PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10160855A1 26.06.2003
Titel Filterelement und Filtervorrichtung für die Cross-Flow-Filtration
Anmelder SCHUMACHER Umwelt- und Trenntechnik GmbH, 74564 Crailsheim, DE
Erfinder Heidenreich, Steffen, Dr.-Ing., 74597 Stimpfach, DE;
Bergmann, Martin, Dipl.-Ing.(FH) REFA-Ing., 95632 Wunsiedel, DE;
Walch, Astrid, Dipl.-Ing.(FH), 74594 Kreßberg, DE
Vertreter Fuchs, Mehler, Weiss & Fritzsche, 65201 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 12.12.2001
DE-Aktenzeichen 10160855
Offenlegungstag 26.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2003
IPC-Hauptklasse B01D 71/02
IPC-Nebenklasse B01D 61/00   
Zusammenfassung Es wird ein Filterelement für die Cross-Flow-Filtration beschrieben, in dem im wesentlichen alle Unfiltratkanäle, insbesondere auch die innenliegenden Unfiltratkanäle, zur Filtrationsleistung beitragen sollen und das Filterelement einfach handhabbar sein soll. Dieses Filterelement ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filtratkanäle (8) in einer regelmäßigen Anordnung zwischen den Unfiltratkanälen (7, 7') angeordnet sind, wobei jeder Filtratkanal (8) von mindestens drei Unfiltratkanälen (7, 7') umgeben ist. Alle Filtratkanäle (8) sind abströmseitig mit einer gemeinsamen Filtratsammeleinrichtung (30, 30') versehen, die das Filtrat abführt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere ein keramisches Filterelement, für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung mit einem solchen Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

Derartige keramische Filterelemente werden beispielsweise unter der Marke "Schumasiv" von USF Schumacher Umwelt- und Trenntechnik GmbH vertrieben. Es handelt sich hierbei um zylindrische Filterelemente aus Al2O3, die ein oder mehrere achsparallele Strömungskanäle aufweisen. In diesen Strömungskanälen wird das zu filtrierende Fluid von der Anström- bis zur Abströmseite des Filterelements geführt, wobei das Filtrat aufgrund des Überdrucks in den Strömungskanälen radial nach außen durch den Stützkörper strömt und an der Außenseite gesammelt wird. Der nicht filtrierte Anteil des Unfiltrats wird am abströmseitigen Ende des Filterelements ausgetragen. Dieses Filtrationsverfahren wird als Cross-Flow- oder Tangential-Fluß- Filtration bezeichnet.

Die Strömungskanäle sind mit einer Membranschicht ausgekleidet, die je nach Porengröße aus Al2O3, ZrO2 oder TiO2 besteht. Durch fein abgestufte Herstellbedingungen können Porengrößen hergestellt werden, die den gesamten Bereich der Mikro- und Ultrafiltration bis hin zur Nanofiltration abdecken. Die röhrenförmigen ein- und mehrkanalige Filterelemente eignen sich für Anwendungen, bei denen abbrasive oder chemisch aggressive Bedingungen herrschen. Die hohe Temperaturbeständigkeit im Vergleich zu organischen Membranen eröffnet weitere, interessante Anwendungsmöglichkeiten. Bevorzugt werden derartige Filterelemente zur Filtration in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der chemischen Industrie, der Ölwassertrennung und der Abwasserreinigung eingesetzt.

Damit aus den innenliegenden Strömungskanälen noch eine Abfuhr des Filtrates über den Stützkörper erfolgen kann, ist der zu realisierende Außendurchmesser solcher Filterelemente und damit die pro Behältervolumen zu erzielende Filterfläche begrenzt. Messungen haben gezeigt, daß selbst bei einem 19-Kanal-Element die innenliegenden Kanäle, die mehr als 1/3 der Filtrationsfläche ausmachen, nur zu 10% zur Filtrationsleistung beitragen.

