DE2905897A1

DE2905897A1 - Filterelement bzw. filterpatrone

Info

Publication number: DE2905897A1
Application number: DE19792905897
Authority: DE
Inventors: Dale I Hauk; Gerald B Tanny
Original assignee: Gelman Instrument Co
Current assignee: Gelman Instrument Co
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2425877A1; GB2020570B; JPS6240044B2; US4244820A; DE2905897C2; IT1114983B; FR2425877B1; GB2020570A; JPS54150374A; SE438786B; CA1102250A; SE7900013L; IT7948099A0

Description

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Gelmari Instrument Company-Ann Arbor, Michigan USA

Filterelement bzw. Filterpatrone

Die Erfindung betrifft ein Filterelement bzw. eine Filterpatrone, insbesondere zum Abscheiden τοη Partikeln oder sonstige Formen von Verunreinigungen aus einem Flüssigkeitstrager durch Querstromfiltration. Die Erfindung findet besondere Anwendung bei Ultrafiltrationssystemen und wird im einzelnen im Zusammenhang mit diesen beschrieben, obgleich sie auf die verschiedenen Formen von Querstrom-Filtrationssystemen anwendbar ist, einschließlich der Dialyse.

Der Begriff Querstromfiltration wird für Filtrierverfahren benutzt, bei denen der Mediumfluß durch eine halbpermeable Barriere von einem Querstrom über die Ebene der Barriere begleitet wird. Aufgabe des Querstroms ist es, hydrodynamische Bedingungen zu schaffen, die die Konzentration bestimmter Komponenten innerhalb der Mediumgrenzschicht in Anschluß an die halbpermeable Barriere aufrechterhalten oder auf ein Minium zurückführen. Dieser Effekt hält einen Sollwert in der Medium-

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durchdringung durch die halbpermeable Barriere aufrecht, und er ist im wesentlichen unabhängig von der Art der Barriere. Bei der Mikrofiltration enthält das zu behandelnde Medium Mikrofeststoffe, und die Barriere oder Membrane kann löcher oder Poren enthalten, die bis zu 250 S klein sind. Membranen mit kleineren Öffnungen werden für das Verfahren der Ultrafiltration benutzt, bei dem aufgelöste makromolekulare Substanzen abgeschieden werden. Wenn die Öffnungen kleiner als 100 Ä sindj zeigt die Membrane einen gewissen Ausschluß kleiner Moleküle und Ionen, und das Verfahren hat den Namen Umkehrosmose oder Hyperfiltration erhalten. Das Wesen dieser Verfahren ist allgemein in S. T. Hwang und K. Kammermeyer: "Membranes in Separations", Band VII, in der Reihe "Techniques in Chemistry", Herausgeber A. Weissberger, J. Wiley & Sons (1975) beschrieben.

Zu diesen Querstromfiltrationsgeometrien gehören die großen tubularen Membranmodule, die Platten- und Rahmenmodule und die spiralgewickelten Module. Es folgt als nächstes eine kurze Beschreibung jeder dieser Membranausführungen zusammen mit den zugehörigen Vor- und Nachteilen in leistung und Funktion.

Die zylindrische, tubulare Membrane ist allgemein auf die Innenseite einer porösen Trägerröhre gegossen oder lose in eine poröse Röhre eingesetzt und an beiden Enden versiegelt. Der Flüssigkeitstrager wird durch die Mittelöffnung der Membrane

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eingespeist und wandert radial durch die Vände. der Membrane nach außen. Der nicht filtrierte Flüssigkeitsträger wird dann ständig im geschlossenen Kreis umgewälzt, bis das gewünschte Maß an Filtration erreicht worden ist. Die Vorteile einer zylindrischen, tubularen Membrane liegen darin, daß sie einfach mechanisch und chemisch zu reinigen ist, sich nicht leicht zusetzt und einfach herauszunehmen und zu ersetzen ist. Ihre Nachteile sind darin zu sehen, daß sie ein relativ kleines Verhältnis von Membranfläche zu Volumen hat und ein relativ großes "Haltevolumen" des Mediums in sich hat.

Die platten- und rahmenförmigen Tangentialstrom-Module beste-■hen aus einem Satz im parallelen Abstand liegender Platten aus Membranmaterial mit zwischen den Platten liegenden Abs tandshaltern. Der Flüssigkeitsträger passiert die Flächen der Membranen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Die Flüssigkeit, die durch die Membranen dringt, wird an einem Zwischenraum zwischen gekoppelten Membranpaaren abgezogen. Die Vorteile des Platten- und Rahmen-Filtrationsmoduls sind unter anderem dessen relativ großes Verhältnis von Membranfläche zu Volumen, geringe Verfahrensmedium-Pumpkosten und Einfachheit in der Isolierung kleiner Flächen im Falle eines Leckens. Dessen Nachteile liegen in seinen allgemein ungleichmäßigen Strömungsverläufen, was in bestimmten Bereichen eine Stagnation erleichtert und zu Schwierigkeiten in der Reinigung und durch Zusetzen wegen des engen Kanals führt, den der Flüssig-

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träger passieren muß.

Das spiralgewickelte Filtrationsmodul entsteht durch Zwischenlegen einer porösen Lage zwischen zwei rechteckigen Lagen aus Membranmaterial und Tersiegelung von drei Seiten der entstandenen sandwich-artigen Anordnung. Die nicht versiegelte Seite wird in Fluidverbindung mit einem zylindrischen tubularen Teil gebracht, der eine Sammelleitung für das Abführen des Permeats oder Filtrats bildet. Die sandwich-artige Konstruktion wird spiralförmig um die zylindrische Röhre gewickelt. Der zu filternde Flüssigkeitsträger wird durch das spiralgewickelte FiI-trationsmodul von einem Ende zum anderen längs der Längsachse des Moduls gepumpt. Mit dem Passieren des Flüssigkeitstragers über die Membranoberfläche wandert Flüssigkeit durch die Fläche zur porösen Lage, die als Permeat-Sammelmaterial fungiert. Das Permeat fließt in kreisförmiger, spiralartiger Weise, bis es den inneren tubularen Teil erreicht, in dem es gesammelt und aus dem Filter abgeführt wird. Die Vorteile des spiralgewickelten Filtrationsmoduls sind unter anderem dessen großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Das wird jedoch durch zwei verschiedene Nachteile wieder aufgehoben. Zum einen erfordert die spiralgewickelte Modulkonstruktion, daß das Permeat kreisförmig um die Spirale herumfließt, bis es den zylindrischen tubularen Teil erreicht, wo es aus dem Filter austreten kann, und dieser relativ lange kreisförmige Fließweg kann einen ausgeprägten Druckabfall mit sich bringen. Zum anderen erfordert

selbst ein kleiner Leck im spiralgewickelten Filtrationsmodul allgemein die Isolierung eines erheblichen Teils der Gesamtmembranfläche, tun den Leck zu finden und zu beheben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Querstrom-FiItrationsmodul-Konstruktion zu schaffen, die ein relativ großes Verhältnis von Membranoberfläche zu Membranvolumen hat, die eine relativ geringe Anfälligkeit gegen Zusetzen hat, die keinen erheblichen Druckabfall für das Abführen des Permeats oder Filtrats erfordert und die das Isolieren kleiner Flächen im Falle eines Leckens leicht ermöglicht.

