WO2004071620A1 - Filtrationsvorrichtung - Google Patents

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WO2004071620A1
WO2004071620A1 PCT/DE2003/003831 DE0303831W WO2004071620A1 WO 2004071620 A1 WO2004071620 A1 WO 2004071620A1 DE 0303831 W DE0303831 W DE 0303831W WO 2004071620 A1 WO2004071620 A1 WO 2004071620A1
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WO
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filtration device
filter element
filter
housing
liquid
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/003831
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Nonninger
Olaf Binkle
Romeo Volz
Hans-Jürgen Schmidt
Original Assignee
Itn Nanovation Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Itn Nanovation Gmbh filed Critical Itn Nanovation Gmbh
Priority to DE50303759T priority Critical patent/DE50303759D1/de
Priority to US10/545,113 priority patent/US7135114B2/en
Priority to EP03815819A priority patent/EP1599271B1/de
Priority to AU2003300484A priority patent/AU2003300484A1/en
Publication of WO2004071620A1 publication Critical patent/WO2004071620A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/39—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with hollow discs side by side on, or around, one or more tubes, e.g. of the leaf type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/0821—Membrane plate arrangements for submerged operation

Definitions

  • the invention relates to a filtration device for filtering liquids.
  • a filtration device for filtering liquids.
  • Bacteria and viruses can be removed by appropriate chemical treatment of the water.
  • such devices are relatively maintenance-intensive since the chemicals have to be refilled.
  • the water is contaminated with chemicals.
  • Filters are used, for example, to separate oil-water emulsions during machining, for clarifying beer, for gas purification, for gas separation or for separating liquid-solid mixtures.
  • the object of the present invention is to provide a compact and easy-to-use filtration device with a good filter effect, with which substances, in particular bacteria and / or viruses, can be removed from a liquid.
  • a filtration device comprising a pressure-resistant housing with a liquid inlet opening and a filtrate outlet opening, into which a collecting duct opens, to which at least one filter element designed as a flat membrane is connected in a pressure-tight manner.
  • the liquid to be filtered is passed through the liquid inlet opening to which a feed line can be connected. fed to the container.
  • the liquid in the container is under pressure and is pressed through the flat membrane due to the pressure, there being a pressure difference between the outside of the flat membrane and its interior.
  • the housing is suitable for absorbing the pressures that occur during filtering and is therefore pressure stable.
  • Various shapes are conceivable for the housing, for example a cuboid shape or a cylindrical shape.
  • the flat membrane can be designed as a porous functional layer, from the interior of which the filtrate is removed and which can be flowed against on almost all sides by the liquid to be filtered.
  • the flat membrane can comprise a fine-pored filtering functional layer which is held on a coarser-pored carrier layer, a so-called substrate.
  • the functional and carrier layers are preferably inorganic layers and are therefore wear-resistant, temperature-stable and largely chemically inert.
  • a flat membrane that can be flowed on almost all sides, from the interior of which the filtrate can be removed, has a favorable ratio of membrane area to volume of the membrane. This results in good efficiency.
  • the filtrate is fed from the inside of the flat membrane to the collecting channel and can be removed or extracted via the outlet opening.
  • the filter element can be connected directly or indirectly to the collecting duct via additional constructions, the connection of the filter element to the collecting duct always being pressure-tight, so that no unfiltered liquid gets into the collecting duct.
  • a line with a valve for example a water tap, can be connected to the outlet opening.
  • the functional layer can be selected so that its pores are smaller than the substances to be filtered out.
  • Liquid to be filtered in the sense of the invention is understood to mean a dispersant with gaseous, liquid or solid substances contained therein, in particular solutions, hydrosols, bladder systems, emulsions and suspensions.
  • a plurality of filter elements are connected to the collecting duct one behind the other and at a distance from one another.
  • the filter area can be increased with a small footprint. Because of the spaced arrangement, liquid can be pressed into the membrane on all sides, in particular from the two large sides. This is particularly advantageous if the inside of the flat membrane is designed as a carrier layer which has a functional layer on all sides on the outer surface. The filtrate can therefore be pressed into the membrane over almost the entire free outer surface and removed from the inside of the flat membrane.
  • a sedimentation space is provided below the filter element.
  • sediments can be deposited below the filter element, which are at least spaced from the housing base by the diameter of the collecting channel. The blockage of the filter surfaces is prevented or slowed down.
  • the sedimentation space has a closable outlet opening. Deposited sediments can be removed.
  • the filter elements and the housing can be cleaned or rinsed.
  • the housing can be made of plastic, ceramic or stainless steel.
  • the advantage of the plastic housing is its low weight and good corrosion resistance, that of the stainless steel housing in its pressure stability.
