DE9416938U1

DE9416938U1 - Device for filtering and separating in particular biologically organic flow media by means of filter elements designed in the manner of membrane cushions

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Publication number: DE9416938U1
Application number: DE9416938U
Authority: DE
Original assignee: DT MEMBRANFILTER VERTRIEB
Current assignee: DT MEMBRANFILTER VERTRIEB
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2004-10-22
Also published as: DE59509334D1; DE4439982C2; DE4439982A1

Description

DT Membranfilter Vertriebs GmbH, Stenzelring 14a,
21107 HamburgDT Membranfilter Vertriebs GmbH, Stenzelring 14a,
21107 Hamburg

Vorrichtung zum Filtern und Trennen von insbesondere biologisch organischen Strömungsmedien mittels nach Art von Membrankissen ausgebildeten FilterelementenDevice for filtering and separating, in particular, biologically organic flow media by means of filter elements designed in the manner of membrane cushions

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern und Trennen von insbesondere biologisch organischen Strömungsmedien durch Umkehrosmose sowie Mirko-, Ultra- und Nanofi1teration mit einem druckdichten Gehäuse mit einem Einlaß für das Strömungsmedium und Auslassen für das Retentat sowie das Permeat und einer Mehrzahl im Gehäuse aufgenommener, voneinander beabstandeter Filterelemente, die nach Art eines Membrankissens ausgebildet sind, und die vom Strömungsmedium umflossen werden.The invention relates to a device for filtering and separating, in particular, biologically organic flow media by reverse osmosis as well as micro-, ultra- and nanofiltration with a pressure-tight housing with an inlet for the flow medium and outlet for the retentate and the permeate and a plurality of filter elements accommodated in the housing, spaced apart from one another, which are designed in the manner of a membrane cushion and around which the flow medium flows.

Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der DE-PS 37 15 183 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das zu trennende Strömungsmedium in einenA device of this type is known, for example, from DE-PS 37 15 183. In this known device, the flow medium to be separated is fed into a

Einlaß der Vorrichtung gegeben und durchströmt dann in strenger Regelmäßigkeit das zwischen zwei Abstandselementen angeordnete Membrankissen abwechselnd von außen nach innen und dann von innen nach außen, bis es in angereicherter Form nach entsprechendem Umströmen aller Membrankissen die Vorrichtung als angereichertes Retentat verläßt. Die Abstandselemente sind dabei kreisscheibenförmig ausgebildet, das Membrankissen kann ebenfalls kreisscheibenförmig ausgebildet sein oder aber zur Annäherung an eine kreisförmige Fläche eine n-eckige Kontur aufweisen.The liquid is fed into the inlet of the device and then flows through the membrane cushion arranged between two spacer elements in a strictly regular manner, alternating from the outside to the inside and then from the inside to the outside, until it leaves the device in an enriched form after flowing around all the membrane cushions. The spacer elements are designed in the shape of a circular disk, the membrane cushion can also be designed in the shape of a circular disk or can have an n-sided contour to approximate a circular surface.

Die bekannte Vorrichtung liefert für bestimmte Anwendungsfälle wie die Meerwasserentsalzung, d.h. zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser sehr gute Ergebnisse, wobei sich bei der bekannten Vorrichtung auch bei großen Fi1terelementenstapel&eegr; die Partialdruckdifferenzen des Strömungsmediums zwischen Zulauf und Ablauf in vertretbaren Grenzen halten.The known device delivers very good results for certain applications such as seawater desalination, i.e. for producing drinking water from seawater, whereby with the known device the partial pressure differences of the flow medium between inlet and outlet remain within acceptable limits even with large filter element stacks.

Wenn jedoch Strömungsmedien, beispielsweise Flüssigkeiten mit sehr hohem Anteil an biologisch organischen und/oder auch anorganischen Inhaltsstoffen getrennt werden sollen, kann sich dort nachteiligerweise jedoch sehr schnell ein Filterkuchen ausbilden, d.h. die Inhaltsstoffe setzen sich auf dem Membrankissen bzw. an den Stellen des Abstandselementes ab, in denen die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums niedriger als an sonstigen anderen Stellen der Vorrichtung ist, oder an den Vorsprüngen, die erhaben von den Oberflächen der Abstandselemente wegstehen. Die Folge ist, daß die Vorrichtung ihre Trennwirksamkeit verliert und demontiert und gegebenenfalls auf aufwendige Weise gereinigt werden muß. Diese Prozedur ist nachteilig und regelmäßig auch nicht durchführbar, da für viele Anwendungen dieHowever, if flow media, for example liquids with a very high proportion of biologically organic and/or inorganic ingredients, are to be separated, a filter cake can form very quickly, i.e. the ingredients settle on the membrane cushion or on the parts of the spacer element where the flow rate of the flow medium is lower than at other parts of the device, or on the projections that protrude from the surfaces of the spacer elements. The result is that the device loses its separation effectiveness and has to be dismantled and, if necessary, cleaned in a complex manner. This procedure is disadvantageous and usually not feasible, since for many applications the

