NO880169L - Filter omfattende en poroes filtermembran. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører filtere av den type som innbefatter en porøs membran.

Membraner som anvendes i slike filtere kan være fremstilt av forskjellige typer polymert materiale, eller kan være fremstilt av et uorganisk materiale. En spesiell type kjemisk filtermembran er beskrevet i Europeisk patentsøknad 0178831. Mange av disse typer av filtermembraner en meget skjøre, og hvis de ikke er riktig understøttet inne i filterhuset, kan de ødelegges under anvendelse som følge av trykket ved strømning gjennom det og/eller som følge av en differensial termisk ekspansjon mellom membranen og huset. Med slike skjøre membraner har den anvendte bærer vært konstruert slik at ingen store arealer ikke er understøttet. Et typisk arrangement er beskrevet i Britisk patent 2063089, hvor membran-bæreoverflaten omfatter sirkulære felter og en serie mellomliggende sirkulære ribber som sammen definerer en felles plan overflate. Avstanden mellom tilstøtende ribber er ingen steder for stor, så det ikke resulterer i for stort spenn av membranen som ligger på overflaten. I det beskrevne arrangement er membranen (som er av den polymere type) festet til overflaten ved at den er forseglet til overflatene av feltene og ribbene. Imidlertid kan dette arrangement føre til lokaliserte høye strekk-belastninger i membranen i området for skjøtene, og dette kan på sin side føre til forkortet levetid. Denne situasjon kan bli alvorligere, spesielt for membraner fremstilt av sprøtt materiale, i de tilfeller hvor filteret arbeider ved høye temperaturer og hvor det er en betydelig forskjell mellom varmeutvidelseskoeffisienten for membranen sammenlig-net med det til materialet i bæreren. Ytterligere vil i visse typer av mebranfiltere med "rett gjennomgående" væske-passasjer, slik som beskrevet i det tidligere nevnte EP 0178831, praksisen med å feste membranen til alle felter og ribbene resultere i en gjentetting av en stor andel av den tilgjengelige aktive overflate og er også vanskelig å kontrollere nøyaktig.

Et alternativ ville være anvendelse av en "0"-ring, slik som vist i fig. 1 i de vedlagte tegninger. Tegningen viser et snitt gjennom en del av et filter innbefattende en tynn filtermembran 1. Fluidum som skal innføres i filteret tilføres i tilførselseskammeret 2, definert mellom lokket 3 og basen 4, som vanligvis har et sirkulært plan og er av et stivt materiale. Lokket 3 har nedadvendende ringformmede kanter 5 som tilveiebringer forseglende kontakt mellom basen 4 via en "0"-ring. En rekke sirkelformede spor i topp-overflaten av basen danner kanaler 7 som ooppsamler filtrert fluidum som føres til en utløpskanal (ikke vist). Det vil ses at membranen fysisk bæres av de oppadstående deler mellom kanalene 7. Festing av membranen oppnås ved at denne ligger sammenklemt mellom "0"-ringen og basen. Denne feste-

form vil ved en sikker fastholdelse og forsegling av membranens kanter tillate at små bevegelser av denne finner sted for å motvirke krefter som pålegges under drift, eksempelvis som følge av forskjell i termisk ekspansjon mellom membranen og materialet i basen. Selv om anvendelse av en "0"-ring er effektiv, så er den imidlertid relativ kostbar (spesielt for engangsanordninger) og vil trolig nedsette den iboværende kjemiske resistens for visse typer membraner. Ytterligere vil "0"-ringer kreve en streng toleransekontroll for å virke effektivt, hvilket er vanskelig å konstruere for deler som fremstilles i stort antall, hvilket er vanlig ved injeksjonsstøping av plast-materialer .

Disse problemer kan unngås med filtere ifølge foreliggende oppfinnelse som omfatter et hus, en filtermembran fremstilt av et porøst materiale for filtrering av fluidum som føres gjennom filteret og et ark av et fleksibelt, impermeabelt materiale som på en side er festet til omkredsdelen av membranen, og på den annen side til huset, for på denne måte å membranen tillates å flyte i forhold til huset. Denne strimmel av materiale er fortrinnsvis meget tynt, mere som en film av et materiale med en tykkelse i området 20 - 100 pm, typisk 30 pm, men tykkere materialer kan anvendes, forutsatt at noe fleksibilitet bibeholdes, eksempelvis er lukkede skummaterialer mulige. Materialet for filmstrim-melen bør være inert i forhold til bestanddelen som skal filtreres og den bør også kunne skjøtes til membranen. Egnede materialer innbefatter polypropylen, polyetylen, ionomer, neopren eller polytetrafluoretylen.