  • the filter elements can be removed and cleaned particularly easily if the housing has a cleaning opening. It is understood that because of the pressurization of the liquid to be filtered, the cleaning opening is pressure-tight can be closed, for example by a screw-on cover. Alternatively, the housing can also be constructed in several parts, so that the housing can be disassembled for cleaning.
  • a pump can be assigned to the liquid inlet opening or to the housing.
  • a pressure of 1 to 7 bar may be sufficient for certain applications.
  • An additional pressurization of the liquid to be filtered may be necessary, in particular in the case of functional layers with a small pore size, in order to ensure the functioning of the filtration device.
  • a filtration device with a plurality of filter elements designed as flat membranes which are spaced apart from one another. and the interiors of which are pressure-tightly connected to a collecting duct, essentially the entire outer surface of each filter element being designed as a filter surface.
  • a filtration device can, for example, be immersed in a basin containing a liquid to be filtered, the hydrostatic pressure pressing the liquid into the membranes.
  • the immersed filter elements are completely surrounded by the liquid except for a few places, for example the connection point with the collecting channel.
  • the outer surface of each filter element is therefore available as a filter surface.
  • the spaced apart arrangement also allows the filter elements to be cleaned by flowing air or ozone along the filter surfaces. The filter cake that accumulates can be removed particularly easily by this measure.
  • the filter element preferably has one or more filtrate discharge channels. This facilitates the removal of the filtrate from the filter element, in particular from the interior thereof. If a carrier layer is present, 'are the Filtrate discharge channels are preferably arranged in the carrier layer.
  • the filtrate discharge channels are arranged in a fan shape.
  • the filtrate discharge channels are aligned with the collecting channel in order to accelerate the filtrate discharge.
  • the filtrate discharge channels can in principle have any cross-sectional shape. However, it is preferred if they have a substantially circular or elliptical or oval or rectangular or any polygonal cross section.
  • the filter element can be easily manufactured if it consists of two filter element halves.
  • Each filter element half can have a carrier layer and a functional layer or only one functional layer.
  • the carrier layer and functional layer can be obtained from green layers, layers which contain ceramic particles but are not yet sintered being called green layers.
  • the layers are green layers, the carrier layers of the filter element halves carrying a functional layer can be laminated together before sintering. After sintering, a filter element is obtained which has fine-pored filter surfaces on the outside and a coarser-pored structure on the inside, through which the filtrate can be removed.
  • the filter halves consist exclusively of a functional layer, they can also be laminated as green layers. However, the filter element halves or the entire filter element can also be produced by extrusion.
  • the ceramic materials used in the green layers are preferably of metal (mixed) oxides and carbides, nitrides, borides, silicides and carbonitrides of metals and derived non-metals.
  • metal (mixed) oxides and carbides nitrides, borides, silicides and carbonitrides of metals and derived non-metals.
  • this are A1 2 0 3 , partially and fully stabilized Zr0 2 , mullite, cordierite, perovskite, ⁇ pinelle, for example BaTi0 3 , PZT, PLZT, and SiC, Si 3 N, B 4 C, BN, MoSi 2 , TiB 2 , TiN, TiC. And Ti (C, N). It goes without saying that this list is not exhaustive. Of course, mixtures of oxides or non-oxides and mixtures of oxides and non-oxides can also be used.
  • the filtrate discharge channels can be implemented particularly simply if, at least in one filter element half, channels are formed on the surface facing the other filter element half.
  • the channels are preferably formed by milling the green support layer '. Channels can only be provided in one or both support layers. If the backing layers are laminated, the channels can be staggered or opposed. If they face each other, channels with a large cross-section are formed in the filter element.
  • any filter element geometries can be realized if the filter element halves are each made by casting a green layer with subsequent sintering.
  • the filter elements can be circular, square or rectangular, for example.
  • miniaturized filter arrangements can be realized in which a filter area of 0.1 m 2 is realized by five filter elements.
  • very large-area filter elements for example for seawater desalination, can be produced by film casting.
  • the filtration elements can be up to 0.5 m wide and cut to any length. This means that filter modules with a filter area of, for example, 45 m 2 can be produced from several filter elements.
  • the filter element is sealed, plugged in or glued into the collecting duct.
  • the collecting duct in one piece with the filter element or elements in order to achieve a good seal, in particular a pressure-resistant seal between the collecting duct and the filter elements.
  • an O-ring is provided for sealing. This measure enables an effective and simple . Seal.
  • the filter elements have pores in a functional layer with a pore size of 300 nm.
  • the pore size used depends on the area of application of the filtration device.