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Vorrichtung nahezu wartungsfrei funktionieren muß, da eine Unterbrechung der Funktion der Vorrichtung für Reinigungs-, Wartungs- und Austauschzwecke mit schwerwiegenden ökologischen und wirtschaftlichen Folgen verbunden ist.The device must function with virtually no maintenance, since interrupting the device's operation for cleaning, maintenance and replacement purposes has serious ecological and economic consequences.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, Flüssigkeiten mit einem hohen biologisch organischen und/oder auch anorganischen Anteil an Inhaltstoffen zu trennen, wobei keine Ablagerungen in Form eines Filterkuchens während des Betriebes vonstatten gehen sollen, und wobei die Vorrichtung, falls es erforderlich sein sollte, auf einfache Weise zu reinigen und zu warten ist und daß die Vorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar ist und ohne weiteres an den individuellen Belastungsgrad der zu trennenden Flüssigkeiten angepaßt werden kann.The object of the present invention is to create a device of the type mentioned at the outset which is able to separate liquids with a high biological organic and/or inorganic content of ingredients, whereby no deposits in the form of a filter cake should occur during operation, and whereby the device, if necessary, can be easily cleaned and maintained and that the device can be manufactured simply and inexpensively and can be easily adapted to the individual load level of the liquids to be separated.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß im Gehäuse eine Mehrzahl von gesonderten Stapeln von Membrankissen hintereinander oder nebeneinander angeordnet ist, wobei die Stapel hintereinander und nebeneinander vom Strömungsmedium umflossen werden.The object is achieved according to the invention in that a plurality of separate stacks of membrane cushions are arranged one behind the other or next to each other in the housing, with the flow medium flowing around the stacks one behind the other and next to each other.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Stapel von voneineander beabstandeten Membrankissen innerhalb der Vorrichtung, d.h. innerhalb des Gehäuses quasi ein offener Kanal für das Strömungsmedium geschaffen wird, mit dem, anders als beim eingangs genannten Stand der Technik, extrem hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Strömungsmediums zwischen dem Einlaß des Strömungsmediums und dem Auslaß des die Vorrichtung als Retentat verlassenden StrömungsmediumsThe advantage of the device according to the invention is essentially that the arrangement of the stack of spaced-apart membrane cushions within the device, i.e. within the housing, as proposed according to the invention creates a quasi open channel for the flow medium, with which, unlike in the prior art mentioned at the beginning, extremely high flow velocities of the flow medium can be achieved between the inlet of the flow medium and the outlet of the flow medium leaving the device as retentate.

möglich ist und somit die Bildung von Ablagerungen beispielsweise in Form eines Filterkuchens ausgeschlossen ist, da die Stapel von Membrankissen faktisch für das 1ängskanalartig fließende Strömungsmedium keine Totzonen aufweisen und das Strömungsmedium quasi umlenkungsfrei vom Einlaß zum Auslaß der Vorrichtung strömen kann.is possible and thus the formation of deposits, for example in the form of a filter cake, is excluded since the stacks of membrane cushions have virtually no dead zones for the flow medium flowing in a longitudinal channel and the flow medium can flow from the inlet to the outlet of the device with virtually no deflection.

Je nach Art der verwendeten Werkstoffe, insbesondere der äußeren Membranelemente des Membrankissens, sind die Membrankissen mehr oder weniger stabil. Um zu verhindern, daß sich die Membrankissen des Membrankissenstapel während des Betriebes der Vorrichtung berühren, wodurch wiederum Ablagerungszellen von Inhaltstoffen des Strömungsmediums gebildet werden können, die die Trennwirkung der Membrankissen zunehmend verschlechtern können, ist es vorteilhaft, in den Membrankissen zwischen den diese begrenzenden äußeren Membranelementen ein flächiges Stabilisierungselement vorzusehen.Depending on the type of materials used, in particular the outer membrane elements of the membrane cushion, the membrane cushions are more or less stable. In order to prevent the membrane cushions of the membrane cushion stack from touching each other during operation of the device, which in turn can lead to the formation of deposit cells of substances in the flow medium that can increasingly impair the separation effect of the membrane cushions, it is advantageous to provide a flat stabilizing element in the membrane cushions between the outer membrane elements that delimit them.

Dabei ist es vorteilhaft, das Stabilisierungselement im umlaufenden Randbereich beidseitig angeschrägt auszubilden, was einerseits zu einem besseren Anströmverhalten des Strömungsmediums im Randbereich des Membrankissens führt und andererseits eine Beschädigung der äußeren Membranelemente des Membrankissens durch scharfe Kanten vermeidet.It is advantageous to design the stabilizing element in the surrounding edge area with bevels on both sides, which on the one hand leads to better flow behavior of the flow medium in the edge area of the membrane cushion and on the other hand avoids damage to the outer membrane elements of the membrane cushion due to sharp edges.

