DE102004057107B4

DE102004057107B4 - Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper und Filtrationsmodul

Info

Publication number: DE102004057107B4
Application number: DE102004057107.4A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Brüß
Original assignee: A3 Water Soutions GmbH
Current assignee: A3 Water Solutions De GmbH; A3 Water Soutions De GmbH
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2024-11-27
Also published as: KR20070092702A; KR101299458B1; CN101060914A; WO2006056159A1; JP4980920B2; DE102004057107B8; EP1814648A1; JP2008521587A; DE102004057107A1; US20080000827A1; AU2005309199A1; CA2587571A1; AU2005309199B2

Abstract

Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper (10) mit außen liegenden Filterschichten (17) mit wenigstens einer Lage Membranmaterial (19), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den außen liegenden Filterschichten (17) mindestens eine Schicht (12, 25) angeordnet ist, die zumindest auf einer Seite mehrere, über die Oberfläche verteilte und zueinander beabstandete Erhebungen (15) aufweist, deren Stirnflächen eine Kontaktfläche für eine weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht (13, 14, 22) bilden, wobei die Erhebungen einen kreisrunden, ovalen oder polygonalen Querschnitt besitzen, die außenseitig abgeflacht sind, so dass sie eine ebene Anlagefläche zur Anlage der weiteren flüssigkeitsdurchlässigen Schicht bilden, wobei die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht im Bereich der Anlagefläche durch Verpressen oder Verschweißen punktuell mit der Schicht verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen rahmenlosen, plattenförmigen Filtrationskörper mit außen liegenden Filterschichten aus wenigstens einer Lage Membranmaterial und ein Filtrationsmodul.
Zur Partikelabtrennung aus Flüssigkeiten sind Filtersysteme bekannt, die mit rotierenden Filterscheiben, mit Filtrationskapillaren oder -rohren oder mit Filterplatten arbeiten, welche in die zu reinigende Flüssigkeit eingetaucht werden. In der Regel werden dabei mehrere Filterkörper zu einem Filtrationsmodul zusammengefasst. Allen Systemen ist gemein, dass zur Filtration der Flüssigkeit dünne Filtrationsmembranen eingesetzt werden, die auf der Filtratseite eine Unterkonstruktion zur Ableitung des Filtrats aufweisen. Der für die Filtration erforderliche Differenzdruck wird durch Absaugung des Filtrates erzeugt. Der Filterkörper sowie die Filtermembranen müssen daher eine ausreichende Stabilität aufweisen, um diesem Druck standzuhalten.
Die mechanische Stabilität ist zudem Voraussetzung für eine gleichmäßige Filtrationsleistung des Filterkörpers. Sie gewährleistet eine gleichmäßige Differenzdruckverteilung über die Filtrationsmembran, sowie eine effektive Ableitung des Filtrats bei geringem Druckverlust. Mit der Baugröße des Filterkörpers steigen auch die Anforderungen an seine Biegefestigkeit.
Es sind Filtrationsmodule bekannt, bei denen mehrere Filterplatten mit Abstand zueinander, parallel ausgerichtet in einem Gehäuse oder auf eine Tragplatte angeordnet werden. Ein gattungsgemäßes Filtrationsmodul wird in der EP 0 602 560 B1 beschrieben. Die Filterplatten werden von einer innen liegenden, biegesteifen Halteplatte aus Kunstharz stabilisiert. Zwischen der außenseitigen Filtermembran und der Halteplatte sind zudem Abstandsstücke angeordnet, um einen Hohlraum für die Ableitung des Filtrats zu schaffen.
Eine andere Ausführungsform einer in ein Filtrationsmodul einsetzbaren, biegesteifen Filterplatte wird in der DE 199 10 974 A1 beschrieben. Hier liegen die Filtermembranen auf einem geschlossenen Rahmen auf. Der Rahmen soll, wie die vorgenannte Halteplatte aus Kunstharz, stabilisierend wirken und darüber hinaus über den von dem Rahmen eingeschlossenen Freiraum die Ableitung des Filtrates auch ohne Abstandshalter ermöglichen.
Der Einsatz von biegesteifen Rahmen oder Platten als Unterkonstruktion hat einen hohen Materialaufwand, sowie ein hohes Gewicht der Filterplatte zufolge. Werden zudem in die Oberfläche stabilisierender Platten Ausnehmungen zur Ableitung des Filtrats eingearbeitet, ist auch ein hoher Fertigungsaufwand gegeben, denn die Herstellung erfolgt üblicherweise im aufwendigen Kunststoff-Spritzgussverfahren. Zudem sind derartige Platten nur in geringen Baugrößen herstellbar.
Die EP 0 591 117 A1 schlägt vor, anstelle einer schweren Platte oder eines Rahmens einen so genannten „Spacer” als Unterkonstruktion einzusetzen. Der Spacer besteht bei der beschriebenen Filterplatte aus kreuzförmig übereinander liegenden Schnüren, die eine Gitterstruktur bilden, wodurch einerseits den Filtermembranen Zugfestigkeit verliehen, andererseits über die Hohlräume der Gitterstruktur das Filtrat abgeführt werden soll. Die Biegesteifigkeit dieser Filterplatte ist jedoch begrenzt.