Filtermembranen kan være fremstilt av et hvilket som helst egnet porøst materiale, men foreliggende teknikk er spesielt anvendbar på skjøre membraner som lett vil kunne ødelegges hvis de ikke bæres korrekt i huset. Eksempler på slike membraner er aluminiumoksydmembraner eller andre uorganiske membraner som er av sprø natur.

Membranene som vanligvis anvendes er plane arkmembraner med sirkulær form, imidlertid er det også kjent andre former, så som ovale eller rektangulære. Imidlertd behøver membranene ikke nødvendigvis være planare, og i visse tilfeller kan det være fordelaktig å anvende ikke-plane membraner, så som rørformede eller koniske membraner, eller membraner som er korrugerte eller forsynt med ribber. Rørformede eller koniske membraner kan fremstilles av flate membraner som bøyes eller oppkveiles i skrueform til den ønsekde form. Foreliggende teknikk kan også anvendes på disse ikke-plane varianter av membranene, men den spesielle måte med hvilken filmstrimmelsen festes, vil være avhengig av membranens spesielle form og av kravene til dens spesielle anvendelse.

Strimmelen kan festes til omkredskanten av membranen på forskjellige måter, i henhold til de forskjellige forhold. Fortrinnsvis er forbindelsen en kontinuerlig forseglende forbindelse for å forhindre lekkasje rundt kanten av membranen. Festet kan være en overlappende skjøt sikret med klebemiddel eller oppløsningsmiddelbinding eller varm eller kold sveising eller friksjonssveising, og vil i stor grad være avhengig av materialene som skal festes og av den påtenkte anvendelse. Fortrinnsvis blir skjøten dannet så nær membranens omkredskant som mulig forå gi et maksimalt mulig gjennomstrømningsareale.

Fortrinnsvis er fleksibiliteten av arket av det impermeable materiale vesentlig større enn det for membranen. Dette vil sikre at når den er på plass, vil membranen "flyte" i forhold til huset og således i vesentlig grad være isolert fra bevegelse av materialet i huset. Mange av de anvendte membraner er meget svake med hensyn til kompresjon I membranens plan og slike krefter vil raskt forårsake at membranmaterialet bulker eller sprekker. Det fleksible ark anvendt for å montere membranen vil ikke overføre slike kompreskjonskrefter i membranens plan og følgelig unngå bulking og sprekking. På den annen side, selv om det fleksible ark kan overføre radielle refleksspenninger, så er membranen meget sterk når den strekkes på denne måte, og strekkspenninger vil ikke forårsake noen problemer. Membranen må altså monteres på en slik måte at relativ bevegelse mellom huset og membranen ikke vil pålegge vesentlige kompresjonspåkjenninger i membranens plan. Ark-monteringen anvendt i filteret ifølge oppfinnelsen kan ikke pålegge vesentlige kmpresjonsspenninger som virker i membranens plan. Torsjonsspenninger som følge av relativ rotasjon mellom membranen og dens hus blir heller ikke overført i vesentlig grad, dette er spesielt tilfelle hvis arket er i en slakk eller ubelastet (dvs. Ikke i noen form for spenning) tilstand.

Foreliggende oppfinnelses lære er spesielt nyttig i engangs plastfiltere av den type som vanligvis frestilles ved sprøytestøping av plastmateriale. Imidlertid kan andre materialer, såsom keramikk, metaller eller glass anvendes, hvis dette passer for spesielle forhold. Filteret har en tilsvarende konstruksjon som den vist i fig. 1 og omfatter en basisdel innbefattende utløpsstrømingskanaler på hvilke membranen er båret og et lokk som forseglende er forblindet med basen og som over membranen definerer et innløpskammer for væske som skal filtreres. I stedet for å være festet med "0"-ringer, slik som vist i fig. 1, blir membranen festet ved tilknytning av strimmelen til basisdelen eller eventuelt til lokket. Denne tilknytning har fortrinnsvis form av en kontinuerlig tilknytning, i den hensikt å forhindre lekkasje rundt membranen. Tilknytningen er adskilt fra den mellom strimmelen og membranen og etterlater et lite areal av strimmelen mellom de to tilknytninger for å tillate en differensial bevegelse.