Das Stabilisierungselement ist vorteilhafterweise aus Kunststoff ausgebildet, grundsätzlich sind aber beliebige andere geeignete Materialien, beispielsweise Verbundwerkstoffe oder auch Metall geeignet. Der Wahl des Werkstoffs des Stabilisierungselements hängt im wesentlichen von der Art des Strömungsmediums bzw. desThe stabilizing element is advantageously made of plastic, but in principle any other suitable materials are suitable, for example composite materials or metal. The choice of material for the stabilizing element depends essentially on the type of flow medium or the

Drucks, bei dem die Vorrichtung in bezug auf das Strömungsmedium betrieben wird, ab.pressure at which the device is operated with respect to the flow medium.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zur äußeren Beabstandung der Membrankissen streifenförmige Abstandselemente vorzusehen, obwohl es grundsätzlich auch möglich ist, jeweils um die Permeatabflußöffnungen der Membrankissen herum ringförmige Abstandselemente vorzusehen. Ein streifenförmiges Abstanselement hat gegebenenfalls den Vorteil, daß die Montage des Membrankissenstapels erleichtert wird.It has proven advantageous to provide strip-shaped spacers for the external spacing of the membrane cushions, although it is also possible in principle to provide ring-shaped spacers around the permeate discharge openings of the membrane cushions. A strip-shaped spacer may have the advantage of making assembly of the membrane cushion stack easier.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung werden die Stapel jeweils von zwei die Stapel in sich einschließenden, im Außenquerschnitt im wesentlichen halbkreisförmigen Schalenelementen aufgenommen. Dadurch ist es möglich, die Stapel zwischen den Schalenelementen gewissermaßen aus voneinander beabstandeten Membrankissen vorzukonfektionieren, so daß die Stapel lediglich im Gehäuse der Vorrichtung aneinandergesetzt zu werden brauchen, und zwar in bezug auf die Menge der Stapel in Abhängigkeit von dem Belastungsgrad der zu trennenden Flüss igkei t.According to an advantageous embodiment of the device, the stacks are each held by two shell elements which enclose the stacks and are essentially semicircular in their outer cross-section. This makes it possible to prefabricate the stacks between the shell elements from spaced-apart membrane cushions, so that the stacks only need to be placed next to one another in the housing of the device, with the number of stacks depending on the degree of stress of the liquid to be separated.

Um die Anzahl der Einzelteile der Vorrichtung auch unter dem Gesichtspunkt des Zieles einer möglichst kostengünstigen Bereitstel1 barkeit gering zu halten, ist es vorteilhaft, daß wenigstens eines der Schalenelemente einen das Schalenelement in Längsrichtung durchquerenden Permeatabflußkanal aufweist, der mit Permeatabflußöffnungen, die in den Innenbodenbereich der Schalenelemente münden, verbunden ist. Durch die Ausgestaltung ist gewissermaßen der Permeatabflußkanal integral mit den Schalenelementen ausgebildet.In order to keep the number of individual parts of the device low, also with a view to achieving the goal of providing it as inexpensively as possible, it is advantageous for at least one of the shell elements to have a permeate drainage channel that runs through the shell element in the longitudinal direction and is connected to permeate drainage openings that open into the inner bottom area of the shell elements. Due to the design, the permeate drainage channel is, in a sense, formed integrally with the shell elements.

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Vorzugsweise ist der Innenquerschnitt der Schalenelemente im wesentlichen rechteckig ausgebildet und zwar mit derart gewählten Abmaßen, daß der Membranstapel kraftschlüssig zwischen zwei in bezug auf ihre Außenkontur halbkreisförmigen Schalenelementen aufgenommen wird, d.h. die Membrankissen werden darin derart im Zusammenwirken mit den dazwischen angeordneten Abstandselementen aufgenommen, daß keine zusätzlichen Spannbolzen, die die Membrankissen und die Abstandselemente beim erwähnten Stand der Technik durchqueren, nötig sind.Preferably, the inner cross-section of the shell elements is essentially rectangular, with dimensions selected in such a way that the membrane stack is held in a force-fitting manner between two shell elements that are semicircular in relation to their outer contour, i.e. the membrane cushions are held therein in cooperation with the spacer elements arranged between them in such a way that no additional clamping bolts that pass through the membrane cushions and the spacer elements in the aforementioned prior art are necessary.

Diese kraftschlüssige Aufnahme des Stapels aus Membrankissen sowie diese beabstandenden Abstandselementen zwischen den Schalenelementen kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, daß die Schalenelemente unter Einschluß des jeweiligen Stapels durch Verbindungsmittel lösbar verbindbar sind, beispielsweise mittels einer Bolzen-Mutter-Verbindung.This force-fitting reception of the stack of membrane cushions as well as these spacing elements between the shell elements can advantageously be achieved by the shell elements being detachably connected by means of connecting means, including the respective stack, for example by means of a bolt-nut connection.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine aus zwei miteinander verbundenen Schalenelementen gebildete Stapelschale mit einer benachbarten Stapel schale über eine in den Stapel schal en ausgebildete Renkverbindung lösbar verbindbar, d.h. die aneinandergesetzten Stapel schal en können somit auf einfache Weise kraftschlüssig miteinander verbunden werden, wobei auch bei dieser Ausgestaltung einer Verbindung der Stapel schal en untereinander eine beliebige geeignete Menge an Stapel schal en aneinandergesetzt werden kann, und zwar in Abhängigkeit des Anteils der Inhaltsstoffe in der zutrennenden Flüssigkeit bzw. aufgrund anderer notwendiger Vorgaben für den mit der Vorrichtung zu erreichenden Trenngrad.According to an advantageous further embodiment of the device, a stacking tray formed from two interconnected tray elements can be detachably connected to an adjacent stacking tray via a bayonet connection formed in the stacking trays, i.e. the stacking trays placed next to one another can thus be connected to one another in a simple, force-fitting manner, whereby even with this embodiment of a connection of the stacking trays to one another, any suitable number of stacking trays can be placed next to one another, depending on the proportion of the ingredients in the liquid to be separated or due to other necessary specifications for the degree of separation to be achieved with the device.