Die Erfindung besteht in einem Tangentialstrom-Fluidreinigungssystem, das auf einer verbesserten Filtermodulkonstruktion basiert. Das Filtermodul enthält ein Filterelement mit einem geschichten Aufbau, der dem erfindungsgemäßen Reinigungssystem die aufgezählten Vorteile des Standes der Technik verleiht, ohne die diese Vorteile wieder aufhebenden Nachteile zu haben.

Im einzelnen hat das Filterelement, das im erfindungsgemäßen Fluidreinigungssystem benutzt wird, eine geschichtete Konstruktion mit einem dünnen Durchflußkanal, der zwischen den Schichten gebildet ist. In der Grundausführung weist die Schichtkonstruktion eine Wand auf, die aus einer Lage aus undurchlässigem Material gebildet ist, ferner eine andere Wand, die im Abstand

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zu der einen Wand liegt und aus einer Lage aus permea"blem Membranmaterial gebildet ist, das eine "bestimmte Porosität hat, und einen Abstandshalter, der aus einer Lage aus perforiertem Material gebildet ist, welche zwischen die beiden Wände gelegt ist. Der Abstandshalter hält den Abstand zwischen den Wänden aufrecht, um den dünnen Durchflußkanal dazwischen zu bilden, und wenn ein geeignetes Material wie "Vexar" benutzt wird, besteht außerdem die Tendenz zum Hervorrufen einer Turbulenz im Flüssigkeitsstrom längs des Durchflußkanals, um damit den Massenaustausch durch die Membranwand hindurch zu begünstigen«

In einer Ausführung der Erfindung ist das Filterelement gefaltet und in zylindrische Form gebracht, wobei eine Fant dessen gegenüberliegende Seitenränder verbindet. Das gefaltete, zylindrische Filterelement befindet sich in einem Patronenkörper,, Der Patronenkörper seinerseits sitzt in einem Filtergehäuse, das eine Zulauföffnung, eine Aauslauföffnung und eine FiItratöffnung hat» Der Patronenkörper trägt außen einen Ringteil, der ein richtiges Sitzen der Patrone innerhalb des Filtergehäuses aufrechterhält und außerdem eine Dichtung gegen die Innenwand des Filtergehäuses bildet um die Zulauföffnung effektiv gegen die Auslauföffnung zu isolieren.

Beim Arbeiten des Fluidreinigungssystems nach der Erfindung fließt ein Strom nicht filtrierter Zulaufflüssigkeit unter

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Druck durch die Zulauföffnung in eine umschlossene Kammer oder in einen umschlossenen Raum, der von der Unterseite des Ringteils, dem Patronenkörper und dem Filtergehäuse begrenzt ist. Die nicht filtrierte Flüssigkeit wird dann, immer noch unter Druck, in den dünnen Durchflußkanal innerhalb der Schichten des Filterelements eingeleitet. Die Flüssigkeit fließt längs der Längsachse des dünnen Durchflußkanals und über die Membranfläche, die eine Wand des Durchflußkanals bildet. Der Druckabfall an der Membrane in dem dünnen Durchflußkanal bewirkt die Permeation des Filtrats durch die Membranfläche. Das Filtrat wird aufgefangen und durch eine poröse Mittelröhre innerhalb des Patronenkörpers abgeleitet. Der Rest der nicht filtrierten Zulaufflüssigkeit fließt dann am anderen Ende des Filterelements aus dem dünnen Durchflußkanal heraus und gelangt in eine andere umschlossene Kammer oder einen anderen umschlossenen Raum, der von der Oberseite des Ringteils, dem Patronenkörper und dem Filtergehäuse gebildet ist. Schließlich wird die Zulaufflüssigkeit durch die Auslauföffnung abgeführt. Die abgeführte Zulaufflüssigkeit kann zur weiteren Filtration zurückgeleitet werden, indem sie wieder in den Strom eingeleitet wird, der in die Zulauföffnung gelangt.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die relativ undurchlässige Wand des FiIterelements so ausgebildet sein, daß sie eine kleine Anzahl von Poren hat, die ausreichend groß sind, um für die Zulaufflüssigkeit einschließlich der mitge-

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führten Partikel oder Verunreinigungen durchlässig zu sein. Auf diese Weise kann eine kontrollierte Zulaufflüssigkeitsmenge durch diese Wand dringen und sich dem Strom teilweise längs des Durchflußkanals anschließen, anstatt in den Durchflußkanal an der normalen Zugangsöffnung zu gelangen. Diese kontrollerte Permeation neigt dazu, das Druckgefälle längs der gesamten Länge des Durchflußkanals zu linearisieren, was wiederum dazu führt, daß die Produktivität der Filtration optimalisiert wird, indem die Druckdifferenz zwischen der Zugangs- und Ausgangsöffnung des Durchflußkanals ohne eine proportionale Verringerung im Massenfluß der Zulaufflüssigkeit durch den Kanal verringert wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Fluidreinigungssystem zur Diafiltration und/oder zur Dialyse "benutzt werden. Das Gehäuse ist mit zwei Öffnungspaaren versehen, eines für die Zulaufflüssigkeit und ein anderes für das Dialysat. Das Filterelement weist einen anderen dünnen Durchflußkanal durch Zusatz einer weiteren Lage eines undurchlässigen Schichtmaterials auf. Beide Durchflußkanäle teilen sich eine gemeinsame Membranbegrenzung, die einen Massentransfer zwischen den Kanälen ermöglicht. Ein dünner Durchflußkanal und ein Öffnungspaar ermöglichen den Durchfluß von Zulaufflüssigkeit durch das Filterlement in einer Richtung, und der andere dünne Durchflußkanal und das andere Öffnungspaar ermög-

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lichen den Durchfluß von Dialysat durch das Filterelement in der anderen, entgegengesetzten Richtung. Zum Zwecke der Diafiltration wird der Zulaufflüssigkeitsteil außerdem unter Druck gesetzt.

Das Merkmal, eine "begrenzte Anzahl nicht-selektiver Poren im undurchlässigen Schichtmaterial vorzusehen, ist für diese Ausführung der Erfindung anwendbar.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Fluidreinigungssystems nach der Erfindung,

Pig. 2 ein Querschnitt durch eine Filterpatrone innerhalb des Fluidreinigungssystems nach Fig. 1, der die betreffenden Fließwege der Zulaufflüssigkeit und des Filtrats innerhalb der Filterpatrone darstellt,

Fig. 3 eine Darstellung des Schichtaufbaus des FiIterelements innerhalb der Filterpatrone,

Fig. 4 ein^Querschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 2, der den gefalteten Aufbau des FiIterelements innerhalb der Filterpatrone darstellt,

Fig. 5 ein Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 1, der die Versiegelung zwischen dem außen an der Patrone

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sitzenden. Abstandsring und dem Filterelement zeigt,

Fig. 6 eine Darstellung des Schichtaufbaus eines Filterelements, das sich für die Diafiltration und/oder Dialyse eignet,

Fig. 7 ein Querschnitt durch eine Variante einer Filterpatrone, die sich für die Diafiltration und/oder Dialyse eignet, wobei im einzelnen die Fließwege für die Zulaufflüssigkeit und das Dialysat gezeigt sind,

Fig. 8 ein Querschnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 1, der den gefalteten Aufbau des FiIterelements zeigt, das in der Variante der Filterpatrone benutzt wird, und

Fig. 9 ein Querschnitt:längs der linie 9-9 der Fig. 7, der die Versiegelung zwischen dem Mittelkern der Filterpatrone und dem Filterelement zeigt.