Zur Lösung dieses Problems und um den Einsatz von Monolithen mit großem Außendurchmesser zu ermöglichen, existieren mehrere Ansätze. Beispielsweise wird in der EP 0 609 275 die keilförmige Vergrößerung der filtratabführenden Stege und in der US 5,855,781 und der WO 0050156 die Abführung des Filtrates durch Schlitze beschrieben, die den monolithischen Körper durchziehen und radial nach außen führen. Sowohl der Ansatz mit der keilförmigen Erweiterung als auch mit den Schlitzen bedingt einen Verlust von Filtrationsfläche.

Die US 6,126,833 beschreibt eine Filtervorrichtung für die Cross-Flow- Filtration mit einem aus porösen Segmenten gebildeten Filterelement, wobei die Segmente mit Zement miteinander verbunden werden müssen. In dem Filterelement befinden sich sowohl Unfiltrat- als auch Filtratkanäle, die innerhalb des Filterelements ein aufwändiges und kompliziertes Kanalsystem bilden, um das Filtrat in die das Filterelement umgebende Filtratsammelzone zu leiten. Auch diese Lösung ist mit einem Verlust an Filtrationsfläche verbunden und in der Herstellung äußerst kostenintensiv.

Die US 5,108,601 beschreibt einstückige Filterelemente mit Filtratsammelkammern im Inneren der Filterelemente, die mit einem aufwändigen Filtrat-Kanalsystem verbunden sind, das longitudinal und lateral das Filterelement durchzieht.

Aus der US 4,032,454 ist ein Filterelement mit einem grobporösen Stützkörper bekannt, in dem in beispielsweise eindimensionaler Anordnung mehrere mit einer Membran ausgekleidete Unfiltratkanäle angeordnet wird. Am Rand dieser Anordnung ist parallel zu diesen Unfiltratkanälen ein einziger, nicht mit einer Membran ausgekleideter Filtratkanal vorgesehen. Dieser einzige Filtratkanal ist anströmseitig verschlossen und abströmseitig mit einem Abflußrohr versehen. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß ein einziger Filtratkanal das gesamte anfallende Filtrat aufnehmen und abführen muß, so daß die Filtrationsleistung durch die Aufnahmekapazität des Filtratkanals limitiert ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Filterelement für die Cross- Flow-Filtration zu schaffen, in dem im wesentlichen alle Unfiltratkanäle insbesondere auch die innenliegenden Unfiltratkanäle zur Filtrationsleistung beitragen, wobei das Filterelement einfach handhabbar sein soll. Es ist auch Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Filtervorrichtung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einem Filterelement gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere Filtratkanäle in einer regelmäßigen Anordnung zwischen den Unfiltratkanälen angeordnet sind, wobei jeder Filtratkanal von mindestens drei Unfiltratkanälen umgeben ist und daß alle Filtratkanäle abströmseitig mit einer gemeinsamen Filtratsammeleinrichtung versehen sind, die das Filtrat abführt.

Durch die regelmäßige Anordnung der Filtratkanäle wird erreicht, daß der Weg des Filtrats von allen Unfiltratkanälen zu den Filtratkanälen in etwa gleich ist, so daß die außenliegenden Unfiltratkanäle aufgrund ihres kurzen Abstandes zur Außenumfangsfläche nicht mehr bevorzugt sind. Alle Unfiltratkanäle tragen in gleichem Maße zur Filtrationsleistung bei.

Die Anordnung und die Anzahl der Filtratkanäle ist entsprechend der Größe des Filterelements und der Anzahl der Unfiltratkanäle derart zu wählen, daß kurze Wege zwischen Unfiltratkanal und Filtratkanal eingehalten werden. Die Anzahl der Filtratkanäle kann daher der Anzahl der Unfiltratkanäle entsprechen. In der Regel wird man jedoch zur Erzielung einer großen Filtrationsfläche die Anzahl der Filtratkanäle geringer wählen, dafür aber die Anordnung der Filtratkanäle derart wählen, daß keiner der Unfiltratkanäle benachteiligt wird. Es wird dadurch möglich, Filterelemente mit großem Durchmesser herzustellen, was bei den Filterelementen nach dem Stand der Technik wegen der Benachteiligung insbesondere der innenliegenden Unfiltratkanäle nicht möglich war. Es kann somit eine weitaus bessere Anpassung an die Filtrationsaufgabe vorgenommen werden, ohne daß mehrere kleinere Filterelemente kombiniert werden müssen, und die Filterfläche pro Behältervolumen wird deutlich erhöht.