Zwei benachbarte Stapel schal en können jeweils im verbundenen Zustand mittels eines Verbindungsmittels lösbar gesichert werden, und zwar beispielsweise ebenfalls mittels einer Bolzen-Mutter-Verbindung. Diese Sicherungsmöglichkeit ermöglicht es auch, eine bestimmte Mehrzahl von Stapel schal en für den Einbau in das Gehäuse der Vorrichtung vollständig vorzukonfektionieren.Two adjacent stacking shells can each be releasably secured in the connected state using a connecting means, for example also using a bolt-nut connection. This securing option also makes it possible to completely pre-assemble a certain number of stacking shells for installation in the housing of the device.

Das Abstandselement und/oder das Schalenelement können, obwohl beide Elemente grundsätzlich aus beliebigen geeigneten Werkstoffen hergestellt werden können, vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt werden, so daß diese Teile auf einfache und kostengünstige Weise beispielsweise in einem Spritzgußherstellungsschritt hergestellt werden können mit der Folge, daß diese als Massenprodukte kostengünstig bereitstellbar sind.The spacer element and/or the shell element can, although both elements can in principle be made of any suitable materials, preferably be made of plastic, so that these parts can be manufactured in a simple and cost-effective manner, for example in an injection molding production step, with the result that they can be provided cost-effectively as mass products.

Als Kunststoff wird dabei vorzugsweise Polystyrol, Acrylnitri1-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol-Acrylnitri!-Copolymere (SAN) oder Luran verwendet.The preferred plastics are polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), styrene-acrylonitrile copolymers (SAN) or Luran.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:The invention will now be described in detail with reference to the schematic drawings using an exemplary embodiment. In them:

Fig. 1 in der Seitenansicht und teilweise imFig. 1 in side view and partly in

Schnitt eine Vorrichtung mit zwei Stapelschalen, in denen jeweils ein Stapel aus voneinander beabstandeten Membrankissen angeordnet ist,Section of a device with two stacking trays, in each of which a stack of spaced apart membrane cushions is arranged,

Fig. 2 in der Ansicht quer zur DarstellungFig. 2 in the view transverse to the illustration

von Figur 1 einen teilweisen Schnitt durch ein Schalenelement,of Figure 1 a partial section through a shell element,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das in Figur 2Fig. 3 is a plan view of the device shown in Figure 2

dargestellte Schalenelement,shown shell element,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das in FigurFig. 4 is a longitudinal section through the

3 dargestellte Schalenelement,3 shown shell element,

Fig. 5 eine Ansicht auf ein Schalenelement inFig. 5 a view of a shell element in

der Ansicht von oben gemäß der Darstel 1ung von Figur 1,the view from above as shown in Figure 1,

Fig. 6 in der Seitenansicht die DarstellungFig. 6 in side view the representation

des Schalenelements gemäß Figur 5,of the shell element according to Figure 5,

Fig. 7 einen schematischen Schnitt durch eineFig. 7 shows a schematic section through a

aus zwei Schalenelementen gebildete Stapelschale im in das Gehäuse eingebrachten Zustand,Stacking shell made of two shell elements when inserted into the housing,

Fig. 8 in der Ansicht quer zur DarstellungFig. 8 in the view transverse to the illustration

von Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch ein Schalenelement mit eingesetztem Membrankissenstapel, wobei die Membrankissen über streifenförmige Abstandselemente voneinander beabstandet sind, unter darstellerischer Weglassung einiger Membrankissen,from Fig. 1 a partial section through a shell element with inserted membrane cushion stack, whereby the membrane cushions are spaced apart from each other by strip-shaped spacer elements, with some membrane cushions omitted for illustrative purposes,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Membrankissen,Fig. 9 a plan view of a membrane cushion,

Fig. 10 a eine Draufsicht auf einFig. 10 a is a plan view of a

Stabilisierungselement, das zwischen den äußeren Membranelementen des Membrankissens eingelegt ist,Stabilizing element that is inserted between the outer membrane elements of the membrane cushion,

Fig. 10 b eine Seitenansicht des in Fig. 10 aFig. 10 b is a side view of the in Fig. 10 a

dargestellten Stabilisierungselements,shown stabilization element,

Fig. 11 a
Fig. 11 bFig. 11 a
Fig. 11 b

Fig. 12 aFig. 12 a

in der Draufsicht ein Abstandselement,in plan view a spacer element,

in der Seitenansicht das
Abstandselement gemäß Fig. 11 a,in the side view the
Spacer element according to Fig. 11 a,

in der Draufsicht eine andere
Ausführungsform eines
Abstandseiements,in the top view a different
Embodiment of a
Spacer elements,

Fig. 12 bFig. 12 b

Fig. 13 aFig. 13 a

eine Seitenansicht des in Fig. 12 a
dargestellten Abstandselements,a side view of the in Fig. 12 a
shown spacer element,

eine Seitenansicht eines AbI aufbolzens unda side view of an AbI bolting and

Fig. 13 bFig. 13 b

eine Draufsicht des in Fig. 13 a
dargestellten Ablaufbolzens.a plan view of the in Fig. 13 a
shown drain bolt.