Ein Fluidreinigungssystem nach der Erfindung ist in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fluidreinigungssystem 10 führt die Filtration von Partikeln - in Suspension, in Dispersion oder in Emulsion - und von großen aufgelösten Molekülen durch einen Querstromprozeß durch. Bei diesem Prozeß fließt eine Zulaufflüssigkeit tangential über die Fläche einer Membranwand! und die Flüssigkeit oder das Permeat durchdringt die Wand, um gesammelt und abgeführt zu werden.

Das Fluidreinigungssystem 10 weist ein äußeres zylindrisches Gehäuse 12 auf«, Das Gehäuse 12 besteht aus einem hohlzylin-

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drisch en Mantel I4, der an seinem oberen Ende durch eine abnehmbare Kappe 16 und an seinem unteren Ende durch eine Kappe 18 verschlossen ist.

Die untere Kappe 18 hat eine Zulauföffnung 20, die als Kanal ausgebildet ist, um das Einströmen der nicht filtrierten Zulaufflüssigkeit zu ermöglichen, die Pa? tikel oder andere Verunreinigungen enthält. Die obere Kappe 16 hat eine Auslauföffnung 22, die als Kanal ausgebildet ist, um das Ausströmen konzentrierter Zulaufflüssigkeit zu ermöglichen. Die obere Kappe 16 hat ferner eine J?iltratöffnung 24, die als Kanal ausgebildet ist, um das Ausströmen von Filtrat aus dem üfiltrationssystem zu ermöglichen.

Ein Strom nicht filtrierter Zulaufflüssigkeit fließt in einer KLuidleitung 26 zu einem Ventil 28. Das Ventil 28 arbeitet zusammen mit einem weiteren Ventil 38 zur Steuerung der Umwälzung der Zulaufflüssigkeit in einer noch zu beschreibenden Weise. Das Ventil 28 ist durch eine iTuidleitung 3o mit einer Pumpe 32 verbunden, die für ein ausreichendes Druckdifferential sorgt, um die Zirkulation der Zulaufflüssigkeit durch das Piltrationssystem zu bewirken. Die Pumpe 32 ist mit der Zulauföffnung 20 durch eine iTuidleitung 34 verbunden, die in der Zulauföffnung aufgenommen ist.

Der Strom aus der Zulauföffnung 22 enthält konzentrierte, nicht

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filtrierte Zulaufflüssigkeit. Dieser Strom gelangt in eine Fluidleitung 36, die sich innerhalb der Auslauf öffnung 22 "befindet. Die Fluidleitung 36 ist mit dem Ventil 38 verbunden. Das Ventil 38 und das schon erwähnte Ventil 28 wirken so zusammen, daß eine Rezirkulation der Zulaufflüssigkeit durch eine Fluidleitung 42 ermöglicht wird, die die Zulauföffnung 20 mit der Auslauföffnung 22 verbindet. Wenn eine Rezirkulation der Zulaufflüssigkeit gewollt wird, wird das Ventil 38 so eingestellt, daß der gewünschte Teil des Stroms innerhalb der Fluidleitung 36 zur Fluidleitung 42 abgezweigt wird, und das Ventil 28 wird entsprechend eingestellt, um den Strom durch die Leitung 42 aufzunehmen und in in die Fluidleitung zu leiten.

Das Filtrat strömt aus der FiItratöffnung 24 in eine Fluidleitung 44, die sich in der FiItratöffnung befindet. Die Fluidleitung 44 kann mit einer Lagereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden sein.

Eine Filterpatrone oder ein Filtermodul 50 befindet sich im Gehäuse 12«, Die Patrone 50 hat allgemein zylindrische Form, und sie ist durch eine Außenwand 52 aus halbstarrem Kunststoff gebildet. Die Außenwand 52 hat eine regelmäßige Anordnung großer Löcher, beispielsweise Löcher 54» die den relativ freien Durchgang der Zulaufflüssigkeit durch deren Fläche ermöglichen. Die

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Hauptaufgabe der Außenwand 52 besteht darin, eine Stütze zu bilden, wenn die Patrone gereinigt wird, indem eine Rückspülung durch die Mediuinleitung 44 erfolgt.

Eine obere Kappe 56 schließt alles bis auf eine Mittelöffnung 58 im oberen Ende der Patrone 50 ab. Die Mittelöffnung 58 steht mit der FiItratöffnung 24 in einem Mittelfließweg in einer noch im einzelnen zu beschreibenden Weise in Verbindung. Die obere Kappe 56 ist mit der zylindrischen Wand 52 mittels eines wasser- und/oder lösungsmittelbeständigen Klebers verbunden.

Eine untere Kappe 60 schließt das gesamte unter Ende der Patrone 50. Die Kappe 60 ist ebenfalls an der zylindrischen Wand 52 mittels eines wasser- und/oder lösungsmittelbeständigen Klebers befestigt.

Die Patrone 50 führt die Filtration mittels eines PiIterelements aus, das allgemein mit 62 bezeichnet ist. Wie im einzelnen noch im Zusammenhang mit Fig. 2 bis 5 zu beschreiben sein wird, besteht das Filterelement 62 aus einer Schichtkonstruktion, die gefaltet ist und zylindrische Form hat. Die tatsächliche Filtration erfolgt innerhalb eines dünnen Durchflußkanals, der innerhalb der Schichten des FiIterelements 62 gebildet ist.

Die Patrone 50 weist ferner einen Abstandsring 64 auf, der sich

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außen längs der Längsachse der Patrone befindet, vorzugsweise in der Nähe des offenen Endes. Die äußere Umfangsflache des Abstandsrings 64 weist zwei eingeformte Ringnuten auf, die O-Ringe 68 enthalten, welche als Dichtung fungieren, um eine Fluidabdichtung zwischen dem Abstandsring 64 und der Innenwand des G-ehäusemantels 14 zu schaffen.

g. 5 zeigt am deutlichsten die Fluidabdichtung zwischen dem Abstandsring 64 und dem Filterelement 62. Die Außenwand 52 ist über die axiale Länge des Abstandsrings 64 hinweg unterbrochen. Der Raum innerhalb der Palten 65 bis zum Ring 64 ist mi"b einem wasser- und/oder lösungsmittelbeständigen Kleber oder Zement 67 gefüllt, beispielsweise Urethan, wobei ein leichter Überschuß aufgetragen ist. Der Abstandsring 64 ist mit dem leicht überschüssigen Kleber an dessen Berührungspunkten mit den Palten 65 verbunden«

Die Fluidabdichtung zwischen dem Abstandsring 64 und der Innenwand des Gehäusemantels 14 bildet zwei geschlossene Kammern oder Räume 7CC und 72. Der geschlossene Raum 70 ist durch die Unterseite des Abstandsrings 64, die Innenfläche des Gehäusemantels 14» die Außenfläche der Patronenwand 52 begrenzt, und er steht in einer Fließverbindung mit der Zulauföffnung 20. Nach dem Pascalschen Gesetz ist der Fluiddruck im geschlossenen Raum 7o überall gleich und gleich hoch wie der Druck an der Zulauf önnung 20. Der geschlossene Raum 72 ist durch die Oberseite

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des Abstandsrings 64, die Innenfläche des Gehäusemantels und die Außenfläche der Patronenwand 52 begrenzt und steht in einer Fließverbindung mit der Auslauföffnung 22. Der Druck im geschlossenen Raum 72 ist entsprechend überall gleich und hat die gleiche Höhe wie der Druck in der Auslauföföiung 22.