  • the pore size is preferably ⁇ 150 nm for filtering bacteria and ⁇ 70 nm for filtering viruses.
  • the filtration device is preferably arranged in a liquid-transporting line system. So it can be used in a water supply system of a building, but also in ships or caravans or the like. In the case of ships, caravans or the like in particular, it can also be immersed in liquid containers.
  • At least the surfaces of the filtration device that come into contact with the liquid, in particular the housing and the collecting channel, are coated with a biocide.
  • This measure prevents the clogging of the pores as a result of the multiplication of bacteria within the filtration device.
  • the filtration result can be improved if several filtration devices are cascaded.
  • a filtration device with filter elements of a first pore size for coarse filtering can be followed by a filtration device with filter elements of a second smaller pore size.
  • bacteria can be filtered out in the first filtration device and viruses can be filtered out in the second filtration device.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional view of a filtration device
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a filter element
  • Fig. 4 is an illustration of three filter elements arranged one behind the other in a holder.
  • 1 shows a filtration device 1, which comprises a housing 2 with a liquid inlet opening 3 and a filtrate outlet opening 4.
  • the liquid inlet opening 3 is connected to a feed line 5 and the filtrate outlet opening 4 to a line 6, which has a valve 7 designed as a tap at its free end.
  • Filter elements 8 to 11 formed as surface membranes are arranged one behind the other and spaced apart from one another in the housing 2.
  • the rectangular filter elements 8 to 11 are connected to a collecting channel 12 which opens into the filtrate outlet opening 4. Liquid to be filtered is supplied to the housing 2 under pressure. Since the filter elements 8 to 11 are spaced apart from one another, liquid can penetrate into each filter element essentially from two sides.
  • the filter elements 8 to 11 each have fine-pore functional layers on the outer surface and coarse-pore support layers lying between them, via which the filtrate is fed from the inside of the filter elements 8 to 11 to the collecting channel 12.
  • the housing In its lower part, the housing has a tapered sedimentation space 13, in which sediments are collected.
  • a closable outlet opening 14 is provided to remove the sediments.
  • the outlet opening 14 is located below the liquid inlet opening 3. If both openings 3, 14 are open, the housing 2 and the filter elements 8 to 11 can be rinsed and, in particular, deposits can be removed from the pores of the functional layers of the filter elements.
  • the device according to the invention can be closed briefly and the liquid supplied via the liquid inlet opening 3 can be removed without pressure loss and without additional filtering via the outlet opening 14.
  • 2 shows the filter elements 8 to 11 arranged one behind the other, with filtrate discharge channels 20 to 24 being indicated, which are provided in the interior of the filter elements 8 to 11.
  • the filtrate discharge channels are arranged in the respective carrier layer of the filter elements 8 to 11 and run essentially vertically and parallel to one another. They open into an opening 25 which is sealingly connected to the collecting duct 12, the filter elements 8 to 11 being glued to the collecting duct 12 in the exemplary embodiment.
  • the support layer of the filter elements 8 to 11 was created by lamination of the green support layers of two filter element halves, on the surface of which grooves were formed by milling. The grooves lying opposite form the filtrate discharge channels 20 to 24.
  • FIG. 3 shows a circular filter element 31 plugged onto a collecting duct 30.
  • the filtrate discharge ducts 32 to 37 are arranged in a fan shape and aligned with the collecting duct.
  • the filter element 31 is constructed from two filter element halves, each of which represents a functional layer.
  • the filtrate discharge channels 32 to 37 are each formed from two opposing grooves. The grooves were made in the green layers underlying the filter element halves. The filter element halves were then laminated and sintered.
  • Fig. 4 shows an arrangement with three filter elements 40 - 42 having six in the interior of the filter elements 40 - 42 is arranged Filtratabrios füren 43 - '48, which extend vertically and parallel to each other.
  • the filtrate discharge channels 43-48 are closed at their upper end and each end at the other end in an opening (not shown) on a narrow side of the filter element 40-42. into which the filtrate the filtrate discharge channels 43 - 48.
  • the channels 50 are in turn connected to a collecting channel 51.
  • Collection channel 51 is arranged essentially next to the filter elements 40-42.
  • a filtration device 1 comprising a pressure-resistant housing 2 with a liquid inlet opening 3 and a filtrate outlet opening 4, into which a collecting duct 12 opens, at least one filter element 8-11 designed as a flat membrane is connected to the collecting duct 12 in a pressure-tight manner.
  • This device allows a high liquid throughput with a compact design.

