on all sides can flow around to provide an effective and large-area flow over the filter capillaries 1.
  • a further embodiment of a component 50 is shown in a simplified schematic representation to illustrate the essential components with carrier fluid inlet 7, mouth collector 25 with carrier fluid chamber 22, schematic representation of the enveloping fluid closure 20 in the area of the capillary ends 3 and three filter capillaries 1.
  • the filter 50 can be provided as a pass filter or as a dead-end filter.
  • Fig. 14 shows the embodiment of Fig. 13 as a dead-end filter, the filter capillaries 1 being closed in the area of the end shown in the figure below, for example closed in one piece with the enveloping fluid closure 20.
  • the carrier fluid is pressed into the filter 50 through the carrier fluid inlet 7 and components from the carrier fluid reach the envelope side 10.
  • suspended matter can be collected in the filter capillaries 1 and the carrier fluid can pass through from the carrier side 11 in such a configuration
  • the permeable or porous structure of the filter capillaries 1 passes through to the casing side 10 and larger components remain in the filter capillaries 1.
  • the filter capillaries 1 fill with suspended matter or particles or the like over the period of use until the filter is filled with them .

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Abstract

The invention relates to a monolithic component, in particular as a device or for a device for separating constituents from a fluid. The monolithic component comprises a carrier fluid inlet and a carrier fluid discharge, a monolithic structure which is arranged between the carrier fluid inlet and the carrier fluid discharge and which is designed to be permeable at least in some parts or regions in any case, and an opening collector which is arranged between the carrier fluid discharge and the permeable structure, wherein the opening collector is integrally formed together with the carrier fluid discharge and the permeable structure, and the permeable structure is designed and arranged so as to separate an enveloping face from a carrier face in a permeable manner at least in some parts and/or at least in some regions. A carrier fluid can be provided on the carrier face, said carrier fluid being capable of flowing from the carrier fluid inlet to the carrier fluid discharge through the carrier face of the permeable structure. The permeable structure is designed to ensure a material transfer of the carrier fluid by means of the enveloping face, in particular a transfer of the carrier fluid into an enveloping fluid and/or from an enveloping fluid into the carrier fluid.

Description

Monolithisch aufgebaute Membranfilter Monolithically constructed membrane filters
Beschreibung Description
Gebiet der Erfindung Field of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft monolithische Bauteile, insbesondere als Membranfilter. The present invention relates to monolithic components, in particular as membrane filters.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung Background and general description of the invention
Membranfilter zum Filtern bzw. der Abtrennung von Stoffen aus zumeist flüssigen Gemischen sind als solche bekannt. Bei einem solchen Gemisch kann es sich um ein disperses Medium handeln oder beispielsweise auch um eine Lösung, bei welcher in einem Grundstoff weitere Bestandteile gelöst sind. Membrane filters for filtering or separating substances from mostly liquid mixtures are known as such. Such a mixture can be a disperse medium or, for example, a solution in which further components are dissolved in a base material.
Membranfilter sind in verschiedenen Anwendungsgebieten im Einsatz z. Bsp. in der Aufbereitung von Wasser und Lebensmitteln, in der Herstellung pharmazeutischer Produkte, in biotechnologischen, medizinischen oder chemischen Prozessen oder Anwendungen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung kann die Abtrennung von Alkohol aus Bier sein zur Erzeugung alkoholfreien Bieres. Ein besonders schonendes Verfahren ermöglicht bevorzugt die Alkoholentfernung mit minimaler Geschmacksbeeinträchtigung. Eine andere Anwendung kann die Abtrennung von Zellen und Zellbruckstücken von Wirkstofflösungen bei der biotechnologischen Herstellung von Pharmazeutika sein. Beispielsweise wird beständig versucht, den Durchsatz an zu filtrierendem Medium zu erhöhen oder aber die Kosten weiter zu senken. Dabei erfordern unterschiedliche Anwendungsbereiche ggf. unterschiedliche Auslegungen. Für technische Anlagen sind im Gegensatz zu medizinischen Apparaten sehr viel größere Membranflächen erforderlich. Membrane filters are used in various areas of application, e.g. E.g. in the treatment of water and food, in the production of pharmaceutical products, in biotechnological, medical or chemical processes or applications. An example of such an application could be the separation of alcohol from beer to produce alcohol-free beer. A particularly gentle process preferably allows alcohol to be removed with minimal taste impairment. Another application can be the separation of cells and cell fragments from active ingredient solutions in the biotechnological production of pharmaceuticals. For example, there are constant attempts to increase the throughput of medium to be filtered or to further reduce costs. Different areas of application may require different designs. In contrast to medical devices, technical systems require much larger membrane surfaces.
Da jeder unterschiedliche Anwendungsbereich unterschiedliche Anforderungen stellt, insbesondere an Material, Design, oder Größe der Filter, und Prozessanforderungen wie Temperatur, Druck, Volumen und Aggressivität der berührenden Medien, oder aber besondere Hygieneanforderungen zu berücksichtigen sind, steht der Markt der Membranfilter derzeit noch in der Entwicklung. Einen universellen Ansatz, der zumindest eine Mehrzahl unterschiedlicher Anwendungsbereiche abzudecken vermag, ist bislang nicht erreicht. Darüber hinaus kommt es nicht selten zu Ausfällen von Filtrationsanlagen aufgrund der nur begrenzten mechanischen und/oder chemischen Stabilität von bekannten Modulen. Beispielsweise halten Module aus polymeren Werkstoffen wie. z. Bsp. PP typischerweise stärkere Belastungen wie Temperaturen von über 60 °C oder höhere Transmembrandrücke (über 3 Bar) nicht oder jedenfalls nicht über längere Zeiträume ohne Beschädigung aus. Für zahlreiche Anwendungsbereiche ist das aber wünschenswert. Since each different area of application has different requirements, especially in terms of material, design or size of the filters, and process requirements such as temperature, pressure, volume and aggressiveness of the media in contact, or special hygiene requirements have to be taken into account, the market for membrane filters is currently still in the Development. A universal approach that is able to cover at least a number of different areas of application has not yet been achieved. In addition, it is not uncommon for filtration systems to fail due to the limited mechanical and/or chemical stability of known modules. For example, modules made of polymer materials such as. e.g. For example, PP typically cannot withstand higher loads such as temperatures of over 60 °C or higher transmembrane pressures (over 3 bar), or at least not over longer periods of time without damage. However, this is desirable for numerous areas of application.
Dampfsterilisationen, z.B. durchzuführen bei 121 °C, die v.a. in hygienisch anspruchsvollen Bereichen erforderlich sind, können -wenn überhaupt- nur in geringer Zyklenzahl wiederholt werden. Ebenso begrenzen Reinigungen bei erhöhter Temperatur, hohem und/oder niedrigem pH-Wert oder mit oxidierenden Reinigungsmitteln die Lebenszeit der Module. Keramische Filter hingegen reagieren empfindlich auf Temperaturschocks oder mechanische Einwirkung. Steam sterilization, for example carried out at 121 °C, which is particularly necessary in hygienically demanding areas, can only be repeated - if at all - in a small number of cycles. Cleaning at elevated temperatures, high and/or low pH values or with oxidizing cleaning agents also limits the service life of the modules. Ceramic filters, on the other hand, react sensitively to temperature shocks or mechanical influences.
Membranfilter werden aufgrund der z.T. automatisierten Herstellverfahren heutzutage als standardisierte Produkte mit vorgegebener Geometrie hergestellt, wobei Anpassungen an besondere Anforderungen aus der Prozessführung wie beispielsweise für hohe Viskositäten und/oder niedrige Druckverluste bei der Durchströmung oder für schwierige Einbauumgebungen praktisch ausgeschlossen sind bzw. nicht vorgesehen sind, da die daraus resultierenden niedrigeren Stückzahlen die Stückkosten in unverkäufliche Regionen treiben würde. Due to the partly automated manufacturing processes, membrane filters are now manufactured as standardized products with a specified geometry, whereby adaptations to special requirements from process control, such as for high viscosities and/or low pressure losses during flow or for difficult installation environments, are practically impossible or not provided for. as the resulting lower unit numbers would drive unit costs into unsaleable regions.
Es ist Erkenntnisgrundlage der vorliegenden Erfindung, dass sich die beschriebenen Einschränkungen von aktuell vorhandenen und in der Literatur beschriebenen Filtern ganz Wesentlich aus deren Aufbau ergeben, denn diese werden gefügt aus konfektionierten Bauteilen. It is the basis of the present invention that the described limitations of currently existing filters and those described in the literature result essentially from their structure, because they are assembled from assembled components.
Ein Beispiel für bekannte verschweißte Rohrmembranen ist in der Europäischen Offenlegungsschrift EP 88 108 462 A beschrieben. Typisch ist, dass verschiedene Fügeverfahren, wie insbesondere Schweißen oder das Einfüllen von Vergussmasse, notwendig sind, um eine Abdichtung und/oder gezielte Flüssigkeitsführung in dem Filtermodul zu erzielen. Bei einem solchen „modularen Aufbau“ ist zwar grundsätzlich interessant, dass unterschiedliche Materialien passgenau und damit ggf. kostengünstiger eingesetzt werden können und somit entsprechend den Anforderungen gezielt ausgewählt werden können. Daran kann allerdings nachteilig sein, dass die unterschiedlichen Komponenten beispielsweise unter Belastung, wie zum Beispiel Temperaturwechseln, Druckwechsel oder auch einer Quellung des Materials, sich zueinander unterschiedlich verhalten und dadurch die Leistung des Filters verschlechtern oder die Filter versagen. Beispielsweise bei der Verschweißung von Rohrmembranen kommen zwar keine fremden Materialien oder unter-schiedliche Stoffe zum Einsatz, aber die vor der Verschweißung in Kontakt tretenden Oberflächen sind oftmals nur unzulänglich für die Verschweißung vorbereitet, so dass keine dichte und zuverlässige Verbindung herzustellen ist. An example of known welded pipe membranes is described in European Patent Application EP 88 108 462 A. It is typical that various joining processes, such as in particular welding or filling with casting compound, are necessary in order to achieve a seal and/or targeted fluid flow in the filter module. With such a “modular structure” it is fundamentally interesting that different materials can be used precisely and therefore possibly more cost-effectively and can therefore be selected specifically according to the requirements. However, this can be disadvantageous in that the different components behave differently from one another under stress, such as temperature changes, pressure changes or even swelling of the material, thereby worsening the performance of the filter or the filter fails. For example, when welding pipe membranes, no foreign materials or different substances are used, but the surfaces that come into contact before welding are often only inadequately prepared for welding, so that a tight and reliable connection cannot be created.
Aufbauend auf den Entwicklungen im Hause InnoSpire, beispielsweise beschrieben auch in den Veröffentlichungsschriften WO 2021/110483 oder WO 2022/038093, werden im Folgenden weitere konstruktive Verbesserungen und Weiterentwicklungen beschrieben. Building on the developments at InnoSpire, for example also described in the publications WO 2021/110483 or WO 2022/038093, further design improvements and further developments are described below.
Ausgehend von den Eigenentwicklungen im Hause InnoSpire hat sich daher die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die bereits präsentierten Lösungen noch weiter zu verbessern. Aufgabe ist einerseits die Strömungsführung weiter zu verbessern und strömungstechnische Totstellen zu reduzieren oder zu verhindern. Andererseits ist ausgehend von den Eigenentwicklungen weiterer Aspekt der Aufgabe, die Konstruktion der Bauteile weiter zu optimieren, um entweder Kosten einzusparen, die Herstellung zu vereinfachen, die Widerstandsfähigkeit der Bauteile gegenüber äußeren Einflüssen noch weiter zu erhöhen, insbesondere die mechanische Belastbarkeit, und/oder noch widrigere Prozessparameter wie höhere Drücke beherrschbar zu machen, ohne dass Bauteile versagen. Based on InnoSpire's own developments, the present invention has set itself the task of further improving the solutions already presented. The task is, on the one hand, to further improve the flow guidance and to reduce or prevent fluid dead spots. On the other hand, based on the in-house developments, another aspect of the task is to further optimize the design of the components in order to either save costs, simplify production, further increase the resistance of the components to external influences, in particular the mechanical resilience, and/or something else to make more adverse process parameters such as higher pressures manageable without components failing.
Die vorliegende Erfindung erfüllt damit auch den weiteren Teilaspekt, Produktionskosten bei der Herstellung zu senken und/oder Standzeiten von Filtermodulen bzw. Bauteilen im harten technischen Einsatz zu erhöhen und damit die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. The present invention therefore also fulfills the further aspect of reducing production costs during manufacture and/or increasing the service life of filter modules or components in tough technical use and thus improving economic efficiency.
Neben den vorgenannten und zahlreichen weiteren Aspekten, die die vorliegende Erfindung löst, stellt die vorliegende Erfindung auch einen mit einfachen Mitteln anpassbaren Filter bereit, der im Herstellungsprozess für die konkrete spätere Anwendung optimiert werden kann hinsichtlich beispielsweise der Parameter Filtrierleistung, Förderleistung, hinsichtlich des Volumen- oder Massenstromes an Fluid und/oder der mechanischen Belastbarkeit bzw. Widerstandskraft gegenüber mechanischen Einflüssen. In addition to the aforementioned and numerous other aspects that the present invention solves, the present invention also provides a filter that can be easily adapted and which can be optimized in the manufacturing process for the specific subsequent application with regard to, for example, the parameters of filtration performance, delivery rate, volumetric or mass flow of fluid and/or the mechanical resilience or resistance to mechanical influences.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. The task is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die in dieser Beschreibung vorgeschlagenen Verbesserungen und neuen Bauformen konzentrieren sich dabei neben zahlreichen weiteren Aspekten darauf, ein Bauteil bereitzustellen, welches geeignet ist zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid. Eine solche Abtrennung ist also zum Beispiel die Filtrierung eines Fluids, also das Herauslösen von Stoffen zum Beispiel aus einer Lösung, das Abstreifen oder Abtrennen von Schwebstoffen aus einem dispersen Medium wie einer Suspension. Dabei ist die Erfindung hierauf aber nicht beschränkt. The improvements and new designs proposed in this description, among numerous other aspects, focus on providing a component that is suitable for separating components from a fluid. Such a separation is, for example, the filtering of a fluid, i.e. the removal of substances, for example from a solution, the stripping or separation of suspended matter from a disperse medium such as a suspension. However, the invention is not limited to this.
Die vorliegende Erfindung konzentriert sich in einem zugrundeliegenden Gedanken und in einem weiteren Aspekt der Erfindung darauf, monolithisch aufgebaute Bauteile bereitzustellen zur Herstellung von Filtermodulen. Solche monolithischen Bauteile, wie insbesondere Membranfilter, können im Lichte der vorliegenden Erfindung additiv geformt sein und/oder eine intrinsische Porosität aufweisen. Beispielsweise können bei einem monolithischen Bauteil alle Komponenten aus einem einheitlichen Ausgangsmaterial bereitgestellt werden. The present invention focuses in an underlying idea and in a further aspect of the invention on providing monolithically constructed components for the production of filter modules. Such monolithic components, such as membrane filters in particular, can be additively shaped in the light of the present invention and/or have an intrinsic porosity. For example, in the case of a monolithic component, all components can be made from a uniform starting material.
Monolithische Bauteile werden ferner typischerweise im Ganzen und vorzugsweise ohne Unterbrechung hergestellt. Aufgrund des Fehlens von gefügten Bauteil-zu-Bauteil-Übergängen können sie sich durch extreme Robustheit in der Anwendung auszeichnen und können überdies auch in ihrer Größe und somit der Filtrationskapazität auf ihren Einsatzzweck hin optimiert werden. Es gibt verschiedene bereits bekannte Verfahren der additiven Fertigung, welche große Gestaltungsspielräume bieten. Typischerweise werden die zu fertigenden Elemente schichtweise aufgebaut. Die bisher bekannten Verfahren der additiven Fertigung sind allerdings insbesondere für einen Einsatz zum Aufbau von Membranmodulen in verschiedener Hinsicht unzureichend und gelangen erst mit der vorliegenden Erfindung zur Einsatzreife. Monolithic components are also typically manufactured as a whole and preferably without interruption. Due to the lack of joined component-to-component transitions, they are characterized by extreme robustness in use and can also be optimized in terms of their size and thus the filtration capacity for their intended use. There are various already known additive manufacturing processes that offer great scope for design. Typically, the elements to be manufactured are built up in layers. However, the previously known methods of additive manufacturing are inadequate in various respects, particularly for use in the construction of membrane modules, and are only ready for use with the present invention.