Lokket og basisdelen kan være festet sammen ved hjelp av klebemidler, sveising eller ved mekaniske midler så som muttere og bolter. Om nødvendig, kan en forsegling anordnes mellom lokket og basisdelen for å inneslutte derimellom kanten av strimmelen, dette arrangement vil således virke som et feste for strimmelen og følgelig også for membranen.

For at oppfinnelsen lettere skal bli forstått, skal flere utførelsesformer derav beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: fig. 1 er et skjematisk sideriss av et filter hvori er innarbeidet en "0"-ringforsegling,

fig. 2 - 4 er snitt tilsvarende fig. 1 som viser utførelses-former av filtere ifølge oppfinnelsen,

fig. 5 er et skjematisk sideriss av basisdelen av et ringformet filter konstruert i henhold til foreliggende oppf innelse,

fig. 6 er et grunnriss av en filtermembran-kombinasjon tilpasset for anvendelse som erstatningselement for eksisterende filtre, og

fig. 7 viser et skjematisk sideriss av en filterbasisdel hvori er innarbeidet en forsterket filtermembran.

Først, under henvisning til fig. 2 kan det ses at memranen 1 er festet til basiselementet 4 ved hjelp av en tynn strimmel 8. I et sirkulært filter (den vanligste form) er strimmelen

8 ringformet, og fig. 2 viser et snitt gjennom en halvdel av strimmelen 8. Strimmelen 8 er fremstilt av et fleksibelt

arkmateriale, eksempelvis et plastmateriale så som polyetylen eller polypropylen og har typisk en tykkelse på 30 pm. Strimmelsen 8 er formet med to kontinuerlige, adskilte ringformede skjøter, nemlig: en (9) mellom strimmelen og membranen og den andre (10) mellom strimmelen og omkretsen av den øvre overflate av basisdelen 4. Måten med hvilken disse skjøter dannes vil være avhengig av materialene som forenes, således er klebemiddel- eller oppløsningsmiddel-forankring, varm eller kald sveising eller friksjonssveising mulige skjøtemåter. I det forstørrede snitt i fig. 2A er vist resultatet av kaldsveising under anvendelse av trykk for å presse materialet i strimmelen 8 inn i passasjene i membranen. Den viste membran er den som er beskrevet i det tidligere nevnte EP 0178831.

Rommet 11 mellom skjøtene 9 og 10 definerer et bøyningsom-råde som virker til å isolere membranen fra en relativ bevegelse mellom membranen og de tilstøtende deler 3 og 4 i huset. Tilstedeværelsen av dette bøyningsområde tillater at membranen "flyter" i forhold til huset og tillater en viss grad av bevegelse av membranen 1 i forhold til huset og avlaster derved spenninger som finner sted under drift. Strimlen 8 kan bøyes og strekkes for å oppta denne bevegelse uten å forårsake ødeleggelse av den skjøre membran. Strimmelen vil også beskytte kantene av membranen og forhindre denne fra strekking og også forhindre propagering av even-tuelle sprekker som dannes i det indre av membranen. Avstanden mellom skjøtene 9 og 10 og følgelig bredden av området 11, er avhengig av den spesielt påtenkte konstruksjon, men i de viste typiske sirkulære plane konstruksjoner vil den generelle regel være at den radielle avstand mellom de to skjøter vil ligge i området 3 - 6$ av membranens diameter.

Strimmelen er meget tynn for å gi maksimal fleksibilitet, men den må ikke være for tynn, idet den da ikke vil være istand til å tilveiebringe sikre skjøter. Tykkelser i området 20 - 100 pm har vært undersøkt, og 30 pm har gitt spesielt gode resultater. Strimler av skummateriale, såsom polyetylen med lukkede porer, har også vært forsøkt, men disse er meget tykkere, typisk i området 0,5 - 2,0 mm.

