Title:
Wasserfilter mit asymmetrischer Membran
Kind Code:
U1


Abstract:

Einmalfilter zur Filtration von Flüssigkeiten für die Abtrennung von mikrobiologischen Inhaltsstoffen, Schwebstoffen, Partikel, Verunreinigungen und/oder Festkörpern beinhaltend einen Einlauf (1) und/oder Reservoir sowie einen Auslauf (3), wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2), die eine strömungstechnisch zum Einlauf (1) und/oder Reservoir gewandte Seite und eine strömungstechnisch zum Auslauf (3) gewandte Seite aufweist, und die poröse Durchgänge umfasst, die durch untereinanderverbundene Poren gebildet sind, wobei die strömungstechnisch zum Einlauf (1) und/oder Reservoir gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) eine erste Porenweite aufweist und die strömungstechnisch zum Auslauf (3) gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) einen zweite Porenweite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Porenweite größer ist als die zweite Porenweite und dass die zweite Porenweite 0,1–0,5 µm beträgt.




Application Number:
DE202016101277U
Publication Date:
06/09/2017
Filing Date:
03/08/2016
Assignee:
i3 membrane GmbH, 22525 (DE)
International Classes:



Foreign References:
63833852002-05-07
Attorney, Agent or Firm:
Raffay & Fleck Patentanwälte, 20354, Hamburg, DE
Claims:
1. Einmalfilter zur Filtration von Flüssigkeiten für die Abtrennung von mikrobiologischen Inhaltsstoffen, Schwebstoffen, Partikel, Verunreinigungen und/oder Festkörpern beinhaltend einen Einlauf (1) und/oder Reservoir sowie einen Auslauf (3), wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2), die eine strömungstechnisch zum Einlauf (1) und/oder Reservoir gewandte Seite und eine strömungstechnisch zum Auslauf (3) gewandte Seite aufweist, und die poröse Durchgänge umfasst, die durch untereinanderverbundene Poren gebildet sind, wobei die strömungstechnisch zum Einlauf (1) und/oder Reservoir gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) eine erste Porenweite aufweist und die strömungstechnisch zum Auslauf (3) gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) einen zweite Porenweite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Porenweite größer ist als die zweite Porenweite und dass die zweite Porenweite 0,1–0,5 µm beträgt.

2. Einmalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran eine Metallbeschichtung zumindest auf der zum Auslauf strömungstechnisch zugewandten Seite aufweist.

3. Einmalfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung eine Porenweite von 0,01–0,25 µm, insbesondere bis 0,15 µm aufweist.

4. Endständiger Einmalwasserfilter zur Filtration von Leitungs-, Oberflächen- und/oder Brauchwasser für die Abtrennung von mikrobiologischen Inhaltsstoffen beinhaltend einen Wassereinlauf (1) und einen Wasserauslauf (3), wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2), die eine strömungstechnisch zum Wassereinlauf (1) gewandte Seite und eine strömungstechnisch zum Wasserauslauf (3) gewandte Seite aufweist, und die poröse Durchgänge umfasst, die durch untereinanderverbundene Poren gebildet sind, wobei die strömungstechnisch zum Wassereinlauf (1) gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) eine erste Porenweite aufweist und die strömungstechnisch zum Wasserauslauf (3) gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran (2) einen zweite Porenweite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Porenweite größer ist als die zweite Porenweite und dass die zweite Porenweite 0,1–0,5 µm beträgt.

5. Endständiger Einmalwasserfilter nach Anspruch 4 oder Einmalfilter nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) eine Filterfläche kleiner gleich 350 cm2 bei einem Durchsatz von mindestens 15ml/(min cm2 bar) auch nach einer Filtrierung von mindestens 2000 ml/cm2 Leitungswasser aufweist.

6. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der endständige Einmalwassfilter eine Filterhöhe (h) kleiner gleich 50 mm, insbesondere kleiner gleich 35 mm, und/oder einen Filterdurchmesser (b) kleiner 55 mm bei einem Durchsatz von 2500ml/(min bar) auch nach einer Filtrierung von mindestens 500 Litern Leitungswasser aufweist.

7. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) eine Flachmembran ist.

8. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) metallbeschichtet, metalloxidbeschichtet oder unbeschichtet ist.

9. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kein Vorfilter vorhanden ist.

10. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Polymermembran (2) eine einlagige Polymermembran ist.

11. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder strömungstechnische Verbindungsweg zwischen Wassereinlass (1) und Wasserauslass (3) lediglich durch eine Polymermembran (2) führt.

12. Endständiger Einmalwasserfilter oder Einmalfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der endständige Einmalwasserfilter eingerichtet ist, um an einem Wasserhahn angebaut zu werden oder in Form eines Duschkopfes oder einer Duschbrause ausgebildet ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einmalfilter insbesondere zur Entfernung unerwünschter mikrobiologischer Inhaltsstoffe aus Leitungs-, Oberflächen- oder Brauchwasser und ein entsprechendes Verfahren.

Im Stand der Technik sind verschiedene Wasserfilter zur Entfernung unerwünschter mikrobiologischer Inhaltsstoffe aus dem Wasser bekannt. Diese werden auch als sogenannte endständige Einmalwasserfilter direkt am Wasserhahn oder als Duschkopf eingesetzt, um Wasser direkt am Gebrauchspunkt (endständig) zu filtrieren. Dabei werden in der Regel mikrobiologische Kontaminationen wie beispielsweise Bakterien, Sporen, Pilze aus dem Wasser über eine im Filterelement enthaltene Membran entfernt. In der Regel ist die Basistechnik die Verwendung einer Membran mit einer Porenweite von ca. 0,2 µm. Solche Filtereinheiten sind aus der US 6 383 385 B1 bekannt, in der Hohlfasermembranen verwendet werden.

Dabei führt die Belegung der Trennschicht der Membranen mit Wasserinhaltsstoffen (Fouling) dazu, dass die Durchflussleistung der Filter nach relativ kurzer Zeit deutlich vermindert wird. Insbesondere im Einsatz als Einmalwasserfilter, die nicht regeneriert werden können, zur endständigen Filtration von Leitungswasser am Wasserhahn oder im Duschkopf spielt diese Eigenschaft eine wesentliche Rolle auch bei der Auslegung der Produkte. Aufgrund dieser (Fouling)-Eigenschaften haben diese Einmalwasserfilter eine gewisse Größe, die aus der eingesetzten Membranfläche resultiert, die notwendig ist, um eine Einsatzdauer von 4 oder 8 Wochen am Wasserhahn (bei 6 l/min und einer Gesamtleistung von mehr als 1.000 Litern) zu erreichen und gleichzeitig einen ausreichenden Durchfluss zu gewährleisten.

Bei den aus der US 6 383 385 B1 bekannten Verfahren werden in der Regel für den Einmalwasserfilter, der am Wasserhahn appliziert wird, Filterflächen zwischen 1.100 cm2 und 1.200 cm2 eingesetzt.

Neben den aus der US 6 383 385 B1 bekannten Hohlfasermembranen werden in derartigen Einmalwasserfiltern auch (gefaltete) Flachmembranen eingesetzt. Diese weisen Filterflächen zwischen 550 cm2 und 1.100 cm2 auf, um eine ausreichende Wassermenge (6 l/min) am Gebrauchspunkt über einen festgesetzten Zeitraum von 4 bis 8 Wochen (1.000 l) zur Verfügung zu stellen.

Betrachtet man die Membranstruktur einer Membran genauer, so besteht diese in der Regel aus einer Stützschicht und einer Trennschicht. Die Stützschicht dient der mechanischen Stabilität der Membran. Bei einer asymmetrisch hergestellten Membran unterscheiden sich die Porenweiten innerhalb der Membran, sodass sich eine kleinporige und relativ porendichte Trennschicht auf der einen Seite und eine groß- und offenporigere Stützschicht auf der anderen Seite der Membran befindet. Im Stand der Technik werden diese asymmetrisch hergestellten Membranen von der Seite der Trennschicht betrieben, d. h. diese werden von der Trennschicht her mit der zu filternden Flüssigkeit angeströmt. So kann zur Regeneration bei Querstrombetrieb mittels einer definierten Überströmgeschwindigkeit eine stetige Abtragung der durch die Filtration entstehenden Foulingschicht erreicht werden oder bei Dead-End Betriebsweise eine möglichst einfache Reinigung der Ablagerungen zur Wiederverwendung erreicht werden. Häufig werden auch Vorfilter z. B. Vliesmaterial oder dgl. vewendet um die Verblockung der Trennschicht zu reduzieren.