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Abstract

Bei einer Filtrationsvorrichtung (1) umfassend ein druckbe­ständiges Gehäuse (2) mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung (3) und einer Filtratauslassöffnung (4), in die ein Sammelkanal (12) mündet, ist an den Sammelkanal (12) mindestens ein als Flachmembran ausgebildetes Filterelement (8-11) druckdicht an­geschlossen. Diese Vorrichtung erlaubt einen hohen Flüssigkeitsdurchsatz bei kompakter Bauweise.

Description

BESCHREIBUNG Filtrationsvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Filtrationsvorrichtung zur Filterung von Flüssigkeiten. Insbesondere, bei der Trinkwassernachaufbereitung kann es notwendig sein, gewisse sich im Trinkwasser befindenden Stoffe zu entfernen. Bakterien und Viren können durch entsprechende chemische Behandlung des Wassers entfernt werden. Derartige Vorrichtungen sind jedoch relativ wartungsintensiv, da die Chemikalien nachgefüllt werden müssen. Außerdem ist das Wasser durch Chemikalien belastet.
Filter werden beispielsweise zur Trennung von Öl-Wasser- Emulsionen bei der spanabhebenden Fertigung, zur Klärung von Bier, zur Gasreinigung, zur Gastrennung oder zur Trennung von Flüssig-Feststoff-Gemischen eingesetzt .
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte und einfach handhabbare Filtrationsvorrichtung mit guter Filterwirkung bereit zu stellen, mit der Stoffe, insbesondere Bakterien und/oder Viren aus einer Flüssigkeit entfernt werden können .
Gegenstand der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Filtrationsvorrichtung umfassend ein druckbeständiges Gehäuse mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung und einer Filtratauslassöff- nung, in die ein Sammelkanal mündet, an den mindestens ein als Flachmembran ausgebildetes Filterelement druckdicht angeschlossen ist.
Die zu filternde Flüssigkeit wird über die Flüssigkeitsein- lassöffnung, an die eine Zuleitung angeschlossen sein kann, dem Behälter zugeführt. In dem Behälter steht die Flüssigkeit unter Druck und wird aufgrund des Druckes durch die Flachmembran gepresst, wobei zwischen der Außenseite der Flachmembran und ihrem Innern eine Druckdifferenz besteht. Das Gehäuse ist geeignet, die beim Filtern auftretenden Drücke aufzunehmen und ist daher drύckstabil. Für das Gehäuse sind verschiedene Formen denkbar, beispielsweise eine Quaderform oder eine zylindrische Form. Die Flachmembran kann als poröse Funktionsschicht ausgebildet sein, aus deren Inneren das Filtrat abgeführt wird und die nahezu allseitig von der zu filternden Flüssigkeit anströmbar ist. Zur Filterung kleinerer Stoffe kann die Flachmembran eine feinporige filternde Funktionsschicht umfassen, die auf einer grobporigeren Trägerschicht, einem sogenannten Substrat, gehalten ist. Die Funktions- und Trägerschichten sind bevorzugt anorganische Schichten und somit verschleißfest, temperaturstabil, und weitgehend chemisch inert. Eine nahezu allseitig anströmbare Flachmembran, aus deren Inneren das Filtrat abführbar ist, weist ein günstiges Verhältnis von Membranfläche zu Volumen der Membran auf. Dies hat einen guten Wirkungsgrad zur Folge. Das Filtrat wird aus dem Inneren der Flachmembran dem Sammelkanal zugeführt und kann über die Auslassöffnung abgeführt oder abgesaugt werden. Das Filterelement kann unmittelbar oder mittelbar über zusätzliche Konstruktionen an den Sammelkanal angeschlossen sein, wobei die Anbindung des Filterelement an den Sammelkanal immer druckdicht ist, so dass keine ungefilterte Flüssigkeit in den Sammelkanal gelangt. An die Auslassöffnung kann eine Leitung mit einem Ventil, beispielsweise einem Wasserhahn, angeschlossen sein. Die Funktionsschicht kann so gewählt werden, dass ihre Poren kleiner sind als die auszufilternden Stoffe. Unter zu filternder Flüssigkeit im Sinne der Erfindung wird ein Dispersionsmittel mit darin enthaltenen gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen verstanden, insbesondere Lösungen, Hydrosole, Blasensysteme, Emulsionen und Suspensionen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Filterelemente hintereinander und voneinander beabstandet an den Sammelkanal angeschlossen. Auf diese Weise kann die Filterfläche bei geringem Platzbedarf erhöht werden. Wegen der beabstandeten Anordnung kann Flüssigkeit allseitig, insbesondere von den beiden großflächigen Seiten in die Membran gepresst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Innere der Flachmembran als Trägerschicht ausgebildet ist, die allseitig an der Außenoberfläche eine Funktionsschicht aufweist. Das Filtrat kann daher über nahezu die gesamte freie Außenfläche in die Membran gedrückt und aus dem Innern der Flachmembran abgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn unterhalb des Filterelements ein Sedimentationsraum vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme können sich Sedimente unterhalb des Filterelements ablagern, die zumindest durch den Durchmesser des Sammelkanals von dem Gehäuseboden beabstandet sind. Die Verstopfung der Filterflächen wird verhindert oder verlangsamt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist der Sedimentationsraum eine verschließbare Auslassöffnung auf. Abgelagerte Sedimente können entfernt werden. Außerdem können die Filterelemente sowie das Gehäuse gereinigt beziehungsweise gespült werden.