Die additive Fertigung erlaubt dabei beispielsweise auch die Herstellung von Geometrien, die mit bisher bekannten Verfahren zur Membran- bzw. Membranmodulherstellung nicht möglich sind. Hierbei sind insbesondere dreidimensionale Geometrien hervorzuheben, die so hergerichtet sind, dass eine dämpfende oder kraftaufnehmende Form bereitgehalten werden kann. Beispielsweise liegt in longitudinaler Erstreckung der Membranmodule häufig eine Kraftbeaufschlagung vor, wobei selbst wenn die Membranmodule spannungsfrei in die jeweilige Halterung oder Vorrichtung eingesetzt sind, während des Betriebs durch Temperaturänderung oder chemische Einwirkung eine Längenänderung auftreten kann und das oder die Membranmodule spannungsbeaufschlagt werden. Das oder die Membranmodule sind daher bevorzugt spannungstolerant, insbesondere längsspannungstolerant, aufgebaut. Diese Spannungstoleranz kann beständig weiter verbessert werden. Additive manufacturing also allows, for example, the production of geometries that are not possible with previously known processes for producing membranes or membrane modules. Particular emphasis should be placed on three-dimensional geometries that are prepared in such a way that a damping or force-absorbing shape can be provided. For example, there is often an application of force in the longitudinal extent of the membrane modules, whereby even if the membrane modules are inserted without tension into the respective holder or device, a change in length can occur during operation due to a change in temperature or chemical action and the membrane module or modules are subjected to tension. The membrane module or modules are therefore preferably designed to be stress-tolerant, in particular longitudinal stress-tolerant. This voltage tolerance can be continually improved.
Beispielsweise kann das oder die Membranmodule spannungstolerant bereitgestellt werden, indem eine inhärente Federwirkung des oder der Membranmodul(e) vorliegt bzw. ausgenutzt werden kann, so dass eine Stauchung der einzelnen Membranrohre ein Ausweichen der Membranrohre herbeiführt. Das Ausweichen des Membranrohres kann ein Verwinden sein, oder eine Bogenbildung oder dgl. In gleicher Weise kann die spannungstolerante Ausführung der Membranrohre bzw. Membranmodule auch eine querspannungstolerante Bereitstellung beinhalten. Membranmodule sind gelegentlich auch Querspannungen ausgesetzt, beispielsweise wenn diese nicht passgenau in die jeweilige Halterung eingesetzt werden und das Membranmodul durch ein Verwinden den ungenauen Einbau ausgleicht. Diese Verwindung kann sich auf die Membranrohre im Inneren des Membranmoduls übertragen. For example, the membrane module(s) can be provided in a stress-tolerant manner in that an inherent spring effect of the membrane module(s) is present or can be exploited, so that compression of the individual membrane tubes causes the membrane tubes to deflect. The deflection of the membrane tube can be caused by twisting, or an arch formation or the like. In the same way, the stress-tolerant design of the membrane tubes or membrane modules can also include a cross-stress-tolerant provision. Membrane modules are occasionally also exposed to transverse stresses, for example if they are not inserted precisely into the respective holder and the membrane module compensates for the inaccurate installation by twisting. This torsion can be transferred to the membrane tubes inside the membrane module.
Der in der vorliegenden Erfindung beschriebene Einsatz poröser Materialsysteme für die additive Fertigung erlaubt beispielsweise auch die reproduzierbare Erzeugung poröser Bauteile mit einer mittleren Porengröße von bis zu kleiner 1 m. Die geometrische Auflösung der Auftragsvorrichtung ist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung lediglich noch für die allgemeine Formgebung des Bauteils bzw. des Membranfilters relevant, nicht aber für die konkrete Porengröße des Membranfilters. The use of porous material systems for additive manufacturing described in the present invention also allows, for example, the reproducible production of porous components with an average pore size of up to less than 1 m. In a particularly advantageous embodiment, the geometric resolution of the application device is only for the general shape of the component or the membrane filter is relevant, but not for the specific pore size of the membrane filter.
Ein monolithisches Bauteil gemäß einem Aspekt der vorliegenden Beschreibung umfasst einen Trägerfluidzulauf sowie einen Trägerfluidablauf. Trägerfluidzulauf und Ablauf führen das Trägerfluid von außerhalb des monolithischen Bauteils in dieses hinein und wieder heraus, also führen die Strömung insbesondere in bzw. durch eine permeable Struktur. A monolithic component according to one aspect of the present description includes a carrier fluid inlet and a carrier fluid outlet. The carrier fluid inlet and outlet lead the carrier fluid from outside the monolithic component into and out of the monolithic component, i.e. the flow leads in particular into or through a permeable structure.
Das monolithische Bauteil umfasst die zwischen dem Trägerfluidzulauf und dem Trägerfluidablauf angeordnete monolithisch aufgebaute und jedenfalls teilweise oder bereichsweise permeabel eingerichtete Struktur. Die permeable Struktur ist hergerichtet, einen Stoffaustausch oder eine Abfilterung von Bestandteilen des Trägerfluids zu gewährleisten. Das Trägerfluid trägt also Bestandteile, die von dem Trägerfluid in der permeablen Struktur entnommen wird. Das monolithische Bauteil ist also in bevorzugter Weise eingesetzt als oder für eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, nämlich dem Trägerfluid. Das monolithische Bauteil ist also typischerweise hergerichtet zur Aufnahme und Ableitung des Trägerfluids auf der Trägerseite und eines Hüllfluids auf der Hüllseite. Das Trägerfluid und ggf. auch das Hüllfluid können durch das monolithische Bauteil strömen zur Bereitstellung einer Trägerströmung und ggf. einer Hüllströmung in dem monolithischen Bauteil. Das monolithische Bauteil kann in einem Beispiel als integriertes Filtermodul vorliegen. The monolithic component comprises the monolithically constructed and at least partially or partially permeable structure arranged between the carrier fluid inlet and the carrier fluid outlet. The permeable structure is designed to ensure mass exchange or filtering of components of the carrier fluid. The carrier fluid therefore carries components that are removed from the carrier fluid in the permeable structure. The monolithic component is therefore preferably used as or for a device for separating components from a fluid, namely the carrier fluid. The monolithic component is therefore typically prepared to receive and discharge the carrier fluid on the carrier side and an enveloping fluid on the enveloping side. The carrier fluid and possibly also the sheath fluid can flow through the monolithic component to provide a carrier flow and possibly a sheath flow in the monolithic component. In one example, the monolithic component can be present as an integrated filter module.
Das monolithische Bauteil umfasst ferner einen zwischen dem Trägerfluidablauf und der permeablen Struktur angeordneten Mündungskollektor. Der Mündungskollektor verteilt das Trägerfluid auf Unterbereiche der permeabel eingerichteten Struktur, die beispielsweise röhrenförmig bzw. als Membranrohre vorliegen kann. Im Mündungskollektor ist dabei bevorzugt ein Trägerfluidreservoir gebildet, so dass die permeable Struktur mit dem Trägerfluidreservoir fluidkommunizierend in Verbindung steht. Der Mündungskollektor kann auch als Fluiddistributor, Fluidkollektor oder auch Trichterkollektor bezeichnet werden. Im Mündungskollektor vereinen sich die Fluidströmungen aus der permeablen Struktur bzw. zweigen die Fluidströmungen in Teilbereiche der permeablen Struktur ab. The monolithic component further includes a mouth collector disposed between the carrier fluid drain and the permeable structure. The mouth collector distributes the carrier fluid to subregions of the permeable structure, which can be tubular or membrane tubes, for example. In the mouth collector is preferred a carrier fluid reservoir is formed, so that the permeable structure is in fluid communication with the carrier fluid reservoir. The mouth collector can also be referred to as a fluid distributor, fluid collector or funnel collector. In the mouth collector, the fluid flows from the permeable structure unite or the fluid flows branch off into subregions of the permeable structure.
Der Mündungskollektor ist integral mit dem Trägerfluidablauf sowie der permeablen Struktur ausgebildet. Der Trägerfluidablauf geht also einstückig in den Mündungskollektor über, und der Mündungskollektor geht einstückig in die permeable Struktur über. Gemeinsam bilden Trägerfluidablauf, Mündungskollektor und permeable Struktur daher ein dreidimensionales, ggf. ineinandergreifendes Gebilde aus. Typischerweise ist der Mündungskollektor dabei zwischen dem Trägerfluidablauf - oder Trägerfluidzulauf, je nach Seite des Bauteils - auf der einen Seite und der permeablen Struktur auf der anderen Seite angeordnet und kann als Verbindungsstück zwischen diesen eingesetzt sein. Die permeable Struktur kann bereichsweise in den Mündungskollektor hineingreifen. The orifice collector is formed integrally with the carrier fluid drain and the permeable structure. The carrier fluid drain therefore merges integrally into the mouth collector, and the mouth collector merges integrally into the permeable structure. Together, the carrier fluid drain, mouth collector and permeable structure therefore form a three-dimensional, possibly interlocking structure. Typically, the mouth collector is arranged between the carrier fluid outlet - or carrier fluid inlet, depending on the side of the component - on one side and the permeable structure on the other side and can be used as a connecting piece between them. The permeable structure can extend into the mouth collector in some areas.
Die permeable Struktur ist so hergerichtet und angeordnet, eine Hüllseite von einer Trägerseite zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise permeabel abzutrennen. Auf der Trägerseite der permeablen Struktur ist dabei ein Trägerfluid bereitstellbar. Das Trägerfluid kann beispielsweise von dem Trägerfluidzulauf durch die Trägerseite der porösen Struktur zu dem Trägerfluidablauf strömen, d.h. einmal durch das monolithische Bauteil, wobei die permeable Struktur hergerichtet ist, einen Stofftransfer des Trägerfluids mit der Hüllseite zu gewährleisten, insbesondere einen Transfer vom Trägerfluid in ein Hüllfluid und/oder von einem Hüllfluid in das Trägerfluid. Die permeable oder poröse Materialstruktur trennt also eine Hüllseite von einer Trägerseite permeabel ab, so dass die poröse Materialstruktur als Membran bezeichnet werden kann zur permeablen Trennung des Hüllfluids von dem Trägerfluid. The permeable structure is prepared and arranged to permeably separate an envelope side from a carrier side at least partially and/or at least in regions. A carrier fluid can be provided on the carrier side of the permeable structure. The carrier fluid can, for example, flow from the carrier fluid inlet through the carrier side of the porous structure to the carrier fluid outlet, i.e. once through the monolithic component, the permeable structure being prepared to ensure a mass transfer of the carrier fluid to the envelope side, in particular a transfer from the carrier fluid into an envelope fluid and/or from a sheath fluid into the carrier fluid. The permeable or porous material structure therefore permeably separates an envelope side from a carrier side, so that the porous material structure can be referred to as a membrane for the permeable separation of the envelope fluid from the carrier fluid.
Zwischen dem Trägerfluidzulauf und der permeablen Struktur kann bevorzugt ein zweiter Mündungskollektor angeordnet sein. Zwar weist diese Ausführungsform einige Vorteile auf, wie noch im Rahmen der Ausführungsbeispiele dargelegt werden wird ist das allerdings nicht in jedem Fall notwendig. Der zweite Mündungskollektor kann integral mit dem Trägerfluidzulauf auf der einen Seite und der permeablen Struktur auf der anderen Seite ausgebildet sein. Beispielsweise kann der zweite Mündungskollektor spiegelsymmetrisch zum (ersten) Mündungskollektor aufgebaut sein. Mit anderen Worten können Trägerfluidzulauf, Mündungskollektor, permeable Struktur, zweiter Mündungskollektor und ggf. auch der Trägerfluidablauf einstückig geformt oder aufgebaut sein, so dass keine Trennstellen vorhanden sind, die die Dichtigkeit herabsetzen, und somit keine Dichtungen eingesetzt werden müssen. A second mouth collector can preferably be arranged between the carrier fluid inlet and the permeable structure. Although this embodiment has some advantages, as will be explained in the exemplary embodiments, this is not necessary in every case. The second orifice collector may be formed integrally with the carrier fluid inlet on one side and the permeable structure on the other side. For example, the second mouth collector can be constructed mirror-symmetrically to the (first) mouth collector. In other words, carrier fluid inlet, mouth collector, permeable structure, second mouth collector and possibly also the Carrier fluid drain must be formed or constructed in one piece, so that there are no separation points that reduce the tightness and therefore no seals have to be used.
Die permeable Struktur kann bevorzugt Filterkapillaren umfassen, insbesondere Membrankapillaren. Die Filterkapillaren können des Weiteren einstückig in den Mündungskollektor und/oder den zweiten Mündungskollektor übergehen. Die Filterkapillaren können daher als einstückige bauliche Verlängerung des Mündungskollektors aufgefasst werden, wobei es bevorzugt sein kann, wenn die Filterkapillaren in den Bauraum des Mündungskollektors hineinragen. The permeable structure can preferably comprise filter capillaries, in particular membrane capillaries. The filter capillaries can also merge in one piece into the mouth collector and/or the second mouth collector. The filter capillaries can therefore be viewed as a one-piece structural extension of the mouth collector, although it may be preferred if the filter capillaries protrude into the installation space of the mouth collector.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Membranrohre oder Filterkapillaren spannungstolerant, insbesondere längsspannungstolerant, aber auch querspannungstolerant, ausgerüstet. Wenn die ersten Stirnseite und die zweite Stirnseite zueinander parallel angeordnet sind, kann eine Längsspannung eine Kraftbeaufschlagung auf die Membranrohre oder Filterkapillaren implizieren, bei welcher die Stirnseiten zueinander parallel angeordnet verbleiben, möglicherweise aber parallel verschoben werden; Eine über ein Maß ansteigende Längsspannung kann also in eine Ausweichbewegung der Stirnseiten zueinander resultieren. Dabei werden die Membranrohre oder Filterkapillaren entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung kraftbeaufschlagt, also typischerweise gestaucht, aber auch gelängt. Es kann zum Bruch der Membranrohre oder Filterkapillaren kommen. Eine Querspannung kann implizieren, dass eine Kraftbeaufschlagung auf die Membranrohre oder Filterkapillaren auftritt, bei welcher die Stirnseiten zueinander gekippt werden, also eine Kraftbeaufschlagung senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der Membranrohre oder Filterkapillaren. Wenn die Membranrohre oder Filterkapillaren spannungstolerant ausgerüstet sind, dann können sie mit einem höheren Maß an Längsspannung und/oder Querspannung beaufschlagt werden als ein vergleichbares gerades Membranrohr bzw. Filterkapillare. Mit anderen Worten wird insbesondere die Geometrie der Membranrohre bzw. Filterkapillaren so aufgebaut, dass eine höhere Längsspannung, oder auch Querspannung, aufgenommen werden kann ohne dass ein Bruch der Membranrohre oder Filterkapillaren folgt. Eine Ausführungsform für ein Membranrohr oder eine Filterkapillare, welche spannungstolerant ausgerüstet ist, ist ein federartig stauchbares Membranrohr bzw. Filterkapillare. Beispielsweise kann das Membranrohr bzw. die Filterkapillare um 1 mm oder mehr gestaucht werden, ohne dass diese geschädigt oder zerstört wird, bevorzugt um 2 mm oder mehr, weiter bevorzugt um 5 mm oder mehr, noch weiter bevorzugt um 10 mm oder mehr, schließlich bevorzugt um 20 mm oder mehr. Andererseits kann die Längenänderungstoleranz - also die Längenänderung, die sich bei Spannungsbeaufschlagung durch die Spannungstoleranz des Membranrohrs bzw. der Filterkapillare ergibt - 0,1% der Ursprungslänge oder mehr, bevorzugt 0,2% oder mehr, weiter bevorzugt 0,5% oder mehr, noch weiter bevorzugt 1 % oder mehr, und schließlich 2% oder mehr der Ursprungslänge des Membranrohrs bzw. der Filterkapillare betragen. In a preferred embodiment, the membrane tubes or filter capillaries are designed to be voltage tolerant, in particular longitudinal voltage tolerant, but also transverse voltage tolerant. If the first end face and the second end face are arranged parallel to one another, a longitudinal tension can imply an application of force to the membrane tubes or filter capillaries, in which the end faces remain arranged parallel to one another, but may be displaced in parallel; A longitudinal tension that increases to a certain extent can result in an evasive movement of the end faces towards one another. The membrane tubes or filter capillaries are subjected to force along their main direction of extension, i.e. typically compressed, but also elongated. The membrane tubes or filter capillaries may break. A transverse stress can imply that a force is applied to the membrane tubes or filter capillaries, in which the end faces are tilted towards one another, i.e. a force is applied perpendicular to the main direction of extension of the membrane tubes or filter capillaries. If the membrane tubes or filter capillaries are designed to be stress-tolerant, then they can be subjected to a higher degree of longitudinal stress and/or transverse stress than a comparable straight membrane tube or filter capillary. In other words, the geometry of the membrane tubes or filter capillaries in particular is constructed in such a way that a higher longitudinal stress, or transverse stress, can be absorbed without the membrane tubes or filter capillaries breaking. An embodiment of a membrane tube or a filter capillary that is designed to be stress-tolerant is a spring-like compressible membrane tube or filter capillary. For example, the membrane tube or the filter capillary can be compressed by 1 mm or more without being damaged or destroyed, preferably by 2 mm or more, more preferably by 5 mm or more, even more preferably by 10 mm or more, finally preferred by 20 mm or more. On the other hand, the length change tolerance - i.e. the change in length that results when tension is applied due to the tension tolerance of the membrane tube or the filter capillary - 0.1% of the original length or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.5% or more, even more preferably 1% or more, and finally 2% or more of the original length of the membrane tube or filter capillary.