In Pig. 2 ist ein Querschnitt durch die Filterpatrone 50 gezeigt. Dieser Schnitt dient als Mittel zur Darstellung des Innenaufbaus der Filterpatrone 50 und auch der Fließwege der Zulaufflüssigkeit und des Filtrats innerhalb der Patrone.

Die Filterpatrone 50 weist als wesentlichen Teil die zylindrische Wand 52 auf, die aus halbstarrem Kunststoff besteht. Die Wand 52 hat eine regelmäßige Anordnung von relativ großen Löchern 54, die einen freien Durchfluß von Zulaufflüssigkeit durch die Wand ermöglichen. Die obere Kappe 56 verschließt das obere Ende der Patrone mit Ausnahme der Mittelöffnung 58, Die Mittelöffnung 58 erstreckt sich durch die Patrone 50 längs deren Längsachse. Die Mittelöffnung 58 ist über den größten Teil ihrer Länge hinweg durch die Patrone hindurch durch einen tubularen Teil 74 gebildet, der aus halbstarrem Kunststoff besteht. Der tubulare Teil 74 hat eine regelmäßige Anordnung relativ großer Poren 76, die einen freien Durchfluß gestatten. Die Mittelöffnung 58 innerhalb des porösen, tubularen Teils 76 steht in einer Fließverbindung mit der FiItratöffnung 24 und wird zum Sammeln und Ableiten des Filtrats benutzt.

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Das Filterlement, das allgemein mit 62 bezeichnet ist, hat zylindrische Form und befindet sich innerhalb der Innenfläche der Patronenwand 52. Der Schichtaufbau des FiIterelements 62 geht am deutlichsten aus Fig. 3 hervor.

Das Filterelement 62 hat einen Schichtaufbau, der aus einer ersten Lage 80 aus flexiblem, undurchlässigen Material, z.B. Mylar-Kunststoffolie, besteht. Die erste Lage 80 bildet eine Wand eines relativ dünnen Durchflußkanals durch das Filterelement. Eine zweite Lage aus durchlässigem Membranmaterial 84 befindet sich im Abstand zur ersten Lage 80, Die Wahl eines bestimmten Membranmaterials hängt von der Größe der zu filtrierenden Partikel oder Moleküle ab. Anders ausgedrückt, das Membranmaterial muß eine Porosität oder Permeabilität haben, die nach den zu filtrierenden Partikeln oder Molekülen ausgesucht ist. Das Membranmaterial 84 bildet die andere Wand des dünnen Durchflußkanals durch das Filterelement. Die Dicke dieses dünnen Durchflußkanals ist eine Funktion der Viskositätscharakteristiken der Zulaufflüssigkeit und kann sich innerhalb eines Bereichs von etwa 25 Mikromillimeter bis 0,5 Zentimeter bewegen. Der Abstand zwischen der ersten Lage 80 und der zweiten Lage 84 wird durch eine Lage perforierten Stoffs 82 aufrechterhalten. Der perforierte Stoff ist aus einem ersten Satz im parallelen Abstand liegender Stränge 88 gebildet, über die ein zweiter Satz im parallelen Abstand liegender Stränge 90 gelegt sind, die quer zum ersten Satz angeordnet sind, um

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ein nicht verwebtes, rechtwinklige5 Muster zu bilden. Die Stränge 88 und 90 können beispielsweise aus einem polymeren Monofaden gebildet sein. Aus der US-PS 4.022.692 ist ein perforiertes Stoffmaterial bekannt, das sich für diesen Anwendungsfall eignet.

Der Abstand zwischen der ersten Lage 80 und der zweiten Lage 84 mittels der Lage aus dem perforierten Stoff 82 hält nicht nur den dünnen Durchflußkanal zwischen der ersten und der zweiten Lage aufrecht, sondern begünstigt auch einen Turbulenzstrom innerhalb des Durchflußkanals. Der Turbulenzstrom führt zu einer Mischung der Zulaufflüssigkeit und -vermeidet einen Aufbau von gefilterten !eilen an der Grenzschicht der Membrane. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den gewünschten Kanalraum und Turbulenzstrom dadurch entstehen zu lassen, daß Yertiefungen oder andere freigelegte Bereiche an der Innenfläche an der Lage aus undurchlässigem Material 80 Torgesehen werden.

Die zweite Lage 84 aus Membranmaterial ist rückwärtig durch eine dritte Lage 86 aus relativ zähem Siebmaterial gestützt, um eine rückwärtige Stütze für ein Membranmaterial zu bilden.

Gemäß der Darstellung in Pig. 2 ist die Außenfläche des Filterelemente 62 durch die erste Lage 80 aus relativ undurchlässigem Material gebildet, und die Innenfläche ist durch die zweite Lage 84 aus Membranmaterial gebildet, die rückseitig

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durch eine dritte Lage 86 aus Siebmaterial gestützt ist. Darüber hinaus erstreckt sich die zweite Lage 84 aus Membranmaterial zur oberen Kappe 56 und zur unteren Kappe 60 und ist damit verklebt oder anzementiert, um sie in fluiddichter Weise daran zu befestigen. Die Befestigung der zweiten ^age 84 aus Membranmaterial an ihrem unteren Ende bildet eine Zugangsöffnung 92 für den dünnen Durchflußkanal innerhalb des Filterelements 62. In gleicher Weise bildet die Befestigung des oberen Endes der zweiten Lage 84 aus Membranmaterial an der oberen Kappe 56 eine .Ausgangs öffnung 94 zum dünnen Durchflußkanal.

Die gefaltete Ausführung des Filterelements 62 ist am besten aus der Schnittdarstellung in Fig. 4 ersichtlich. Gemäß der Darstellung befindet sich das Filterelement 62 zwischen dem mittleren tubularen !eil 74 und der äußeren zylindrischen Wand 52, Das Filterelement 62 ist in Falten gefaltet und in zylindrische Form gebracht, indem die gegenüberliegenden Seitenränder des Filterelements mittels einer mediumdichten Längsnaht verbunden sind. Die gefaltete Anordnung vergrößert das Terhältnis des FiIterelements in seiner Membranfläche zu seinem Membranvolumen. Die Außenfläche des Filterelements ist durch die erste Lage 80 aus undurchlässigem Material gebildet, und die Innenfläche ist durch die zweite Lage 84 aus durchlässigem Membranmaterial gebildet, die durch die dritte Lage 86 aus Irägersieb rückseitig gestützt ist. Der Abstand zwischen, der ersten Lage 80 und der zweiten Lage 84 wird durch

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eine zwischengeschaltete Lage 82 aus perforiertem Stoff aufrecht erhalt en.

Bezugnehmend auf Pig. 2, läuft der Prozeß wie folgt ab, mittels dessen die Filtration erfolgt.

