DE3039307A1

DE3039307A1 - Vorrichtung fuer die behandlung von stroemungsmitteln

Info

Publication number: DE3039307A1
Application number: DE19803039307
Authority: DE
Inventors: Wayne Allen Cary N.C. Bollinger; Roger Gilbert Apex N.C. Guay
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1981-04-23
Also published as: FR2467620A1; JPS647804B2; ZA806410B; CA1128497A; AU6348580A; IT1133722B; AU535525B2; BE885782A; JPS5664296A; US4265763A; GB2060434A; IT8025439A0; GB2060434B; NL8005691A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln von Strömungsmitteln, z.B. einen Wärmetauscher oder einen Permeator, mit in wenigstens einer Rohrwand eingebetteten Rohren. In einer besonderen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf einen mit Hohlfasermembranen arbeitenden Permeator, bei welchem die Hohlfasermerabranen so in einem Rohrboden eingebettet sind, daß ihre Hohlräume den Rohrboden durchsetzende Strömungswege bilden.

Eine Vorrichtung der genannten Art, z.B. ein Wärmetauscher oder ein Permeator, enthält in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnete Rohre, welche mit jeweils wenigstens einem Ende in einem Rohrboden eingebettet sind. Der Rohrboden dient dazu, die Rohre abdichtend zu verankern. Er wird dann im wesentlichen abdichtend in die Vorrichtung eingesetzt, so daß zwischen der Gehäuseseite und der Innenseite der Rohre keine offene Strömungsverbindung vorhanden ist. Selbst kleinere Undichtigkeiten um den Rohrboden herum können die Wirkungsweise eines Wärmetauschers erheblich beeinträchtigen und sich noch schwerwiegender auf den Betrieb eines Permeators auswirken, da dann von den Filterelementen nicht durchgelassene Bestandteile an die Austrittsseite der Filterelemente oder -membranen gelangen, wodurch sich die Selektivität des Permeators verschlechtert. Der Rohrboden muß eine ausreichende Festigkeit aufweisen, damit er im Betrieb nicht bricht oder sonstwie undicht wird, so daß dann das Strömungsmittel durch ihn hindurchtreten könnte. Um zu gewährleisten, daß die Rohre sicher abdichtend im Rohrboden eingebettet sind und dieser den im Betrieb auftretenden Druckunterschieden widerstehen kann, hat der Rohrboden in vielen Fällen eine beträchtliche Dicke.

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Bei gewissen Verwendungsarten können Bedingungen auftreten, unter denen sich das Material des Rohrbodens, gegebenenfalls auch das der Rohre und des Gehäuses, ausdehnt oder zusammenzieht. Das Ausdehnen oder Zusammenziehen kann durch Temperaturschwankungen und/oder durch irgendwelche chemischen Bestandteile des zu behandelnden Strömungsmittels hervorgerufen sein. Dabei kann das Ausdehnen oder Zusammenziehen des Materials erhebliche Schwierigkeiten verursachen, da gewöhnlich verschiedene Werkstoffe für die Rohre, den Rohrboden und das Gehäuse verwendet werden. So kann eine unterschiedliche Ausdehnung Änderungen in den relativen Abmessungen des Rohrbodens und des Gehäuses hervorrufen, was im Hinblick auf die sichere Abdichtung zu Schwierigkeiten führen kann. Weist beispielsweise der Rohrboden unter Betriebsbedingungen eine stärkere Dehnung auf als das ihn umgebende Gehäuse, so entstehen sehr große Kräfte, welche zu Beschädigungen des Gehäuses und/oder des Rohrbodens führen können. Verschieden starke Dehnung kann auch zwischen dem Rohrboden und den Rohren auftreten und zu den gleichen nachteiligen Folgen führen. Ferner haben Rohrboden gewöhnlich zwei verschiedene Bereiche, nämlich einen Bereich mit einer relativ hohen Dichte an Rohren und einen diesen umgebenden Bereich mit nur wenigen oder keinen Rohren. Diese Bereiche können im Hinblick auf Dehnung und Zusammenziehung unterschiedliches Verhalten zeigen, was die Gefahr von Beschädigungen in dem dazwischen verlaufenden Grenzbereich erhöht. Besonders geeignet für die Fertigung von Rohren und Rohrboden sind synthetische oder natürliche Harze, welche in flüssiger Form auf die Rohre aufgetragen oder um diese herum gegossen und anschließend zum Erstarren gebracht bzw. gehärtet werden können. Derartige Harze neigen jedoch häufig dazu, unter dem Einfluß von in den zu behandelnden Strömungsmitteln vorhandenen chemischen Bestandteilen erheblich zu quellen, was wiederum zu beträchtlichen .Änderungen der relativen Abmessungen führen kann.

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Eine den nachteiligen Einflüssen unterschiedlicher Dehnung in besonderem Maße unterworfene Vorrichtung ist ein Permeator. Solche Vorrichtungen dienen der Abscheidung wenigstens eines Strömungsmittels von einem wenigstens einen anderen Bestandteil enthaltenden Strömungsmittelgemisch unter Verwendung von Membranen. Mittels solcher Membranen sind Gase von Gasen, Gase von Flüssigkeiten und Flüssigkeiten von Flüssigkeiten einschließlich von in Flüssigkeiten gelösten Feststoffen trennbar. Ein Strömungsmittel kann durch Wechselwirkung mit dem Material der Membrane oder durch Strömung durch in der Membrane vorhandene Poren durch diese hindurchtreten. Bei einer Abscheidung mittels Membranen tritt der abzuscheidende Bestandteil eines Strömungsmittelgemischs unter dem Einfluß einer treibenden Kraft, z.B. Konzentration, Teildruck, Gesamtdruck und dergl., von der Zufuhrseite der Membranen durch diese hindurch zur Austrittsseite derselben. Zur Erzeugung der treibenden Kraft wird gewöhnlich ein Druckgefälle über die Membrane aufrechterhalten. Je größer das Druckgefälle ist, um so stärker ist der Strom des durch die membrane hindurchtretenden Strömungsmittels, und um so kleiner ist die notwendige Membranenoberfläche.

Besonders vorteilhaft sind rohr- oder schlauchförmige Membranen, d.h. also Hohlfasermembranen, da diese selbst bei relativ großem Druckgefälle selbsttragend sind und pro Volumeneinheit des Permeators eine größere Membranenoberfläche bieten als z.B. folienmembranen. Im Hinblick auf Leistung, Abmessungen und Vereinfachung des Aufbaus sind mit Hohlfasermembranen arbeitende Permeatoren deshalb besonders vorteilhaft. In dieser Hinsicht muß ein Permeator jedoch den im Betrieb zu erwartenden Arbeitsbedingungen widerstehen können und im Hinblick auf eine wirtschaftliche Fertigung einen einfachen Aufbau haben.