Membranen forsynt med strimmelen 8 er fri til å føye seg etter overflatebølgingen (som er vanlig for sprøytestøpte deler) i stedet for å være fastlåst til den øvre overflate av basisdelen 4, og erfaringen har vist at dette nedsetter kravene til overflatetrekk som ellers ville være nødvendig for en vellykket montering av membranen, idet slike spesi-fikasjoner tidligere måtte være meget strenge, hvilket førte til høy vrakandel og forøkede omkostninger. Dessuten kan temperaturvariasjoner lett opptas som følge av en tilstede-værende "flyting" mellom membranen og huset.

Fig. 3 viser et alternativt arrangement hvori skjøten 10

er dannet ved å holde den ytre omkreds av strimmelen 8 fast mellom basisdelen 4 og lokket 3 i filterhuset. Med dette oppnås den samme hensikt, men muliggjør at de ytre dimensjo-ner av filteret kan reduseres for en gitt størrelse av det aktive membranareal. Lokket 3 er festet ved hjelp av en ytterligere skjøt 12 mellom strimmelens øvre overflate 8 og lokket 3, denne skjøt kan fremstilles ved hjelp av hvilket som helst av de tidligere beskrevne metoder. Alternativt kan mekaniske midler, så som adskilte bolter, anvendes for å feste lokket 3 til basisdelen 4, i hvilket tilfelle strimmelen 8 virker som en forsegling mellom de to deler.

Fig. 4 viser et ytterligere arrangement hvor den ytre kant av strimmelen 8 er fastholdt mellom en ringformet utstikning

13 dannet i lokket 3 og som samarbeider med et V-spor 14 dannet i den øverste overflate av basisdelen 4. Lokket 3 er festet direkte til basisdelen 4 ved hjelp av hvilke som helst egnede anordninger og forseglingen tilveiebringes av strimmelen 8. Fig. 5 viser anvendelse av oppfinnelsen i et ringformet filter. Tegningen viser en seksjon av det som i realiteten er en stabel av filterenheter. Undersiden av basisenheten 4 virker som lokk for den neste underliggende seksjon. En sentral åpning 15 er forbundet ved hjelp av ikke viste midler til kanalene 7 og oppsamler således det filtrerte fluidum, den generelle strømningsretning for fluidumet er vist med pilene A. Filtermembranen har ringform og er festet med to ringformede strimler 16 og 17, som hver til-svarer strimmelen 8. I fig. 5 er tilknytningsmåten for strimlene 16 og 17 tilsvarende den som er vist i fig. 2, men andre metoder kan også anvendes. Fig. 6 er et grunnriss av en filtermembran-kombinasjon, omfattende kun én membran og en tilknyttet strimmel 8,

hvilken kombinasjon er spesielt tilpasset for håndtering ved at det er innarbeidet en flik 18 i ett med strimmelen 8. På tegningen er kanten av membranen vist med den stiplede linje 19. Bortsett fra fliken er kombinasjonen vist I fig. 6

identisk med hva som kan anvendes i utførelsesformene ifølge figurene 2-4. Imidlertid vil anvendelse av eller flere fliker som er jevnt fordelt rundt omkredsen gjøre håndte-ringen lettere, og således gjøre at kombinasjonen kan anvendes som et erstatningsfilterelement i en eksisterende enhet. Da det ofte vil være tilfelle at eksisterende enheter allerede har en forsegling, så som en "0"-ring bygget inn i filterhusets struktur, så kan filterkombina-sjonen ifølge fig. 6 utnytte en slik forsegling på samme måte som vist i fig. 1, men hvor "0"-ringen ligger an mot det areal av strimmelen som er nærmest dens omkrets og således når filteret er sammensaatt danne den ytterste skjøt 10.