Die Zulaufflüssigkeit innerhalb des geschlossenen Raums 70 geht durch die Poren 54 der äußeren zylindrischen Wand 52 der Filterpatrone 50. Die Zulaufflüssigkeit fließt in Richtung der Pfeile A nach unten in die Zugangsöffnung 92 des dünnen Durchflußkanals innerhalb des Pilterelements 62. Die Zulaufflüssigkeit fließt unter Druck nach oben durch den dünnen Durchflußkanal innerhalb des Filterelements 62. Das Vorhandensein der dünnen Lage aus perforiertem Stoff 82 innerhalb des Durchflußkanals läßt Turbulenzen im Strom längs des Kanals entstehen. Der Turbulenzstroin längs der Fläche der zweiten Lage 84 aus Membranmaterial erleichtert das Durchwandern der Flüssigkeit durch das Membranmaterial als Filtrat. Das Filtrat fließt in Richtung der Pfeile B zur Mittelöffnung 58 der Patrone 50 hin. Mit Erreichen der Mittelöffnung 58 fließt das Filtrat durch die Poren 76 des mittleren tubularen Teils 74, der das Filtrat sammelt und es zur Filtratöffnung ableitet.

Die Zulauf flüssigkeit geht weiter durch den dünnen Durchflußkanal innerhalb des FiIterelements 62, bis sie die Ausgangsöffnung 94 am oberen Ende des Filterelements erreicht. Die Zu-

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laufflüssigkeit fließt in der durch die Pfeile C angegebenen Weise aus der Filterpatrone 50. Im einzelnen fließt die Zulaufflüssigkeit aus der Ausgangsöffnung 94 und durch die Poren 54 in der zylindrischen Wand 52 zum geschlossenen Raum und schließlich durch die Auslauföffnung ab.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die erste Lage 80 aus undurchlässigem Material eine kleine Anzahl von Porenöffnungen haben, die über deren Fläche hinweg verteilt sind. Jede der Porenöffnungen muß eine ausreichende Größe haben, um ein Passieren der nicht filtrierten Zulaufflüssigkeit zu ermöglichen, d.h. jede muß groß genug sein, um gegen keinen der Bestandteile der Zulaufflüssigkeit selektiv zu sein. Indem die Zahl solcher Porenöffnungen auf eine kleine Zahl beschränkt wird, kann eine kontrollierte Zulaufflüssigkeitsmenge intermittierend in den dünnen Durchflußkanal an einer Teilstrecke desselben gelangen, anstatt in die normale Zugangsöffnung 92 zu fließen. Die Größe des intermittierenden Zuflusses wird vorzugsweise auf weniger als 50% des Gesamtdurchflusses durch den Kanal gehalten. Das verringert den Differenzdruck zwischen der Zugangs- und der Ausgangsöffnung 92 bzw. 94 des Filterelements 62 ohne proportionale Abnahme des Massenflusses durch den dünnen Durchflußkanal. Auf diese Weise kann das undurchlässige Material 80 als ein Druckregler angesehen werden, der bestrebt ist, den Differenzdruck längs des Durchflußkanals zu verringern, um ein lineareres Durchwandern des Filtrats durch

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die zweite Lage 84 aus permeablem Membranmaterial zu begünstigen und so den Filtrationsprozeß zu optimalisieren.

Bezüglich der Eigenschaften der zweiten Lage 84 ist es bekannt, daß die Langzeit-Piltration bestimmter Lösungen, beispielsweise wässrigen Zr(lV)-Oxides, durch eine Barriere, die zunächst nur für dispergierte Partikelsubstanzen permeabel ist, zur Entstehung einer neuen Barriere führt, die sogar für aufgelöste Salze impermeabel ist. Beschreibungen dieses Prozesses sind in der TJS-PS 3.503.789, US-PS 3.577.339 und US-PS 3.743.595 zu finden. Me Erfindung ist besonders gut zur Durchführung des Prozesses geeignet, und zwar wegen erheblicher Einsparungen in der Pumpenleistung. Wegen des ü?urbulenzpromotersiebs im dünnen Kanal kann der Prozeß mit tangentialen Strömungsgeschwindigkeiten von nur Q9-1,5 m/sec bei einer Leistungscharakteristik in den Strömungsgeschwindigkeiten von 4,5-7,5 m/sec durchgeführt werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung für die Diafiltration und/oder Dialyse angewendet werden. In diesem Anwendungsfall sind die Patrone und das Filterelement so modifiziert, daß zwei nebeneinanderliegende dünne Durchflußkanäle untergebracht sind, die sich eine gemeinsame Membranbegrenzung teilen. Ein dünner Durchflußkanal ist vorgesehen, um einen Strom der Zulauf flüssigkeit zu führen, und der andere dünne Durchflußkanal ist vorgesehen, um einen Gegenstrom des

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Dialysats zu führen.

In Pig. 6-9 ist eine modifizierte Filterpatrone gezeigt, die sich für die Dialyse eignet. Sie ist allgemein mit 150 "bezeichnet . Die Dialyse-Filterpatrone 150 hat die gleiche prinzipielle äußere Form wie die Patrone 50 nach I¹Ig. 1 und 2, abgesehen •von geringförmigen Änderungen, die nachstehend noch zu beschreiben sind. Die innere Form der Filterpatrone 150 und besonders deren modifziertes Filterelement 162 unterscheiden sich erheblich von der zuvor beschriebenen Patrone 50. Die einzigen Änderungen, die erforderlich sind, um das Gehäuse an die hier in Frage stehende Dialysefunktion anzupassen, bestehen darin, die Kappe 18 am unteren Ende so zu modifizieren, daß sie eine zweite Durchfluß öffnung in der Weise wie die Kappe 16 am oberen Ende hat ,und normale Pumpeinrichtungen an die neu hinzugekommene Durchflußöffnung anzuschließen, damit ein Differenzdruck für einen zweiten dünnen Durchflußkanal erzeugt wird.

Wie in Fig. 6 gezeigt, hat die Patrone 150 allgemein zylindrische Form und ist durch eine Außenwand 152 aus einem halbstarren Kunststoff gebildet. Die Außenwand 152 hat eine regelmäßige Anordnung von großen löchern, wie zum Beispiel das loch 154, die den relativ freien Durchfluß von Zulaufflüssigkeit durch deren Fläche ermöglichen.

Eine obere Kappe verschließt alles bis auf eine Mittelöffnung

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158 im oberen Ende der Patrone 150. Die Mittelöffnung 158 steht mit einer Dialysatöffnung in einem zugehörigen Filtergehäuse (entsprechend der Filtratöffnung 24 im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung) und mit einem zweiten dünnen Durchflußkanal in einem Filterelement 162 in Verbindung, das nachstehend noch im einzelnen zu beschreiben sein wird. Die obere Kappe 156 ist an der zylindrischen Wand 152 mittels eines wasser- und/oder lösungsmittelbeständigen Klebers befestigt.

Eine untere Kappe 160 schließt alles bis auf eine Mittelöffnung 161 am unteren Ende der Patrone 150 ab. Die Mittelöffnung 161 stellt eine Verbindung zwischen einer äußeren Gehäuseöffnung (nicht dargestellt) und dem zweiten dünnen Durchflußkanal im Filterelement 162 her. Die Kappe 160 ist in gleicher Weise an der zylindrischen Wand 152 mittels eines wasser- und/ oder lösungsmittelbeständigen Klebers befestigt.