Das Gehäuse kann aus Kunststoff, Keramik oder Edelstahl hergestellt sein. Der Vorteil des Kunststoffgehäuses liegt in seinem geringen Gewicht und in seiner guten Korrosionsbeständigkeit, der des Edelstahlgehäuses in seiner Druckstabilität.
Die Filterelemente können besonders einfach entnommen und gereinigt werden, wenn das Gehäuse eine Reinigungsöffnung aufweist. Es versteht sich, dass wegen der Druckbeaufschlagung der zu filternden Flüssigkeit die Reinigungsöffnung druckdicht verschließbar ist, beispielsweise durch einen aufschraubbaren Deckel. Alternativ kann das Gehäuse auch mehrteilig aufgebaut sein, so dass das Gehäuse zur Reinigung zerlegt werden kann.
Um den Druck der zu filternden Flüssigkeit im Gehäuse zu erhöhen, kann der Flüssigkeitseinlassöffnung oder dem Gehäuse eine Pumpe zugeordnet sein. Bei bestimmten Anwendungen kann ein Druck von 1 bis 7 bar ausreichend sein. Eine zusätzliche Druckbeaufschlagung der zu filternden Flüssigkeit kann insbesondere bei Funktionsschichten mit geringer Porengröße notwendig sein, um die Funktionsweise der Filtrationsvorrichtung sicher zu stellen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Filtrationsvorrichtung mit mehreren als Flachmembranen ausgebildeten Filterelementen, die voneinander beabstandet sind. und deren Innenräume mit einem Sammelkanal druckdicht verbunden sind, wobei im Wesentlichen die gesamte Außenoberfläche jedes Filterelements als Filterfläche ausgebildet ist. Eine solche Filtrationseinrichtung kann beispielsweise in ein eine zu filternde Flüssigkeit enthaltendes Becken eingetaucht werden, wobei der hydrostatische.. Druck die Flüssigkeit in die Membranen drückt. Die eingetauchten Filterelemente sind bis auf wenige Stellen, beispielsweise die Verbindungsstelle mit dem Sammelkanal, vollständig von der Flüssigkeit umgeben. Die Außenoberfläche jedes Filterelements steht daher als Filterfläche zur Verfügung. Die beabstandete Anordnung erlaubt außerdem die Reinigung der Filterelemente, indem Luft oder Ozon an den Filterflächen entlang geströmt wird. Der sich ansammelnde Filterkuchen kann durch diese Maßnahme besonders einfach entfernt werden.
Vorzugsweise, weist das Filterelement einen oder mehrere Filt- ratabführkanäle auf. Das Abführen des Filtrats aus dem Filterelement, insbesondere aus 'dessen Inneren, wird dadurch erleichtert. Wenn eine Trägerschicht vorhanden ist, ' sind die Filtratabführkanäle vorzugsweise in der Trägerschicht angeordnet.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Filtratabführkanäle fächerförmig angeordnet. Die Filtratabführkanäle sind dabei auf den Sammelkanal ausgerichtet, um die Filt- ratabführung zu beschleunigen.
Die Filtratabführkanäle können grundsätzlich beliebige Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn sie einen im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen oder o- valen oder rechteckigen oder einen beliebigen vieleckigen Querschnitt aufweisen.
Das Filterelement kann einfach hergestellt werden, wenn es aus zwei Filterelementhälften besteht. Jede Filterelementhälfte kann eine Trägerschicht und eine Funktionsschicht oder nur eine Funktionsschicht aufweisen. Die Trägerschicht und Funktionsschicht können aus grünen Schichten gewonnen werden, wobei Schichten, die Keramikteilchen enthalten, aber noch nicht gesintert sind, grüne Schichten genannt werden. Insbesondere wenn die Schichten grüne Schichten sind, können die eine Funktionsschicht tragenden Trägerschichten der Filterelementhälften vor dem Sintern miteinander laminiert werden. Nach dem Sintern erhält man ein Filterelement, das außen feinporige Filterflächen und innen eine grobporigere Struktur aufweist, durch die das Filtrat abgeführt werden kann. enn die Filterhälften jeweils ausschließlich aus einer Funktionsschicht bestehen, können auch diese als grüne Schichten laminiert werden. Die Filterelementhälften oder das gesamte Filterelement können jedoch auch durch Extrusion hergestellt werden.