Spannungstolerant kann auch als elastisch, spannungsverteilend oder spannungsreduzierend aufgefasst werden, denn Spannungsspitzen in inelastischen Bereichen werden auf eine größere Bauteilfläche verteilt, ggf. aber sogar insgesamt reduziert, wenn das Bauteil dadurch eine Verformung zulässt. Besonders bevorzugt ist, dass die Membranrohre bzw. Filterkapillaren spannungsableitend ausgebildet sind, denn wenn die Membranrohre bzw. Filterkapillaren unter Krauftbeaufschlagung nachgeben können, z.B. federartig stauchen, und zugleich das Bauteilgehäuse steif genug ausgeführt ist, dann kann die beaufschlagte Spannung, z.B. die Druckspannung, auf das Bauteilgehäuse abgeleitet werden und von diesem aufgenommen werden. Stress tolerant can also be understood as elastic, stress-distributing or stress-reducing, because stress peaks in inelastic areas are distributed over a larger component area, but may even be reduced overall if the component allows deformation as a result. It is particularly preferred that the membrane tubes or filter capillaries are designed to dissipate stress, because if the membrane tubes or filter capillaries can yield under force, e.g. compress like a spring, and at the same time the component housing is designed to be stiff enough, then the applied tension, e.g. the compressive stress, can the component housing can be derived and absorbed by it.
Das monolithische Bauteil kann einen oder mehrere Hüllfluidkanäle umfassen. Der oder die Hüllfluidkanäle ist/sind insbesondere hergerichtet zur Strömungsführung eines Hüllfluids jedenfalls abschnittsweise entlang des monolithischen Bauteils. Die Hüllfluidkanäle können beispielsweise einstückig in den Mündungskollektor und/oder den zweiten Mündungskollektor übergehen. The monolithic component can include one or more enveloping fluid channels. The enveloping fluid channel(s) is/are in particular prepared to guide the flow of an enveloping fluid, at least in sections along the monolithic component. The enveloping fluid channels can, for example, merge in one piece into the mouth collector and/or the second mouth collector.
Die Filterkapillaren können je einen Kapillarauslauf aufweisen. Die Kapillarausläufe können dann des Weiteren einen Hüllfluidabschluss ausbilden zum Absperren des Hüllfluids aus dem Trägerfluidzulauf und integral in den Mündungskollektor übergehen. Mit anderen Worten bilden die Kapillarausläufe eine geschlossene Wandung, welche eine Trägerfluidseite im Bereich des Mündungskollektors von einer Hüllfluidseite abtrennt. The filter capillaries can each have a capillary outlet. The capillary outlets can then further form a sheath fluid closure for shutting off the sheath fluid from the carrier fluid inlet and merge integrally into the mouth collector. In other words, the capillary outlets form a closed wall which separates a carrier fluid side in the area of the mouth collector from an enveloping fluid side.
Die Kapillarausläufe können mittels einer strömungsführenden Oberflächengestaltung verringerte Strömungswiderstände für das durchströmende Trägerfluid bereitstellen, mit Verringerung von Turbulenzen und/oder Druckschwankungen im Strömungsverlauf. Die Kapillarausläufe können beispielsweise eine konusförmige, kegelmantelförmige, parabelförmige oder torusinnenflächenförmige Gestaltung aufweisen. Die strömungsführende Oberflächengestaltung ist insbesondere konzentrisch um die Mündung herum angeordnet bzw. aufgebaut. Des Weiteren können die Kapillarausläufe in den Mündungskollektor hineinkragen. Das monolithische Bauteil kann ferner eine Umhäusung umfassen, welche monolithisch mit zumindest einem aus permeabler Struktur, Mündungskollektor, zweitem Mündungskollektor, Trägerfluidzulauf oder Trägerfluidablauf ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Umhäusung monolithisch ausgebildet ist mit allen vorgenannten Strukturen, das heißt mit permeabler Struktur, Mündungskollektor, zweitem Mündungskollektor, Trägerfluidzulauf und Trägerfluidablauf. By means of a flow-guiding surface design, the capillary outlets can provide reduced flow resistance for the carrier fluid flowing through, with a reduction in turbulence and/or pressure fluctuations in the course of the flow. The capillary outlets can, for example, have a conical, conical shell-shaped, parabolic or torus-shaped inner surface design. The flow-guiding surface design is in particular arranged or constructed concentrically around the mouth. Furthermore, the capillary outlets can protrude into the mouth collector. The monolithic component may further comprise a casing which is monolithically formed with at least one of a permeable structure, a mouth collector, a second mouth collector, a carrier fluid inlet or a carrier fluid outlet. Particularly preferably, the casing is designed to be monolithic with all of the aforementioned structures, that is to say with a permeable structure, mouth collector, second mouth collector, carrier fluid inlet and carrier fluid outlet.
Die Hüllfluidkanäle können einen integralen Bestandteil der Umhäusung bilden, so dass die Umhäusung einen Teil der Innenseite der Hüllfluidkanäle ausbildet. Mit anderen Worten können die Hüllfluidkanäle unmittelbar benachbart an der Umhäusung angeordnet sein, bveorzugt integral mit der Umhäusung ausgeführt, beispielsweise als Ausbuchtung oder Hohlraum, so dass die Innenseite eines Hüllfluidkanals zugleich auch innen in der Umhäusung liegt. The sheathing fluid channels can form an integral part of the casing, so that the casing forms part of the inside of the sheathing fluid channels. In other words, the enveloping fluid channels can be arranged immediately adjacent to the casing, preferably designed integrally with the casing, for example as a bulge or cavity, so that the inside of a cladding fluid channel is also located on the inside of the casing.
Es kann eine innere Tragstruktur im monolithischen Bauteil vorgesehen sein, welche einstückig ausgebildet ist mit zumindest einem aus Umhäusung, den Hüllfluidkanälen, der permeablen Struktur, dem Mündungskollektor oder dem zweiten Mündungskollektor, bevorzugt monolithisch ausgebildet ist mit allen vorgenannten Strukturen. Die innere Tragstruktur kann das Gehäuse nach innen zum Mündungskollektor hin abstützen. Beispielsweise können die Hüllfluidkanäle integral ausgebildet sein mit der Tragstruktur. Beispielsweise kann die innere Tragstruktur jeweils mit einem Tragarm an einem der Hüllfluidkanäle aufgesetzt sein und integral mit dem jeweiligen Hüllfluidkanal ausgebildet sein. An inner support structure can be provided in the monolithic component, which is formed in one piece with at least one of the casing, the enveloping fluid channels, the permeable structure, the mouth collector or the second mouth collector, preferably monolithically formed with all of the aforementioned structures. The inner support structure can support the housing inwards towards the muzzle collector. For example, the enveloping fluid channels can be formed integrally with the support structure. For example, the inner support structure can each be placed with a support arm on one of the enveloping fluid channels and be formed integrally with the respective enveloping fluid channel.
Der Mündungskollektor und/oder der zweite Mündungskollektor kann bevorzugt konisch verjüngend ausgebildet sein. Die Verjüngung kann neben der bevorzugten Konusform auch in analoger bzw. sehr ähnlicher Kegelstumpfform ausgebildet sein. Typischerweise weist der Trägerfluidzulauf bzw. Trägerfluidablauf einen geringeren Durchmesser auf als die permeable Struktur, so dass die Strömung aus dem Trägerfluidzufuhr im Mündungskollektor auf die Weite der permeablen Struktur aufgeweitet wird - bzw. im zweiten Mündungskollektor in Richtung Trägerfluidablauf wieder zusammengefasst wird. The mouth collector and/or the second mouth collector can preferably be designed to taper conically. In addition to the preferred cone shape, the taper can also be designed in an analogous or very similar truncated cone shape. Typically, the carrier fluid inlet or carrier fluid outlet has a smaller diameter than the permeable structure, so that the flow from the carrier fluid supply in the mouth collector is expanded to the width of the permeable structure - or is summarized again in the second mouth collector in the direction of the carrier fluid outlet.
Auf der Hüllseite, die zum Hüllfluid zugewandt ist, also zum Beispiel die Außenseite der permeablen Struktur darstellt, ist ein Hüllfluid bereitstellbar, so dass in dem oder durch das monolithische Bauteil sowohl das Trägerfluid als auch das Hüllfluid strömen kann und das Trägerfluid mittels der permeablen Struktur von dem Hüllfluid abgetrennt ist. On the envelope side, which faces the envelope fluid, i.e., for example, represents the outside of the permeable structure, an envelope fluid can be provided, so that both the carrier fluid and the envelope fluid can flow in or through the monolithic component and the carrier fluid can flow by means of the permeable structure is separated from the enveloping fluid.
Die permeable Struktur kann des Weiteren semipermeabel oder selektiv permeabel eingerichtet sein. Die permeable Struktur kann ferner beispielsweise permeabel eingerichtet sein für Stoffe und/oder Partikel mit einer Größe kleiner als 10 m, bevorzugt kleiner als 2 m, weiter bevorzugt kleiner als 0,5 pm. The permeable structure can also be designed to be semi-permeable or selectively permeable. The permeable structure can also be designed to be permeable, for example for substances and/or particles with a size smaller than 10 m, preferably smaller than 2 m, more preferably smaller than 0.5 pm.
Die Filterkapillaren der permeablen Struktur können als eine Mehrzahl von länglich erstreckten Membranrohren ausgebildet sein, die einstückig den Mündungskollektor des monolithischen Bauteils mit dem zweiten Mündungskollektor verbinden. The filter capillaries of the permeable structure can be designed as a plurality of elongated membrane tubes which integrally connect the mouth collector of the monolithic component with the second mouth collector.
Die Membranrohre oder Filterkapillaren können ferner eine Innenseite aufweisen, wobei die Innenseiten der Membranrohre oder Filterkapillaren die Trägerseite bilden. Das Trägerfluid kann demnach auf der Innenseite entlang strömen. Die Membranrohre oder Filterkapillaren können weiters auf ihren Außenseiten einen Teil der Hüllseite bilden wobei das Hüllfluid auf der Außenseite entlang strömen kann. Die Membranrohre oder Filterkapillaren können im Übrigen eine rohr- oder röhrenförmige Ausgestaltung aufweisen. The membrane tubes or filter capillaries can also have an inside, with the insides of the membrane tubes or filter capillaries forming the carrier side. The carrier fluid can therefore flow along the inside. The membrane tubes or filter capillaries can also form part of the envelope side on their outsides, whereby the envelope fluid can flow along the outside. The membrane tubes or filter capillaries can also have a tubular or tubular design.
Ohne dass dies in dieser Beschreibung eigens mit Figuren gezeigt wird, können die Filterkapillaren auch helikal geformt sein, beispielsweise in Triplehelixe aufgeteilt sein. Helikal geformte Filterkapillaren bieten den Vorteil eines besseren Stoffaustauschs auf der Innenseite bei einer Durchströmung mit Trägerfluid. Im Vorteil gegenüber geraden Filterkapillaren weisen helikal geformte Membranrohre eine elastische Nachgiebigkeit auf bei Belastungen in Richtung der Hauptachse des Membranrohrbündels bzw. der Triplehelix. Eine solche Belastung kann im Betrieb bei schnellen Temperaturänderungen des durchströmenden Fluid aufkommen. Das Membranrohrbündel will sich der Temperatur entsprechend zum Beispiel ausdehnen, wird aber durch die noch kalte Umhäusung daran gehindert. Gleiches gilt bei schnellen Temperaturabsenkungen. Die Triplehelix oder generell die helikale Form kann hierbei wie eine Schraubenfeder wirken. Es kann hiermit also ein spannungstolerantes monolithisches Bauteil bereitgestellt sein, insbesondere längsspannungstolerant, welches höhere Spannungen, insbesondere durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Längsspannungen, aufnehmen kann bevor eine Ermüdung oder gar ein Bruch einer oder mehrerer Filterkapillaren erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform können Filterkapillaren mäanderartig bzw. wellenlinienartig geformt sein zur Verbesserung der Durchmischung der Fluide und ggf. zur Erhöhung einer Dämpfungswirkung bzw. elastischen Nachgiebigkeit in Richtung der Haupterstreckungsachse der Filterkapillare. Auch ist es möglich, variable Querschnittsgeometrien von Filterkapillaren einzusetzen zur Erhöhung der Durchmischung des strömenden Trägerfluids. Without this being specifically shown with figures in this description, the filter capillaries can also be helically shaped, for example divided into triple helixes. Helically shaped filter capillaries offer the advantage of better material exchange on the inside when carrier fluid flows through. Compared to straight filter capillaries, helically shaped membrane tubes have an advantage when subjected to loads in the direction of the main axis of the membrane tube bundle or the triple helix. Such a load can occur during operation when there are rapid changes in the temperature of the fluid flowing through. For example, the membrane tube bundle wants to expand according to the temperature, but is prevented from doing so by the still cold casing. The same applies to rapid temperature drops. The triple helix or generally the helical shape can act like a coil spring. This means that a stress-tolerant monolithic component can be provided, in particular longitudinal stress-tolerant, which can absorb higher stresses, in particular longitudinal stresses caused by temperature differences, before fatigue or even breakage of one or more filter capillaries occurs. In a further embodiment, filter capillaries can be shaped like a meander or wavy line to improve the mixing of the fluids and possibly to increase a damping effect or elastic flexibility in the direction of the main axis of extension of the filter capillary. It is also possible to use variable cross-sectional geometries of filter capillaries to increase the mixing of the flowing carrier fluid.
Der Trägerfluidzulauf kann ein mit dem Mündungskollektor und der porösen Struktur monolithisch ausgebildetes Trägerfluid-Anschlusselement zum Anschließen an eine Fluidführung wie einen Schlauch oder ein Rohr aufweisen. Dabei kann das Trägerfluid-Anschlusselement bevorzugt Mittel aufweisen zum lösbaren Verbinden des Schlauchs oder des Rohrs, wie zum Beispiel ein Anschlussgewinde. Auch/oder der Trägerfluidablauf kann ein mit dem zweiten Mündungskollektor und der permeablen Struktur monolithisch ausgebildetes zweites Trägerfluid- Anschlusselement zum Anschließen an eine Fluidführung wie einen Schlauch oder ein Rohr aufweisen. Auch das zweite Trägerfluid-Anschlusselement kann Mittel zum lösbaren Verbinden des Schlauchs oder des Rohrs umfassen wie ein Schraubgewinde. The carrier fluid inlet can be a carrier fluid connection element which is monolithically formed with the mouth collector and the porous structure for connection to a fluid guide such as a hose or a pipe. The carrier fluid connection element can preferably have means for releasably connecting the hose or pipe, such as a connecting thread. Also/or the carrier fluid drain can have a second carrier fluid connection element which is designed monolithically with the second mouth collector and the permeable structure for connection to a fluid guide such as a hose or a pipe. The second carrier fluid connection element can also include means for releasably connecting the hose or tube, such as a screw thread.
Des weiteren kann zumindest ein mit der permeablen Struktur und/oder den Hüllfluidkanälen monolithisch ausgebildeter Hüllfluid-Anschluss vorgesehen sein. Furthermore, at least one sheath fluid connection formed monolithically with the permeable structure and/or the sheath fluid channels can be provided.