Vorzugsweise weisen die Unfiltratkanäle denselben Durchmesser wie die Filtratkanäle auf, so daß gegebenenfalls nach der Herstellung des Filterelementes und vor dem Aufbringen der Membranschicht noch eine Entscheidung über die Anordnung der Filtratkanäle getroffen werden kann.

Vorzugsweise wird die Anordnung derart gewählt, daß jeder Unfiltratkanal mindestens einem Filtratkanal benachbart ist. Bei dieser Ausführung durchströmt das Filtrat lediglich eine Wand des Stützkörpers.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen zwei Filtratkanälen jeweils zwei Unfiltratkanäle angeordnet.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß herkömmliche Filterelemente lediglich angepaßt werden müssen, indem ein Teil der für das Unfiltrat genutzten Strömungskanäle als Filtratkanäle verwendet wird.

Da hierzu diese Strömungskanäle an der Anströmseite des Filterelements verschlossen werden müssen, wird vorzugsweise anströmseitig ein flüssigkeitsdichtes Verschlußelement eingesetzt. Die Dicke des Verschlußelementes ist vorzugsweise D1 ≥ D2, wobei D2 die minimale Wanddicke zwischen zwei Strömungskanälen bezeichnet.

Der Querschnitt der Strömungskanäle kann kreisförmig oder polygonal, insbesondere hexagonal sein. Die Anordnung von polygonalen Querschnitten ist insofern vorteilhaft, weil die Wanddicke zwischen den Strömungskanälen überall gleich ausgestaltet und eine Wabenstruktur mit optimaler Raumausnutzung erzielt werden kann.

Vorzugsweise besteht der Stützkörper und/oder die Membran aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Zirkoniumoxid, Calciumaluminat oder Alumosilicaten.

Vorzugsweise weist die Membran eine Porengröße zwischen 0,005 und 1,2 µm auf.

Die Filtratsammeleinrichtung ist Bestandteil des Filterelements und weist gemäß einer ersten Ausführungsform mehrere Rohre auf, die einerseits an die Filtratkanäle und andererseits an ein Sammelrohr angeschlossen sind. Anstelle von Rohren können auch Schläuche verwendet werden. Die Rohre oder Schläuche werden beispielsweise entweder in die Filtratkanäle eingesteckt oder mit den Filtratkanälen verklebt.

Die Filtratsammeleinrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Sammelscheibe umfassen, die abströmseitig am Filterelement befestigt ist. Der Durchmesser der Sammelscheibe entspricht vorzugsweise dem Durchmesser des Filterelementes und kann beispielsweise an die Stirnfläche des Filterelementes angeklebt sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sammelscheibe Filtrat- und Unfiltratöffnungen und mindestens einen Sammelkanal auf, wobei die Filtratöffnungen in den Sammelkanal münden.

Vorzugsweise mündet der Sammelkanal am Außenumfang der Sammelscheibe.

Die Sammelscheibe kann ein- oder mehrstückig ausgeführt sein.

Die Vorrichtung für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein erfindungsgemäßes Filterelement aufweist, wobei die Filtratsammeleinrichtung die Filtratkanäle gegen den Unfiltratsammelraum abgrenzt.

Vorzugsweise weist die Filtratsammeleinrichtung ein Sammelrohr oder einen Sammelschlauch auf, der durch die Wand des Gehäuses nach außen geführt ist.

Vorzugsweise mündet der Sammelkanal der Filtratsammeleinrichtung am Außenumfang der Sammelscheibe in den Filtratsammelraum, der im Filtergehäuse ohnehin vorhanden ist.

Dies hat den Vorteil, daß das Filtrat mit dem durch die Umfangsfläche des Filterelements austretenden Filtrat auf einfache Weise zusammengeführt werden kann.

Wenn im Filtergehäuse mehrere Filterelemente angeordnet sind, können je nach Ausgestaltung und Anordnung der Filterelemente die Sammelrohre oder Sammelkanäle einzeln nach außen geführt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Filtratsammeleinrichtungen an eine gemeinsame Filtratabführleitung anzuschließen.