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Mit Hohlfasermembranen arbeitende Pertneatoren werden erfolgreich verwendet für Entsalzung, Ultrafeinfilterung und Hämodialyse. Die bei diesen Verwendungsarten auftretenden Arbeitsbedingungen verursachen gewöhnlich keine übermäßige Quellung des Rohrbodens, so daß dieser äußerst einfach ausgeführt sein kann. Beispielsweise bei dem in der US-PS 4 001 110 beschriebenen Hämodialysegerat wird der Rohrboden einfach im Gehäuse gegossen, so daß das Harzmaterial des Rohrbodens an den Hohlfasermembranen und an der Innenfläche des Gehäuses anhaftet. Anderenfalls kann ein Rohrboden mit darin eingebetteten Hohlfasermembranen auch getrennt gefertigt und dann in ein Gehäuse eingesetzt werden. So beschreibt etwa die US-PS 3 228 877 einen Permeator, bei welchem die Hohlfasermembranen in einem dicht abschließend in eine Anschlußkupplung eingebrachten Zementmaterial eingebettet sind. Für den Zusammenbau des Permeators wird der Kupplungsanschluß dann in eine Gehäuse-Endwand eingesetzt. Eine gebräuchliche Anordnung für die Befestigung des Rohrbodens in einem Gehäuse verwendet den Rohrboden umgebende O-Ringdichtungen, welche sich in abdichtender Anlage an der Innenfläche des Gehäuses befinden. Die Verwendung solcher O-Ringdichtungen ist z.B. in den US-Patentschriften 3 422 008, 3 528 553, 3 702 658 und 4 061 574 beschrieben.

Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen für die Befestigung eines Rohrbodens in einem Gehäuse sind anscheinend keinerlei Vorkehrungen für den Ausgleich von verschieden starker Dehnung getroffen, sie hängen vielmehr von relativ engen Toleranzen zwischen dem Rohrboden und dem Gehäuse ab, so daß eine sichere Abdichtung durch O-Ringdichtungen od. dergl. erzielbar ist. Unvermeidliche Unterschiede der Dehnung, z.B. aufgrund von Temperaturänderungen, quellend wirkenden Bestandteilen in den zu behandelnden Strömungsmitteln usw. können daher zu beträchtlichen Schwierigkeiten führen.

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Die US-PS 3 760 94-9 beschreibt einen aus einem elastomeren Dichtungsmittel geformten Rohrboden, welcher die Form eines sich verjüngenden Stopfens mit der schmälsten Stelle nahe einem Ende hat. Das elastomere Dichtungsmaterial ist in einer sich komplementär verjüngenden Fassung gehalten, welche ihrerseits in das Permeatorgehäuse eingesetzt ist. Am Ende des elastomeren Dichtungsmaterials ist eine poröse Platte angeordnet, welche es in der Fassung festhält. Die elastomeren Eigenschaften des Materials ermöglichen ein ausreichendes Fließen des Rohrbodens, so daß keine übermäßigen Schwierigkeiten aufgrund von unterschiedlich starker Dehnung auftreten. Andererseits verleiht das elastomere Material dem Rohrboden nicht die notwendige Festigkeit, wodurch der Zusammenbau des Perraeators erschwert sein kann.

Angesichts der durch die Verwendung von Membranen bei der Trennung von Strömungsmitteln erzielbaren Vorteile besteht das Bestreben, die Permeatortechnologie auch unter verschärften Arbeitsbedxngungen anzuwenden, z.B. zum Trennen von verunreinigten Gas- oder Flüssigkeitsströmen, welche ein Quellen des Materials des Rohrbodens verursachende Bestandteile enthalten können.

Die Erfindung schafft eine eine Anordnung von Rohren und wenigstens einen Rohrboden enthaltende Vorrichtung, bei welcher eine unterschiedlich starke Dehnung des Rohrbodens, des Gehäuses und/oder der Rohre ohne Beeinträchtigung der Abdichtung im Bereich des Rohrbodens möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht die Vorrichtung die Anwendung eines hohen Druckgefälles über den Rohrboden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat außerdem einen relativ einfachen Aufbau, so daß sie auch von einer relativ ungeübten Arbeitskraft ohne Schwierigkeit zusammengebaut werden kann.

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Insbesondere schafft die Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit einem wenigstens ein offenes Ende aufweisenden, langgestreckten, rohrförmigen Gehäuse, einem am offenen Ende des Gehäuses befestigten und dieses verschließenden, im wesentlichen strömungsundurchlässigen und wenigstens einen Strömungsdurchlaß aufweisenden Endverschluß, einer Vielzahl von sich in Form wenigstens eines Bündels im wesentlichen parallel zueinander innerhalb des Gehäuses in Längsrichtung desselben erstreckenden Rohren und mit einem starren, im wesentlichen strömungsundurchlässigen Rohrboden, in welchem die Rohre des wenigstens einen Bündels abdichtend eingebettet sind, so daß ihre Hohlräume den Rohrboden durchsetzende Strömungswege bilden, und xvelcher eine Endfläche, eine dieser gegenüberliegende Bündelseite, von welcher aus sich das wenigstens eine Bündel in das rohrförmige Gehäuse hinein erstreckt, und eine sich zwischen der Endfläche und der Bündelseite erstreckende Umfangsfläche aufweist, wobei gemäß der Erfindung vorgesehen ist, daß der Rohrboden an einem Teil der Umfangsfläche eine Erweiterung aufweist, deren Querschnittsabmessung in wenigstens einer Richtung größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung wenigstens der Endfläche und/oder der Bündelseite, daß die wenigstens eine Querschnittsabmessung der Erweiterung größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung des übrigen Rohrbodens, daß der Rohrboden an seiner Umfangsfläche wenigstens einen zwischen der Erweiterung und einer kleineren Fläche geformten Anstiegsbereich aufweist, innerhalb dessen sich die wenigstens eine Querschnittsabmessung des Rohrbodens vergrößert, daß die Umfangsfläche des Rohrbodens über wenigstens ein Teil ihrer Länge zwischen der Endfläche und der Bündelseite im wesentlichen von einer sich an wenigstens einem Anstiegsbereich abstützenden, starren, rohrförmigen Abstandsbuchse umgeben ist, welche eine

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Öffnung für die Aufnahme wenigstens eines Teils der Länge des Rohrbodens zwischen dessen Endfläche und der Bündelseite aufweist, deren Querschnitt eine solche Veite hat, daß zwischen der Abstandsbuchse und dem Rohrboden ein Zwischenraum für den Ausgleich von Unterschieden der Dehnung des Rohrbodens und der Abstandsbuchse vorhanden ist, und daß zwischen wenigstens dem Rohrboden und/ /oder der Abstandsbuchse einerseits und wenigstens dem Endverschluß und/oder dem Gehäuse andererseits wenigstens eine Dichtung angeordnet ist, so daß die an der Endfläche des Rohrbodens ausmündenden Hohlräume der Rohre strömungsundurchlässig abgedichtet von den Außenflächen der von der Bündelseite des Rohrbodens ausgehenden Rohre getrennt sind.

Ein Rohrboden der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat also eine Erweiterung mit wenigstens einer Querschnittbabmessung, welche größer ist als die entsprechende Querschnitt sabmessung entlang dem übrigen Rohrboden. Eine Querschnittsabmessung ist eine beliebige Abmessung, welche sich in einer zur Achse des Rohrbodens lotrechten Ebene zwischen den Begrenzungen des Rohrbodens erstreckt, wobei die Achse des Rohrbodens parallel zur Längsachse des rohrförmigen Gehäuses verläuft. Eine einer bestimmten Querschnittsabmessung entsprechende Querschnittsabmessung ist dabei eine Abmessung, welche in einer parallel oder koplanar mit der Achse des Rohrbodens und koplanar mit der bestimmten Querschnittsabmessung liegenden Ebene verläuft. Wenigstens die Endfläche und/oder die Bündelseite des Rohrbodens hat wenigstens eine Querschnittsabmessung, welche kleiner ist als die entsprechende Querschnittsabmessung der Erweiterung des Rohrbodens. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit ist die die den wenigstens einen Anstiegsbereich aufweisende Umfangsflache abschließende Stirnfläche im folgenden als "die kleinere Fläche" bezeichnet, obgleich die andere Stirnfläche kleiner,

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gleich groß oder auch, größer sein kann. Die Erweiterung des Rohrbodens hat vorzugsweise eine größere Querschnittsfläche als die übrigen Bereiche des Rohrbodens, so daß also die kleinere Fläche eine kleinere Querschnittsflache hat als die Erweiterung. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Querschnittsabmessungen des Eohrbodens nicht größer als die entsprechenden Querschnittsabmessungen der Erweiterung, d.h. die übrigen Teile des Rohrbodens stehen an keiner Stelle auswärts über den Umfang der Erweiterung hervor. Die Vergrößerung der Querschnittsabmessungen von der kleineren Fläche zur Erweiterung kann kontinuierlich, beispielsweise gekrümmt oder linear erfolgen, oder auch in Form einer oder mehrerer Stufen, gegebenenfalls mit dazwischen geformten, verjüngenden Stufen.