Das monolithische Bauteil kann einen Hüllfluid-Ringverteiler aufweisen, insbesondere zur Verbindung des Hüllfluid-Anschlusses und/oder zur Verbindung der Hüllfluidkanäle. The monolithic component can have a sheath fluid ring distributor, in particular for connecting the sheath fluid connection and/or for connecting the sheath fluid channels.
Beispielsweise kann der Hüllfluid-Ringverteiler das Hüllfluid aus dem Hüllfluid-Anschluss in die einzelnen Hüllfluidkanäle verteilen. Der Hüllfluid-Ringverteiler kann von außerhalb des Gehäuses auf das Gehäuse des monolithischen Bauteils aufgesetzt sein, beispielsweise indem der Hüllfluid- Ringverteiler integral mit dem Gehäuse ausgeführt ist und das Gehäuse einen Teil der Innenwand des Ringverteilers bildet. For example, the sheath fluid ring distributor can distribute the sheath fluid from the sheath fluid connection into the individual sheath fluid channels. The enveloping fluid ring distributor can be placed on the housing of the monolithic component from outside the housing, for example by making the enveloping fluid ring distributor integral with the housing and the housing forming part of the inner wall of the ring distributor.
Die permeable Struktur kann zumindest einen Turbulator aufweisen zur Durchmischung des Trägerfluids und/oder zur Durchmischung des Hüllfluids, insbesondere eine Mehrzahl von Turbulatoren je Filterkapillare. Ein Turbulator kann eine Verwirbelung in dem entsprechenden Fluid bereitstellen, so dass es zu einer verbesserten Durchmischung und somit zu einem verbesserten Stoffaustausch zwischen Hüllfluid und Trägerfluid kommt. The permeable structure can have at least one turbulator for mixing the carrier fluid and/or for mixing the enveloping fluid, in particular a plurality of turbulators per filter capillary. A turbulator can provide turbulence in the corresponding fluid, so that there is improved mixing and thus improved mass transfer between the enveloping fluid and the carrier fluid.
Das monolithische Bauteil kann anorganische Bestandteile, insbesondere keramische Paste oder metallische Paste, umfasst oder daraus besteht oder daraus hergestellt sein. Das monolithische Bauteil kann des Weiteren Polymere, insbesondere Polymerpulver, weiter insbesondere zumindest eines aus Polyolefine, beispielsweise Polypropylen, Polyamide, Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyethersulfon, umfassen, daraus bestehen oder daraus hergestellt sein. Das monolithische Bauteil kann des Weiteren anorganische und polymere Bestandteile, insbesondere Polymerlösung mit keramischen, metallischen und/oder polymeren Füllstoffen, die Polymerlösung insbesondere umfassend zumindest eines aus Polyolefine, beispielsweise Polypropylen, Polyamide, Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyethersulfon, umfassen, daraus bestehen oder daraus aufgebaut sein. Die permeable Struktur kann eine poröse Struktur sein, welche aus porösem oder porösierbarem Ausgangsmaterial einstückig aufgebaut ist. The monolithic component can comprise or consist of or be made from inorganic components, in particular ceramic paste or metallic paste. The monolithic component can further comprise, consist of or be made from polymers, in particular polymer powders, in particular at least one of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethersulfone. The monolithic component can further comprise, consist of or consist of inorganic and polymeric components, in particular polymer solution with ceramic, metallic and/or polymeric fillers, the polymer solution in particular comprising at least one of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethersulfone be constructed. The permeable structure can be a porous structure which is constructed in one piece from porous or porousable starting material.
Die vorliegende Beschreibung umfasst auch ein monolithisch aufgebautes Filtermodul zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, umfassend einen Trägerfluidzulauf und einen Trägerfluidablauf, einen monolithisch mit dem Trägerfluidzulauf ausgebildeten Mündungskollektor, einen monolithisch mit dem Trägerfluidablauf ausgebildeten zweiten Mündungskollektor, ein, insbesondere längliches oder röhrenförmiges, einstückig mit dem Mündungskollektor und/oder dem zweiten Mündungskollektor ausgebildetes Filtergehäuse, eine in dem Filtergehäuse angeordnete und mit dem Mündungskollektor, dem zweiten Mündungskollektor und dem Filtergehäuse einstückig aufgebaute und verbundene sowie jedenfalls teilweise oder bereichsweise permeabel eingerichtete Struktur, zumindest ein Trägerfluid-Anschlusselement, zumindest ein Hüllfluid-Anschlusselement, wobei der Mündungskollektor und der zweite Mündungskollektor jeweils als integrale Fluidsperre ausgebildet ist zum Unterbinden eines Austausches zwischen Trägerfluid-Anschlusselement und Hüllfluid-Anschlusselement. The present description also includes a monolithically constructed filter module for separating components from a fluid, comprising a carrier fluid inlet and a carrier fluid outlet, an orifice collector formed monolithically with the carrier fluid inlet, a second orifice collector formed monolithically with the carrier fluid outlet, a particularly elongated or tubular one, integral with the mouth collector and/or the second mouth collector, a filter housing arranged in the filter housing and constructed and connected in one piece with the mouth collector, the second mouth collector and the filter housing and at least partially or partially permeable structure, at least one carrier fluid connection element, at least one enveloping fluid Connection element, wherein the mouth collector and the second mouth collector are each designed as an integral fluid barrier to prevent an exchange between the carrier fluid connection element and the enveloping fluid connection element.
Das Filtermodul kann ferner die permeable Struktur so hergerichtet und angeordnet umfassen, dass eine Hüllseite von einer Trägerseite zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise permeabel von dieser abgetrennt ist. Auf der Trägerseite kann entsprechend ein Trägerfluid bereitstellbar sein. Die permeable Struktur kann auch hergerichtet sein, einen Stofftransfer des Trägerfluids mit der Hüllseite zu gewährleisten. The filter module can further comprise the permeable structure prepared and arranged in such a way that an envelope side is at least partially and/or at least partially permeably separated from a carrier side. A carrier fluid can accordingly be provided on the carrier side. The permeable structure can also be prepared to ensure mass transfer of the carrier fluid to the envelope side.
Zur Herstellung eines monolithischen Bauteils mit permeabler Struktur, so wie es vorstehend in verschiedenen mit einander kombinierbaren Varianten beschrieben wurde, sollen im Weiteren mehrere Schritte zur Erhöhung des Verständnisses erläutert werden. Das monolithische Bauteil weist in bevorzugter Weise eine zumindest teilweise oder zumindest bereichsweise poröse Materialstruktur auf, und eignet sich daher weiter insbesondere als Filterelement oder Filtervorrichtung. Das Ausgangsmaterial wird für den Auftrag bereitgestellt, beispielsweise mittels eines Extruders. Das Ausgangsmaterial liegt bereits porös vor oder es wird in einer porösierbaren Form bereitgestellt. Das bedeutet, dass das Ausgangsmaterial bei seiner Bereitstellung zunächst nicht porös ist, aber im Zusammenhang mit dem Auftrag des Ausgangsmaterials so beeinflusst, verändert oder anders zusammengesetzt wird, dass das Ausgangsmaterial im zeitlichen Zusammenhang mit dem Auftrag des Ausgangsmaterials mit Poren durchsetzt werden kann. Unter Bereitstellen des Primärmaterials kann auch das Fördern des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials zu dem Ort des Materialauftrags umfasst sein, aber auch die thermische Anpassung an gewünschte Auftragsbedingungen, wie auch das Einstellen eines vorteilhaften physikalischen Drucks für das Aufträgen des Ausgangsmaterials zur Herstellung des Bauteils. Im Beispiel des Extruders umfasst das Bereitstellen das Fördern und Pressen in der Extruderschnecke, wobei am Ausgang des Extruders schließlich das poröse oder porösierbare Ausgangsmaterial bereitgestellt ist. To produce a monolithic component with a permeable structure, as described above in various variants that can be combined with one another, several steps will be explained below to increase understanding. The monolithic component preferably has an at least partially or at least partially porous material structure, and is therefore particularly suitable as a filter element or filter device. The starting material is provided for the order, for example using an extruder. The starting material is already porous or is provided in a porous form. This means that the starting material is initially not porous when it is made available, but is influenced, changed or put together differently in connection with the application of the starting material in such a way that the starting material can become riddled with pores in connection with the application of the starting material. Providing the primary material can also provide funding of the porous or porousable starting material to the location of the material application, but also the thermal adaptation to desired application conditions, as well as setting an advantageous physical pressure for the application of the starting material to produce the component. In the example of the extruder, the provision includes conveying and pressing in the extruder screw, with the porous or porousable starting material finally being provided at the exit of the extruder.
Bei dem Aufträgen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials kann die Porosität eingestellt werden, also beispielsweise am Ort des Materialauftrags. Beispielsweise erfolgt diese Einstellung zeitlich unmittelbar vor, während oder auch unmittelbar nach dem konkreten Materialauftrag. Hierbei können beispielsweise Maschinenparameter einer Auftragsmaschine geändert werden, wie eines Extruders, oder es kann ein Mischungsverhältnis des Ausgangsmaterials verändert werden, oder es können Verfahrensparameter bei der Verfestigung des Ausgangsmaterials eingestellt werden, um die Porosität am Ort des Materialauftrags einzustellen. Dabei wird in vorteilhafter Weise intrinsisch im Material die Materialdurchlässigkeit eingestellt. Mit dem in wenig oder nicht poröser Form bereitgestellten Ausgangsmaterial können beispielsweise Teile des Gehäuses des Bauteils aufgebaut werden. An anderer Stelle des Bauteils kann mit demselben Ausgangsmaterial eine poröse, d.h. durchlässige oder auch permeable, semipermeable oder spezifisch permeable Materialstruktur erzeugt werden, und die verschiedenen Bauteilbereiche monolithisch miteinander aufgebaut. When the porous or porousable starting material is applied, the porosity can be adjusted, for example at the location of the material application. For example, this setting takes place immediately before, during or immediately after the specific material application. Here, for example, machine parameters of an application machine, such as an extruder, can be changed, or a mixing ratio of the starting material can be changed, or process parameters can be set during the solidification of the starting material in order to adjust the porosity at the location of the material application. The material permeability is advantageously adjusted intrinsically in the material. For example, parts of the housing of the component can be constructed with the starting material provided in a slightly or non-porous form. Elsewhere on the component, a porous, i.e. permeable or permeable, semi-permeable or specifically permeable material structure can be created with the same starting material, and the different component areas can be constructed monolithically with one another.
Das Aufträgen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials kann punktweise, insbesondere in einer Punkt-Target-Matrix oder in Zylinderkoordinaten, linienartig oder schichtweise erfolgen. Der Materialauftrag kann kontinuierlich oder auch quasikontinuierlich erfolgen, das heißt z.B. „raupenförmig“ aus der Bereitstellungsanlage wie einem Extruder austreten, und z.B. damit punktweise Punkte einer Punkt-Target-Matrix angefahren werden. Der Materialauftrag erfolgt typischerweise der Schwerkraft folgend mit einem Auftrag von oben und dem Aufbau des Bauteils von unten nach oben. Der Materialauftrag kann in einer Schicht-Target- Matrix erfolgen, wobei eine Mehrzahl von anzufahrenden Punkten in einer solchen Schicht zusammengefasst sein kann. Beispielsweise wenn das Ausgangsmaterial pulverförmig vorliegt, kann eine solche Schicht als Ganzes präpariert werden, also beispielsweise mit einer Strahlungsquelle erhitzt und einstückig miteinander verbunden werden. The porous or porousable starting material can be applied point by point, in particular in a point-target matrix or in cylindrical coordinates, in a line-like manner or in layers. The material application can be carried out continuously or quasi-continuously, i.e., for example, emerging from the supply system such as an extruder in a “caterpillar shape”, and, for example, points of a point-target matrix can be approached point by point. The material is typically applied according to gravity with an application from above and the component is built up from bottom to top. The material application can take place in a layer-target matrix, whereby a plurality of points to be approached can be combined in such a layer. For example, if the starting material is in powder form, such a layer can be prepared as a whole, that is, for example, heated with a radiation source and connected to one another in one piece.
Der Punktabstand von einem Punkt zum nächsten benachbarten Punkt muss nicht identisch sein, beispielsweise kann so ein Bereich besonders komplexer Geometrie mit engerem Punktraster versehen sein, wohingegen einfache Gebilde mit wenigen Punkten beschreibbar sind. Beispielsweise im Fall pastösem Ausgangsmaterials kann das Ausgangsmaterial „raupenförmig“ aufgetragen werden, und eine lange gerade Linie aufgetragen werden, wobei nur der Anfangs- und Endpunkt der geraden Linie zu definieren wäre. The point distance from one point to the next neighboring point does not have to be identical; for example, an area of particularly complex geometry can have a narrower area be provided with a dot grid, whereas simple structures can be described with just a few dots. For example, in the case of pasty starting material, the starting material can be applied in a “bead shape” and a long straight line can be applied, whereby only the start and end points of the straight line would have to be defined.
Bei dem Anfahren eines anzufahrenden Punktes wird das Ausgangsmaterial an dem entsprechenden Punkt der Punkt-Target-Matrix zur Verfügung steht. Das Anfahren kann mittels eines Auftragswerkzeugs erfolgen, beispielsweise der bereits genannte Extruder, wobei das Auftragswerkzeug in dreidimensionaler Weise zu dem aufzutragenden Punkt der Punkt-Target- Matrix bewegt werden kann oder ein Bauteilträger so verstellbar ausgeführt ist, dass ein bewegliches System der Punkt-Target-Matrix entsteht, wobei die Punkt-Target-Matrix vor dem Auftragswerkzeug verschoben wird und der aufzutragenden Punkt der Punkt-Target-Matrix am Auftragswerkzeug zur Anlage kommt. When approaching a point to be approached, the starting material is available at the corresponding point in the point-target matrix. The start-up can be carried out using an application tool, for example the extruder already mentioned, whereby the application tool can be moved in a three-dimensional manner to the point of the point-target matrix to be applied, or a component carrier is designed to be adjustable in such a way that a movable system of the point-target matrix can be moved. Matrix is created whereby the point-target matrix is moved in front of the application tool and the point of the point-target matrix to be applied comes into contact with the application tool.
Ein Auftragswerkzeug ist vorteilhaft, wenn das Ausgangsmaterial eine flüssige, pastöse oder feste Form aufweist. Für den Fall, dass das Ausgangsmaterial in Pulverform vorliegt, kann unter dem Anfahren des anzuführenden Punktes der Punkt-Target-Matrix beispielsweise auch das Richten eines Hitzeerzeugers, wie insbesondere eines Lasers bzw. einer Strahlungsquelle, auf den anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix verstanden werden, um an dem Punkt der Punkt-Target-Matrix das dort abgelegte pulverförmige Ausgangsmaterial zumindest in eine Art Vorschmelze zu bringen, so dass es sich mit dem umliegenden Bauteil bzw. dem umliegenden Ausgangsmaterial verbindet, ggf. als Vorbereitung für ein späteres Sintern des Bauteils als Ganzes. Beispielsweise kann das pulverförmige Ausgangsmaterial ein anorganisch, also z.B. keramisch und/oder metallisch, gefülltes Polymerpulver sein. An application tool is advantageous if the starting material has a liquid, pasty or solid form. In the event that the starting material is in powder form, while approaching the point of the point-target matrix, for example, a heat generator, such as in particular a laser or a radiation source, can also be directed at the point of the point-target matrix to be approached be understood in order to bring the powdery starting material deposited there into at least a kind of pre-melt at the point of the point-target matrix, so that it connects with the surrounding component or the surrounding starting material, if necessary as preparation for later sintering of the component as a whole. For example, the powdery starting material can be an inorganic, i.e. ceramic and/or metallic, filled polymer powder.