I visse anvendelser kan det forekomme visse membranbærekon-figurasjoner som en skjør membran ikke kan tåle uten å bli ødelagt, eksempelvis som følge av for store spennvidder eller ujevne overflater. I dette tilfelle kan membrankom-binasjonen ytterligere omfatte et forsterkende lag, slik som vist i fig. 7. I dette tilfelle er membranen 1 forventet å spenne over en betydelig avstand mellom motsatte, oppadret-tede kanter av filterbasisdelen 4. For ilustrasjonens skyld er graden av bøying av membrankombinasjnen vist i fig. 7 vesentlig overdrevet. Et forsterkende lag 20, eksempelvis en foliesikt, er plassert under membranen for å bære denne. Strimmelen 8 kan da ikke festes direkte til basisdelen, slik som tidligere, men til en utstikkende kant 21 av laget 20 for deretter å danne en enhetsoppkobling som kan anvendes for erstatningsformål. Kombinasjonen omfattende laget 20, membranen 1 og strimmelen 8 er festet til huset ved hjelp av hvilket som helst egnet middel. Det er funnet at en elek-troformet foliesikt vil gi god støtte under slike omsten-digheter og strimmelen 8 kan være forankret til dette forsterkende lag 20. Denne meget tynne oppkobling (typisk 50-150 pm tykk) kan gjeninnsettes i eksisterende filtere med lave omkostninger. I en alternativ konstruksjon (ikke vist) har strimmelen 8 en slik bredde at den utstrekker seg forbi kanten 21, slik at den kan festes direkte til basisdelen 4 på samme måte som beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 2, 3 eller 4. I denne sistnevnte konstruksjon kan strimmelen 8 være festet til laget 20 eller ikke, i tillegg til sin tilknytning til basisdelen.

Materialet som anvendes for festestrimlene 8 (eller 16 eller 17) i de ovenfor beskrevne utførelsesformer er lett tilgjengelige, billige og kan skjæres eller stanses fra et ekstrudert, blåst produkt. Støpefilmer kan også anvendes for strimmelen og et slikt produkt kan være foretrukket i lys av dets ikke-retningsavhengige egenskaper.

Membranenes form er vanligvis sirkulær, hvilket fører til at strimmelen 8 har en ringformet konfigurasjon. Imidlertid kan det forekomme membraner med oval eller rektangulær eller andre former. Ytterligere kan membranene være ikke-plane, eksempelvis korrugerte eller ribbeformede eller rør-formede, koniske, og foreliggende teknikk kan også anvendes på disse ikke-sirkulære og/eller ikke-plane versjoner.

Claims (13)

1. Filter omfattende et hus, en filtermembran fremstilt av et porøst materiale for å filtrere et fluidum som passerer gjennom filteret, karakterisert ved et ark av et fleksibelt impermeabelt materiale festet på en side til omkredsdelen av membranen og på den andre side til huset, for derved å bærerne mbranen i forhold til huset på en slik måte at membranen tillates å flyte i forhold til huset.

2. Filter ifølge krav 1, karakterisert ved at arket har form av en strimmel festet rundt omkretsen av membranen på en slik måte at strimmelen utstrekker seg i bredden forbi membranen og generelt i det samme plan som membranen.

3. Filter ifølge krav 2, karakterisert ved at strimmelen er kontinuerlig rundt omkretsen av membranen.

4. Filter ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at fleksibiliteten av materialet i arket er vesentlig større en den for membranen.

5. Filter ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det fleksible materiale har to festelinjer: en første festelinje som fester materialet til membranen, og en andre festelinje som fester det fleksible materiale til huset, idet den andre festelinje er adskilt fra den første langs overflaten av arket slik at rommet mellom de to festelinjer definerer et område som fleksibelt isolerer membranen fra relative bevegelser mellom materialet og huset.

6. Filter ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første festelinje har form av en kontinuerlig forseglet skjøt.

7. Filter ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at den andre festelinje foreligger i form av en kontinuerlig forseglet skjøt.

8. Filter ifølge hvilket som helst av kravene 5-7, karakterisert ved at membranen i det vesentlige er plan og hvor den andre festelinje har en posisjon utenfor, i forhold til membranen, første festelinje og generelt i membranens plan.

9. Filter ifølge hvilket som helst av kravene 5-8, karakterisert ved at membranen ligger mot en generelt plan indre overflate av huset og hvor huset på overflatesiden lengst borte fra membranen er hult og definerer et innløpskammer for fluidum som skal filtreres, og hvor overflaten er forsynt med sammenkoblede spor som fører til en utløpsåpning, hvilke sammenkoblede spor sammen definerer et utløpskammer for filtrert fluidum.

10. Filter Ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved et lag av forsterkende materiale plassert mot membranen for å understøtte denne.

11. Filter ifølge krav 10, karakterisert ved at det forsterkende materiale er en foliesikt.

12. Filtermembran ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at arket av fleksibelt, impermeabelt materiale er festet til det forsterkende lag, som på sin side er festet til huset.

13. Filter ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at filtermembranen er fremstilt av et sprøtt materiale.