Die in den grünen Schichten eingesetzten keramischen Werkstoffe sind vorzugsweise von Metall (misch) oxiden und Carbiden, Nitriden, Boriden, Siliciden und Carbonitriden von Metallen und Nichtmetallen abgeleitet. Beispiele hierfür sind A1203, teil- und vollstabilisiertes Zr02, Mullit, Cordierit,- Perowski- te, Ξpinelle, zum Beispiel BaTi03, PZT, PLZT, sowie SiC, Si3N , B4C, BN, MoSi2, TiB2, TiN, TiC.und Ti(C,N). Es versteht sich, dass diese Aufzählung nicht vollständig ist. Selbstverständlich können auch Mischungen von Oxiden bzw. Nichtoxiden und Mischungen aus Oxiden und Nichtoxiden eingesetzt werden.
Die Filtratabführkanäle können besonders einfach realisiert werden, wenn zumindest bei einer Filterelementhälfte Rinnen an der der anderen Filterelementhälfte zugewandten Oberfläche .ausgebildet sind. Die Rinnen werden vorzugsweise durch Fräsen der grünen Trägerschicht' ausgebildet. Dabei können Rinnen nur in einer oder beiden Trägerschichten vorgesehen sein. Wenn die Trägerschichten laminiert sind, können die Rinnen versetzt angeordnet sein oder sich gegenüber liegen. Liegen sie sich gegenüber, werden im Filterelement Kanäle mit .großem Querschnitt ausgebildet .
Nahezu beliebige Filterelementgeometrien lassen sich realisieren, wenn die Filterelementhälften jeweils durch Foliengießen einer grünen Schicht mit anschließender Sinterung hergestellt sind. Die Filterelemente können beispielsweise kreisrund, quadratisch oder rechteckig sein. Einerseits lassen sich miniaturisierte Filteranordnungen realisieren, bei denen durch fünf Filterelemente eine Filterfläche von 0,1 m2 realisiert wird. Andererseits können durch das Foliengießen sehr großflächige Filterelemente, beispielsweise für die Meerwasserentsalzung hergestellt werden. Beispielsweise können die Filtrationselemente bis zu 0,5 m breit und .auf eine beliebige Länge zugeschnitten sein. Somit lassen sich aus mehreren Filterelementen aufgebaute Filtermodule mit einer Filterfläche von beispielsweise 45 m2 herstellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Filterelement in den Sammelkanal dichtend ein-, aufgesteckt oder eingeklebt. Wenn es eingesteckt oder aufgesteckt ist, kann es zum Reinigen und insbesondere zum Auskochen leicht der Filtrationsvorrichtung entnommen werden. Es ist jedoch auch denkbar, den Sammelkanal mit dem oder den Filterelementen einstückig auszubilden, um eine gute Abdichtung, insbesondere eine druckresistente Abdichtung zwischen den Sammel-kanal und den Filterelementen zu erzielen.
Bei einer Weiterbildung ist zur Abdichtung ein O-Ring vorgesehen. Diese Maßnahme ermöglicht eine wirksame und einfache .Abdichtung.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Filterelemente Poren in einer Funktionsschicht mit einer Porengröße 300 nm auf. Die verwendete Porengröße hängt vom Einsatzbereich der Filtrationsvorrichtung ab. Beispielsweise ist zur Filterung von Bakterien die Porengröße bevorzugt < 150 nm und für die Filterung von Viren bevorzugt < 70 nm.