Das Einstellen des porösen und/oder porösierbaren Ausgangsmaterials hinsichtlich der Porosität kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es kann ein Mischungsverhältnis im Ausgangsmaterial umfassen, wenn beispielsweise ein Füllstoff in einem veränderlichen Mischungsverhältnis bereitgestellt wird, wobei durch Einstellen des Mischungsverhältnisses des Füllstoffes die Porosität des Ausgangsmaterials definiert werden kann. Es kann auch das Einstellen der Strahlungsquelle bzw. der Quelle für eine thermische Behandlung des Ausgangsmaterials am anzufahrenden Punkt umfassen. So kann zum Beispiel die Intensität eines einzusetzenden Lasers so eingestellt werden, dass eine höhere Intensität eine andere Porosität erzeugt als eine niedrigere Intensität. Das Ausgangsmaterial wird also an dem anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix hinsichtlich seiner Porosität beeinflusst, verändert, zusammengesetzt oder allgemein eingestellt derart, dass an dem zumindest einen ersten Punkt eine poröse Materialstruktur entsteht. An zumindest einem zweiten Punkt der Punkt-Target-Matrix kann durch unterschiedliches Einstellen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials eine undurchlässige Materialstruktur entstehen. Undurchlässig ist dabei beispielsweise eine Struktur, welche vergleichsweise wenig Poren oder gar keine Poren aufweist, oder aber welche geschlossenporig aufgebaut ist, so dass kein Fluidaustausch und/oder Stoffaustausch zwischen Fluiden gewährleistet ist. The porosity of the porous and/or porosable starting material can be adjusted in various ways. It may include a mixing ratio in the starting material, for example if a filler is provided in a variable mixing ratio, whereby the porosity of the starting material can be defined by adjusting the mixing ratio of the filler. It can also include setting the radiation source or the source for thermal treatment of the starting material at the point to be approached. For example, the intensity of a laser to be used can be adjusted so that a higher intensity produces a different porosity than a lower intensity. The starting material is therefore influenced and changed in terms of its porosity at the point of the point-target matrix to be approached, composed or generally adjusted such that a porous material structure is created at the at least one first point. An impermeable material structure can be created at at least a second point of the point-target matrix by adjusting the porous or porousable starting material differently. Impermeable is, for example, a structure which has comparatively few pores or no pores at all, or which has a closed-pore structure, so that no fluid exchange and/or mass exchange between fluids is guaranteed.
Zur Einstellung der Porosität der Materialstruktur des Bauteils kann eine intrinsische beziehungsweise chaotische Porenanordnung eingestellt sein. Das bedeutet, dass die mikroporöse Gestaltung nicht exakt reproduzierbar ist, dass ein Bauteil einem zweiten Bauteil an einem konkreten Punkt der Punkt-Target-Matrix gleiche. Die Porenstruktur wird also nicht im Mikrometerbereich exakt festgelegt, sondern lediglich hinsichtlich der „Wirkung“, das heißt durchschnittlicher Porengröße und Porenanzahl pro Volumen, eingestellt. Eine permeable oder poröse Materialstruktur weist dabei entsprechend eine offene Porosität auf. Die Poren können ggf. beim Materialauftrag so gestaltet oder vorbereitet werden, dass diese im Bauteil eine zusammenhängende poröse Materialstruktur ausbilden. Die Poren können eine rundliche oder kartoffelförmige Einzelstruktur aufweisen. Die undurchlässige Materialstruktur kann hingegen eine geschlossene Porosität oder gar keine Porosität aufweisen, jedenfalls keine Offenporigkeit. To adjust the porosity of the material structure of the component, an intrinsic or chaotic pore arrangement can be set. This means that the microporous design cannot be reproduced exactly, that one component resembles a second component at a specific point in the point-target matrix. The pore structure is not precisely defined in the micrometer range, but is only adjusted with regard to the “effect”, i.e. average pore size and number of pores per volume. A permeable or porous material structure accordingly has open porosity. The pores can, if necessary, be designed or prepared during material application so that they form a coherent porous material structure in the component. The pores can have a round or potato-shaped individual structure. The impermeable material structure, on the other hand, can have closed porosity or no porosity at all, at least no open porosity.
Die poröse Materialstruktur kann sich dadurch auszeichnen, dass dort ein geringerer Widerstand für die Durchströmung oder Durchdringung eines Fluids durch die poröse Materialstruktur vorliegt als in der undurchlässigen Materialstruktur. Es kann sich dabei als vorteilhaft erweisen, wenn sich die Poren jedenfalls teilweise miteinander verbunden herausbilden, so dass ein Fluid von einer Pore zur nächsten Fließen kann und sich insgesamt eine Strömung bzw. eine Durchgängigkeit durch die poröse Materialstruktur ausbilden kann. Die offene Porosität bedeutet also bevorzugt, dass eine Pore typischerweise mit mindestens zwei weiteren Poren im kommunizierenden Flüssigkeitsaustausch steht, wenn ein Fluid durch die poröse Materialstruktur fließt. Dabei kann die Flüssigkeit dadurch zum Fließen gebracht werden, indem die Flüssigkeit unter Aufbringung eines Druckgradienten, beispielsweise erzeugt durch die Schwerkraft und ohne äußere Pumpeinrichtung, oder auch durch Einwirkung einer Pumpeinrichtung bzw. Druckbeaufschlagung, durch das Bauteil befördert wird. The porous material structure can be characterized by the fact that there is a lower resistance to the flow or penetration of a fluid through the porous material structure than in the impermeable material structure. It can prove to be advantageous if the pores are at least partially connected to one another, so that a fluid can flow from one pore to the next and overall a flow or continuity can be formed through the porous material structure. The open porosity therefore preferably means that a pore is typically in communicating liquid exchange with at least two other pores when a fluid flows through the porous material structure. The liquid can be made to flow by conveying the liquid through the component by applying a pressure gradient, for example generated by gravity and without an external pump device, or also by the action of a pump device or pressurization.
Die permeable oder poröse Materialstruktur kann eine offene mikro-oder mesoporöse Struktur aufweisen. Die mittlere Porengröße kann dabei kleiner als 40 m sein, bevorzugt kleiner 5 pm und weiter bevorzugt sogar kleiner als 1 pm. Die permebale oder poröse Materialstruktur weist bevorzugt eine mittlere Volumenporosität von 20 % oder größer auf, bevorzugt 35 % oder größer. Die mittlere Volumenporosität kann auch 50 % oder größere Werte erreichen. The permeable or porous material structure can have an open micro- or mesoporous structure. The average pore size can be smaller than 40 m, preferably smaller 5 pm and more preferably even smaller than 1 pm. The permebal or porous material structure preferably has an average volume porosity of 20% or greater, preferably 35% or greater. The average volume porosity can also reach 50% or greater values.
Die undurchlässige Materialstruktur kann eine höhere Dichte aufweisen als die poröse Materialstruktur. Das Verhältnis der Dichte der undurchlässigen Materialstruktur zu derjenigen der porösen Materialstruktur liegt insbesondere bei 1 ,2 : 1 , bevorzugt bei 1 ,5 : 1 und noch weiter bevorzugt bei 2 : 1. Mit anderen Worten kann die Materialstruktur in undurchlässigen Bereichen dichter aufgebaut sein als in Bereichen poröser Materialstruktur. Dabei kann das Verhältnis der Dichte der undurchlässigen Materialstruktur zu der porösen Materialstruktur auch in Intervallen angegeben sein, beispielsweise in einem Intervall zwischen 1 ,2 : 1 bis 1 ,5 : 1 und bevorzugt in dem Intervall von 1,5 : 1 bis 2 : 1. The impermeable material structure may have a higher density than the porous material structure. The ratio of the density of the impermeable material structure to that of the porous material structure is in particular 1.2: 1, preferably 1.5: 1 and even more preferably 2: 1. In other words, the material structure can be denser in impermeable areas than in areas of porous material structure. The ratio of the density of the impermeable material structure to the porous material structure can also be specified in intervals, for example in an interval between 1.2: 1 to 1.5: 1 and preferably in the interval from 1.5: 1 to 2: 1 .
Das Einstellen der Porosität kann durch die Beimischung von Additiv -oder Füllstoff zu dem Ausgangsmaterial erfolgen, oder auch durch das Einstellen von Härtungsparametern für den jeweils anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix, oder durch die Auswahl von einem anzuwendenden Ausgangsmaterial aus einer Mehrzahl von zumindest zwei Ausgangsmaterialien, wenn die zumindest zwei Ausgangsmaterialien abwechselnd oder gleichzeitig zugeführt werden können. Das Einstellen kann auch durch das Bereitstellen einer ortsabhängigen Strahlungsintensität mit einer Strahlungsquelle erfolgen, die auf den Ort des Materialauftrags gerichtet ist, oder weiter alternativ oder kumulativ die ortsabhängige Einstellung der Lichtabsorptionsfähigkeit des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials, so dass der Bauteilaufbau insbesondere mittels einer ortsunabhängigen Strahlungsquelle durchführbar ist. The porosity can be adjusted by adding additive or filler to the starting material, or by setting hardening parameters for the point of the point-target matrix to be approached, or by selecting a starting material to be used from a plurality of at least two starting materials if the at least two starting materials can be supplied alternately or simultaneously. The adjustment can also be done by providing a location-dependent radiation intensity with a radiation source that is directed at the location of the material application, or further alternatively or cumulatively the location-dependent adjustment of the light absorption capacity of the porous or porousable starting material, so that the component structure can be carried out in particular by means of a location-independent radiation source is.
Als Additiv für das Ausgangsmaterial können polymere oder anorganische Nanopartikel eingesetzt sein. Als Nanopartikel werden Partikel mit einem mittleren Durchmesser von typischerweise 100 nm oder weniger bezeichnet. Beispielsweise können die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von 900 nm oder weniger, 500 nm oder weniger, 100 nm oder weniger oder auch 50 nm oder weniger aufweisen. Als Füllstoff kann dabei ein anorganischer oder organischer Füllstoff eingesetzt sein. Polymeric or inorganic nanoparticles can be used as an additive for the starting material. Particles with an average diameter of typically 100 nm or less are referred to as nanoparticles. For example, the nanoparticles can have an average diameter of 900 nm or less, 500 nm or less, 100 nm or less or even 50 nm or less. An inorganic or organic filler can be used as the filler.
Zur Erhöhung der Klarheit wird im Folgenden ein additives Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils mit zumindest teilweiser oder zumindest bereichsweiser poröser Materialstruktur erläutert. Zunächst wird ein ein poröses oder porösierbares Ausgangsmaterial bereitgestellt. Danach wird das poröse oder porösierbare Ausgangsmaterial zum Aufbau des Bauteils aufgetragen, und bei dem Aufträgen die Porosität des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials eingestellt. To increase clarity, an additive manufacturing process for producing a component with at least a partial or at least partially porous material structure is explained below. First, a porous or porousable starting material is provided. The porous or porousable starting material is then used to build the Component is applied, and the porosity of the porous or porousable starting material is adjusted during the application.
Das Aufträgen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials kann ein punktweises, linienartiges oder schichtweises Aufträgen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials umfassen, insbesondere in einer Punkt-Target-Matrix oder in einer Schicht- Target-Matrix. Das punktweise Aufträgen kann ferner das Anfahren eines anzufahrenden Punktes der Punkt-Target-Matrix, an dem das poröse oder porösierbare Ausgangsmaterial aufzutragen ist, umfassen. Ferner kann das Einstellen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials an dem anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix und Aufträgen des eingestellten des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials an dem Punkt umfasst sein. The application of the porous or porousable starting material can include a point-by-point, line-like or layer-by-layer application of the porous or porousable starting material, in particular in a point-target matrix or in a layer-target matrix. The point-by-point application can further include approaching a point of the point-target matrix to which the porous or porousable starting material is to be applied. Furthermore, it can include setting the porous or porousable starting material at the point of the point-target matrix to be approached and applying the set porous or porousable starting material to the point.
Ferner kann das Anfahren von zumindest einem ersten Punkt der Punkt-Target-Matrix und Einstellen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials an dem zumindest einen ersten Punkt umfasst sein derart, dass an dem zumindest einen ersten Punkt eine poröse Materialstruktur entsteht, und/oder das Anfahren von zumindest einem zweiten Punkt der Punkt- Target-Matrix und Einstellen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials an dem zumindest einen zweiten Punkt derart, dass an dem zweiten Punkt eine undurchlässige Materialstruktur entsteht. Furthermore, the approach of at least a first point of the point-target matrix and adjustment of the porous or porousable starting material at the at least one first point can be included in such a way that a porous material structure is created at the at least one first point, and / or the approach of at least a second point of the point-target matrix and adjusting the porous or porousable starting material at the at least one second point such that an impermeable material structure is created at the second point.
Die Punkte der Punkt-Target-Matrix können in Ablageschichten angeordnet sind, und wobei das Anfahren (120) der Punkte der Punkt-Target-Matrix schichtweise durchgeführt wird, so dass zunächst die Punkte einer ersten Ablageschicht angefahren werden und anschließend die Punkte einer zweiten Ablageschicht. The points of the point-target matrix can be arranged in storage layers, and the approach (120) of the points of the point-target matrix is carried out in layers, so that first the points of a first storage layer are approached and then the points of a second storage layer .
Das Aufträgen des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials kann so ausgebildet sein, dass eine Ablageschicht Bereiche mit undurchlässiger Materialstruktur aufweist, zumindest eine Ablageschicht Bereiche mit poröser Materialstruktur aufweist, oder aber zumindest eine Ablageschicht sowohl undurchlässige Materialstruktur als auch poröse Materialstruktur aufweist, welche mit demselben porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterial aufgetragen ist. Die teilweise oder bereichsweise poröse Materialstruktur des Bauteils kann chaotisch angeordnet oder aufgebaut sein. Die teilweise oder bereichsweise poröse Materialstruktur des Bauteils kann auch mit dem Auftrag des Ausgangsmaterials im bzw. am Bauteil entstehen. The application of the porous or porousable starting material can be designed in such a way that a deposit layer has areas with an impermeable material structure, at least one deposit layer has areas with a porous material structure, or at least one deposit layer has both an impermeable material structure and a porous material structure, which have the same porous or porous material structure Starting material is applied. The partially or partially porous material structure of the component can be arranged or constructed chaotically. The partially or partially porous material structure of the component can also arise when the starting material is applied in or on the component.
Das Ausgangsmaterial ist beispielsweise intrinsisch porös eingestellt bzw. hergerichtet. Die poröse Materialstruktur weist bevorzugt eine offene Porosität aufweist, die undurchlässige Materialstruktur eine geschlossene Porosität. Die poröse Materialstruktur kann sich auch dadurch auszeichnen, dass dort ein geringerer Widerstand für die Durchströmung oder Durchdringung eines Fluids durch die poröse Materialstruktur vorliegt als in einer undurchlässigen Materialstruktur. Die poröse Materialstruktur weist bevorzugt eine offene mikro- oder mesoporöse Struktur auf mit einer mittleren Porengröße kleiner 40 pm, bevorzugt kleiner 5 pm, weiter bevorzugt kleiner 1 pm. Die poröse Materialstruktur kann auch eine mittlere Volumenporosität von 20 % oder größer aufweisen, bevorzugt 35 % oder größer. The starting material is, for example, made to be intrinsically porous. The porous material structure preferably has an open porosity, the impermeable material structure has a closed porosity. The porous material structure can also change as a result characterized in that there is a lower resistance to the flow or penetration of a fluid through the porous material structure than in an impermeable material structure. The porous material structure preferably has an open micro- or mesoporous structure with an average pore size of less than 40 pm, preferably less than 5 pm, more preferably less than 1 pm. The porous material structure can also have an average volume porosity of 20% or greater, preferably 35% or greater.
Zu dem Ausgangsmaterial kann eine Beimischung von Additiv oder Füllstoff zum Einstellen der Porosität im Moment des Materialauftrags erfolgen, insbesondere an dem jeweils anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix. Dort können auch Härtungsparametern für den jeweils anzufahrenden Punkt der Punkt-Target-Matrix eingestellt werden. Ferner kann ein anzuwendendes Ausgangsmaterial ausgewählt werden aus einer Mehrzahl von zumindest zwei Ausgangsmaterialien, wobei die zumindest zwei Ausgangsmaterialien abwechselnd oder gleichzeitig zugeführt werden können. Es kann eine ortsabhängige Strahlungsintensität mittels einer Strahlungsquelle bereitgestellt werden, die auf den Materialauftrag gerichtet ist. Es kann auch eine ortsabhängige Einstellung der Lichtabsorptionsfähigkeit des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials erfolgen, so dass der Bauteilaufbau insbesondere mittels einer ortsunabhängigen Strahlungsquelle durchführbar ist. Als Additiv können polymere oder anorganische Nanopartikel, als Füllstoff ein anorganischer oder organischer Füllstoff eingesetzt sein. An additive or filler can be added to the starting material to adjust the porosity at the moment of material application, in particular at the point of the point-target matrix to be approached. Hardening parameters can also be set there for the point of the point-target matrix to be approached. Furthermore, a starting material to be used can be selected from a plurality of at least two starting materials, wherein the at least two starting materials can be supplied alternately or simultaneously. A location-dependent radiation intensity can be provided by means of a radiation source that is directed at the material application. A location-dependent adjustment of the light absorption capacity of the porous or porousable starting material can also take place, so that the component structure can be carried out in particular using a location-independent radiation source. Polymeric or inorganic nanoparticles can be used as an additive, and an inorganic or organic filler can be used as a filler.