Zwischen der kleineren Stirnfläche und der Erweiterung weist die Umfangsfläche des Rohrbodens wenigstens einen Anstiegsbereich auf. Dieser kann sich über einen Teil oder über die Gesamtheit des Bereichs der Zunahme der Querschnittsabmessungen von der kleineren Fläche zur Erweiterung erstrecken. Im Anstiegsbereich vergrößern sich die Querschnittsabmessungen des Rohrbodens in Richtung auf die Erweiterung. Der Anstiegsbereich erstreckt sich vorzugsweise auswärts des von dem Rohrbündel durchsetzten Bereichs des Rohrbodens. Der wenigstens eine Anstiegsbereich dient der Abstützung auf der rohrförmigen Abstandsbuchse und verhindert dadurch Relativbewegungen zwischen dieser und dem Rohrboden in wenigstens einer Richtung. Ein Anstiegsbereich kann sich kontinuierlich um den Umfang des Rohrbodens herum erstrecken oder in Umfangsrichtung diskontinuierlich sein, so daß sich die Querschnittsabmessungen des Rohrbodens nur in bestimmten Umfangsbereichen vergrößern. Ferner kann ein Anstiegsbereich im wesentlichen lotrecht oder auch geneigt zur Achse des Rohrbodens verlaufen. Im letzteren Falle beträgt

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der Neigungswinkel des Anstiegsbereichs gegenüber der Achse des Rohrbodens vorzugsweise wenigstens ca. 10°, häufig auch wenigstens etwa 15°· Erstreckt sich die Vergrößerung der Quersehnittsabmessungen zwischen der kleineren Stirnfläche und der Erxveiterung nur über einen kleineren Bereich der entsprechenden Umfangsflache, so beträgt der Neigungswinkel des Anstiegsbereichs vorzugsweise wenigstens etwa 4-5 bis 60°. Diese vorzugsweise angewendeten größeren Neigungswinkel ermöglichen ungehinderte Gleitbewegungen zwischen der Abstandsbuchse und dem Rohrboden bei unterschiedlich starker Dehnung.

Zwar können sowohl die Endfläche als auch die Bündelseite in wenigstens einer Querabmessung kleiner sein als die entsprechende Querschnittsabmessung der Erweiterung, notwendig ist jedoch nur, daß eine der beiden Stirnflächen kleiner ist. Um den Zusammenbau der Vorrichtung zu erleichtern, ist vorzugsweise die Endfläche die kleinere Fläche. In diesem Falle kann die Abstandsbuchse einstückig ausgeführt und dabei mühelos auf den Rohrboden aufschiebbar sein. Ist die kleinere Fläche die Bündelseite, so kann die Abstandsbuchse mehrteilig ausgeführt sein, so daß sie sich um den Rohrboden herum zusammensetzen läßt. Anderenfalls kann die Abstandsbuchse in diesem Falle so ausgeführt sein, daß sie sich vor der Fertigstellung auf das Bündel aufziehen oder nach Fertigstellung des Rohrbodens vom freien Ende des Bündels her aufziehen läßt.

Die Umfangsabmessungen der kleineren Stirnfläche des Rohrbodens erstrecken sich vorzugsweise über den von dem Rohrbündel durchsetzten ereich desselben hinaus. Dabei sind die Umfangsabmessungen der kleineren Stirnfläche vorzugsweise nur um wenig größer als diejenigen des Bündels innerhalb des Rohrbodens. So beträgt der Unterschied zwischen dem Umfang der kleineren Stirnfläche

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und dem Umfang des Bündels vorzugsweise weniger als 10 cm, insbesondere weniger als 5 cm.

Die Erweiterung des Rohrbodens hat vorzugsweise wenigstens eine Querschnittsabmessung, welche größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung der kleineren Stirnfläche. Der Unterschied zwischen diesen Abmessungen beträgt wenigstens etwa 1 bis 2 cm, vorzugsweise etwa 2 bis 10 cm oder darüber. Der parallel zur Achse des Rohrbodens gemessene Abstand zwischen der kleineren Stirnfläche und der Erweiterung, im folgenden als die Länge des hervorstehenden Bereichs bezeichnet, ist ausreichend, um den Rohrboden sicher in der rohrförmigen Abstandsbuchse und in Anlage an dieser zu halten. Dabei kann die Länge des hervorstehenden Bereichs dazu beitragen, den Rohrboden in ausgerichteter Stellung zu halten. Zu diesem Zweck kann der hervorstehende Bereich formschlüssig in die Abstandsbuchse eingepaßt sein. Der hervorstehende Bereich erstreckt sich über wenigstens etwa 10 bis 15% der Gesamtlänge des Rohrbodens bis hin zur vollen Geamtlänge desselben. In gewissen Fällen beträgt die Länge des hervorstehenden Bereichs wenigstens ca. 25% der Gesamtlänge des Rohrbodens und kann aus Gründen der Materialersparnis für den Rohrboden bis zu wenigstens etwa 50 oder 75% dieser Länge erreichen. Gewöhnlich beträgt die Länge des hervorstehenden Bereichs wenigstens etwa 1 bis 2 cm, vorzugsweise etwa 2 bis 25 cm. Die parallel zur Achse gemessene Länge des Ronrbodens bis zur Berührungsstelle mit der Abstandsbuchse, d.h. also bis zum Ansfiegsbereich, ist ausreichend, um dem Rohrboden die notwendige Festigkeit zu verleihen, so daß er im Betrieb auftretenden Druckunterschieden an beiden Seiten widerstehen kann. Diese Länge beträgt wenigstens etwa 1 bis 2 cm, vorzugsweise 2 bis 25 oder 2 bis 20 cm.

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Ein wesentlicher Vorteil des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Rohrbodens besteht darin, daß er in Axialrichtung eine ausreichende Länge für die vollkommen dichte Einbettung der Rohre aufweisen kann, dabei jedoch nicht über die gesamte Länge die für die Abstützung in der Vorrichtung notwendigen größeren Querschnittsabmessungen aufzuweisen braucht. Da für den Rohrboden somit eine geringere Materialmenge notwendig ist, läßt sich ein Quellen oder Schrumpfen des Rohrbodens in den die kleineren Querschnittsabmessungen aufweisenden Bereichen auf ein Minimum beschränken. Da ferner die Umfangsabmessungen der die kleineren Querschnittsabmessungen aufweisenden Bereiche nur wenig größer zu sein brauchen als die Umfangsabmessungen des von dem Rohrbündel durchsetzten Bereichs des Rohrbodens, bleiben Unterschiede der Dehnung zwischen dem von dem Rohrbündel durchsetzten Bereich und dem keine Rohre enthaltenden Bereich des Rohrbodens ohne nennenswerten Einfluß.