Das Filterelement ist allgemein mit 162 bezeichnet. Wie bei der Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 7 und 8 noch im einzelnen ersichtlich werden wird, hat das Filterelement 162 einen Sohichtaufbau, der zwei dünne Durchflußkanäle aufweist, die sich eine gemeinsame Membranbegrenzung teilen. Ein dünner Durchflußkanal ist für die die Verschmutzung führende Zulauffltissigkeit vorgesehen, der andere dünne Durchflußkanal für das Dialysat. Die Zulauf flüssigkeit und das Dialysat fließen in

zueinander entgegengesetzten Richtungen in dem betreffenden dünnen Durchflußkanal.

Wie vorstehend erwähnt, ist die Außenform der Patrone 150 gleich der der Patrone nach I¹Xg. 1, außer wie besonders vermerkt. Die Patrone 150 weist einen Abstandsring (nicht dargestellt) auf, der in jeder Hinsicht gleich dem Abstandsring 64 nach Fig. 1 ist. Der Abstandsring legt sich gegen die Innenwand eines Gehäuses, das zur Aufnahme der Patrone 150 eingerichtet ist, und er bildet eine iluidabdichtung ihr gegenüber. Diese Fluidabdichtung bildet zwei geschlossene Kammern oder Räume 170 und 172. Der geschlossene Raum 170 ist durch die Unterseite des Abstandsrings, die Innenwand des Gehäuses und die Außenfläche der Patronenwand 152 begrenzt. Der geschlossene Raum 172 ist durch die Oberseite des Abstandsrings, die Innenwand des Gehäuses und die Außenfläche der Patronenwand 152 begrenzt.

Die Mittelöffnung 158 der oberen Kappe 156 schließt sich an ein ringförmiges Segment 175 aus einem halbstarren Material ähnlich dem Material an, aus dem die Außenwand 152 besteht. Das ringförmige Segment 175 weist eine Anzahl von Löchern 179 auf, die um seinen Umfang herum verteilt sind. In gleicher Weise schließt sich die Mittelöffnung 161 der unteren Kappe 160 an ein weiteres ringförmiges Segment 176 an. Das ringförmige Segment 176 ist in jeder Hinsicht gleich und komplementär

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IG

im Vergleich zum ringförmigen Segment 175 ausgeführt und weist eine gleiche Anzahl von löchern 178 auf.

Die Mittelöffnungen 158 und 161 sind durch durch einen mittleren längsstöpsel 174 in zylindrischer Form getrennt. Ein Kleber oder Zement 167 wie Urethan füllt den Raum zwischen dem Stöpsel 174 und den Palten 165, um eine mediumdichte Abdichtung zu gewährleisten. Auf diese Weise sind die Mittelöffnungen 158 und 161 effektiv mediumdicht voneinander getrennt.

Gemäß der Darstellung in Pig. 6 weist das Filterelement 162 zwei dünne Durchflußkanäle auf - einen für die Zulaufflüssigkeit, den anderen für das Dialysat. Das Filterelement 162 hat einen Schichtaufbau, der am deutlichsten in Fig. 7 dargestellt ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 7 besteht das Filterelement aus fünf Lagen aus Folienmaterial. Eine erste Lage, bestehend aus undurchlässigem Material 180 wie Mylar bildet eine Außenwand eines Durchflußkanals. Eine Lage aus perforiertem Stoff 182 befindet sich neben der ersten Lage 180. Der perforierte Stoff kann identisch mit der Lage 82 aus perforiertem Stoff sein, die in Verbindung mit Fig. 3 besahrieben und dargestellt worden ist. Der perforierte Stoff 182 hat zwei Aufgaben: zum einen begünstigt er eine !Turbulenz im Strom längs des Durchflußkanals, in dem er sich befindet; zum anderen hält er den

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3?

Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Lagen aufrecht, zwischen denen er liegt.

Eine zweite Lage, bestehend aus permeablem Membranmaterial 184, "befindet sich neben der Lage aus perforiertem Stoff 182. Die zweite Lage 184 bildet die andere Wand eines ersten dünnen Durchflußkanals zwischen sich und der ersten Lage aus undurchlässigem Material 180.

Eine weitere Lage aus perforiertem Stoff 186 entsprechend der Lage 182 befindet sich neben der zweiten Lage aus Membranmaterial 184» Die Lage aus perforiertem Stoff 186 hat die gleiche iunktion wie die Lage aus perforiertem Stoff 182. In bestimmten Anwendungsfällen wie bei der Diafiltration von sehr sensitiven Lösungen, z.B. Blut, kann der Stoff 186 jedoch nur ein Abstandshalter ohne nennenswerte oder irgendwelche Surbulenzpromotionscharakteristiken.

Eine dritte Lage, bestehend aus undurchlässigen Material 188, befindet sich neben der Lage aus perforiertem Stoff 186. Die dritte Lage 188 bildet eine Wand eines zweiten dünnen Durchflußkanals» Die andere Wand ist durch die zweite Lage aus permeablem Membranmaterial 184 gebildet,, Die zweite Lage aus Membranmaterial 184 dient als gemeinsame Begrenzung sowohl für den ersten, als auch für den zweiten dünnen Durchflußkanal, die definiert worden sind.

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3J

Wie in Fig. 8 dargestellt, ist das FiIterelement 162 in Palten gefaltet und innerhalb der Patrone 150 in zylindrische Form gebracht. Die erste Lage aus undurchlässigem Material 180 "bildet die Außenfläche des FiIterelements. Die eine lage aus perforiertem Stoff 182 an der ersten Lage 180 befindet sich im ersten dünnen Durchflußkanal. Die zweite Lage aus permeablem Membranmaterial 184 bildet die Mittellage des FiIterelements und die andere Wand des ersten dünnen Durchflußkanals. Die andere Lage aus perforiertem Stoff 186 befindet sich an der zweiten Lage aus permeablem Membranmaterial 184 in dem zweiten dünnen Durchflußkanal. Die dritte Lage aus undurchlässigem Material 188 bildet die innere Fläche des FiIterelements und eine Wand des zweiten dünnen Durchflußkanals.

Aue Fig. 6 ist ersichtlich, daß die zweite Lage aus permeablem Membranmaterial 184 sich über beide Lagen aus undurchlässigem Material 180 und 188 hinaus erstreckt, um die obere und untere Kappe 156 und 160 zu erreichen. Die zweite Lage aus Membranmaterial ist mit der betreffenden oberen und unteren Endkappe 156 und 160 verkapselt und versiegelt, um mit diesen eine Mediumabdichtung zu bilden.

Die Abdichtung bildet Zugangs- und Ausgangsöffnungen von beiden dünnen Durchflußkanälen innerhalb des FiIterelements 162. Im einzelnen hat der erste dünne Durchflußkanal eine Zugangsöffnung 192 an seinem unteren Ende und eine Aus gangs öffnung 194 an

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seinem oberen Ende. Der zweite dünne Durchflußkanal hat eine Zugangsöffnung 196 an seinem oberen Ende und eine Ausgangsöffnung 198 an seinem unteren Ende.

Beim Arbeiten mit der Filterpatrone 150 nach der Erfindung wird ein dünner Durchflußkanal dazu benutzt, einen Strom aus mit Verunreinigungen beladener Zulaufflussigkeit zu führen, und der andere dünne Durchflußkanal wird zum Führen eines Gegenstroms an Dialysat benutzt.