Beim Materialauftrag können die Poren des porösen oder porösierbaren Ausgangsmaterials so gestaltet oder vorbereitet werden, dass diese im Bauteil eine zusammenhängende poröse Materialstruktur ausbilden. When material is applied, the pores of the porous or porousable starting material can be designed or prepared in such a way that they form a coherent porous material structure in the component.
Bei dem monolithischen Bauteil kann der Mündungskollektor und/oder der zweite Mündungskollektor eine integrale Fluidsperre ausbilden, und die Fluidsperre(n) die Strömung des Trägerfluids von der Hüllströmung trennen. In the monolithic component, the mouth collector and/or the second mouth collector can form an integral fluid barrier, and the fluid barrier(s) can separate the flow of the carrier fluid from the envelope flow.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Kurzbeschreibunq der Figuren The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures, whereby the same and similar elements are partially provided with the same reference numerals and the features of the different exemplary embodiments can be combined with one another. Short description of the characters
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines verbesserten monolithischen Bauteils in Längsschnittdarstellung, 1 shows a first embodiment of an improved monolithic component in a longitudinal sectional view,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines monolithischen Bauteils in Längsschnittdarstellung mit zwei symmetrischen Abschlüssen, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines monolithischen Bauteils in Längsschnittansicht, Fig. 2 shows a further embodiment of a monolithic component in a longitudinal section view with two symmetrical ends, Fig. 3 shows a further embodiment of a monolithic component in a longitudinal section view,
Fig. 4 - 12 die Ausführungsform der Fig. 3 in verschiedenen Querschnittflächen, Fig. 13 eine weitere Ausführungsform eines verbesserten monolithischen Bauteils, Fig. 14 eine Ausführungsform eines monolithischen Bauteils mit unsymmetrischen Abschlüssen. 4 - 12 the embodiment of FIG. 3 in different cross-sectional areas, FIG. 13 a further embodiment of an improved monolithic component, FIG. 14 an embodiment of a monolithic component with asymmetrical terminations.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Mit Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines monolithischen Bauteils 50 gezeigt, bei welcher die Zulaufseite 7 offen gelassen ist. Das monolithische Bauteil 50 weist eine Umhäusung 5 auf, die die Filterkapillaren 1 umschließt. Ein Trägerfluid durchströmt die Trägerseite 11 der Filterkapillaren 1 hin zum Mündungskollektor 25, in welchem das Trägerfluid aus allen Filterkapillaren 1 in dem Reservoir 22 vereinigt wird, bevor das Trägerfluid über den Trägerfluidablauf 6 das monolithische Bauteil 50 wieder verlässt. Im Bereich der Filterkapillaren 1 sind die Seitenflächen 9 der Kapillaren 1 permeabel ausgeführt, bevorzugt ist hier ein einstellbar poröses Material für die Struktur 60 eingesetzt zur Herstellung der Kapillaren 1. Damit ist ein Stoffaustausch zwischen dem Trägerfluid bzw. der Trägerseite 11 und dem Hüllfluid bzw. der Hüllseite 10 ermöglicht. Auf der Hüllseite 10 wird ein Hüllfluid bereitgestellt welches sich typischerweise dadurch auszeichnet, dass es Bestandteile des Trägerfluids aufnehmen kann. So kann in einem Beispiel ein chemisches Potentialgefälle einen Austrieb an Bestandteilen aus dem Trägerfluid in das Hüllfluid hervorrufen. Andererseits können entsprechende Bestandteile auch aus dem Trägerfluid ausgepresst werden und somit von der Trägerseite 11 auf die Hüllseite 10 befördert werden. Die Kapillaren 1 weisen in diesem Beispiel jeweils einen Kapillarauslauf 3 auf, der zylinderstumpfartig bzw. konisch in den Mündungskollektor 25 übergeht. Von den Enden der Seitenflächen 9 der Filterkapillaren 1 wird der Hüllfluidabschluss 20 ausgebildet. Der Hüllfluidabschluss 20 trennt die Hüllseite 10 undurchlässig von der Trägerseite 11. Die Seitenflächen 9 werden so ausgebildet, dass die Kapillaren 1 ineinander verwachsen bzw. aneinanderkleben oder in anderer Weise für das Hüllfluid fluidundurchlässig miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten verhindert der Hüllfluidabschluss 20 ein Eindringen des Hüllfluids in den Mündungskollektor 25. Der Hüllfluidabschluss 20 ist in der gezeigten Ausführungsform der Figur 1 zugleich so fortgeführt, dass eine integrale Versteifungsstruktur 28 ausgebildet wird, welche einstückig mit dem Gehäuse 5 verwachsen bzw. ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform fußen die Seitenarme 28a der Versteifungsstruktur 28 an Hüllfluidkanälen 12. Hierdurch kann eine noch weiter verbesserte Kraftableitung von Quer- und/oder Längsspannungen erreicht werden. 1 shows a first embodiment of a monolithic component 50, in which the inlet side 7 is left open. The monolithic component 50 has a casing 5 which encloses the filter capillaries 1. A carrier fluid flows through the carrier side 11 of the filter capillaries 1 towards the mouth collector 25, in which the carrier fluid from all filter capillaries 1 is combined in the reservoir 22 before the carrier fluid leaves the monolithic component 50 again via the carrier fluid drain 6. In the area of the filter capillaries 1, the side surfaces 9 of the capillaries 1 are designed to be permeable; an adjustable porous material is preferably used here for the structure 60 to produce the capillaries 1. This ensures a mass exchange between the carrier fluid or the carrier side 11 and the enveloping fluid or the cover side 10 allows. On the envelope side 10, an envelope fluid is provided which is typically characterized by the fact that it can accommodate components of the carrier fluid. In one example, a chemical potential gradient can cause components to be expelled from the carrier fluid into the enveloping fluid. On the other hand, corresponding components can also be pressed out of the carrier fluid and thus transported from the carrier side 11 to the envelope side 10. In this example, the capillaries 1 each have a capillary outlet 3, which merges into the mouth collector 25 like a truncated cylinder or conically. The enveloping fluid closure 20 is formed from the ends of the side surfaces 9 of the filter capillaries 1. The enveloping fluid closure 20 separates the enveloping side 10 impermeably from the carrier side 11. The side surfaces 9 are designed in such a way that the capillaries 1 grow together or stick together or are connected to one another in a fluid-impermeable manner for the enveloping fluid. In other words, the enveloping fluid closure 20 prevents the enveloping fluid from penetrating into the mouth collector 25. The enveloping fluid closure 20 is also continued in the embodiment shown in FIG . In this embodiment, the side arms 28a of the stiffening structure 28 are based on enveloping fluid channels 12. This makes it possible to achieve even further improved force dissipation of transverse and/or longitudinal stresses.
Dabei sind die Kapillaren 1 , der Hüllfluidabschluss 20 und der Mündungskollektor 25 aus gleichem, ähnlichem, zumindest aber kompatiblem Material hergestellt, so dass sich Hüllfluidabschluss 20 und Kapillaren 1 einstückig aufbauen lassen. Auf die Kapillarausläufe 3 können gegebenenfalls auch mechanische Kräfte wirken, da diese die Filterkapillaren 1 mit dem Mündungskollektor 25 und somit mit dem Gehäuse 5 verbinden. Der Kapillarauslauf 3 kann daher auch hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit optimiert gestaltet werden, um die Bruchneigung im Bereich des Übergangs von Hüllfluidabschluss 20 zur jeweiligen Filterkapillare 1 zu verringern. Die Filterkapillaren 1 bilden typischerweise zusammen die Membran bzw. den Membranfilter. The capillaries 1, the sheath fluid closure 20 and the mouth collector 25 are made of the same, similar, but at least compatible material, so that the sheath fluid closure 20 and capillaries 1 can be constructed in one piece. If necessary, mechanical forces can also act on the capillary outlets 3, since these connect the filter capillaries 1 to the mouth collector 25 and thus to the housing 5. The capillary outlet 3 can therefore also be designed to be optimized in terms of mechanical resistance in order to reduce the tendency to break in the area of the transition from the enveloping fluid closure 20 to the respective filter capillary 1. The filter capillaries 1 typically together form the membrane or the membrane filter.
Das Hüllfluid wird am Hüllfuidzulauf 8 bereitgestellt und in den Hüllfluid-Ringverteiler 15 eingespeist. Von dem Hüllfluid-Ringverteiler 15 zweigen Hüllfluidkanäle 12 entlang des Gehäuses 5 in Richtung der permeablen Struktur 60 ab, die das Hüllfluid vorverteilt in den zentralen Austauschbereich des Bauteils 50 weiterleiten. Die Hüllfluidkanäle 12 sind integral mit dem Gehäuse 5 ausgebildet, man könnte also sagen, sie sind gemeinsam mit der Umwandung des Gehäuses 5 ausgeformt. Die Hüllfluidkanäle 12 weisen eine Innenseite auf (vgl. z.B. Fig. 7), wobei die Innenseite der Hüllfluidkanäle 12 teilweise von dem Gehäuse 5 gebildet wird. The sheath fluid is provided at the sheath fluid inlet 8 and fed into the sheath fluid ring distributor 15. Sheath fluid channels 12 branch off from the sheath fluid ring distributor 15 along the housing 5 in the direction of the permeable structure 60, which forward the sheath fluid in a pre-distributed manner into the central exchange area of the component 50. The enveloping fluid channels 12 are formed integrally with the housing 5, so you could say that they are formed together with the wall of the housing 5. The enveloping fluid channels 12 have an inside (cf. e.g. FIG. 7), the inside of the enveloping fluid channels 12 being partially formed by the housing 5.
Der Trägerfluidablauf 6 und/oder der Trägerfluidzulauf 7 weist ein Anschlussmittel 6a auf zum fluiddichten Verbinden einer Fluidverbindungsleitung wie insbesondere eines Rohrstücks oder eines Schlauchs. Beispielsweise kann dort ein Gewinde angeordnet sein, eine Einschraubverschraubung vorgesehen sein, oder aber es kann als Flanschanschluss ausgeführt sein. Auch der H üllfl uidzu- oder -ablauf 8 kann ein Anschlussmittel 8a aufweisen wie ein Gewinde oder dgl. The carrier fluid outlet 6 and/or the carrier fluid inlet 7 has a connection means 6a for fluid-tight connection of a fluid connection line, such as in particular a pipe section or a hose. For example, a thread can be arranged there, a Screw connection can be provided, or it can be designed as a flange connection. The H üllfluidzu- or drain 8 can also have a connection means 8a such as a thread or the like.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines monolithischen Bauteils 50 als Durchgangsfilter gezeigt, wobei hier zwei Mündungskollektoren 25 in dieser Bauform spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Im Inneren des Filters 50 sind die Filterkapillaren 1 in einer Schnittansicht gezeigt. Insgesamt sind in dem Filter 50 19 Filterkapillaren 1 angeordnet (vgl. auch Fig. 8). Auf beiden Seiten münden die Filterkapillaren 1 integral in den jeweiligen Mündungskollektor 25 hinein und bilden gemeinsam den Hüllfluidabschluss 20. Dafür vereinigen sich die Enden der Filterkapillaren 1 , um die Hüllseite 10 von dem jeweiligen Mündungskollektor 25 fluiddicht abzutrennen. Des Weiteren weisen beide Mündungskollektoren 25 eine integrale Versteifungsstruktur 28 aus, die nahtlos und einstückig aus dem Fortsatz der Filterkapillaren 1 ausgebildet wird. Mit anderen Worten wird bei der Herstellung der Filterkapillaren 1 der Materialauftrag in dergestalt weiter fortgeführt, so dass an den Enden der Filterkapillaren zuerst der Hüllfluidabschluss 20 und daran anschließend die integrale Versteifungsstruktur 28 ausgebildet ist. Referring to FIG. 2, a further embodiment of a monolithic component 50 is shown as a through-pass filter, with two mouth collectors 25 in this design being designed to be mirror-symmetrical to one another. Inside the filter 50, the filter capillaries 1 are shown in a sectional view. A total of 19 filter capillaries 1 are arranged in the filter 50 (see also FIG. 8). On both sides, the filter capillaries 1 open integrally into the respective mouth collector 25 and together form the envelope fluid closure 20. For this purpose, the ends of the filter capillaries 1 come together in order to separate the envelope side 10 from the respective mouth collector 25 in a fluid-tight manner. Furthermore, both mouth collectors 25 have an integral stiffening structure 28, which is formed seamlessly and in one piece from the extension of the filter capillaries 1. In other words, during the production of the filter capillaries 1, the material application is continued in such a way that first the enveloping fluid closure 20 and then the integral stiffening structure 28 are formed at the ends of the filter capillaries.
Mit Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des monolithischen Bauteils 50 dargestellt, wobei im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen die Filterkapillaren 1 mit Statikmischern bzw. Turbulatoren 29 ausgerüstet sind. Hierdurch wird eine verbesserte Durchmischung des Trägerfluids erreicht. 3 shows a further embodiment of the monolithic component 50, whereby, in contrast to the previous embodiments, the filter capillaries 1 are equipped with static mixers or turbulators 29. This achieves improved mixing of the carrier fluid.
Einbauten, wie statische Mischer als Turbulatoren 29, sind in der Verfahrenstechnik als solches zwar bekannt, um die Durchmischung eines strömenden Fluids zu verbessern. In Filterkapillaren 1 funktioniert dies aber nicht ohne weiteres, jedenfalls aber nicht dauerhaft. Statische Mischer können in herkömmlichen Membranrohren nicht gut fixiert werden bzw. sind sie überhaupt mit dritten Materialien zu fixieren und führen daher im Betrieb regelmäßig Relativbewegungen zur Membranoberfläche aus. Die Membranoberfläche wird durch die dabei entstehende Reibung dauerhaft geschädigt und sie kann ihre Trennaufgabe nicht mehr ausfüllen. Internals, such as static mixers as turbulators 29, are known in process engineering as such to improve the mixing of a flowing fluid. However, this does not work easily in filter capillaries 1, at least not permanently. Static mixers cannot be fixed well in conventional membrane tubes or they have to be fixed with third materials and therefore regularly carry out relative movements to the membrane surface during operation. The membrane surface is permanently damaged by the resulting friction and can no longer fulfill its separation task.
Durch das vorteilhafte Verfahren, bei welchem das Bauteil monolithisch aufgebaut wird, ist es nunmehr möglich, Turbulatoren 29 einstückig mit der porösen Struktur 60 auszubilden, so dass jedenfalls das Problem der Relativbewegung nicht mehr auftritt. Die Einzelsegmente der Turbulatoren 29 bzw. der statischen Mischer sind somit integraler Bestandteil der porösen Struktur 60. Der monolithische Verbund von Turbulatoren 29 mit poröser Struktur 60 als integrierte Komponente eliminiert das Problem der Relativbewegungen, so dass Membranschädigungen an dieser Stelle verringert oder sogar ausgeschlossen sind und somit ein dauerhafter Betrieb zuverlässig gewährleistet ist. Due to the advantageous method in which the component is constructed monolithically, it is now possible to form turbulators 29 in one piece with the porous structure 60, so that the problem of relative movement no longer occurs. The individual segments of the turbulators 29 or the static mixers are therefore an integral part of the porous structure 60. The monolithic composite of turbulators 29 with porous structure 60 as Integrated component eliminates the problem of relative movements, so that membrane damage at this point is reduced or even eliminated and thus long-term operation is reliably guaranteed.
Bezug nehmend auf die Figuren 4 bis 13 ist eine Ausführungsform des monolithischen Bauteils 50 in verschiedenen Querschnittebenen dargestellt, um den inneren Aufbau weiter zu verdeutlichen. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Außenansicht auf das Filterbauteil 50, wobei die Perspektive den Blick durch den Trägerfluidablauf 6 einerseits in den darunterliegenden Mündungskollektor 25 erlaubt, des Weiteren sind auch zwei Hüllfluidkanäle 12 zu erkennen, welche aus dem Hüllfluid-Ringverteiler 15 abzweigen. Referring to Figures 4 to 13, an embodiment of the monolithic component 50 is shown in different cross-sectional planes to further clarify the internal structure. Fig. 4 shows a perspective external view of the filter component 50, the perspective allowing a view through the carrier fluid drain 6 on the one hand into the mouth collector 25 underneath, and two sheath fluid channels 12 can also be seen, which branch off from the sheath fluid ring distributor 15.