Der Rohrboden kann jede für die Verwendung in einer wenigstens ein Rohrbündel enthaltenden Vorrichtung geeignete Form haben. Da derartige Vorrichtungen zumeist einen kreisförmigen Querschnitt haben, hat der Rohrboden in solchen Fällen ebenfalls kreisförmigen Querschnitt.

Der Rohrboden ist starr, d.h. er hat eine ausreichende Festigkeit, daß er unter Belastung seine Form behält. Starre Rohrboden verdienen wegen ihrer festigenden und versteifenden Wirkung den Vorzug. Das für den Rohrboden verwendete Material weist vorzugsweise einen Härtegrad von wenigstens etwa 60 insbesondere von bis zu 90 nach Shore A (ASTM D 2240) auf. Geeignete Werkstoffe für die Herstellung des Rohrbodens sind u. A. natürliche oder synthetische, härtbare flüssige Harze, insbesondere unter Vernetzung aushärtende Harze. Die Vernetzung bzw.

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Aushärtung des Harzes erhöht sowohl die mechanische
Festigkeit des Rohrbodens als auch seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Chemikalien. Geeignete Harze für
die Herstellung des Rohrbodens sind u.A. Epoxid-, Phenol- und Acrylharze sowie Urethane.

Der Rohrboden kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, z.B. wie in den US-Pat ent schrift en 3 339 34-1 und 3 4A2 389 beschrieben, indem ein Harzmaterial um
das Ende des Rohrbündels herum gegodden wird, oder,
wie in den US-Patentschriften 3 4-55 4-60 und 3 690 465 beschrieben, indem die Enden der Rohre mit einem Harzmaterial beschichtet und zu einem Bündel zusammengefaßt werden.

Die axiale Länge des Rohrbodens ist zweckmäßig so zu
wählen, daß dieser den im Gebrauch zu erwartenden Gesamtdruckunterschieden zu widerstehen vermag. Die tatsächliche Länge kann dabei von der Festigkeit des Harzes abhängig sein. Ferner sollte der Rohrboden so dick sein, daß
eine genügend große Berührungsfläche zwischen dem Harz und den Rohren vorhanden ist, um eine möglichst vollständige Dichtigkeit zu gewährleisten. Die Dicke bzw. Länge des Rohrbodens ist somit zum Teil auch von dem
Haftvermögen zwischen den Rohren und dem Material des Rohrbodens abhängig. Die Länge des Rohrbodens beträgt wenigstens etwa 2 cm und liegt gewöhnlich zwischen
ca. 2 und 50 cm, insbesondere zwischen ca. 2 und 25 bis 30 cm.

Die Hohlräume der Rohre bilden an der Endfläche des Rohrbodens ausmündende Strömungswege. Die Herstellung der Ausmündungen an der Endfläche des Rohrbodens kann auf verschiedene Weise erfolgen. So können etwa die Hohlräume der Rohre vor dem Gießen des Rohrbodens verschlossen werden, worauf dann das Endstück des gegossenen

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Rohrbodens abgeschnitten wird, um dessen Endfläche zu formen und die Hohlräume der Rohre freizulegen.

Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört ferner eine rohrförmige Abstandsbuchse, welche die Umfangsflache des Rohrbodens über wenigstens einen Teil seiner Länge zv/ischen den Stirnflächen im wesentlichen umgibt bzw. sich vorzugsweise über wenigstens ein Teil der Länge zwischen der kleineren Fläche und dem Anstiegsbereich erstreckt. Sofern die kleinere Fläche die Endfläche des Rohrbodens darstellt, steht die Abstandsbuchse vorzugsweise so weit darüber hervor, daß sie in Anlage am Endverschluß kommt. Die Bohrung der Abstandsbuchse hat einen solchen Querschnitt, daß zwischen der Abstandsbuchse und dem Rohrboden ein genügend großer Zwischenraum vorhanden ist, welcher unterschiedlich starke Dehnungen quer zur Achse des Rohrbodens zuläßt. Die Abstandsbuchse ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie auch unterschiedlich starke Dehnungen in Axialrichtung zuläßt. Die Abstandsbuchse kann in vorteilhafter Weise dazu dienen, den Rohrboden im Gehäuse auszurichten und gegebenenfalls festzuhalten, wobei sie zusätzlich auch für die Abdichtung um den Rohrboden herum herangezogen \*erden kann. Die Bearbeitung auf enge Toleranzen bietet bei der Abstandsbuchse geringere Schwierigkeiten als beim Rohrboden. Dementsprechend kann die Abstandsbuchse genau in das Gehäuse eingepaßt sein und ermöglicht dabei die Verwendung eines Rohrbodens, welcher nicht so genau bearbeitet ist, als daß bei seinem direkten Einbau in das Gehäuse eine vollkommene Abdichtung gewährleistet wäre. Um Unterschiede der Ausdehnung zwischen der Abstandsbuchse und dem Gehäuse oder dem Rohrboden möglicht gering zu halten und dadurch eine sichere Abdichtung unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu erleichtern, kann die Abstandsbuchse aus dem gleichen Werkstoff sein wie das Gehäuse bzw. der Rohrboden.

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Die Abstana.sbuch.se hat wenigstens einen Kontaktbereich, welcher an wenigstens einem Anstiegsbereich des Rohrbodens in Anlage kommt. Die Berührung zwischen der Abstandsbuchse und dem Anstiegsbereich kann dabei direkt oder beispielsweise über Dichtungen, Scheiben od. dergl. erfolgen. Der Kontaktbereich kann am Anstiegsbereich des Rohrbodens kontinuierlich um dessen Umfang herum verlaufen, oder es können mehrere Kontaktbereiche vorhanden sein, welche an einzelnen Stellen entlang dem Umfang mit dem Anstiegsbereich des Rohrbodens in Berührung kommen. In jedem Falle muß der Kontaktbereich der Abstandsbuchse ausreichen, den Rohrboden sicher abzustützen, d.h. Relativbewegungen zwischen dem Rohrboden und der Abstandsbuchse in einer Axialrichtung zu verhindern. Da im Hinblick auf unterschiedlich starke Dehnung des Rohrbodens und der Abstandsbuchse ein entsprechend großer Zwischenraum zwischen den beiden Teilen vorhanden ist, sind der Kontaktbereich der Abstandsbuchse und der Anstiegsbereich des Rohrbodens vorzugsweise so ausgebildet, daß eine Relativbewegung dazwischen bei unterschiedlicher Dehnung möglich ist. Die beiden Teile stehen daher vorzugsweise in GIeitberührung. Verläuft beispielsweise der Anstiegsbereich des Rohrbodens im wesentlichen lotrecht zur Achse desselben, so ergibt sich bei verschieden starker Dehnung des Rohrbodens und der Abstandsbuchse im Berührungsbereich eine im wesentlichen radiale Relativbewegung zwischen den beiden Teilen. Ist der Berührungs- bzw. Anstiegsbereich dagegen in bezug auf die Achse des Rohrbodens geneigt angeordnet, so ergibt sich bei unterschiedlicher Dehnung der beiden Teile eine Bewegung, welche sowohl eine axiale als auch eine radiale Komponente aufweist. Da sich der Berührungsbereich zur Erzielung der notwendigen Abstützung nur über jeweils einen kleinen Teil der entsprechenden Oberflächen des Rohrbodens und der Abstandsbuchse zu erstrecken braucht, tritt bei derartigen

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Relativbewegungen nur eine geringe Reibung auf.