Das Filterelement kann zusammen mit der Filtratsammeleinrichtung vorgefertigt werden, was die Handhabung beim Anwender, z. B. beim Austausch der Filterelemente erleichtert. Insbesondere die Ausführung mit der Sammelscheibe hat den Vorteil, daß in ein Filtergehäuse Filterelemente unterschiedlicher Filtratkanalkonfigurationen eingebaut werden können, wenn die Außenabmessungen des Filterelementes unverändert bleiben. Es kann daher problemlos ein Wechsel vorgenommen werden, ohne daß Anpassungen im oder arn Filtergehäuse vorgenommen werden müssen, weil die an die Anordnung der Filtratkanäle angepaßte Filtratsammeleinrichtung bereits am Filterelement befestigt ist und der Filtratablauf in den bestehenden Filtratsammelraum mündet.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Filterelementes mit anströmseitig verschlossenen Filtratkanälen,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt längs der Linie II-II durch das in Fig. 1 gezeigte Filterelement, das in eine Filtervorrichtung eingesetzt ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X aus Fig. 2,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Sammelscheibe,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 5 gezeigten Sammelscheibe,

Fig. 7a und b zwei verschiedene Anordnungen von Filtrat- und Unfiltratkanälen und

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Filtervorrichtung mit mehreren Filterelementen.

In der Fig. 1 ist ein Filterelement 1 mit einer zylindrischen Umfangswand 2, einer oberen Stirnfläche 3, die die Anströmseite bildet, und mit einer unteren Stirnfläche 4 dargestellt, die die Abströmseite bildet. Im Inneren des Stützkörpers des Filterelementes sind mehrere Strömungskanäle 6 achsparallel nebeneinander angeordnet, wodurch eine wabenartige Struktur gebildet wird. Die Strömungskanäle 6 bilden Unfiltratkanäle 7, wenn sie an den beiden Stirnflächen 3 und 4 offen sind, und Filtratkanäle 8, wenn sie an der Stirnseite 3 mit Verschlußelementen 20 anströmseitig verschlossen sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind die Filtratkanäle 8 regelmäßig zwischen den Unfiltratkanälen 7 verteilt. Die Anordnung ist derart gewählt, daß jeder der inneren Unfiltratkanäle 7' an jeweils mindestens zwei Filtratkanäle 8 grenzt.

Bestandteil des Filterelementes ist eine Filtratsammeleinrichtung 30, die in der hier gezeigten Ausführungsform Rohre 31 umfaßt, die an die Filtratkanäle 8angeschlossen sind, die in ein gemeinsames Sammelrohr 32 münden, das aus einem Ringrohr und einem Auslaßrohr besteht.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Filtervorrichtung mit einem Filterelement 1 gemäß der Fig. 1 dargestellt. Die Schnittlinie durch das Filterelement 1 verläuft längs der Linie II-II in Fig. 1. Die Filtervorrichtung weist ein Filtergehäuse 50 auf, das entsprechend der Gestalt des eingesetzten Filterelementes 1 eine zylindrische Umfangswand 54, eine Deckwand 55 und eine Bodenwand 56 aufweist. In der Deckwand 55 ist ein Unfiltratzulauf 51 und in der Umfangswand 54 ein erster Filtratablauf 52 angeordnet. Ein Unfiltratablauf 60 ist im unteren Bereich des Filtergehäuses 50 vorgesehen, um das Retentat abzuführen.

Das Filterelement 1 ist beabstandet zu den Gehäusewänden 54, 55 und 56 angeordnet, wobei zwischen der zylindrischen Umfangswand 2 des Filterelements 1 und der Innenseite der Umfangswand 54 des Filtergehäuses 50 Dichtelemente, insbesondere Dichtringe 57 angeordnet sind. Die Dichtelemente 57 greifen möglichst weit oben bzw. möglichst weit unten am Filterelement 1 an, so daß sich dazwischen ein möglichst großer Filtratsammelraum 58 ausbildet. Dementsprechend ist der erste Filtratablauf 52 auch im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Dichtelement 57 angeordnet.