Mit Fig. 5 ist ein Querschnitt auf Höhe des Hüllfluid-Ringverteilers 15 dargestellt, wobei dort die Flüssigkeitsverteilung des Hüllfluids und die abzweigenden Hüllfluidkanäle 12 ersichtlich sind. Mit Fig. 6 ist ein Querschnitt des Bauteils 50 in Höhe der Trägerfluidkammer 22 dargestellt. Am Gehäuse 5 entlang sind 12 Hüllfluidkanäle 12 querschnittlich dargegeben, durch welche das Hüllfluid von dem Hüllfluid-Anschluss 8 in die Filterkammer bzw. den zentralen Bereich 52 geleitet wird. Die Hüllfluidkanäle 12 weisen eine Innenwandung 12a auf, wobei die Innenwandung 12a zu einem Teil des Umfangs des jeweiligen Hüllfluidkanals zugleich auch die Gehäusewand des Gehäuses 5 bildet, so dass ein Teil der Innenwandung 12a der Hüllfluidkanäle 12 von dem Gehäuse 5 gebildet ist. 5 shows a cross section at the level of the enveloping fluid ring distributor 15, where the liquid distribution of the enveloping fluid and the branching off enveloping fluid channels 12 can be seen. 6 shows a cross section of the component 50 at the level of the carrier fluid chamber 22. 12 enveloping fluid channels 12 are shown in cross section along the housing 5, through which the enveloping fluid is guided from the enveloping fluid connection 8 into the filter chamber or the central area 52. The enveloping fluid channels 12 have an inner wall 12a, the inner wall 12a also forming part of the circumference of the respective enveloping fluid channel at the same time as the housing wall of the housing 5, so that part of the inner wall 12a of the enveloping fluid channels 12 is formed by the housing 5.
Fig. 7 zeigt das Bauteil 50 in einem weiteren Querschnitt durch den Mündungskollektor 25, wobei ersichtlich ist, dass bedingt durch die konische und kontinuierliche Verbreiterung der Mündungskollektor 25 bereits einen größeren Durchmesser aufweist als in dem in Fig. 6 gezeigten Querschnitt. Der Aufbau der integralen Versteifungsstruktur 28 ist in Fig. 7 zu erkennen, wobei Seitenarme 28a der Versteifungsstruktur 28 direkt auf den Hüllfluidkanälen 12 fußen, so dass ein Kraftabtrag in das Gehäuse 5 durch die vergrößerte Aufstandsfläche des Hüllfluidkanals 12 weiter verbessert ist. Des Weiteren erweist sich dieser Aufbau auch bei der Herstellung als vorteilhaft, da die Hüllfluidkanäle ohnehin bereits in Richtung des Mündungskollektors 25 auf dem Gehäuse 5 aufbauen und somit ein weiterer Materialauftrag auf den Hüllfluidkanälen 12 einfacher ist, als mit dem entsprechenden Auftragswerkzeug zwischen die Hüllfluidkanäle 12 zu gelangen, um dort die Seitenarme 28a zu fußen. Zwischen den Seitenarmen 28a der Versteifungsstruktur 28 treten bereits die Filterkapillaren 1 hervor, welche sich in den Filterbereich 52 erstrecken. Fig. 8 zeigt einen weiteren Schnitt durch das Filterbauteil 50 im Bereich des Hüllfluidabschlusses 20, wobei bereits beinahe der größte Durchmesser des Mündungskollektors 25 erreicht ist. Fig. 7 shows the component 50 in a further cross section through the mouth collector 25, whereby it can be seen that due to the conical and continuous widening the mouth collector 25 already has a larger diameter than in the cross section shown in Fig. 6. The structure of the integral stiffening structure 28 can be seen in Fig. 7, with side arms 28a of the stiffening structure 28 based directly on the enveloping fluid channels 12, so that force transfer into the housing 5 is further improved by the enlarged contact area of the enveloping fluid channel 12. Furthermore, this structure also proves to be advantageous during production, since the enveloping fluid channels are already built up on the housing 5 in the direction of the mouth collector 25 and thus further application of material to the enveloping fluid channels 12 is easier than using the corresponding application tool between the enveloping fluid channels 12 to reach the side arms 28a there. The filter capillaries 1, which extend into the filter area 52, already emerge between the side arms 28a of the stiffening structure 28. Fig. 8 shows a further section through the filter component 50 in the area of the enveloping fluid closure 20, whereby almost the largest diameter of the mouth collector 25 has already been reached.
Mit Fig. 9 ist ein weiterer Querschnitt durch das Filterbauteil 50 im Bereich der Kapillarausläufe 3 der Filterkapillaren 1 gezeigt und somit noch weiter in Richtung der Filterkammer 52, wobei mit Fig. 9 der Übergang zwischen Kapillare 1 und Mündungskollektor 25 bzw. Hüllfluidabschluss 20 ersichtlich wird. Die Kapillaren 1 weisen einen aufgeweiteten Durchmesser im Bereich der Kapillarausläufe 3 auf, der weiter „oben“ in Richtung Trägerfluidzulauf 7 (siehe Figuren 1 bzw. 8) bereits ineinander verwachsen ist, weiter unten (siehe Figuren 12 und 13) dann in röhrenförmige Filterkapillaren verjüngt. Die Form der Kapillarausläufe 3 kann dabei so eingestellt werden, dass diese in optimaler Weise dem vorhandenen Raum folgt und von den permeablen, und in diesem Fall runden, Filterkapillaren 1 in den undurchlässigen bzw. fluiddichten Hüllfluidabschluss 20 einstückig übergeht. 9 shows a further cross section through the filter component 50 in the area of the capillary outlets 3 of the filter capillaries 1 and thus even further in the direction of the filter chamber 52, with FIG . The capillaries 1 have an expanded diameter in the area of the capillary outlets 3, which has already grown together further “up” in the direction of the carrier fluid inlet 7 (see Figures 1 and 8), and then tapers into tubular filter capillaries further down (see Figures 12 and 13). . The shape of the capillary outlets 3 can be adjusted so that it optimally follows the existing space and merges in one piece from the permeable, and in this case round, filter capillaries 1 into the impermeable or fluid-tight enveloping fluid closure 20.
Mit Fig. 10 ist ein Querschnitt im Bereich des zweiten Mündungskollektors gezeigt, also bereits auf der gegenüberliegenden Seite der Filterkammer 52, mit Perspektive auf den Trägerfluidzulauf 7. In dieser Perspektive sind keine Filterkapillaren 1 sichtbar, da diese in gegenüberliegender Richtung verlaufen. Die Seitenarme 28a stellen in baulicher Hinsicht Verlängerungen der Ausläufe 3 der Filterkapillaren 1 dar, da diese einstückig ineinander übergehen. Die Versteifungsstruktur 28 bildet eine selbsttragende Stützstruktur aus, die das Bauteil 50 weiter aussteifen kann. Die Arme 28a fußen auf den Hüllfluidkanälen 12, welche in perspektivischer Darstellung ersichtlich bis zum Hüllfluid-Ringverteiler 15 verlaufen (vgl. z.B. Fig. 4). 10 shows a cross section in the area of the second mouth collector, i.e. already on the opposite side of the filter chamber 52, with a perspective of the carrier fluid inlet 7. In this perspective, no filter capillaries 1 are visible because they run in the opposite direction. From a structural point of view, the side arms 28a represent extensions of the outlets 3 of the filter capillaries 1, since they merge into one another in one piece. The stiffening structure 28 forms a self-supporting support structure that can further stiffen the component 50. The arms 28a are based on the enveloping fluid channels 12, which can be seen in a perspective view extending to the enveloping fluid ring distributor 15 (see, for example, Fig. 4).
Mit Bezug auf Fig. 11 ist noch ein weiterer Querschnitt durch das Filterbauteil 50 in perspektivischer Darstellung gezeigt, wobei der Querschnitt am Fußpunkt der Kapillarausläufe 3 gezogen ist, so dass der Übergang von Kapillaren 1 über die Kapillarausläufe 3 und in den Hüllfluidabschluss 20 perspektivisch erkennbar ist. Des Weiteren sind die Filterkapillaren 1 in dieser Ausführungsform mit Turbulatoren 29 ausgerüstet zur Verlangsamung der Strömung durch die Filterkapillaren 1 bzw. zur Verbesserung des Stoffaustausches mit dem Hüllfluid auf der Hüllseite 10. With reference to Fig. 11, another cross section through the filter component 50 is shown in a perspective view, the cross section being drawn at the base of the capillary outlets 3, so that the transition from capillaries 1 over the capillary outlets 3 and into the enveloping fluid closure 20 can be seen in perspective . Furthermore, the filter capillaries 1 in this embodiment are equipped with turbulators 29 to slow down the flow through the filter capillaries 1 or to improve the mass exchange with the envelope fluid on the envelope side 10.
Mit Bezug auf Fig. 12 ist ein Querschnitt durch das Filterbauteil 50 in Höhe der Filterkammer 52 gezeigt, wobei ersichtlich wird, wie die Hüllseite 10 die Trägerseite 11 der Filterkapillaren 1 allseits umschließt, so dass die Filterkapillaren 1 von dem Hüllfluid allseits umströmbar sind zur Bereitstellung eines effektiven und großflächigen Überströmens der Filterkapillaren 1. 12, a cross section through the filter component 50 is shown at the level of the filter chamber 52, whereby it can be seen how the envelope side 10 surrounds the carrier side 11 of the filter capillaries 1 on all sides, so that the filter capillaries 1 are protected from the envelope fluid on all sides can flow around to provide an effective and large-area flow over the filter capillaries 1.
Mit Bezug auf Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 50 in vereinfachter schematischer Darstellung zur Verdeutlichung der wesentlichen Komponenten gezeigt mit Trägerfluidzulauf 7, Mündungskollektor 25 mit Trägerfluidkammer 22, schematischer Darstellung des Hüllfluidabschlusses 20 im Bereich der Kapillarenden 3 sowie drei Filterkapillaren 1. Der Filter 50 kann als Durchgangsfilter oder als dead-end Filter bereitgestellt werden. 13, a further embodiment of a component 50 is shown in a simplified schematic representation to illustrate the essential components with carrier fluid inlet 7, mouth collector 25 with carrier fluid chamber 22, schematic representation of the enveloping fluid closure 20 in the area of the capillary ends 3 and three filter capillaries 1. The filter 50 can be provided as a pass filter or as a dead-end filter.
Fig. 14 zeigt die Ausführungsform der Fig. 13 als dead-end Filter, wobei die Filterkapillaren 1 im Bereich des in der Figur unten dargestellten Endes verschlossen sind, z.B. einstückig mit dem Hüllfluidabschluss 20 verschlossen. In einer solchen Ausführungsform wird das Trägerfluid durch den Trägerfluidzulauf 7 in den Filter 50 eingepresst und Bestandteile aus dem Trägerfluid gelangen auf die Hüllseite 10. Beispielsweise können so Schwebstoffe in den Filterkapillaren 1 angesammelt werden und das Trägerfluid kann in einer solchen Ausgestaltung von der Trägerseite 11 durch die permeable bzw. poröse Struktur der Filterkapillaren 1 auf die Hüllseite 10 hindurchgelangen und größere Bestandteile verbleiben in den Filterkapillaren 1. In einer solchen Ausführungsform füllen sich die Filterkapillaren 1 über die Nutzungszeit mit Schwebstoffen bzw. Partikeln oder dgl. an bis der Filter damit gefüllt ist. Fig. 14 shows the embodiment of Fig. 13 as a dead-end filter, the filter capillaries 1 being closed in the area of the end shown in the figure below, for example closed in one piece with the enveloping fluid closure 20. In such an embodiment, the carrier fluid is pressed into the filter 50 through the carrier fluid inlet 7 and components from the carrier fluid reach the envelope side 10. For example, suspended matter can be collected in the filter capillaries 1 and the carrier fluid can pass through from the carrier side 11 in such a configuration The permeable or porous structure of the filter capillaries 1 passes through to the casing side 10 and larger components remain in the filter capillaries 1. In such an embodiment, the filter capillaries 1 fill with suspended matter or particles or the like over the period of use until the filter is filled with them .
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die gegebenenfalls nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchem der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist.
Figure imgf000027_0001
It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. Furthermore, it can be seen that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features. In all figures, the same reference numerals represent the same objects, so that descriptions of objects that may only be mentioned in one or at least not with regard to all figures can also be transferred to these figures, with regard to which the object is not explicitly described in the description.