Zwischen bei unterschiedlicher Dehnung relativ zueinander nicht beweglichen, parallel zueinander und zur Achse des Rohrbodens verlaufenden Flächen des Rohrbodens und der Abstandsbuchse muß ein solche Abstand vorhanden sein, daß die beiden Teile bei verschieden starker Dehnung nicht in direkte gegenseitige Berührung kommen. Dieser Abstand beträgt höchstens etwa 2 cm, vorzugsweise weniger als Ί cm, beispielsweise ca. 0,05 bis 0,5 cm. Um den Rohrboden in der Abstandsbuchse auszurichten und gegebenenfalls eine Abdichtung zwischen den beiden Teilen zu schaffen, können elastische Teile etwa in Form von Dichtungen od. dergl. zwischen dem Rohrboden und der Abstandsbuchse angeordnet sein.

Die Abstandsbuchse ist vorzugsweise für die Aufnahme wenigstens des hervorstehenden Bereichs des Rohrbodens eingerichtet, d.h. die Bohrung der Abstandsbuchse hat im wesentlichen eine ähnliche Form wie wenigstens der hervorstehende Bereich des Rohrbodens, so daß dieser in der richtigen Stellung in der Vorrichtung ausgerichtet und festgehalten werden kann.

Die Abstandsbuchse kann aus jedem geeigneten Werkstoff gefertigt sein, welcher gegenüber den zu erwartenden Betriebsbedingungen eine ausreichende Festigkeit hat. Da in der Abstandsbuchse keine Rohre eingebettet zu werden brauchen, steht für ihre Fertigung eine größere Auswahl an Werkstoffen zur Verfügung als im Falle des Rohrbodens. Den Vorzug verdienen dabei Werkstoffe, welche sich spanabhebend auf enge Toleranzen bearbeiten lassen und unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen nur geringe Änderungen der Abmessungen erfahren. Das Material des Rohrbodens ist gewöhnlich stärkeren Dehnungen und Schrumpfungen unterworfen als das der Abstands-

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buchse. Geeignete Werkstoffe für die Abstandsbuchse sind u.A. Polymere wie z.B. Epoxid- oder Phenolharze, Metalle wie z.B. Aluminium, Stahl und dergl. mehr.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Axialschnittansicht eines Pertneators in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematisierte Axialschnittansicht eines Teils eines Permeators in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 eine Fig. 2 und 3 entsprechende Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Ein in Fig. 1 dargestellter Permeator 100 hat ein Gehäuse 102, von welchem lediglich das Kopf- und das Fußende dargestellt sind. Das Gehäuse 102 kann aus einem beliebigen, strömungsundurchlässigen Werkstoff sein, z.B. aus Metall oder Kunststoff. Metalle, z.B. Stähle, verdienen wegen ihrer leichten Bearbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und Festigkeit vielfach den Vorzug. Das Gehäuse 102 kann jede geeignete Querschnittsform aufweisen, wobei gewöhnlich ein kreisförmiger Querschnitt den Vorzug verdient. Das einen vergrößerten Durchmesser aufweisende Kopfende des Gehäuses 102 weist einen Endflansch 104 und einen Strömungsdurchlaß 108 auf. Anstelle des dargestellten einen Durchlasses 108 können mehrere solche Durchlässe entlang dem Umfang des Gehäuses 102 angeordnet sein. Das Fußende des Gehäuses 102 hat einen

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Endflansch 106, an welchem ein Deckel 110 mittels (nicht gezeigter) Schrauben befestigt ist. Zur Bildung eines undurchlässigen Abschlusses ist eine Dichtung 112 zwischen dem Endflansch 106 und dem Deckel 110 angeordnet. Der Deckel 110 weist einen Durchlaß 114 auf, welcher eine Strömungsverbindung durch den Deckel hindurch darstellt.

Das Gehäuse 102 enthält ein Bündel 116 aus Hohlfasermembranen. Je nach den Durchmessern des Gehäuses 102 und der Hohlfasermembranen kann das Bündel wenigstens etwa 10 000 bis zu mehr als 100 000 oder gar mehr als 1 raio Hohlfasermembranen enthalten. Das Bündel hat im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie das Gehäuse. Die Hohlfasermembranen des Bündels sind mit jeweils einem Ende in einem Stopfen 120 eingebettet, so daß ihre Hohlräume nicht durch diesen hindurchverlaufen. Das andere Ende des Bündels 116 ist durch einen mit (nicht dargestellten) Verteilerdurchlässen versehenen Verteilerring 105 hindurchgeführt. Der Verteilerring 105 ist in das Kopfende des Gehäuses 102 eingesetzt und dient der Verteilung eines dem Durchlaß 108 zuströmenden bzw. von diesem abströmenden Strömungsmittels. Am Kopfende ist das Bündel 116 durch einen Rohrboden 118 abgeschlossen, durch welchen hindurch die Hohlräume der Hohlfasern zum offenen Ende des Gehäuses 102 verlaufen. Zwischen dem Verteilerring 105 und dem Rohrboden 118 sind zwei Wellenfederringe 126a, 126b mit einer dazwischen liegenden Scheibe 127 angeordnet. Die Verwendung von mit Scheiben abwechselnden Wellenfederringen ermöglicht die Herstellung des gewünschten Abstands und die Ausübung einer gewünschten Federkraft unabhängig von der genauen Einhaltung einer vorbestimmten Länge des Rohrbodens.

Der Rohrboden 118 hat einen Anstiegsbereich bzw. eine Stufe 125, mit welchem bzw. welcher er sich unter Zwi-

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schenlage einer O-Ringdichtung 137 an einer Abstandsbuchse 135 abstützt. Mit dem anderen Ende stützt sich die Abstandsbuchse 135 unter Zwischenlage einer weiteren O-Ringdichtung 139 an einem Endverschluß 128 ab, welcher einen Durchlaß 136 aufweist und unter Zwischenlage einer Dichtung 230 mittels (nicht gezeigter) Schrauben am Endflansch 104 des Gehäuses 102 befestigt ist. Durch die von den Wellenfederringen 126a, 126b auf den Rohrboden ausgeübte Belastung ist die O-Ringdichtung 139 in abdichtender Anlage am Endverschluß 128 und die O-Ringdichtung 137 iⁿ abdichtenden Anlage an der Stufe 125 des Rohrbodens 118 gehalten.

Im Betrieb des Permeators 100 wird ein Strömungsmittelgemisch über den Durchlaß 104 oder vorzugsweise den Durchlaß 108 in das Gehäuse 102 geleitet, wobei der nicht durch die Hohlfasermembranen hindurchtretende Anteil des Gemischs anschließend durch den jeweils anderen Durchlaß abströmt. Der durch die Hohlfasermembranen hindurchtretende Anteil des Gemischs durchströmt die Hohlräume der Fasern und den Rohrboden 118, um dann über den im Endverschluß 128 vorhandenen Durchlaß 136 abzuströmen.