Im einzelnen gelangt die Zulaufflüssigkeit im Raum 170 in die Patrone 150 durch die Poren 154 der Außenwand 152. Die Zulaufflüssigkeit fließt in Richtung des Pfeils A zur Zugangsöffnung 192 des ersten dünnen Durchflußkanals. Die Zulaufflüssigkeit fließt dann nach oben durch den ersten dünnen Durchflußkanal, wo Verunreinigungen durch die Lage aus permeablem Membranmaterial 184 in den zweiten dünnen Durchflußkanal gelangen. Die konzentrierte Zulaufflüssigkeit fließt aus dem ersten dünnen Durchflußkanal durch die Ausgangsöffnung 194 in den geschlossenen Raum 172 in Richtung des Pfeils B.

Das Dialysat fließt durch den zweiten dünnen Durchflußkanal in Gegenrichtung. Im einzelnen wird das Dialysat durch die Mittelöffnung 158 eingeführt und geht durch die Poren 179 in Richtung des Pfeils C. Das Dialysat gelangt in die Zugangsöffnung 198 durch die Poren 178 und tritt aus der Mittelöffnung 161 in Rich-

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tung des Pfeils D.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die erste Lage aus undurchlässigem Material 180 mit einer begrenzten Zahl von Poren ausreichender Größe versehen sein, um nicht filtrierter Zulaufflüssigkeit einen intermittierenden Zugang zum ersten dünnen Durchflußkanal zu ermöglichen. Das Vorsehen einer kleinen Zahl nicht selektiver Poren führt zu einer Verringerung des Differenzdrucks zwischen der Ausgangs- und der ZugangsÖffnung 192 und 194 des Filterelements 162, ohne daß eine proportionale Abnahme im Massendurchfluß durch den ersten dünnen Durchflußkanal erfolgt.

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Leersej t e

Claims

Pat ent ansprüche

1.J Filterelement zur Verwendung in einem Querstrom-Filtrationssvstem, -"ekennZeichnet durch eine zusammengesetzte Läse in Schichtbauweise mit einer ersten Lafe (80) aus flexiblem, nicht durchlässigem Material und einer zweiten Iar^re (84) aus permeablem Kembranmaterial, die sieh im Abstand von der ersten Lage (80) zur Bildung eines Durchflußkanals dazwischen befindet, wobei die zusammengesetzte Lage längs Paltlinien in Palten gefaltet ist und die Faltlinien eine Durchflußachse bilden und wobei eine iTuidöffnung zwischen der ersten (80) und der zweiten Lage (84) an beiden Enden quer zur Durchflußachse zum Ermöglichen eines Durchflusses durch den Kanal länrs der Durchflußachse vorgesehen ist.

2. Filterelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Turbulenzen erzeugende Mittel (82) im Durchflußkanal zur Erzeugung von Turbulenzen im Durchfluß durch den Kanal.

3ο Filterelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet ₉ daß die Turbulenzen erzeugende Mittel (82)

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zum Aufrechterhalten des Abstands zwischen der ersten (80) und der zweiten Lage (84) vorgesehen sind.

4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (82) aus einer Lage perforierten Stoffs bestehen, die zwischen die erste (80) und die zweite Lage (84) gelegt ist.

5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lage (82) aus perforiertem Stoff aus einem ersten Satz im parallelen Abstand liegender Stränge (88) gebildet ist, über die ein zweiter Satz im parallelen Abstand liegender Stränge (90) gelegt ist, die quer zum ersten Satz angeordnet sind, derart, daß ein nicht verwebtes rechtwinkliges Muster entsteht.

6. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefaltete zusammengesetzte Lage in zylindrische Form gebracht ist und die Enden parallel zur .Durchflußachse zur Bildung einer Naht miteinander verbunden sind.

7. Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Lage (80) aus undurchlässigem Material die Außenfläche der zylindrischen Form bildet.

8. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet , daß die erste Lage (80) aue undurchlässigem Material mit einer "begrenzten Zahl von Poren ausreichender Größe versehen ist, derart, daß sie gegen eine Zulaufflüssi.gkeit für die Filtration nicht selektiv sind und einen intermittierenden Zugang einer kontrollierten Menge der Zulaufflüssigkeit längs des Durchflußkanals zum Linear!sieren des Druckgefälles längs diesem ermöglichen.

9. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zusammengesetzte Lage eine Lage (86) aus relativ festem Siebmaterial aufweist, die sich an die zweite Lage (84) aus Hembranmaterial außerhalb derselben anschließt und eine rückseitige Stütze für das Membranmaterial bildet.

10. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte Lage eine dritte Lage (188) aus flexiblem, undurchlässigem Material aufweist, die sich im Abstand zur zweiten Lage (184) aus Membranmaterial auf der Seite gegenüber der ersten Lage (180) aus undurchlässigem Material zur Bildung eines zweiten Durchflußkanals mit einer Fluidöffnung zwischen der zweiten (184) und der dritten Lage (188) an beiden Enden quer zur Durchflußachse befindet.

11. Filterelement nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Turbulenzen erzeugende Mittel (182, 186) in jedem der Durchflußkanäle zur Erzeugung einer Turbulenz im Durchfluß

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ORlGiNAL INSPECTEb

durch die Kanäle.

12» Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (182, 186) zum Aufrechterhalten des Äbstands zwischen den Lagen (180, 184, 188) vorgesehen sind.

13. Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (18, 186) aus einer ersten (182) und einer zweiten Lage (186) aus perforiertem Stoff bestehen, die zwischen die Lagen (180, 184, 188) in den betreffenden Durchflußkanälen gelegt sind.

14. Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lagen (182, 186) aus perforiertem Stoff aus einem ersten Satz im parallelen Abstand liegender Stränge gebildet ist, über die ein zweiter Satz im parallelen Abstand liegender Stränge gelegt ist, die quer zum ersten Satz angeordnet sind, derart, daß ein nicht verwebtes, rechtwinkliges Muster entsteht.

15. Filterelement zur Verwendung in einem Querstrom-Filtrationssystem, gekennzeichnet durch eine erste La ge (80) aus undurchlässigem Material zur Herstellung einer Barriere zwischen einer Fluidkammer (70, 72) und einem Durchflußkanal, eine zweite Lage (84) auf permeablem Membranmaterial im

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ORIGINAL INSPECTED

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parallelen Abstand zur ersten Lage (80) zur Bildung des Durchflußlcanals mit dieser, wobei die erste (80) und die zweite Lage (84) Mediumöffnungen an ihren beiden gegenüberliegenden Enden zur Herstelluni¹: einer Verbindung zwischen der Pluidkammer (70, 72) und dem Durchflußkanal aufweisen und an den beiden gegenüberliegenden Enden verschlossen sind und die erste Lage (80) eine begrenzte Zahl von Poren ausreichender Größe zum Ermöglichen eines Zugangs nicht filtrierter Zulaufflüssigkeit im Zwischenbereich in den Durchflußkanal aufweist.

16. Filterelement nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Turbulenzen erzeugende Mittel (82) im Durchflußkanal zur Erzeugung von Turbulenzen im Durchfluß längs des Durchflußkanals.