Vorzugsweise ist die Filtrationsvorrichtung in einem flüssig- keitstransportierenden Leitungssystem angeordnet. So kann sie in einem Wasserleitungssystem eines Gebäudes, aber auch in Schiffen oder Caravans oder dergleichen eingesetzt werden. Insbesondere bei Schiffen, Caravans oder dergleichen kann sie auch in Flüssigkeitsbehälter eingetaucht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind zumindest die mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Flächen der Filtrationsvorrichtung, insbesondere des Gehäuses und des Sammelkanals, mit einem Biozid beschichtet. Durch diese Maßnahme wird die Verstopfung der Poren in Folge von Bakterienvermehrung innerhalb der Filtrationsvorrichtung vermieden. Das Filtrationsergebnis kann verbessert werden, wenn mehrere Filtrationsvorrichtungen kaskadiert sind. Insbesondere kann eine Filtrationsvόrrichtung mit Filterelementen einer ersten Porengröße für eine Grobfilterung von einer Filtrationsvorrichtung mit Filterelementen einer zweiten geringeren Porengröße gefolgt sein. So können beispielsweise in der ersten Filtrationsvorrichtung Bakterien und in der zweiten Filtrationsvorrichtung Viren ausgefiltert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die- erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung • -
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Filtrationsvorrichtung;
Fig. 2 eine Darstellung von vier hintereinander angeordneten Filterelementen;
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines Filterelements ;
Fig. 4 eine Darstellung von drei hintereinander angeordneten Filterelementen in einer Halterung. Fig. 1 zeigt eine Filtrationsvorrichtung 1, die ein Gehäuse 2 mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung 3 und einer Filtratauslassöffnung 4 umfasst. Die Flüssigkeitseinlassöffnung 3 ist mit einer Zuleitung 5 und die Filtratauslassöffnung 4 mit einer Leitung 6, die an ihrem freien Ende ein als Wasserhahn ausgebildetes Ventil 7 aufweist, verbunden. In dem Gehäuse 2 sind als Flächenmembranen ausgebildete Filterelemente 8 bis 11 hintereinander und zueinander beabstandet angeordnet. Die rechteckig ausgebildeten Filterelemente 8 bis 11 sind mit einem Sammelkanal 12 verbunden, der in die Filtratauslassöffnung 4 mündet. Zu filternde Flüssigkeit wird dem Gehäuse 2 unter Druck zugeführt. Da die Filterelemente 8 bis 11 voneinander beabstandet sind, kann Flüssigkeit im Wesentlichen von zwei Seiten in jedes Filterelement eindringen. Die Filterelemente 8 bis 11 weisen im Ausführungsbeispiel jeweils an der Außenoberfläche feinporige Funktionsschichten und dazwischen liegende grobporige Trägerschichten auf, über die das Filtrat aus dem Innern der Filterelemente 8 bis 11 dem Sammelkanal 12 zugeführt wird. In seinem unteren Teil weist das Gehäuse einen sich verjüngenden Sedimentationsraum 13 auf, in dem Sedimente aufgefangen werden. Zum Entfernen der Sedimente ist eine verschließbare Auslassöffnung 14 vorgesehen. Die Auslassöffnung 14 befindet sich unterhalb der Flüs-sigkeitseinlassöffnung 3. Sind beide Öffnungen 3, 14 geöffnet, können das Gehäuse 2 und die Filterelemente 8 bis 11 gespült werden und insbesondere Ablagerungen von den Poren der Funktionsschichten der Filterelemente entfernt werden. Weiterhin kann durch ein Öffnen der Auslassöffnung 14 bei geöffneter Flüssigkeitseinlassöffnung 3 und geschlossenem Ventil 7 die erfindungsgemäße Vorrichtung kurz geschlossen werden und die Entnahme der über die Flüssigkeitseinlassöffnung 3 zugeführten Flüssigkeit ist ohne Druckverlust und ohne zusätzliche Filterung über die Auslassöffnung 14 möglich. Fig. 2 zeigt die hintereinander angeordneten Filterelemente 8 bis 11, wobei Filtratabführkanäle 20 bis 24 angedeutet sind, die im Innern der Filterelemente 8 bis 11 vorgesehen sind. Die Filtratabführkanäle sind in der jeweiligen Trägerschicht der Filterelemente 8 bis 11 angeordnet und verlaufen im Wesentlichen vertikal und parallel zueinander. Sie münden in einer Öffnung 25, die mit dem Sammelkanal 12 dichtend verbunden ist, wobei die Fiiterelemente 8 bis 11 im Ausführungsbeispiel mit dem Sammelkanal 12 verklebt sind. Die Trägerschicht der Filterelemente 8 bis 11 ist durch Lamination der grünen Trägerschichten zweier Filterelementhälften entstanden, an deren O- berflachen Rillen durch Fräsen ausgebildet wurden. Die sich gegenüberliegenden Rillen bilden die Filtratabführkanäle 20 bis 24.