Die Abstandsbuchse 135 dient dazu, den Rohrboden 118 im Gehäuse 102 auszurichten und festzuhalten. Der erweiterte Umfangsbereich des Rohrbodens kann dadurch einen genügend großen Abstand zur Innenfläche des Gehäuses haben, um verschieden starke Dehnung des Rohrbodens und des Gehäuses zu ermöglichen. Die Abstandsbuchse 135 umgibt nur das einen kleineren Durchmesser aufweisende Teil des Rohrbodens 118, dessen Durchmesser nur wenig größer ist als derjenige des von den Hohlfasern durchsetzten Bereichs. Da die Gesamtdehnung dieses Bereichs des Rohrbodens kleiner ist als die des erweiterten Bereichs, kann der Abstand zwischen der Abstandsbuchse

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und dem Rohrboden kleiner sein als der Abstand zwischen dem Gehäuse und dem erweiterten Bereich des Rohrbodens. Dadurch ist die Ausrichtung des Rohrbodens in Gehäuse erleichtert. Sofern die Abstandsbuchse und das Gehäuse aus Werkstoffen sind, welche unter Betriebsbedingungen die gleiche oder eine nahezu gleiche Dehnung aufweisen, kann der Abstand zwischen diesen beiden Teilen sehr klein sein. Da eine Berührung zwischen der Abstandsbuchse und dem Rohrboden im wesentlichen nur über den O-Ring stattfindet, kann sich der Rohrboden von der Abstandsbuchse ungehindert in Axialrichtung dehnen und zusammenziehen.

Fig. 2 zeigt das Kopfteil eines Permeators 200. Dieser hat ein kreisförmigen Querschnitt aufweisendes Gehäuse 202 mit einem Endflansch 204 und einem Durchlaß 208. Das Gehäuse 202 enthält ein Bündel 216 aus Hohlfasermembranen, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform hat wie der Innenraum des Gehäuses. Das Bündel 216 läuft am Kopfende in einem Rohrboden 218 aus. Dieser hat eine zylindrische Erweiterung 217» eine senkrechte Stufe 225 und ein konzentrisches zylindrisches Endstück 219» welches sich von der Stufe zur Endfläche erstreckt. Eine den Rohrboden 218 über seine gesamte Länge umgebende Abstandsbuchse 235 hat eine engere Bohrung für die Aufnahme des Endstücks 219 und eine erweiterte Bohrung für die Aufnahme des erweiterten Bereichs 217 des Rohrbodens. Zwischen der Stufe 225 und einer dieser gegenüberstehenden Stufe der Abstandsbuchse 235 ist ein O-Ring 237 angeordnet. Das Endstück 219 des Rohrbodens 218 ist von mehreren O-Ringen 239 umgeben, welche sich in Anlage an der Wandung der engeren Bohrung der Abstandsbuchse 235 befinden und in diesem Bereich eine Abdichtung bilden. Da der Durchmesser des Endstücks 219 nur wenig größer ist als derjenige des den Rohrboden durchsetzenden Bündels, sind die unter den Betriebsbedingungen

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des Permeators auftretenden Dehnungen und Schrumpfungen nicht so groß, daß dadurch die durch die O-Ringe 239 gebildete Abdichtung beeinträchtigt würde. Ein zwischen der Endfläche der Abstandsbuchse 235 und einem EndVerschluß 228 angeordneter O-Ring 241 schafft an dieser Stelle eine undurchlässige Abdichtung. Ein an der bündelseitigen Stirnfläche des Rohrbodens 218 angreifender Wellenfederring 226 hält diesen in der Abstandsbuchse fest und belastet die Abstandsbuchse in Richtung auf den Endverschluß 228. Der Endverschluß 228 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 230 am Endflansch 204- des Gehäuses 202 befestigt und hat einen mit den Hohlräumen der Hohlfasern stromungsverbundenen Durchlaß 236.

Sofern die Abstandsbuchse 235 und das Gehäuse 202 unter den Betrxebsbedingungen des Permeators im wesentlichen gleicher Dehnung und Zusammenziehung unterworfen sind, kann der 0-Ring 241 auch die Abstandsbuchse 235 umgeben, so daß er sich in abdichtender Anlage an der Innenwand des Gehäuses 202 befindet.

In Fig. 3 ist das Kopfteil eines Permeators 300 dargestellt. Dieser hat ein kreisförmigen Querschnitt aufweisendes Gehäuse 302, welches einen Endflansch 304-sowie einen Durchlaß 308 hat. Das Gehäuse 302 enthält ein aus Hohlfasermembranen gebildetes Bündel 316, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform hat wie der Innenraum des Gehäuses. An der Kopfseite läuft das Bündel 216 in einem Rohrboden 318 aus. Dieser hat die Form eines Kegelstumpfs, dessen größere Stirnfläche die Endfläche des Rohrbodens darstellt. Eine den Rohrboden 318 umgebende Abstandsbuchse 335 hat eine Bohrung von einer derjenigen des Rohrbodens 318 komplementären Form. Zum Ausrichten des Rohrbodens 318 sind zwischen ihm und der Abstandsbuchse 335 elastische 0-Ringe 337» 339 angeordnet. Diese dienen der Aufrechterhaltung eines unter-

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schiedlich starke Dehnung und Zusammenziehung ermöglichenden Zwischenraums zwischen dem Rohrboden und der
Abstandsbuchse sowie der Abdichtung zwischen den beiden Teilen. Zwischen den Endflächen des Rohrbodens 318 und der Abstandsbuchse 335 einerseits und dem Endverschluß 328 andererseits ist jeweils eine O-Ringdichtung 341
bzw. 3^-3 angeordnet. Ein am anderen Ende der Abstandsbuchse 235 angreifender Wellenfederring 326 hält die
Abstandsbuchse sowie den Rohrboden 318 in abdichtender Anlage an den dazwischen angeordneten O-Ringen 337 und sowie an den stirnseitig angeordneten O-Ringdichtungen 341 und 34-3· Der Endverschluß 328 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 330 am Endflansch 304 des Gehäuses befestigt und hat einen mit den Hohlräumen der Hohlfasermembranen i^römungsverbundenen Durchlaß 336.

Der Zwischenraum zwischen dem Rohrboden und der Abstandsbuchse ermöglicht im Zusammenwirken mit den O-Ringen und 339 unterschiedlich starke Dehnung der beiden Teile sowie auch, insbesondere wenn sich der Rohrboden stärker zusammenzieht als die Abstandsbuchse, im wesentlichen
parallel zur Achse des Rohrbodens verlaufende Relativbewegungen der beiden Teile unter Aufrechterhaltung
der Abdichtung dazwischen. Ebenso ist auch eine unterschiedlich starke Dehnung parallel zur Achse des Rohrbodens möglich.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann der Zwischenraum zwischen dem Rohrboden 318 und der Abstandsbuchse 335 mit einem elastomeren Material gefüllt sein, welches eine sichere Abdichtung gewährleistet und ausreichend
fließfähig ist, so daß bei unterschiedlich starker Dehnung des Rohrbodens und der Abstandsbuchse keine übermäßigen Spannungen auftreten.

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Fig. 4 zeigt das Kopfteil eines weiteren Permeators 400. Dieser hat ein kreisförmigen Querschnitt aufweisendes Gehäuse 402 mit einem Endflansch 404 und einem Durchlaß 408. Ein Endverschluß 428 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 430 mittels (nicht gezeigter) Schrauben am Endflansch 404 befestigt. Das Gehäuse 402 enthält ein aus zahlreichen Hohlfasern gebildetes Bündel 416, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform aufweist wie der Innenraum des Gehäuses und am Kopfende in einem Rohrboden 418 ausläuft. Bei zylindrischer Quwrschnittsform ist der Durchmesser des Rohrbodens 418 nur wenig größer als der des ihn durchsetzenden Bündels. An seinem Umfang hat der Rohrboden eine Anzahl von sich von der bündelseitigen Stirnfläche bis etwa zur Mitte erstreckenden, jeweils in einem Anstiegsbereich bzw. in einer Stufe 425 auslaufenden Vorsprüngen 419-Von den Stufen 425 erstreckt sich eine Abstandsbuchse 435 bis an das Ende des Rohrbodens. Eine Anzahl von im Ende des Gehäuses 402 sitzenden, an den VorSprüngen angreifenden Schraubenfedern 426 hält die Stufen 425 des Rohrbodens 418 in Anlage an einem Kontaktbereich der Abstandsbuchse 435. Das andere Ende der Abstandsbuchse 435 befindet sich unter Zwischenlage eines 0-Rings 429 in Anlage am EndVerschluß 428. Mehrere elastische 0-Ringe 427 umgeben den Rohrboden 418 und befinden sich in abdichtender Anlage an der Innenfläche der Abstandsbuchse 435. Die 0-Ringe 427 sind genügend elastisch, um unter den im Betrieb des Permeators zu erwartenden Bedingungen auftretende, verschieden starke Dehnungen und Zusammenziehungen des Rohrbodens und der Abstandsbuchse zu ermöglichen, und dienen außerdem der Aufechterhaltung eines Zwischenraums zwischen den beiden Teilen im Hinblick auf unterschiedlich starke Dehnung derselben. Der Endverschluß 428 ist von einem mit den Hohlräumen der Hohlfasern strömungsverbundenen Durchlaß 436 durchsetzt.