Die Vorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 11, das auf an sich bekannte Weise beidseitig mit Endelementen 110, 111 druckdicht über umlaufende Dichtungsmittel 112, 113, beispielsweise in Form sogenannter 0-Ringe, gegenüber dem Gehäuse 11 verschlossen ist. Im Endelement 110 ist ein Einlaß 12 für das zur Vorrichtung 10 zuzuführende Strömungsmedium 15 vorgesehen. Im Endelement 111 ist ein Auslaß für das angereicherte Strömungsmedium, das sogenannte Retentat, vorgesehen und ein Auslaß 14 für das Permeat. Die Endelemente 110 111 werden über Ringelemente 114, 115, die ein Außengewinde haben, in ihrer Position im Gehäuse 11 gesichert, wobei das Gehäuse 11 an den betreffenden Stellen des Eingriffs der Ringelemente 114, 115 einThe device 10 consists essentially of a housing 11, which is closed in a known manner on both sides with end elements 110, 111 in a pressure-tight manner via circumferential sealing means 112, 113, for example in the form of so-called O-rings, relative to the housing 11. An inlet 12 for the flow medium 15 to be supplied to the device 10 is provided in the end element 110. An outlet for the enriched flow medium, the so-called retentate, is provided in the end element 111, and an outlet 14 for the permeate. The end elements 110, 111 are secured in their position in the housing 11 by ring elements 114, 115, which have an external thread, whereby the housing 11 has a

Innengewinde aufweist. Das Gehäuse 11 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, dieses ist jedoch nicht für alle Fälle zwingend.The housing 11 preferably has a circular cross-section, but this is not mandatory in all cases.

Im Gehäuse 11 ist eine Mehrzahl von Stapelschalen 2 7, 270 vorgesehen, wobei im Beispiel gemäß Figur 2 zwei Stapel schal en 27, 270 vorgesehen sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Stapel schal en 27 pro Vorrichtung 10 beliebig in Abhängigkeit der Länge des Gehäuses 11 variiert werden kann, und zwar in Abhängigkeit der Art der zu trennenden Flüssigkeit bzw. der Art und des Umfanges der darin enthaltenen organischen und/oder anorganischen Inhaltsstoffe.A plurality of stacking trays 27, 270 are provided in the housing 11, whereby two stacking trays 27, 270 are provided in the example according to Figure 2. It should be noted that the number of stacking trays 27 per device 10 can be varied as desired depending on the length of the housing 11, and specifically depending on the type of liquid to be separated or the type and extent of the organic and/or inorganic ingredients contained therein.

Die Stapelschalen 27 sind alle identisch, so daß im folgenden lediglich eine Stapelschale 27 beschrieben wird. Eine Stapelschale 27 besteht aus zwei Schalenelementen 19, 20, vergleiche Figur 7 und 8. Die Schalenelemente 19, 20 weisen einen im wesentlichen halbkreisförmigen Außenquerschnitt auf. Der Innenquerschnitt der Schalenelemente 19, 20 ist im wesentlichen rechteckig ausgebildet, wobei zwei miteinander verbundene Schalenelemente 19, 20, vergleiche Figur 7, einen annähernd quadratischen bzw. rechteckigen Innenquerschnitt aufweisen. Die Schal enel etnente 19, 20 können mittels Verbindungsmitteln 26, beispielsweise mittels einer Bolzen-Mutter-Verbindung, lösbar verbunden werden. Zwei Schalenelemente 19, 20 schließen in sich kraftschlüssig einen Stapel 18 ein, der durch eine Mehrzahl von Abstandselementen 16, vergleiche die Figuren 8, gebildet wird und durch Membrankissen 17, die jeweils zwischen zwei Abstandselementen 16 angeordnet sind. Membrankissen 17 derart, wie sie in der Vorrichtung 10 zur Bildung des Stapels 18 zusammen mit den Abstandselementen 16 verwendet werden, sind beispielsweise in der EP-B-O 129 663The stacking shells 27 are all identical, so that only one stacking shell 27 is described below. A stacking shell 27 consists of two shell elements 19, 20, see Figures 7 and 8. The shell elements 19, 20 have an essentially semicircular outer cross-section. The inner cross-section of the shell elements 19, 20 is essentially rectangular, with two shell elements 19, 20 connected to one another, see Figure 7, having an approximately square or rectangular inner cross-section. The shell elements 19, 20 can be detachably connected by means of connecting means 26, for example by means of a bolt-nut connection. Two shell elements 19, 20 enclose a stack 18 in a force-fitting manner, which is formed by a plurality of spacer elements 16, see Figures 8, and by membrane cushions 17, each of which is arranged between two spacer elements 16. Membrane cushions 17 of the type used in the device 10 to form the stack 18 together with the spacer elements 16 are described, for example, in EP-B-0 129 663