Da eine Reinigung bei Einmalfiltern nicht stattfindet, wird eine für den notwendigen Durchfluss im Neuzustand überdimensionierte Filterfläche verbaut um einen ausreichenden Durchfluss auch nach einer bestimmten Nutzungsdauer gewährleisten zu können.

Ein Problem bei den aus dem Stand der Technik bekannten endständigen Filtrationseinheiten ist die sich daraus ergebende Größe bzw. Höhe der Einmalwasserfiltereinheiten im Einsatz am Wasserhahn oder im Duschkopf. In der Regel werden diese mittels eines Adaptersystems an die Wasserhähne appliziert oder direkt an ein dort vorhandenes Gewinde angeschraubt. Die Höhe der Filtrationseinheit liegt in der Regel zwischen 72 mm und 77 mm, die übliche Breite liegt im Bereich von 55 mm bis 88 mm. Damit wird die Gebrauchshöhe bzw. -breite an den Wasserhähnen stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filtrationseinheit derart zu modifizieren, dass die Einschränkung in Bezug auf die Geometrie des Wasserhahns minimiert wird, um so einen breiteren Anwendungsbereich in Bezug auf verschiedene Wasserhähne bei gleichzeitiger Optimierung des Durchflussleistung und Standzeit sowie einfacher und kostengünstiger Herstellung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Einmalfilter mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 sowie durch einen endständigen Einmalwasserfilter mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 4. Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen endständigen Einmalwasserfilters sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 3 und 5–12 bezeichnet.

Der erfindungsgemäße Ansatz besteht darin, dass eine asymmetrische Membran „umgekehrt“ betrieben wird. D.h. eine asymmetrische Membran wird nicht wie im Stand der Technik von der Trennschicht angeströmt, sondern von der Seite der Stützschicht. So kann der Einbau eines zusätzlichen Vorfilters zur Vorabtrennung vernachlässigt werden, da überraschenderweise die groß- und offenporige Stützschicht diese Vorabtrennung durchführt. Der Einmalfilter kann zwar in dieser Anwendungsvariante nicht wieder regeneriert werden, doch kann so die Filterfläche auf einen Bruchteil der herkömmlich verbauten Filterflächen reduziert werden bei innerhalb der Gebrauchsdauer nahezu konstanten Durchflusseigenschaften. Somit kann der Einmalfilter wesentlich kleiner dimensioniert werden und so ein breiterer Anwendungsbereich in Bezug auf verschiedene Wasserhahngeometrien abgedeckt werden. Auch lassen sich Materialeinsatz und Herstellungsaufwand reduzieren.

Erfindungsgemäß umfasst daher ein Einmalfilter wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran, die eine strömungstechnisch zum Einlauf oder Reservoir gewandte Seite und eine strömungstechnisch zum Auslauf gewandte Seite aufweist. Dabei umfasst diese asymmetrisch aufgebaute Polymermembran poröse Durchgänge, die durch untereinander verbundene Poren gebildet sind. Die strömungstechnisch zum Einlauf oder Reservoir gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran weist eine erste Porenweite auf und die strömungstechnisch zum Auslauf gewandte Seite der wenigstens einen asymmetrisch aufgebauten Polymermembran weist einen zweite Porenweite auf, die 0,1–0,5 µm beträgt, wobei die erste Porenweite größer ist als der zweite Porenweite. Dabei kann die Porengröße zwischen den Seiten auf verschiedene Art variieren, sich insbesondere von der ersten zur zweiten Porengröße verändern, insbesondere kontinuierlich und/oder stetig.

Hierbei entspricht die strömungstechnisch zum Einlauf oder Reservoir gewandte Seite der Stützschicht der Membran oder stellt diese dar und die strömungstechnisch zum Auslauf gewandte Seite der Trennschicht der Membran oder stellt diese dar. Insbesondere ist als Porenweite der mittlere Porendurchmesser, die mittlere Porengröße oder die Bubble-point Porengröße zu verstehen. Die Porenweite kann auch entsprechend gewählt werden, sodass die Vorgaben für eine Sterilfiltration erfüllt sind, d. h. eine Reduktion von 7 Log-Stufen des Testkeims Brevundimonas diminuta je cm2 Filterfläche. Die Membran kann weiter eine Porosität von 80–90% aufweisen.