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In der in Fig. 4- gezeigten Ausführungsform ist der Rohrboden außerhalb des Gehäuses angeordnet. Im Rahmen der Erfindung kann der Rohrboden also teilweise oder gänzlich innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Sofern der Rohrboden wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist der Querschnitt des nicht von der Abstandsbuchse umgebenen Bereichs des Rohrbodens vorzugsweise um so viel kleiner als der Querschnitt des Gehäuses, daß ein gewisses Spiel dazwischen vorhanden ist.

Da der Durchmesser im wesentlichen des gesamten Rohrbodens nur itfenig größer ist als derjenige des ihn durchsetzenden Bündels der Hohlfasern, bleibt die Dehnung und Zusammenziehung des Rohrbodens auf ein Mindestmaß beschränkt. Die Vorsprünge 4-19 haben nur ein kleines Volumen, so daß Unterschiede der Ausdehnung zwischen ihnen und dem übrigen Rohrboden in Kauf genommen werden können.

Die Erfindung ist insbesondere für einen Permeator anwendbar. Dieser kann in jeder für die Trennung von Strömungsmitteln geeigneten Weise ausgeführt und wahlweise ein- oder doppelendig sein. Ein einendiger Permeator hat, wie in Fig. 1 dargestellt, nur an einem Ende einen Rohrboden, in welchem die Rohre bzw. Hohlfasermembranen mit jeweils einem oder mit beiden Enden eingebettet sein können. Ist nur jeweils ein Ende der Hohlfasern im Rohrboden eingebettet, so muß das andere Ende auf irgend eine Weise verschlossen sein. Bei einem doppelendigen Permeator ist ein Rohrboden an beiden Enden des Gehäuses vorhanden, wobei die Hohlfasern von einem Rohrboden zum anderen verlaufen können. Anderenfalls kann ein solcher Permeator auch wenigstens zwei getrennte Hohlfaserbündei enthalten, von denen wenigstens eines nur in einem Rohrboden ausläuft.

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Der P rmeator kann in beliebiger Weise betrieben werden, d.h. das Strömungsmittelgemisch kann dem Gehäuse zugeführt werden, so daß es mit der Außenseite der Hohlfasern in Berührung kommt, oder es kann den Hohlräumen der
Hohlfasern zugeführt werden. An der Außenseite der Hohlfasern kann die Strömung wahlweise überwiegend quer oder überwiegend parallel zur Längserstreckung der Hohlfasern verlaufen. Im letzteren Falle kann die Strömung gleichsinnig mit oder gegensinnig zu der Strömung im Inneren
der Hohlfasern gerichtet sein.

Hohlfasermembranen können aus verschiedenen synthetischen oder natürlichen Werkstoffen hergestellt werden, welche
für die Trennung von Strömungsmitteln oder als Unterlage für ein die Trennung von Strömungsmitteln bewirkendes
Material geeignet sind. Je nach der beabsichtigen Trennung von Strömungsmitteln und den im Betrieb zu erwartenden Bedingungen kann die Wahl des Mate3?ials für die
Hohlfasern durch Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturen und/oder. Chemikalien, durch die Festigkeit des
Materials und/oder andere Faktoren bestimmt sein. Für
die Herstellung der Hohlfasern eignen sich anorganische
sowie organische Werkstoffe und Gemische davon. Typische anorganische Werkstoffe sind z.B. Glas, Keramik, Cermets, Metalle und dergl.. Als organische Werkstoffe eignen
sich vorwiegend Polymere.

Die Querschnittsabmessungen der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Rohre bzw. Hohlfasern sind in
einem weiten Bereich wählbar, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß die Rohre eine die notwendige Festigkeit gewährleistende Wandstärke haben und die Hohlräume
genügend weit sein müssen, um einem übermäßig großen
Druckabfall des sie durchströmenden Strömungsmittels
vorzubeugen. Zur Anpassung an im Betrieb zu erwartenden
Längsdehnungen und Verkürzungen weisen die Rohre vorzugsweise eine gewisse Flexibilität über ihre Länge auf.

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Im Falle von Hohlfasermembranen beträgt der Außendurchmesser wenigstens etwa 20 oder 30 um, wobei in einem Bündel Hohlfasern gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers enthalten sein können. Der Außendurchmesser von Hohlfasermembranen ist vorzugsweise nicht größer als etwa 800 oder 1000 um, da sich anderenfalls ein weniger günstiges Verhältnis zwischen der Membranoberfläche und dem Volumen des Permeators ergibt. Bei anderen Vorrichtungen können jedoch auch Rohre mit größerem Durchmesser von beispielsweise bis zu etwa 2 cm oder mehr vorteilhaft sein. Bei Hohlfasermembranen beträgt der Außendurchmesser vorzugsweise 50 bis 800 um. Die Wandstärke der Hohlfasermembranen beträgt wenigstens etwa 5 Mm und kann bis zu 200 oder 300 um, vorzugsweise etwa 50 bis 200 um betragen. Hohlfasern aus Werkstoffen von geringerer Festigkeit müssen gegebenenfalls größeren Durchmesser und größere Wandstärken erhalten, um die notwendige Festigkeit zu erzielen. Die Wandungen der Hohlfasern können im wesentlichen massiv sein oder ein beträchtliches Hohlraumvolumen enthalten. Falls Hohlräume erwünscht oder notwendig sind, kann die Wandung der Hohlfaser durchgehend im wesentlichen die gleiche Dichte aufweisen oder mit einer dichteren Sperrschicht versehen sein. In diesen Fällen spricht man von isotropen bzw. anisotropen Hohlfasern.

Aus Gründen der Zweckmäßigkeit hat ein Gehäuse für eien Permeator gewöhnlich kreisförmigen Querschnitt. Für gewisse Zwecke können jedoch auch Gehäuse mit anderem, beispielsweise rechteckigem Querschnitt vorteilhaft sein. Die größte Quers hnittsabmessung des Gehäuses liegt zumeist bei wenigstens etwa 0,02 oder vorzugsweise bei etwa 0,05 m und kann bis zu 1 oder 2 m und darüber betragen. Die Länge des die Hohlfasern enthaltenden Gehäuses liegt gewöhnlich bei wenigstens etwa 0,2 oder 0,3 m, vorzugsweise bei wenigstens etwa 0,5 ti und kann bis zu 10 m oder darüber betragen. Für andere Vorrichtungen

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können Gehäusedurchmesser von mehr als 1 m bei Gehäuselangen von ca. 0,5 bis ΊΟ m vorteilhaft sein.