Fig. 3 zeigt ein auf einen Sammelkanal 30 aufgestecktes kreisrundes Filterelement 31. Die Filtratabführkanäle 32 bis 37 sind fächerförmig angeordnet und auf den Sammelkanal ausgerichtet. Im Ausführungsbeispiel ist das Filterelement 31 aus zwei Filterelementhälften aufgebaut, die jeweils eine Funktionsschicht darstellen. Die Filtratabführkanäle 32 bis 37 sind jeweils aus zwei sich gegenüber liegenden Rillen gebildet. In die den Filterelementhälften zugrunde liegenden grünen Schichten wurden die Rillen eingebracht. Anschließend wurden die Filterelementhälften laminiert und gesintert.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit drei Filterelementen 40 - 42 mit jeweils sechs im Innern der Filterelemente 40 - 42 angeordneten Filtratabführkanälen 43 - '48, die vertikal und parallel zueinander verlaufen. Die Filtratabführkanäle 43 - 48 sind an ihrem oberen Ende verschlossen und enden anderenends jeweils in einer nicht dargestellten Öffnung an einer Schmalseite des Filterelements 40 - 42. Die Filterelemente 40 - 42 sind druckdicht in eine als Kunststoffschuh ausgebildete Halterung 49 eingesteckt, die Kanäle 50 aufweist, in die das Filtrat aus den Filtratabführkanäleri 43 - 48 abläuft. Die Kanäle 50 sind wiederum mit einem Sammelkanal 51 verbunden. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel ist der. Sammelkanal 51 im Wesentlichen neben den Filtereleme-nten 40 - 42 angeordnet.
Bei einer Filtrationsvorrichtung 1 umfassend ein druckbeständiges Gehäuse 2 mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung 3 und einer Filtratauslassöffnung 4, in die ein Sammelkanal 12 mündet, ist an den Sammelkanal 12 mindestens ein als Flachmembran ausgebildetes Filterelement 8-11 druckdicht angeschlossen. Diese Vorrichtung erlaubt einen hohen Flüssigkeitsdurchsatz bei kompakter Bauweise.

Claims

Patentansprüche
1. Filtrationsvorrichtung (1) umfassend ein druckbeständiges Gehäuse (2) mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung (3) und einer Filtratauslassöffnung (4), in die ein Sammelkanal (12; 30; 51) mündet, an den mindestens ein als Flachmembran ausgebildetes Filterelement (8-11; 31; 40 - 42) druckdicht angeschlossen ist.
2. Filtrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filterelemente (8 - 11; 31; 40 - 42) hintereinander und voneinander beabstandet an den Sammelkanal (12; 30; 51) angeschlossen sind.
3. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Filterelements (8 - 11; 31; 40 - 42) ein Sedimentationsraum (13) vorgesehen ist.
4. Filtrationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sedimentationsraum (13) eine verschließbare Auslassöffnung (14) aufweist.
5. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Kunststoff, Keramik oder Edelstahl hergestellt ist.
6. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Reinigungsöffnung aufweist.
7. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitseinlassöffnung (3) oder dem Gehäuse (2) eine Pumpe zugeordnet ist.
. Filtrationsvorrichtung mit mehreren als Flachmembranen ausgebildeten. Filterelementen (8 - 11; 31; 40 - 42) , die voneinander beabstandet sind und eren Innenräume mit ei-, nem Sammelkanal (12; 30; 51) druckdicht verbunden sind, wobei im Wesentlichen die gesamte Außenoberfläche jedes Filterelements (8 - 11; 31; 40 - 42) als Filterfläche ausgebildet ist.
9. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Filterelemente (8 - 11; 31, 40 - 42) einen oder mehrere' Filtratabführkanäle (20 - 24; 32 - 37; 43 - 48) aufweisen.
10. Filtrationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratabführkanäle (32 - 37) fächerförmig angeordnet sind.
11. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratabführkanäle (20 - 24; 32 - 37; 43 - 48) einen im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen oder ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
12. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement
(8 - 11; 31, 40 - 42) aus zwei Filterelementhälften besteht.
13. Filtrationsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Filterelementhälfte Rinnen an der der anderen Filterelementhälfte zugewandten Oberfläche ausgebildet sind.
14. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelementhälften jeweils durch Foliengießen oder durch Extrusion einer grünen Schicht mit anschließender Sinterung hergestellt sind.
•15. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Filterelemente (8 - 11; 31) in den Sammelkanal (12; 30) dichtend ein-, aufgesteckt oder eingeklebt sind.
16. Filtrationsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung ein O-Ring vorgesehen ist .
17. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (8 - 11; 31; 40 - 42) Poren in einer Funktionsschicht mit einer Porengröße < 300 nm aufweisen.
18. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationsvorrichtung in einem flüssigkeitstransportierenden Leitungssystem angeordnet ist.
19. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Flächen der Filtrationsvorrichtung (1), insbesondere des Gehäuses (2) und des Sammelkanals (12; 30), mit einem Biozid beschichtet sind.
20. Filtrationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filtrationsvorrichtungen (1) kaskadiert sind.
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