Das Filterelement 1 weist eine Vielzahl von sich in Achsrichtung des Filterelements 1 erstreckenden Strömungskanälen 6 auf, die sich in Unfiltratkanäle 7 und Filtratkanäle 8 unterteilen, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläutert wurde.

Die Unfiltratkanäle 7 sind beidseitig offen, so daß das durch den Unfiltratzulauf 51 einströmende Fluid in Pfeilrichtung von oben nach unten durch die Unfiltratkanäle 7 fließen und am unteren Ende in den Unfiltratsammelraum 59 eintreten kann, der unterhalb des Filterelementes 1 angeordnet ist. Über den Unfiltratablauf 60 fließt das Retentat ab.

Während der Filtration durchströmt das Filtrat die die Filtratkanäle 8 begrenzenden Wände 10 und strömt innerhalb der Filtratkanäle 8 nach unten, wo die Filtratsammeleinrichtung 30 angeordnet ist. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, besteht die Filtratsammeleinrichtung aus Rohren 31, die flüssigkeitsdicht an die Ausgänge der Filtratkanäle 8 beispielsweise angeklebt sind. Die Rohre 31 münden in das Sammelrohr 32, das sich durch die Umfangswand 54 des Filtergehäuses 50 nach außen erstreckt und den zweiten Filtratablauf 53 bildet. Die Rohre 31 können auch als Rohrstutzen an dem Sammelrohr 32 befestigt sein, so daß diese Einheit direkt am Filterelement 1 befestigt ist und lediglich über einen Stutzen an den Filtratablaß 53 angeschlossen wird. Bei dieser Anordnung wird das Filtrat somit im Filtratsammelraum 58 und in der Filtratsammeleinrichtung 30 gesammelt und abgeführt und außerhalb des Filtergehäuses zusammengeführt.

In der Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X der Fig. 2 zu sehen, wobei die Wände 10 im Detail dargestellt sind. Der den Hauptbestandteil der Wände 10 bildende Stützkörper 11 besteht aus einer grob porösen Keramik mit Porengrößen in der Größenordnung von 5-20 µm. Das hier verwendete Material ist vorzugsweise Aluminiumoxid.

Die Wände 10 sind unfiltratseitig mit einer Membranschicht 12 belegt, die eine Dicke von 10-200 µm aufweist. Diese feinporöse Membranschicht 12 ist an die Filtrationsaufgabe angepaßt und weist vorzugsweise mittlere Porengrößen im Bereich von 0,005 bis 1,2 µm auf. Während der Filtration dringt das Fluid durch die Membranschicht 12 in die grobporöse Stützstruktur 11 ein und fließt als Filtrat zum nächstgelegenen Filtratkanal 8 ab. Dies bedeutet, daß die Membranschicht im wesentlichen die Filtrationswirkung bestimmt.

Die Wände 10 sind filtratkanalseitig nicht mit einer solchen Membranschicht belegt, so daß das Filtrat ungehindert in den Filtratkanal 8 einströmen kann, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist.

Der Filtratkanal 8 ist anströmseitig durch das flüssigkeitsdichte Verschlußelement 20 verschlossen, das beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zement bestehen kann. Das Verschlußelement 20 ist flüssigkeitsdicht in den Filtratkanal 8 eingesetzt und kann beispielsweise verklebt sein. Die Wände 10 des Filterelements sind im gestreift eingezeichneten Bereich 13 durchgängig mittels eines Versiegelungsmaterials, z. B. Teflon, derart abgedichtet, daß keine Bypässe entstehen können, die das Filtrationsergebnis beeinträchtigen könnten. Dieser Bereich 13 erstreckt sich von der Stirnfläche 3 mindestens um die Dicke D1 des Verschlußelements 20 nach unten.