Die Hohlfasern sind in Form wenigstens eines Bündels im wesentlichen parallel zueinander im Gehäuse angeordnet. Ein Permeator enthält gewöhnlich wenigstens etwa 10 000 Hohlfasern und kann bis zu 1 mio Hohlfasern oder mehr enthalten. Innerhalb des Bündels können die Hohlfasern relativ geradlinig verlaufen oder, wie in der US-PS 3 4-22 008 beschrieben, spiralig gewunden sein. In vielen Fällen enthält ein Permeator ein einziges Hohlfaserbündel, dessen Hohlfasern mit wenigstens einem Ende in einem Rohrboden eingebettet sind, wobei das andere Ende der Hohlfasern verschlossen oder in einem weiteren Rohrboden eingebettet sein kann, Anderenfalls können die Hohlfasern des Bündels auch U-förmig zurückgeführt und mit beiden Enden in einer Rohrwand eingebettet sein. Dabei kann der Rohrboden so unterteilt sein, daß die einander entsprechenden Enden der Hohlfasern in bestimmten Bereichen zusammengefaßt sind. Die Bereiche können gegeneinander abgedichtet sein, so daß eine Strömungsverbindung dazwischen nur über die Hohlräume der Hohlfasern besteht.

Andere Vorrichtungen, z.B. Wärmetauscher, sind zumeist doppelendig ausgeführt, d.h. sie haben einen Rohrboden an jedem Ende des Bündels. Da in solchen Vorrichtungen weitere Rohre verwendet werden können, so daß bei deren Durchströmung kein übermäßiger Druckabfall auftritt, ist die Anzahl der Rohre in einer solchen Vorrichtung häufig geringer und kann etwa 500 bis 50 000 Rohre betragen.

Ende der Beschreibung.

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Claims

P_a_t_e_n_t_a_n_s_p_r_ü_c_h_e

1. Vorrichtung für die Behandlung von Strömungsmitteln, mit einem wenigstens ein offenes Ende aufweisenden, langgestreckten, rohrförmigen Gehäuse, einem am offenen Ende des Gehäuses befestigten und dieses verschließenden, im wesentlichen strömungsundurchlässigen und wenigstens einen Strömungsdurchlaß aufweisenden Endverschluß, einer Vielzahl von sich in Form wenigstens eines Bündels im wesentlichen parallel zueinander innerhalb des

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P (089) 9882 72 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

Gehäuses in Längsrichtung desselben erstreckenden Rohren und mit einem starren, im wesentlichen strömungsundurchlässigen Rohrboden, in welchem die Rohre des wenigstens einen Bündels abdichtend eingebettet sind, so daß ihre Hohlräume den Rohrboden durchsetzende Strömungswege bilden, und welcher eine Endfläche, eine dieser gegenüberliegende Bündelseite, von welcher aus sich das wenigstens eine Bündel in das rohrförmige Gehäuse hinein erstreckt, und eine sich zwischen der Endfläche und der Bündelseite erstreckende Umfangsflache aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (118, 218, 318, 4-18) an einem Teil der umfangsf lache eine Erweiterung aufweist, deren Querschnittsabmessung in wenigstens einer Richtung größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung wenigstens der Endfläche und/oder der Bündelseite, daß die wenigstens eine Querschnitts— abmessung der Erweiterung größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung des übrigen Rohrbodens, daß der Rohrboden an seiner Umfangsfläche wenigstens einen zwischen der Erweiterung und einer kleineren Fläche geformten Anstiegsbereich (125» 225? 4-25) aufweist, innerhalb dessen sich die wenigstens eine Querschnittsabmessung des Rohrbodens vergrößert, daß die Umfangsflache des Rohrbodens über wenigstens einen Teil seiner Länge zwischen der Endfläche und der Bündelseite im wesentlichen von einer sich an wenigstens einem Anstiegsbereich abstützenden, starren, rohrförmigen Abstandsbuchse (135, 235» 335» 4-35) umgeben ist, welche eine Öffnung für die Aufnahme wenigstens eines Teils der Länge des Rohrbodens zwischen dessen Endfläche und der Bündelseite aufweist, deren Querschnitt eine solche Weite hat, daß zwischen der Abstandsbuchse und dem Rohrboden ein Zwischenraum für den Ausgleich von Unterschieden der Dehnung des Rohrbodens und der Abstandsbuchse vorhanden ist,- und daß zwischen wenigstens dem Rohrboden und/oder der Abstands—

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buchse einerseits und wenigstens dem Enaverschlu.fi und/ /oder dem Gehäuse andererseits wenigstens eine Dichtung (137, 139; 237, 241; 337, 339, 341, 343; 427, 429) angeordnet ist, so da3 die an der Endfläche des Rohrbod ens ausmündenden Hohlräume der Rohre strömungsundurchlässig abgedichter von den Außenflächen der von der Bündelseite des Rohrbodens ausgehenden Rohren (116, 216, 316, 416) getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Rohrboden (118, 218, 318, 418) abdichtend mit der Abstandsbuchse (135, 235, 335, 435) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß ein elastisches Glied (137, 237, 337, 339, 427) abdichtend zwischen dem Rohrboden und der Abstandsbuchse angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsabmessung der kleineren Stirnfläche des Rohrbodens nur wenig größer ist als die Umfangsabmessung des Bündels innerhalb des Rohrbodens.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Unterschied zwischen dem Umfang der kleineren Stirnfläche und dem Umfang des Bündels weniger als ca. 5 cm beträgt.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung wenigstens eine Querschnittsabmessung aufweist, welche um wenigstens 1 cm größer ist als die entsprechende Querschnittsabmessung der kleineren Stirnfläche.

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7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegsbereich (125, 225) kontinuierlich um den Umfang des Rohrbodens (118, 218) herum vorläuft.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennz eichnet, daß der Anstiegsbereich (425) diskontinuierlich um den Umfang des Rohrbodens (418) herum verläuft.

9- Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegsbereich (125, 225) im wesentlichen lotrecht zur Achse des Rohrbodens (118, 218) verläuft.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegsbereich (425) in bezug auf die Achse des Rohrbodens (418) geneigt verläuft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anstiegsbereich von einer Stirnfläche des Rohrbodens (318) zur anderen erstreckt.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelseite die kleinere Stirnfläche ist.

13· Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abstandsbuchse (135? 235, 435) von dem wenigstens einen Anstiegsbereich (125, 225, 425) in Richtung auf die kleinere Stirnfläche erstreckt.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich

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die Abstandsbuchse (135 ₅ 235» 335» 435) bis an den Endverschluß (128, 228, 328, 428) erstreckt.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsbuchse (135, 235, 335, 4-35) abdichtend mit dem Endverschluß (128, 228, 328, 428) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anstiegsbereich (425) des Rohrbodens (418) in beweglicher Berührung mit der Abstandsbuchse (435) befindet.

17· Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Eohrbodens (118, 218, 318, 418) stärkere Dehnungen und Schrumpfungen aufweist als die Abstandsbuschse.

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Stirnfläche eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als die Erweiterung.

19· Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 18, dadurch gekennz eichnet, daß die Querschnittsabmessungen des Rohrbodens bis an die entsprechenden Querschnittsabraessungen der Erweiterung reichen.

20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsbuchse (135, 235, 335, 435) einstückig ist.

21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das

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Material des Rohrbodens einen Härtegrad von wenigstens ca. 70 nach. Shore A hat.

22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Permeator ist und daß die Rohre Hohlfasermembranen sind.

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