beschrieben. Die gemäß der Erfindung in der Vorrichtung 10 verwendeten, an sich bekannten Membrankissen 17 weisen einen in dem vorerwähnten vorveröffentlichten Dokument beschriebenen bekannten Aufbau auf, so daß bezüglich des Aufbaus dieser Membrankissen 17 auf das vorerwähnte vorveröffentlichte Dokument verwiesen wird. Die bekannten Membrankissen 17 sind bei der Vorrichtung 10 jedoch dahingehend modifiziert, daß zwischen den das Membrankissen 17 äußerlich begrenzenden eigentlichen Membranelementen 170, 171 ein flächiges Stabilisierungselement 172 angeordnet ist. Das Stabilisierungselement 172, das aus Kunststoff, Metall oder einem beliebigen anderen Werkstoff bestehen kann, ist im umlaufenden Randbereich 173 beidseitig abgeschrägt ausgebildet, um für das Strömungsmedium 15 eine geeignetere Anströmkante zu bilden. Durch den hier verwendeten modifizierten Aufbau des Membrankissens 17 weist dieses eine hohe Eigenstabilität auf.described. The known membrane cushions 17 used in the device 10 according to the invention have a known structure described in the aforementioned previously published document, so that reference is made to the aforementioned previously published document with regard to the structure of these membrane cushions 17. However, the known membrane cushions 17 are modified in the device 10 in such a way that a flat stabilizing element 172 is arranged between the actual membrane elements 170, 171 that externally delimit the membrane cushion 17. The stabilizing element 172, which can be made of plastic, metal or any other material, is beveled on both sides in the peripheral edge region 173 in order to form a more suitable leading edge for the flow medium 15. Due to the modified structure of the membrane cushion 17 used here, it has a high level of inherent stability.

Die Abstandselemente 16 weisen eine im wesentlichen streifenförmige Form auf, vergleiche Fig. 11 und 12. In Längsrichtung sind im Abstandselement 16 zwei voneinander beabstandete Öffnungen 160, 161 vorgesehen. Das Abstandselement 16 selbst besteht vorteilhafterweise aus Gummi oder aus einem beliebigen geeigneten Kunststoff, vergleiche beispielsweise die Fig. 11 a, b und 12 a, b. Das Abstandselement weist Öffnungen 160, 161 auf, die sich mit den Permeatabflußöffnungen 174, 175 der Membrankissen 17 decken, vergleiche auch Fig. 8. Das Abstandselement 16 hat dichtende Wirkung gegenüber zwei Membrankissen 17, zwischen denen es eingeschlossenen ist und legt den Abstand zwischen den beiden benachbarten Federelementen 17 entsprechend seiner Dicke fest. Im Zustand eines Stapels 18 aus Membrankissen 17 gemäß der Darstellung von Figur 8 kann kein Strömungsmedium 15 zuThe spacer elements 16 have a substantially strip-like shape, see Fig. 11 and 12. In the longitudinal direction, two openings 160, 161 are provided in the spacer element 16, spaced apart from one another. The spacer element 16 itself is advantageously made of rubber or any suitable plastic, see for example Fig. 11 a, b and 12 a, b. The spacer element has openings 160, 161 which coincide with the permeate discharge openings 174, 175 of the membrane cushions 17, see also Fig. 8. The spacer element 16 has a sealing effect with respect to two membrane cushions 17 between which it is enclosed and sets the distance between the two adjacent spring elements 17 according to its thickness. In the condition of a stack 18 of membrane cushions 17 as shown in Figure 8, no flow medium 15 can

den Permeatabfiußlöchern 174, 175 aufgrund der dichtenden Wirkung der Abstandselemente 16 gelangen.the permeate outflow holes 174, 175 due to the sealing effect of the spacer elements 16.

Die PermeatablaufÖffnungen 23, 24 in den Schalenelementen 19, 20, die in Längsrichtung einen gleichen Abstand voneinander haben wie die Öffnungen 160, 161 der Abstandsei emente 16, münden in einen in Längsrichtung die Schalenelemente 19, 20 durchquerenden Permeatabf1ußkanalThe permeate drain openings 23, 24 in the shell elements 19, 20, which are spaced apart from one another in the longitudinal direction at the same distance as the openings 160, 161 of the spacer elements 16, open into a permeate drain channel that runs longitudinally through the shell elements 19, 20.

22. Der in den Fig. 13 a, b dargestellte Ablaufbolzen 164 durchquert, vergleiche Fig. 8, den gesamten Stapel 18 aus Membrankissen 17 und Abstandseiementen 16. Der Ablaufbolzen 164 weist in axialer Richtung eine Mehrzahl von Permeatablaufrinnen 165 auf, über die das Permeat, das aus den Membrankissen 17, über deren Permeatablauföffnungen 174, 175 austritt, abfließt und in die Permeatabl aufÖffnungen 23, 24 der Schalenelemente 19, 20 eintritt.22. The drain bolt 164 shown in Fig. 13 a, b passes through the entire stack 18 of membrane cushions 17 and spacer elements 16 (see Fig. 8). The drain bolt 164 has a plurality of permeate drain channels 165 in the axial direction, through which the permeate, which exits from the membrane cushions 17 via their permeate drain openings 174, 175, flows off and enters the permeate table openings 23, 24 of the shell elements 19, 20.