Figure imgf000027_0001
1 Membranrohr, Filterkapillare 1 membrane tube, filter capillary
3 Kapillarauslauf 3 capillary outlet
5 Umhäusung, Gehäuse 5 casing, casing
6 Trägerfluidablauf 6 carrier fluid drain
7 Trägerfluidzulauf 7 carrier fluid inlet
8 Hüllfluidzu- oder -ablauf, Filtratanschluss8 Sheath fluid inlet or outlet, filtrate connection
9 innere Seitenfläche 9 inner side surface
10 Hüllseite, Filtratraum 10 envelope side, filtrate space
11 Trägerseite 11 carrier side
12 Hüllfluidkanal 12 envelope fluid channel
15 Hüllfluid-Ringverteiler 15 envelope fluid ring distributor
20 Hüllfluidabschluss 20 sheath fluid closure
22 Trägerfluidkammer 22 carrier fluid chamber
25 Mündungskollektor 25 muzzle collector
25a zweiter Mündungskollektor 25a second mouth collector
28 integrale Versteifungsstruktur 28 integral stiffening structure
28a Seitenarme der Versteifungsstruktur28a side arms of the stiffening structure
29 Turbulator, statischer Mischer 29 Turbulator, static mixer
50 monolithisches Bauteil 50 monolithic component
52 Filterkammer bzw. zentraler Bereich52 filter chamber or central area
60 permeable bzw. poröse Struktur 60 permeable or porous structure
62 Poren bzw. Hohlräume oder Durchgang 62 pores or cavities or passage

Claims

Figure imgf000028_0001
Monolithisches Bauteil (50), insbesondere als oder für eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, umfassend:
Figure imgf000028_0001
Monolithic component (50), in particular as or for a device for separating components from a fluid, comprising:
- einen Trägerfluidzulauf (7) sowie einen Trägerfluidablauf (6), - a carrier fluid inlet (7) and a carrier fluid outlet (6),
- eine zwischen dem Trägerfluidzulauf und dem Trägerfluidablauf angeordnete monolithisch aufgebaute und jedenfalls teilweise oder bereichsweise permeabel eingerichtete Struktur (60), und - a monolithically constructed structure (60) arranged between the carrier fluid inlet and the carrier fluid outlet and at least partially or partially permeable, and
- einen zwischen dem Trägerfluidablauf und der permeablen Struktur angeordneten Mündungskollektor (25), - a mouth collector (25) arranged between the carrier fluid outlet and the permeable structure,
- wobei der Mündungskollektor integral mit dem Trägerfluidablauf sowie der permeablen Struktur ausgebildet ist, - wherein the mouth collector is formed integrally with the carrier fluid drain and the permeable structure,
- wobei die permeable Struktur so hergerichtet und angeordnet ist, eine Hüllseite (10) von einer Trägerseite (11) zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise permeabel abzutrennen, - wherein the permeable structure is prepared and arranged to permeably separate an envelope side (10) from a carrier side (11) at least partially and/or at least in some areas,
- wobei auf der Trägerseite ein Trägerfluid bereitstellbar ist, - whereby a carrier fluid can be provided on the carrier side,
- wobei das Trägerfluid von dem Trägerfluidzulauf durch die Trägerseite der permeablen Struktur zu dem Trägerfluidablauf strömen kann, - wherein the carrier fluid can flow from the carrier fluid inlet through the carrier side of the permeable structure to the carrier fluid outlet,
- wobei die permeable Struktur hergerichtet ist, einen Stofftransfer des Trägerfluids mit der Hüllseite zu gewährleisten, insbesondere einen Transfer vom Trägerfluid in ein Hüllfluid und/oder von einem Hüllfluid in das Trägerfluid. Monolithisches Bauteil (50) nach dem vorstehenden Anspruch, ferner umfassend ein zwischen dem Trägerfluidzulauf (7) und der permeablen Struktur (60) angeordneten zweiten Mündungskollektor (25), wobei der zweite Mündungskollektor integral mit dem Trägerfluidzulauf auf der einen Seite und sowie der permeablen Struktur auf der anderen Seite ausgebildet ist, wobei der zweite Mündungskollektor beispielsweise spiegelsymmetrisch oder baugleich zum Mündungskollektor aufgebaut ist, und/oder wobei der zweite Mündungskollektor in einem Winkel zum ersten Mündungskollektor angeordnet ist. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die permeable Struktur (60) Filterkapillaren (1) umfasst, insbesondere Membrankapillaren, wobei die Filterkapillaren einstückig in den Mündungskollektor (25) und/oder den zweiten Mündungskollektor (25a) übergehen, und/oder ferner umfassend einen oder mehrere Hüllfluidkanäle (12), wobei die Hüllfluidkanäle einstückig in den Mündungskollektor (25) und/oder den zweiten Mündungskollektor (25a) übergehen. Monolithisches Bauteil (50) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Filterkapillaren (1) je einen Kapillarauslauf (3) aufweisen, wobei die Kapillarausläufe gemeinsam einen Hüllfluidabschluss (20) ausbilden zum Absperren des Hüllfluids aus dem Trägerfluidzulauf (7), und/oder wobei die Filterkapillaren (1) die von dem Trägerfluid durchströmbaren Kapillarausläufe (3) aufweisen, welche integral in den Mündungskollektor (25) bzw. den zweiten Mündungskollektor (25a) übergehen. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Umhäusung (5), welche monolithisch mit zumindest einem aus permeabler Struktur (60), Mündungskollektor (25), zweitem Mündungskollektor (25a), Trägerfluidzulauf (7) oder Trägerfluidablauf (6) ausgebildet ist, bevorzugt monolithisch ausgebildet ist mit allen vorgenannten Strukturen (6, 7, 25, 25a). Monolithisches Bauteil (50) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Hüllfluidkanäle (12) einen integralen Bestandteil der Umhäusung (5) bilden, so dass ein Teil der Innenseite der Hüllfluidkanäle von der Umhäusung (5) ausgebildet ist. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine innere Tragstruktur (28, 28a), welche monolithisch ausgebildet ist mit zumindest einem aus Umhäusung (5), den Hüllfluidkanälen (12), der permeablen Struktur (60), dem Mündungskollektor (25) oder dem zweiten Mündungskollektor (25a), bevorzugt monolithisch ausgebildet ist mit allen vorgenannten Strukturen (5, 12, 25, 25a, 60), und/oder wobei der Mündungskollektor (25) und/oder der zweite Mündungskollektor (25a) konisch verjüngend ausgebildet ist. - wherein the permeable structure is prepared to ensure a mass transfer of the carrier fluid to the envelope side, in particular a transfer from the carrier fluid into an envelope fluid and / or from an envelope fluid into the carrier fluid. Monolithic component (50) according to the preceding claim, further comprising a second orifice collector (25) arranged between the carrier fluid inlet (7) and the permeable structure (60), the second orifice collector being integral with the carrier fluid inlet on one side and as well as the permeable structure is formed on the other side, wherein the second mouth collector is constructed, for example, mirror-symmetrically or identically to the mouth collector, and / or wherein the second mouth collector is arranged at an angle to the first mouth collector. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, wherein the permeable structure (60) comprises filter capillaries (1), in particular membrane capillaries, wherein the filter capillaries merge integrally into the mouth collector (25) and/or the second mouth collector (25a), and/ or further comprising one or more enveloping fluid channels (12), the enveloping fluid channels merging integrally into the mouth collector (25) and/or the second mouth collector (25a). Monolithic component (50) according to the preceding claim, wherein the filter capillaries (1) each have a capillary outlet (3), the capillary outlets together forming a sheathing fluid closure (20) for shutting off the sheathing fluid from the carrier fluid inlet (7), and/or wherein the Filter capillaries (1) have capillary outlets (3) through which the carrier fluid can flow, which merge integrally into the mouth collector (25) or the second mouth collector (25a). Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, further comprising a casing (5) which is monolithically connected to at least one of a permeable structure (60), a mouth collector (25), a second mouth collector (25a), a carrier fluid inlet (7) or a carrier fluid outlet (6 ) is designed, preferably monolithic with all of the aforementioned structures (6, 7, 25, 25a). Monolithic component (50) according to the preceding claim, wherein the sheathing fluid channels (12) form an integral part of the casing (5), so that part of the inside of the sheathing fluid channels is formed by the casing (5). Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, further comprising an inner support structure (28, 28a), which is designed monolithically with at least one of the housing (5), the enveloping fluid channels (12), the permeable structure (60), the mouth collector (25) or the second mouth collector (25a), preferably monolithic with all aforementioned structures (5, 12, 25, 25a, 60), and / or wherein the mouth collector (25) and / or the second mouth collector (25a) is designed to taper conically.
8. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter hergerichtet dergestalt, dass auf der Hüllseite (10) ein Hüllfluid bereitstellbar ist, so dass in dem oder durch das monolithische Bauteil sowohl das Trägerfluid als auch das Hüllfluid strömen kann und das Trägerfluid mittels der permeablen Struktur (60) von dem Hüllfluid abgetrennt ist, und/oder wobei die permeable Struktur (60) semipermeabel oder selektiv permeabel eingerichtet ist, und/oder wobei die permeable Struktur (60) Durchlässe (62) bereitstellt, welche insbesondere spaltsiebartig oder röhrenförmig ausgebildet sind, wobei die permeable Struktur (60) permeabel eingerichtet ist für Stoffe und/oder Partikel mit einer Größe kleiner als 10 pm, bevorzugt kleiner als 2 pm, weiter bevorzugt kleiner als 0,5 pm. 8. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, further prepared in such a way that an enveloping fluid can be provided on the enveloping side (10), so that both the carrier fluid and the enveloping fluid can flow in or through the monolithic component and the carrier fluid is separated from the enveloping fluid by means of the permeable structure (60), and/or wherein the permeable structure (60) is designed to be semi-permeable or selectively permeable, and/or wherein the permeable structure (60) provides passages (62), which are in particular in the manner of a split screen or are tubular, the permeable structure (60) being designed to be permeable to substances and/or particles with a size of less than 10 pm, preferably less than 2 pm, more preferably less than 0.5 pm.
9. Monolithisches Bauteil (50) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Durchlässe (62) spaltsiebartig ausgebildet sind und eine Breite von 25 pm oder mehr, bevorzugt 50 pm oder mehr, weiter bevorzugt 75 pm oder mehr und weiter bevorzugt 100 pm oder mehr aufweisen, und/oder eine Breite von 120 pm oder weniger, bevorzugt von 80 pm oder weniger aufweisen, und/oder wobei die spaltsiebartigen Durchlässe (62) eine Länge von 1 mm oder mehr aufweisen, bevorzugt von 2 mm oder mehr, weiter bevorzugt von 3 mm oder mehr und/oder wobei die spaltsiebartigen Durchlässe eine Länge von 5 mm oder weniger aufweisen, bevorzugt von 4 mm oder weniger, und/oder wobei die Durchlässe (62) röhrenförmig ausgebildet sind und einen Durchmesser von 50 pm oder mehr aufweisen, bevorzugt von 100 pm oder mehr, weiter bevorzugt von 130 pm oder mehr, und/oder einen Durchmesser von 150 pm oder weniger aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser von 120 pm oder weniger, weiter bevorzugt von 80 m oder weniger. 9. Monolithic component (50) according to the preceding claim, wherein the passages (62) are designed like a slotted sieve and have a width of 25 pm or more, preferably 50 pm or more, more preferably 75 pm or more and more preferably 100 pm or more , and/or have a width of 120 pm or less, preferably 80 pm or less, and/or wherein the slotted screen-like passages (62) have a length of 1 mm or more, preferably 2 mm or more, more preferably 3 mm or more and/or wherein the slotted screen-like passages have a length of 5 mm or less, preferably 4 mm or less, and/or wherein the passages (62) are tubular and have a diameter of 50 pm or more, preferably of 100 pm or more, more preferably 130 pm or more, and/or have a diameter of 150 pm or less, preferably a diameter of 120 pm or less, further preferably of 80 m or less.
10. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 9, wobei die Filterkapillaren (1) der permeablen Struktur (60) als eine Mehrzahl von länglich erstreckten Membranrohren ausgebildet ist, die einstückig den Mündungskollektor (25) des monolithischen Bauteils mit dem zweiten Mündungskollektor (25a) verbinden, und/oder wobei die Membranrohre oder Filterkapillaren (1) eine Innenseite aufweisen (9), wobei die Innenseiten der Membranrohre oder Filterkapillaren die Trägerseite (11) definieren, und/oder wobei die Membranrohre oder Filterkapillaren (1) auf ihren Außenseiten einen Teil der Hüllseite (10) bilden, und/oder wobei die Membranrohre oder Filterkapillaren (1) eine rohr- oder röhrenförmige Ausgestaltung aufweisen. 10. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims 3 to 9, wherein the filter capillaries (1) of the permeable structure (60) is designed as a plurality of elongated membrane tubes which integrally form the mouth collector (25) of the monolithic component with the connect the second mouth collector (25a), and/or wherein the membrane tubes or filter capillaries (1) have an inside (9), the insides of the membrane tubes or filter capillaries defining the carrier side (11), and/or wherein the membrane tubes or filter capillaries (1) form part of the casing side (10) on their outer sides, and/or wherein the membrane tubes or filter capillaries (1) have a tubular or tubular configuration.
11 . Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend wobei der Trägerfluid-Zulauf (7) ein mit dem Mündungskollektor (25) und der permeablen Struktur (60) monolithisch ausgebildetes Trägerfluid-Anschlusselement (7a) zum Anschließen an eine Fluidführung wie einen Schlauch oder ein Rohr aufweist, wobei das Trägerfluid-Anschlusselement bevorzugt ein Anschlussgewinde umfasst, und/oder wobei der Trägerfluid-Ablauf (6) ein mit dem zweiten Mündungskollektor (25a) und der permeablen Struktur (60) monolithisch ausgebildetes zweites Trägerfluid- Anschlusselement (6a) zum Anschließen an eine Fluidführung wie einen Schlauch oder ein Rohr aufweist, und/oder einen mit der permeablen Struktur (60) und/oder den Hüllfluidkanälen monolithisch ausgebildeten Hüllfluid-Anschluss (8, 8a). 11. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, further comprising the carrier fluid inlet (7) a carrier fluid connection element (7a) designed monolithically with the mouth collector (25) and the permeable structure (60) for connection to a fluid guide such as a Has a hose or a tube, wherein the carrier fluid connection element preferably comprises a connection thread, and / or wherein the carrier fluid outlet (6) has a second carrier fluid connection element (6a) which is monolithically formed with the second mouth collector (25a) and the permeable structure (60). ) for connecting to a fluid guide such as a hose or a pipe, and / or a sheath fluid connection (8, 8a) formed monolithically with the permeable structure (60) and / or the sheath fluid channels.
12. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Hüllfluid-Ringverteiler (25), insbesondere zur Verbindung des Hüllfluid-Anschlusses (8, 8a) nach Anspruch 9 und/oder zur Verbindung der Hüllfluidkanäle nach Anspruch 3, wobei der Hüllfluid-Ringverteiler bevorzugt integral mit dem Gehäuse (50) ausgebildet ist und beispielsweise von außerhalb des Gehäuses (5) aufgesetzt ist. 12. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, further comprising an enveloping fluid ring distributor (25), in particular for connecting the enveloping fluid connection (8, 8a) according to claim 9 and / or for connecting the Sheath fluid channels according to claim 3, wherein the sheath fluid ring distributor is preferably formed integrally with the housing (50) and is placed, for example, from outside the housing (5).
13. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die permeable Struktur (60) zumindest einen Turbulator (29, 29a) aufweist zur Durchmischung des Trägerfluids und/oder zur Durchmischung des Hüllfluids, insbesondere eine Mehrzahl von Turbulatoren je Filterkapillare (1). 13. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, wherein the permeable structure (60) has at least one turbulator (29, 29a) for mixing the carrier fluid and / or for mixing the enveloping fluid, in particular a plurality of turbulators per filter capillary (1 ).
14. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das monolithische Bauteil anorganische Bestandteile umfasst oder daraus besteht, insbesondere aus keramischer Paste oder metallischer Paste aufgebaut ist, und/oder wobei das monolithische Bauteil Polymere umfasst oder daraus besteht, insbesondere zumindest eines aus Polyolefine, beispielsweise Polypropylen, Polyamide, Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyethersulfon, und vorzugsweise aus Polymerpulver aufgebaut ist, und/oder wobei das monolithische Bauteil anorganische und polymere Bestandteile umfasst oder daraus besteht, insbesondere aus Polymerlösung mit keramischen, metallischen und/oder polymeren Füllstoffen, die Polymerlösung insbesondere umfassend zumindest eines aus Polyolefine, beispielsweise Polypropylen, Polyamide, Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyethersulfon, aufgebaut ist. 14. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, wherein the monolithic component comprises or consists of inorganic components, in particular is made up of ceramic paste or metallic paste, and / or wherein the monolithic component comprises or consists of polymers, in particular at least one made of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyether sulfone, and preferably made of polymer powder, and/or wherein the monolithic component comprises or consists of inorganic and polymeric components, in particular of polymer solution with ceramic, metallic and/or polymeric fillers , the polymer solution in particular comprising at least one of polyolefins, for example polypropylene, polyamides, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethersulfone, is constructed.
15. Monolithisches Bauteil (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die permeable Struktur (60) eine poröse Struktur ist, welche aus porösem oder porösierbarem Ausgangsmaterial einstückig aufgebaut ist. 15. Monolithic component (50) according to one of the preceding claims, wherein the permeable structure (60) is a porous structure which is constructed in one piece from porous or porousable starting material.
16. Monolithisch aufgebautes Filtermodul (50) zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluid, umfassend: 16. Monolithic filter module (50) for separating components from a fluid, comprising:
- einen Trägerfluidzulauf (7) und einen Trägerfluidablauf (6), - a carrier fluid inlet (7) and a carrier fluid outlet (6),
- einen monolithisch mit dem Trägerfluidzulauf ausgebildeten Mündungskollektor
Figure imgf000032_0001
- einen monolithisch mit dem Trägerfluidablauf ausgebildeten zweiten Mündungskollektor (25a),
- a mouth collector designed monolithically with the carrier fluid inlet
Figure imgf000032_0001
- a second mouth collector (25a) designed monolithically with the carrier fluid outlet,
- ein einstückig mit dem Mündungskollektor und/oder dem zweiten Mündungskollektor ausgebildetes Filtergehäuse (5), - a filter housing (5) formed in one piece with the mouth collector and/or the second mouth collector,
- eine in dem Filtergehäuse angeordnete und mit dem Mündungskollektor, dem zweiten Mündungskollektor und dem Filtergehäuse einstückig aufgebaute und verbundene sowie jedenfalls teilweise oder bereichsweise permeabel eingerichtete Struktur (60), - a structure (60) arranged in the filter housing and constructed and connected in one piece with the mouth collector, the second mouth collector and the filter housing and at least partially or partially permeable,
- wobei die permeable Struktur derart in den Mündungskollektor bzw. den zweiten Mündungskollektor hineingreift, dass dort jeweils eine integrale Fluidsperre (20) ausgebildet ist. Monolithisch aufgebautes Filtermodul (50) nach dem vorstehenden Anspruch,- wherein the permeable structure engages into the mouth collector or the second mouth collector in such a way that an integral fluid barrier (20) is formed there. Monolithically constructed filter module (50) according to the preceding claim,
- wobei die permeable Struktur (60) so hergerichtet und angeordnet ist, eine Hüllseite (10) von einer Trägerseite (11) zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise permeabel abzutrennen, - wherein the permeable structure (60) is prepared and arranged to permeably separate an envelope side (10) from a carrier side (11) at least partially and/or at least in some areas,
- wobei auf der Trägerseite (11) ein Trägerfluid bereitstellbar ist, - whereby a carrier fluid can be provided on the carrier side (11),
- wobei die permeable Struktur hergerichtet ist, einen Stofftransfer des Trägerfluids mit der Hüllseite zu gewährleisten. - Wherein the permeable structure is prepared to ensure mass transfer of the carrier fluid to the envelope side.
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