Aus der DE 202 07 359 U1 ist eine selbsttragende Filterplatte bekannt, bei der als Spacer ein Gewebe aus Garnen, Filamenten oder Drähten, hergestellt aus Polymeren oder Metallen eingesetzt wird. Um die Biegesteifigkeit zu erhöhen, wird der Verbund aus Filtermembran/Spacer/Filtermembran zudem gefaltet. Die vollflächige Auflage der Filtermembranen auf dem Spacer trägt einerseits zur Stabilität der Filterplatte bei, andererseits jedoch behindert sie die Reinigung der Filtermembranen von filtrationshemmenden Ablagerungen. Bei der Reinigung wird Gas unterhalb der eingetauchten Filtrationseinrichtung eingetragen, sowie über Propeller oder Pumpen eine höhere Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Membranoberfläche erzeugt. Eine effektive Reinigung der Filtermembranen von den Ablagerungen erfordert jedoch, dass sich die Filtermembranen in dem Flüssigkeitsstrom zumindest begrenzt bewegen können.
Schließlich werden in DE 101 51 833 A1 und EP 0 662 341 B1 Filterplatten beschrieben, wobei die Filterplatten gemäß DE 101 51 833 A1 flexible und flüssigkeitsdurchlässige Kernelemente bzw. stab- oder gitterförmige Stützelemente aufweisen und die Filterplatten nach EP 0 662 341 B1 rippenartige Elemente besitzen, die sich zwischen zwei benachbarten plattenförmigen Elementen erstrecken und parallel zueinander in einer Membranstützplatte angeordnet sind.
Weiterer Stand der Technik kann den Druckschriften DE 103 17 853 A1 , DE 33 47 285 C2 , WO 98/01219 A1 , WO 86/04255 A1 , DE 43 26 677 A1 , US 2004/0226886 A1 und WO 00/27507 A1 entnommen werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Filtrationskörper ohne die vorgenannten Nachteile zu schaffen, der insbesondere eine hohe Biegesteifigkeit aufweist, eine effektive Filtratableitung ermöglicht und zudem als großformatige Platte bei geringem Materialverbrauch und Gewicht einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Filtrationskörper nach Anspruch 1 gelöst, bei dem erfindungsgemäß zwischen den außen liegenden Filterschichten mindestens eine Schicht angeordnet ist, die zumindest auf einer Seite mehrere, über die Oberfläche verteilte und zueinander beabstandete Erhebungen aufweist, deren Stirnflächen eine Kontaktfläche für eine weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht bilden, wobei die Erhebungen einen kreisrunden, ovalen oder polygonalen Querschnitt besitzen, die außenseitig abgeflacht sind, so dass sie eine ebene Anlagefläche zur Anlage der weiteren flüssigkeitsdurchlässigen Schicht bilden, wobei die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht im Bereich der Anlagefläche durch Verpressen oder Verschweißen punktuell mit der Schicht verbunden ist. Eine solche Konstruktion ist einfach aufgebaut und preiswert in der Herstellung und ermöglicht eine gleichmäßige Filtrationsleistung durch eine gleichmäßige Differenzdruckverteilung. Eine derartige Ausführungsform ist ferner für großformatige Filterkörper geeignet, wobei die Verbindung vorzugsweise mit geeigneten Verbindungsmitteln oder durch Verpressen oder Verschweißen hergestellt wird. Die Anlageflächen ermöglichen auch den Verbund von zwei oder mehr Schichten mit den gleichen noppenartigen Erhebungen. Die Schicht und die weitere Schicht bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filterkörpers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
So weist vorzugsweise die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht mehrere, insbesondere äquidistant über die gesamte Fläche verteilte Durchbrechungen auf, die in einer Ausführungsform der Erfindung kreisrund sind, einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 5 mm aufweisen und/oder einen Mittenabstand von 2 bis 50 mm besitzen.
Die Erhebungen können einen kreisrunden, ovalen oder polygonen Querschnitt besitzen.
Die genannte Schicht sowie die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht bestehen aus Kunststoff, wobei Polypropylen bevorzugt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird auf die Schicht mit den Öffnungen eine flüssigkeitsdurchlässige Gaze zur Unterstützung der Filtratableitung aufgelegt. Auf die Gaze folgt die Filterschicht bestehend aus wenigstens einer Lage Membranmaterial.
Bevorzugt ist auch die Ausführungsform, bei der wenigstens eine zugfeste flüssigkeitsdurchlässige Gaze die weitere Schicht zwischen Filtermembran und der Schicht bildet. Auf die Schicht mit den Öffnungen wird hierbei verzichtet.
Zur Abdichtung der Randbereiche des plattenförmigen Filterkörpers wird die außenliegende Filterschicht dort mit wenigstens einer weiteren Schicht und/oder der genannten Schicht durch Verpressen, Verkleben, Verschweißen oder Verfüllen verbunden, so dass der Randbereich ganz oder zumindest teilweise flüssigkeitsdicht ist. Vorzugsweise ist im Randbereich wenigstens eine Öffnung zur Ableitung des Filtrats vorgesehen. Die ansonsten flüssigkeitsdichte Ausführung der Randbereiche verhindert, dass ungereinigte Flüssigkeit in den Filterkörper gelangen kann.