Der vorbeschriebene Stapel 18 wird somit über die Verbindungsmittel 26 kraftschlüssig zwischen zwei Schalenelementen 19, 20 eingeschlossen, wobei im verbundenen Zustand der Schalenelemente 19, 20 gewährleistet ist, daß von den Membrankissen 17 das getrennte Permeat 17 stirnseitig aus den Permeataustrittsöffnungen der Membrankissen 17 über die Öffnung in 160, 161 der Abstandselemente 16, über die Permeatablaufrinnen 165 der Ablaufbolzen 164 und über die PermeatablaufÖffnungenThe previously described stack 18 is thus enclosed between two shell elements 19, 20 in a force-fitting manner via the connecting means 26, whereby in the connected state of the shell elements 19, 20 it is ensured that the separated permeate 17 from the membrane cushions 17 flows out of the permeate outlet openings of the membrane cushions 17 via the opening in 160, 161 of the spacer elements 16, via the permeate drainage channels 165 of the drainage bolts 164 and via the permeate drainage openings

23, 24 der Schalenelemente 19, 20 ablaufen und im Permeatabf1ußkanal 22 gesammelt werden kann und von dort zum Auslaß 14 der Vorrichtung 10 geleitet werden kann.23, 24 of the shell elements 19, 20 and can be collected in the permeate outlet channel 22 and from there can be directed to the outlet 14 of the device 10.

Zwei benachbarte Stapel schal en 27, 270 gemäß dem vorgeschriebenen Aufbau können jeweils über in den Stapelschalen 27, 270 ausgebildete Renkverbindungen 28 lösbar verbunden werden. Im verbundenen Zustand ist dieTwo adjacent stacking shells 27, 270 according to the prescribed structure can be detachably connected via bayonet connections 28 formed in the stacking shells 27, 270. In the connected state, the

Renkverbindung 28 zwischen zwei benachbarten Stapelschalen 27, 270 ebenfalls mittels eines Verbindungsmittels 19 lösbar verbindbar. Dieses Verbindungsmittel kann beispielsweise aus einer BoIzen-Muttei—Verbindung bestehen, ähnlich wie das Verbindungsmittel 26 zwischen den beiden Schalenelementen 19, 20.The bayonet connection 28 between two adjacent stacking shells 27, 270 can also be detachably connected using a connecting means 19. This connecting means can, for example, consist of a bolt-nut connection similar to the connecting means 26 between the two shell elements 19, 20.

Die Abstandselemente 16 und/oder die Schalenelemente 19, 20 können aus Kunststoff, vorzugsweise aus spritzfähigem Kunststoff bestehen. Der Kunststoff kann Polystyrol, Acrylnitri1-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol-Acrylnitri1-Copolymere (SAN) oder aus Luran sein. Das Abstandselement 16 kann auch aus Gummi bestehen.The spacer elements 16 and/or the shell elements 19, 20 can be made of plastic, preferably of injection-moldable plastic. The plastic can be polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), styrene-acrylonitrile-copolymers (SAN) or Luran. The spacer element 16 can also be made of rubber.

Zur bestimmungsgemäßen Funktion der Vorrichtung 10 wird eine bestimmte Menge an Stapel schal en 27 vorbereitet, und zwar auf die vorbeschriebene Weise. Die fertig vorbereiteten, d.h. vorkonfektionierten Stapel schal en 27 unter jeweiligem Einschluß des Stapels 18 aus Abstandselementen 16, Ablaufbolzen 164 und Filterelementen 17 werden dann über die Renkverbindung 28 jeweils zwischen zwei Stapel schal en 27, 270 verbunden und mittels des Verbindungsmittels 29 gesichert. Nachfolgend wird die miteinander verbundene Mehrzahl von Stapel schal en 27 in eine Öffnung des Gehäuses 11 eingeführt, wobei sichergestellt wird, daß der Permeatabf1ußkanal 22 der Stapelschalen 27 untereinander druckdicht verbunden sind und von der letzten Stapelschale 27 in eine entsprechende Öffnung des die andere Gehäuseöffnung 111 abschließende Endelements 11 mündet. Nachfolgend wird das Gehäuse 11 durch das zweite Endelement 110 über das Ringelement 115 verschlossen, wobei sichergestellt ist, daß eine axiale Bewegung der Mehrzahl der miteinander verbundenen Stapel schalen 27 im Gehäuse 11 nicht möglich ist. Nachfolgend wird zum bestimmungsgemäßen Gebrauch dasFor the intended function of the device 10, a certain number of stacking trays 27 are prepared in the manner described above. The fully prepared, i.e. prefabricated stacking trays 27, each including the stack 18 of spacer elements 16, drain bolts 164 and filter elements 17, are then connected between two stacking trays 27, 270 via the bayonet connection 28 and secured by means of the connecting means 29. The interconnected plurality of stacking trays 27 are then introduced into an opening in the housing 11, whereby it is ensured that the permeate drain channel 22 of the stacking trays 27 are connected to one another in a pressure-tight manner and that the last stacking tray 27 opens into a corresponding opening in the end element 11 closing the other housing opening 111. The housing 11 is then closed by the second end element 110 via the ring element 115, whereby it is ensured that an axial movement of the majority of the interconnected stacking shells 27 in the housing 11 is not possible. Then, for the intended use, the

Strömungsmedium 15 in die Vorrichtung 10 geführt und umströmt quasi in Form eines offenen Kanals alle hintereinander angeordneten Filterelemente 17 der jeweils hintereinander angeordneten Stapel schal en 27 bzw. der darin hintereinander angeordneten Stapel 18. Dadurch wird vom Einlaß 12 zum Auslaß 13 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums 15 erreicht. Das Permeat, das von den Membrankissen 17 auf bekannte Weise geliefert wird, fließt über die Öffnungen 160, 161 bzw. die Permeatablauföffnungen 23, 24 der Schalenelemente 19, 20 zum Permeatabflußkanal 22 und von dort zum vorrichtungsseitigen Auslaß 14 und wird von dort einer weiteren Verwendung zugeführt.Flow medium 15 is fed into the device 10 and flows around all the filter elements 17 arranged one behind the other of the stacked shells 27 arranged one behind the other or the stacks 18 arranged one behind the other in the latter in the form of an open channel. This achieves a high flow rate of the flow medium 15 from the inlet 12 to the outlet 13. The permeate, which is supplied by the membrane cushions 17 in a known manner, flows via the openings 160, 161 or the permeate drain openings 23, 24 of the shell elements 19, 20 to the permeate drain channel 22 and from there to the outlet 14 on the device side and is fed from there for further use.