In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Filtervorrichtung nur schematisch dargestellt, wobei zwischen jeweils zwei Filtratkanälen 8 jeweils ein Unfiltratkanal 7 angeordnet ist. Die Filtersammeleinrichtung 30' besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Sammelscheibe 33, die im Detail in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die Sammelscheibe 33 weist einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser des Filterelements 1 angepaßt ist. Die Sammelscheibe 33 bildet somit eine Verlängerung des Filterelementes 1 und besteht in der hier gezeigten Ausführungsform aus einer ersten Platte 34, einer Zwischenplatte 35 und einer zweiten Platte 36, wie es in der Fig. 6 im einzelnen dargestellt ist. In der ersten Platte 34 befinden sich Filtratöffnungen 38, die sich bis zu den entsprechenden Filtratsammelkanälen 39 in der Zwischenplatte 35 erstrecken. In den Fig. 4 und 6 ist für jede Filtratöffnung 38 ein eigener Filtratsammelkanal 39 vorgesehen. Es besteht je nach Anordnung der Filtratöffnungen auch die Möglichkeit, alle Öffnungen über einen einzigen Sammelkanal 39 miteinander zu verbinden und das Filtrat radial nach außen abzuführen.

Ferner befinden sich in der ersten Platte 34 Unfiltratöffnungen 40, die sich durch entsprechende Unfiltratöffnungen 41, 41' in der Zwischenplatte 35 und der zweiten Platte 36 fortsetzen, so daß das Unfiltrat in den Unfiltratsammelraum 59 einströmen und über den Unfiltratauslaß 60 abgeführt werden kann. Die zweite Platte 36 besitzt eine Ringwand 37, die über die Dichtelemente 57 an der Gehäuseumfangswand 54 fixiert ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Filtrat in den bereits vorhandenen Filtratsammelraum 58 eingeleitet werden kann, so daß nur ein Filtratauslauf 53 erforderlich ist. Die Dichtelemente 57 sind deshalb unterhalb des Filtratauslaufs 53 angeordnet.

In der Fig. 5 ist die Draufsicht auf die erste Platte 34 der Sammelscheibe 33 dargestellt. Es handelt sich hier um eine vereinfachte Anordnung mit vier Filtratöffnungen 38 in der Schnittebene IV-IV, die zwar schraffiert eingezeichnet, jedoch offen sind. Aufgrund der Anordnung der Unfiltratöffnungen 40 muß der Filtratsammelkanal bzw. die einzelnen Filtratsammelkanäle 39 durch die zwischen den Öffnungen angeordneten Stege 43 nach außen geführt werden.

In den Fig. 7a und 7b sind weitere Anordnungen von Filtrat- und Unfiltratkanälen eines Filterelements dargestellt, deren Wabenstruktur sich dann auch in der Sammelscheibe 33 wiederfindet. In der Fig. 7a ist eine Anordnung dargestellt, bei der zwischen jeweils zwei Filtratkanälen 8 jeweils zwei Unfiltratkanäle 7 angeordnet sind. Ca. 11% der Stirnfläche des Filterelementes sind durch Unfiltratkanäle belegt.

In der Fig. 7b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die eine streng alternierende Anordnung von Filtrat- und Unfiltratkanälen 7, 8 zeigt. Jeder Unfiltratkanal 7 grenzt an jeweils zwei Filtratkanäle 8 an.

In der Fig. 8 ist eine Filtervorrichtung im Schnitt dargestellt, die beispielhaft zwei Filterelemente 1 mit jeweils eigenen Filtratsammeleinrichtungen 30aufweist. Die beiden Filterelemente 1 werden von einer oberen Lochplatte 61 und einer unteren Lochplatte 62 gehalten, die mit Dichtelementen 57 versehen sind. Zwischen der Gehäusewand 54 des Filtergehäuses 50 und der Umfangswand 2 der Filterelemente 1 sowie den beiden Lochplatten 61, 62 befindet sich der Filtratsammelraum 58. Die beiden Sammelrohre 32 werden jeweils durch die Gehäusewand 54 nach außen geführt. Bezugszeichen 1 Filterelement