Das Membranmaterial der Filterschicht besteht bevorzugt aus Polyethersulfon, Polyvinylidenfluorid, Polyamid, Polyetherimid, Celluloseacetat, Polyolefin oder Fluorpolymer.
Mehrere hintereinander angeordnete und zueinander beabstandete plattenförmige Filterkörper der gleichen Ausführungsform bilden ein Filtrationsmodul, wobei die einzelnen Filterkörper zur Lagestabilisierung miteinander vergossen werden und/oder in einen Halter eingesetzt werden. Die Filtratableitung erfolgt über ein gemeinsames Filtratsammelsystem, an welches jeder einzelne Filterkörper über die Öffnung bzw. Öffnungen im Randbereich angeschlossen wird. Beim Verguss der Platten ist der Einzelanschluss der Filterkörper an das Filtratsammelsystem entbehrlich. Die plattenförmigen Filterkörper werden zunächst zu einem Plattenstapel zusammengefasst, in einen Plattenhalter mit einem Filtratsammelsystem eingesetzt und anschließend mit Kunstharz vergossen.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Filterkörpers sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 bis 5 unterschiedliche Schichtenaufbauten eines rahmenlosen, plattenförmigen Filterkörpers im Auschnitt
6 und 7 ein Filtrationsmodul mit mehreren rahmenlosen, plattenförmigen Filterkörpern
In 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Filterkörpers 10 dargestellt mit einem Schichtenaufbau bestehend aus einer zentral angeordneten Folie aus Kunststoff als Schicht 12, die beidseitig Noppen 15 als Erhebungen aufweist, wobei auf beiden Seiten der Schicht 12 jeweils eine weitere Schicht 13, 14 aus Kunststoffangeordnet ist, die Öffnungen 16 zur Weiterleitung des Filtrats in die Schicht 12 besitzt. Auf die Schichten 13, 14 folgt eine Lage einer flüssigkeitsdurchlässigen Gaze 20, die wiederum von der Filterschicht 17 bestehend aus einer Lage Membranmaterial 19 abgedeckt wird.
In den Randbereichen 18 wird der plattenförmige Filterkörper verpresst, verschweißt oder verklebt, so dass er dort flüssigkeitsdicht ist.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterkörpers, der für den Einsatz bei geringeren Flussleistungen geeignet ist. Der Aufbau entspricht weitestgehend dem Filterkörper nach 1, jedoch wird hier auf die Lage einer flüssigkeitsdurchlässigen Gaze 20 zur Unterstützung der Filtratableitung verzichtet.
Der in 3 dargestellte Schichtenaufbau zeigt eine weitere vereinfachte Ausführungsform. Bei kleinen Baugrößen, bei denen die Anforderungen an die Biegesteifigkeit des Filterkörpers entsprechend gering sind, werden Filterkörper eingesetzt, die lediglich aus zwei Schichten 22, 23 bestehen, von denen eine Schicht einseitig Noppen 15 aufweist und die Drainageschicht bildet, die andere Schicht, die im Bereich der Noppen fest mit der erfindungsgemäßen Schicht verbunden ist, besitzt Öffnungen 16. Darüber liegt wiederum eine flüssigkeitsdurchlässige Gaze 20 entsprechend der Ausführung nach 1, gefolgt von der Filterschicht 17 aus einer Lage Membranmaterial 19.
Der in 4 dargestellte Schichtenaufbau eignet sich für Filterkörper, an die besonders hohe Anforderungen an die Biegesteifigkeit gestellt werden, wie beispielsweise bei besonders große Bauformen. Hierzu werden vier Drainageschichten 25 aus Noppenfolie übereinander angeordnet und über die Noppen fest miteinander verbunden. Darüber folgt eine weitere Schicht 22 mit Öffnungen 16, abschließend die Filterschicht 17 bestehend aus einer Lage Membranmaterial 19.
5 zeigt als Referenzbeispiel einen ähnlichen Aufbau eines plattenförmigen Filterkörpers wie 1. Die beiden Schichten 13, 14 mit den Öffnungen 16 werden hier jedoch durch eine Lage zugfeste und flüssigkeitsdurchlässige Gaze 26 ersetzt. Diese verleiht dem Filterkörper ausreichend Stabilität, so dass eine weitere Lage einer flüssigkeitsdurchlässigen Gaze 20 gemäß 1 entfallen kann. Die Gaze 26 wird unmittelbar von der Filterschicht 17 abgedeckt.
Alle beschriebenen Ausführungsformen lassen sich zu Filtrationsmodulen 30 zusammenfassen, wie beispielsweise in 6 dargestellt. Mehrere Filterkörper 31 gleicher Bauart und gleicher Größe werden mit Abstand hintereinander angeordnet und parallel ausgerichtet, so dass die Filterschichten 17 von der zu reinigenden Flüssigkeit gleichmäßig umströmt werden können. Die parallele Ausrichtung gewährleistet zudem eine effektive Reinigung der Filtermembranen, wenn hierzu Gas unterhalb der Filterkörper in die Flüssigkeit eingetragen wird. Zur Lagestabilisierung der Filterkörper werden diese seitlich von Halteplatten 34 eingefasst, auf denen die Leitungen eines Filtratsammelsystems 33 quer zur Filterebene geführt werden. Der Anschluss der Drainageschicht der Filterkörper an die Filtratsammelleitungen erfolgt über Öffnungen 32 im Randbereich der plattenförmigen Körper, der ansonsten flüssigkeitsdicht ausgebildet ist.
7 zeigt einen beispielhaften Schichtenaufbau eines erfindungsgemäßen Filterkörpers 31 im Zusammenhang mit den weiteren Bestandteilen eines Filtrationsmoduls 30.