Reference number chenii ste

10 Vorrichtung10 Device

11 Gehäuse11 Housing

110 Endelement110 End element

111 Endelement111 End element

112 Dichtungsmittel112 Sealants

113 Dichtungsmittel113 Sealants

114 Ringelement114 Ring element

115 Ringelement115 Ring element

12 Einlaß12 Inlet

13 Auslaß (Retentat)13 Outlet (retentate)

14 Auslaß (Permeat)14 Outlet (permeate)

15 Strömungsmedium15 Flow medium

16 Abstandselement16 Spacer element

160 Öffnung160 opening

161 Öffnung161 Opening

162 Vertiefung162 Deepening

163 Dichtelement163 Sealing element

164 Ablaufbolzen164 Drain bolt

165 Permeatablaufrinne165 Permeate drainage channel

166 Vorsprung166 Lead

17 Filterelement (Membran17 Filter element (membrane

170 Membranelement170 Membrane element

171 Membranelement171 Membrane element

172 Stabilisierungselement172 Stabilizing element

173 Randbereich173 Marginal area

174 Permeatabf1ußöffnung174 Permeate drain opening

175 Permeatabflußöffnung175 Permeate drain opening

18 Stapel18 stacks

19 Schalenelement 190 Bodenfläche19 Shell element 190 Floor area

20 Schalenelement 200 Bodenfläche20 shell element 200 floor area

21 Längsrichtung21 Longitudinal direction

22 Permeatabflußkanal22 Permeate drainage channel

23 PermeatablaufÖffnung23 Permeate drain opening

24 PermeatablaufÖffnung24 Permeate drain opening

25 Innenbodenbereich25 Interior floor area

26 Verbindungsmittel26 lanyards

27 Stapelschale 270 Stapelschale27 Stacking tray 270 Stacking tray

28 Renkverbindung28 Bayonet joint

29 Verbindungsmittel29 Connecting devices

kissen)pillow)

Claims

DT Membranfilter Vertriebs GmbH, Stenzelring 14a, 21107 Hamburg Device for filtering and separating, in particular, biologically organic flow media by means of filter elements designed in the manner of membrane cushions Protection claims

1. Device for filtering and separating, in particular, biologically organic flow media by reverse osmosis as well as micro-, ultra- and nanofiltration with a pressure-tight housing with an inlet for the flow medium and outlet for the retentate and the permeate and a plurality of filter elements accommodated in the housing, spaced apart from one another, which are designed in the manner of a membrane cushion and around which the flow medium flows, characterized in that a plurality of separate stacks (18) of membrane cushions (17) are arranged behind or next to one another in the housing (11), the stacks (18) being surrounded by the flow medium behind or next to one another.

2. Device according to claim 1, characterized in that a flat stabilizing element (172) is arranged in the membrane cushion (17) between the outer membrane elements (170, 171) delimiting it.

3. Device according to claim 2, characterized in that the stabilizing element (172) is beveled on both sides in the peripheral edge region (173).

4. Device according to one or both of claims 2 or 3, characterized in that the stabilizing element (172) consists of plastic.

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that strip-shaped spacer elements (16) are provided for the external spacing of the membrane cushions (17).

6. Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the stacks (18) are each received by two shell elements (19, 20) which enclose the stacks (18) and are essentially semicircular in external cross-section.

7. Device according to claim 6, characterized in that at least one of the shell elements (19; 20) has a permeate outflow channel (22) which passes through the shell element (19; 20) in the longitudinal direction (21) and which is connected to permeate outflow openings (23, 24) which open into the inner bottom region (25) of the shell elements (19, 20).

8. Device according to one and more of claims 6 or 7, characterized in that the inner cross section of the shell elements (19, 20) is essentially rectangular.

9. Device according to one and more of claims 1 to 8, characterized in that the shell elements (19, 20) including the respective stack (18) can be detachably connected by connecting means (26).

10. Device according to one and more of claims 1 to 8, characterized in that one of two

a stacking shell (27) formed by interconnected shell elements (19, 20) can be detachably connected to an adjacent stacking shell (270) via a bayonet connection (28) formed on the stacking shells (27, 270).

11. Device according to claim 10, characterized in that two adjacent stacking trays (27, 270) can be releasably secured in the connected state by means of a connecting means (19).

12. Device according to one or more of claims 2 to 11, characterized in that the spacer element (16) and/or the shell element (19, 20) consists of plastic.

13. Device according to claim 12, characterized in that the plastic is polystyrene.

14. Device according to claim 12, characterized in that the plastic is acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS).

15. Device according to claim 12, characterized in that the plastic is styrene-acrylonitrile copolymers (SAN).

16. Device according to claim 12, characterized in that the plastic is Luran.