2 Umfangswand

3 obere Stirnfläche

4 untere Stirnfläche

6 Strömungskanal

7, 7' Unfiltratkanal

8 Filtratkanal

10 Wand

11 Stützkörper

12 Membranschicht

13 Versiegelungsschicht

20 Verschlußelement

30, 30' Filtratsammeleinrichtung

31 Rohr/Schlauch

32 Sammelrohr

33 Sammelscheibe

34 erste Platte

35 Zwischenplatte

36 zweite Platte

37 Ringwand

38 Filtratöffnung

39 Filtratsammelkanal

40 Unfiltratöffnung

41, 41' Unfiltratöffnung

42 Filtratsammelraum

50 Filtergehäuse

51 Unfiltratzulauf

52 erster Filtratablauf

53 zweiter Filtratablauf

54 Gehäusewand

55 Deckwand

56 Bodenwand

57 Dichtung

58 Filtratsammelraum

59 Unfiltratsammelraum

60 Unfiltratablauf

61 obere Lochplatte

62 untere Lochplatte


Anspruch[de]
  1. 1. Filterelement, insbesondere keramisches Filterelement, für die Cross- Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, mit einem langgestreckten, einstückigen grobporösen Stützkörper (11), in dem beidseitig offene, sich von der Anström- bis zur Abströmseite erstreckende Strömungskanäle (6) für das zu filtrierende Fluid (Unfiltratkanäle) (7) angeordnet sind, wobei die Unfiltratkanäle (7) mit einer feinporösen Membranschicht (12) ausgekleidet sind, und in dem mindestens ein weiterer Strömungskanal (6) zum Abführen von Filtrat (Filtratkanal) (8) parallel zu den Unfiltratkanälen (7) angeordnet ist, wobei der Filtratkanal (8) anströmseitig geschlossen und abströmseitig offen ist und nicht mit einer feinporösen Membranschicht ausgekleidet ist, dadurch gekennzeichnet,

    daß mehrere Filtratkanäle (8) in einer regelmäßigen Anordnung zwischen den Unfiltratkanälen (7, 7') angeordnet sind, wobei jeder Filtratkanal (8) von mindestens drei Unfiltratkanälen (7, 7') umgeben ist, und

    daß alle Filtratkanäle (8) abströmseitig mit einer gemeinsamen Filtratsammeleinrichtung (30, 30') versehen sind, die das Filtrat abführt.
  2. 2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Unfiltratkanal (7, 7') mindestens einem Filtratkanal (8) benachbart ist.
  3. 3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei Filtratkanälen (8) jeweils zwei Unfiltratkanäle (7, 7') angeordnet sind.
  4. 4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungskanäle (6) polygonal ist.
  5. 5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (11) des Filterelementes und/oder die Membranschicht (12) aus Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Zirkoniumoxid, Calciumaluminat oder Alumosilicaten besteht.
  6. 6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranschicht (12) eine mittlere Porengröße zwischen 0,005 und 1,2 µm aufweist.
  7. 7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtratsammeleinrichtung (30) Rohre (31) oder Schläuche umfaßt, die einerseits an die Filtratkanäle (8) und andererseits an ein Sammelrohr (32) angeschlossen sind.
  8. 8. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtratsammeleinrichtung (30') eine Sammelscheibe (33) umfaßt, die abströmseitig am Stützkörper (11) befestigt ist.
  9. 9. Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelscheibe (33) Filtrat- und Unfiltratöffnungen (38, 40, 41) und mindestens einen Sammelkanal (39) aufweist, wobei die Filtratöffnungen (38) in den Sammelkanal (39) münden.
  10. 10. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkanal (39 am Außenumfang der Sammelscheibe (33) mündet.
  11. 11. Vorrichtung für die Cross-Flow-Filtration von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, mit mindestens einem Filterelement (1), insbesondere einem keramischen Filterelement, und mit einem einen Unfiltratzulauf (51), einen Unfiltratsammelraum (59), einen Filtratsammelraum (58) und einen Filtratablauf (52) aufweisenden Filtergehäuse (50), in dem das Filterelement eingesetzt ist, gekennzeichnet durch mindestens ein Filterelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Filtratsammeleinrichtung (30, 30') die Filtratkanäle (8) gegen den Unfiltratsammelraum (59) abgrenzt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtratsammeleinrichtung (30) ein Sammelrohr (32) aufweist, das durch die Wand des Filtergehäuses (50) nach außen geführt ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkanal (39) der Filtratsammeleinrichtung (30') am Außenumfang der Sammelscheibe (33) in den Filtratsammelraum (58) mündet.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtratsammeleinrichtungen (30, 30') an eine gemeinsame Filtratabführleitung angeschlossen sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com