17« Filterpatrone zur Verwendung in einem Querstrom-Filtersystem, gekennzeichnet durch einen Patronenkörper (50) mit einer Zulauföffnung (20) für Zulaufflüssigkeit und mit einer Auslauföffnung (22) für dieselbe sowie eine Eiltratöffnung (24), ein Filterelement (62) innerhalb des Patronenkörpers (50) mit einem Durchflußkanal, der mit der Zulauföffnung (20) und mit der Auslauföffnung (22) in Verbindung steht, wobei das Filterelement (62) eine zusammengesetzte Lage in Schichtbauweise mit einer ersten Lage (80) aus einem flexiblen, undurchlässigen Material und einer zweiten Lage (84) aus permeablem Membranmaterial aufweist, die im Abstand zur ersten Lage (80)

zur Bildung des l)urchflußkanals dazwischen liegt, wobei die zusammengesetzte Lage längs Faltlinien in Palten gefaltet ist, die eine Durchflußachse bilden, und eine Fluidöffnung zwischen der ersten (80) und der zweiten Lage (84) an beiden Enden quer zur üurchflußachse zur Herstellung einer Verbindung mit der Zulauföffnung (20) und der Auslauföffnung (22) hat, und einenFiltratfließweg innerhalb des Patronenkörpers (50) zum Sammeln von Filtrat durch das permeable Membranmaterial und Leiten desselben zur Piltratöffnung (24).

18. Filterpatrone nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Turbulenzen erzeugende Mittel (82) im Durchflußkanal zur Erzeugung von Turbulenzen im Durchfluß durch den Kanal.

19. Filterpatrone nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (82) zum Aufrechterhalten des Abstands zwischen der ersten (80) und der zweiten Lage (84) vorgesehen sind.

20. Pilterpatrone nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (82) aus einer Lage aus perforiertem Stoff bestehen, die zwischen die erste (80) und die zweite Lage (84) gelegt ist.

21. Pilterpatrone nach Anspruch 20, dadurch ge-

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kennzeichnet , dalB die Lage (82) aus perforiertem Stoff aus einem ersten Satz im parallelen Abstand liegender Stränge (88) gebildet ist, über die ein zweiter Satz im parallelen Abstand liegender Stränge (90) gelegt ist, die quer zum ersten Satz angeordnet sind, derart, daß ein nicht verwebtes, rechtwinkliges Muster entsteht.

22. Filterpatrone nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die gefaltete zusammengesetzte in zylindrische Form gebracht ist und die Enden parallel zur Durchflußachse zur Bildung einer Naht verbunden sind.

23. Filterpatrone nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Lage (80) aus undurchlässigem Material die Außenfläche der zylindrischen Form bildet.

24. Filterpatrone nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Lage (80) aus undurchlässigem Material mit einer begrenzten Zahl von Poren ausreichender Größe versehen ist, die gegen eine zu filtrierende Zulaufflüssigkeit nicht selektiv sind, derart, daß im Zwischenbereich des Durchflußkanals ein Zugang einer kontrollierten Menge der Zulaufflüssigkeit zum Linearisieren des Druckgefälles an diesem entlang ermöglicht ist.

25. Filterpatrone nach Anspruch 17, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß die zusammengesetzte Lage eine Lage (86) aus relativ festem Siebmaterial in Anschluß an der zweiten Lage (84-) aus Membranmaterial außerhalb derselben zur Bildung einer rückseitigen Stütze für das Membranmaterial aufweist.

26. Filterpatrone nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen außerhalb des Patronenkörpers (50) sitzenden Abstandshalter (64) zum Aufrechterhalten eines Abstands zwischen dem Patronenkörper (50) und einem Patronengehäuse (12), in dem der Patronenkörper (50) aufnehmbar ist.

27. Filterpatrone nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (12) und der FiIterkörper (50) komplementäre zylindrische Formen haben und der Abstandshalter (64) durch einen außen sitzenden Ring gebildet ist.

28. Filterpatrone nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring (64) Dichtungsmittel

(68) an seinem Umfang zur Bildung einer Fluiddichtung zwischen dem Ring (64.). und dem Gehäuse (12) aufweist.

29. Filterpatrone nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstandshalter (64) am Filterelement (62) mittels einer Fluidabdichtung befestigt ist.

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30. Filterpatrone nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Fluidabdichtung zwischen dem Abstandshalter (64) und der ersten Lage (80) aus undurchlässigem Material gebildet ist.

31. Filterpatrone zur Verwendung in einem Querstrom-Filtersystem, gekennzeichnet durch einen Patronenkörper (150) mit zwei ersten Zugangs- und Ausgangsöffnungen für Zulaufflüssigkeit und zwei zweiten Zugangs- und Ausgangsöffnungen für ein Dialysat, ein Filterelement (162) im Patronenkörper (150) mit einem ersten Durchflußkanal in Verbindung mit den zwei ersten Öffnungen und mit einem zweiten Durchflußkanal in Verbindung mit den beiden zweiten Öffnungen, wobei das Filterelement eine zusammengesetzte Lage in Schichtbauweise mit einer ersten Lage (180) aus flexiblem, undurchlässigem Materialj einer zweiten Lage (184) aus permeablem Membranmaterial im Abstand von der ersten Lage (180) zur Bildung des ersten Durchflußkanals dazwischen, einer dritten Lage (188) aus flexiblem_f undurchlässigem Material im Abstand von der zweiten Lage (184) auf der Seite gegenüber der ersten Lage (180) zur Bildung des zweiten Durchflußkanals dazwischen aufweist, die zusammengesetzte Lage längs Faltlinien in Falten gefaltet ist, die eine Durchflußachse bilden, der erste Durchflußkanal eine Fluidöffnung zwischen der ersten (180) und der zweiten Lage (184) an beiden Siden quer zur Durchflußachse zur Herstellung einer Verbindung mit den beiden ersten Öffnungen hat und der zweite

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Durchflußkanal eine Fluidöffnung zwischen der zweiten (184) und der dritten Lage (188) an beiden Enden quer zur Durchflußachse zur Herstellung einer Verbindung mit den beiden zweiten Öffnungen hat.

32. Filterpatrone nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch Turbulenzen erzeugende Mittel (182, 186) in jedem der Durchflußkanäle zur Erzeugung einer Turbulenz im Durchfluß durch die Kanäle.

33. Filterpatrone nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (182, 186) zum Aufrechterhalten des Abstands zwischen den lagen (180, 184, 188) vorgesehen sind.

34· Filterpatrone nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbulenzen erzeugenden Mittel (182, 186) aus einer ersten (182) und einer zweiten Lage (186) aus perforiertem Stoff bestehen, die zwischen die Lagen (180, 184, 188) in den betreffenden Durchflußkanälen gelegt sind.

35. Filterpatrone nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Lagen (182, 186) aus perforiertem Stoff aus einem ersten Satz im parallelen Abstand liegender Stränge gebildet ist, über die ein zweiter Satz im

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parallelen Abstand liegender Stränge gelegt ist, die quer zum ersten Satz angeordnet sind, derart, daß ein nicht verwebtes, rechtwinkliges Mteber entsteht.

36» Filterpatrone nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die gefaltete, zusammengesetzte Lage in zylindrische Form gebracht ist und die Enden parallel zur Durchflußachse zur Bildung einer Naht verbunden sind.

37. Filterpatrone nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Lage (180) aus undurchlässigem Material mit einer begrenzten Zahl von Poren ausreichender Größe versehen ist, die gegen eine zu filtrierende Zulaufflüssigkeit nicht selektiv sind, derart, daß im Zwischenbereich des Durchflußkanals ein Zugang einer kontrollierten Menge der Zulaufflüssigkeit zum Linearisieren des Druckgefälles längs desselben ermöglicht ist.

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