Claims

Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper (10) mit außen liegenden Filterschichten (17) mit wenigstens einer Lage Membranmaterial (19), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den außen liegenden Filterschichten (17) mindestens eine Schicht (12, 25) angeordnet ist, die zumindest auf einer Seite mehrere, über die Oberfläche verteilte und zueinander beabstandete Erhebungen (15) aufweist, deren Stirnflächen eine Kontaktfläche für eine weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht (13, 14, 22) bilden, wobei die Erhebungen einen kreisrunden, ovalen oder polygonalen Querschnitt besitzen, die außenseitig abgeflacht sind, so dass sie eine ebene Anlagefläche zur Anlage der weiteren flüssigkeitsdurchlässigen Schicht bilden, wobei die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht im Bereich der Anlagefläche durch Verpressen oder Verschweißen punktuell mit der Schicht verbunden ist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere flüssigkeitsdurchlässige Schicht mehrere, vorzugsweise äquidistant über die gesamte Fläche verteilte Durchbrechungen (16) aufweist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen (16) kreisrund sind, einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 5 mm aufweisen und/oder einen Mittenabstand von 2 mm bis 50 mm besitzen.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schicht (12, 25) sowie die weitere flüssigkeitsdurchlässigen Schicht (13, 14, 22) aus Kunststoff bestehen, vorzugsweise aus Polypropylen.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche der Schicht (12, 25) eine regelmäßige Struktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen (15) vorzugsweise einen kreisrunden, ovalen oder polygonalen Querschnitt besitzen.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (15) eine Anlagefläche bilden, die parallel zur Drainageschicht ist und zur Anlage einer weiteren Schicht und/oder der Filterschicht geeignet sind.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Filtratseite der Filterschicht (17) wenigstens eine Lage einer flüssigkeitsdurchlässigen Gaze (20) angeordnet ist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (17) mit wenigstens einer weiteren Schicht (12, 13, 14, 20, 22, 23, 25) im Randbereich (18) durch Verpressen, Verkleben, Verschweißen oder Verfüllen verbunden ist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (18) über den Verbund durch Verpressen, Verkleben, Verschweißen oder Verfüllen ganz oder teilweise flüssigkeitsdicht ist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im flüssigkeitsdichten Randbereich (18) wenigstens eine Öffnung (32) zur Ableitung des Filtrats vorgesehen ist.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmaterial (19) der Filterschicht (17) aus Polyethersulfon, Polyvinylidenfluorid, Polyamid, Polyetherimid, Celluloseacetat, Polyolefin oder Fluorpolymer besteht.
Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hintereinander angeordnete und zueinander beabstandete rahmenlose, plattenförmige Filtrationskörper (31) ein Filtrationsmodul (30) bilden, wobei die einzelnen Filtrationskörper miteinander vergossen werden und/oder in einen Halter (34) einsetzbar sind.
Filtrationsmodul (30) aus rahmenlosen, plattenfömigen Filtrationskörpern (31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung des Filtrats über ein gemeinsames Filtratsammelsystem (33) erfolgt.