Bei dem Reservoir kann es sich bspw. Um ein Vorratsbehältnis bspw. für Farbe handeln, das bspw. auch unmittelbar an die zum Reservoir gewandte Seite der Polymermembran angrenzen kann. Dabei kann die Membran dazu dienen Agglomerationen von Farbpartikeln oder anderen Partikeln herauszufiltern. Dadurch kann z. B. das Verstopfen von Düsen verhindert und/oder ein durch die Farbe geschaffenes Bild verbessert werden. Anstelle oder zusätzlich zu dem Auslauf kann auch ein Auslaufreservoir vorgehen sein.

In einer weiteren Variante wird die Polymermembran beschichtet, bis die Porosität der Polymermembran mit Beschichtung bezogen, auf die initiale Bubble Point Pore und/oder die mittlere Porengröße gegenüber der unbeschichteten Polymermembran zwischen 1 % und 80%, insbesondere zwischen 1–50 %, im Besonderen 1 und 20 % verringert ist. So können die Trenneigenschaften der Membran verändert werden. So kann bspw. Die Porenweite durch die Metallschicht auf 0,01–0,15 µm reduziert werden.

Das Porenverhältnis, also das Verhältnis zwischen erster und zweiter Porenweite kann den Faktor 10–100 umfassen. Weiter weist die Polymermembran vorteilhafterweise eine Dicke von von 100 bis 200 µm auf. Wobei als asymmetrisch aufgebaute Polymermembran die DuraPES® 200 der Firma 3M verwendet werden kann.

In einer vorteilhaften Variante kann die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran eine Filterfläche kleiner gleich 350 cm2 bei einem Durchsatz von mindestens 15 ml/(min cm2 bar) auch nach einer Filtrierung von mindestens 2000 ml/cm2 Wasser aufweisen. Hierbei sowie in den weiteren Ausführungen ist stets ein Wasser entsprechend der Anforderungen der deutschen Trinkwasserverordnung gemeint.

Weiter kann der endständige Einmalwasserfilter eine Filterhöhe kleiner gleich 40 mm, insbesondere kleiner gleich 35 mm, und/oder einen Filterdurchmesser kleiner 55, insbesondere kleiner 50 mm bei einem Durchsatz von mindestens 2500 ml/(min bar) auch nach einer Filtrierung von mindestens 500 Liter Wasser aufweisen.

Des Weiteren kann die Polymermembran insbesondere als Flachmembran ausgebildet sein. Sie kann insbesondere als gefaltete (gepleatete) Flachmembran ausgebildet sein.

Da die groß- und offenporige Stützschicht die Aufgabe des Vorfilters übernimmt, wird bevorzugt kein Vorfilter verwendet. D.h. die Abtrennung wird vollständig über die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird lediglich ein Vorfilter, beispielsweise mit einer Porenweite größer gleich 100 µm und/ oder in der Form eines groben Metallsiebs vorgesehen. Insbesondere weist jeder strömungstechnische Verbindungsweg zwischen Wassereinlass und Wasserauslass lediglich eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran auf. Die asymmetrisch aufgebaute Polymermembran ist dabei vorteilhafterweise als einlagige Polymermembran ausgeführt.

Mit besonderem Vorteil ist die wenigstens eine Polymermembran unbeschichtet oder metallbeschichtet und/oder metalloxidbeschichtet. Eine unbeschichtete Membran kann mit besonders geringem Herstellungsaufwand erzeugt werden. Eine metallbeschichtete Membran bietet ein höheres Filterpotenzial.

Dabei wird die Metall- und/oder Metalloxidbeschichtung zumindest flächig auf einer ersten Seite der Polymermembran aufgebracht Die Beschichtung wird insbesondere porös und insbesondere unmittelbar aufgebracht. Unmittelbar heißt, dass die Beschichtung mittels ALD-Verfahren unmittelbar auf die Polymermembran aufgebracht wird. Dabei wird die Aufenthaltszeit der Membran im Prozess so niedrig gewählt, dass die Temperatur unter 200 °C verbleibt und die Polymermembran in ihrer ursprünglich chemischen Struktur nicht beeinflusst wird

Eine Metal- und/oder Metalloxid-beschichtete Membran kann beispielsweise als sehr widerstandsfähige Membran eingesetzt werden. Die Beschichtung wird als porös bezeichnet, nicht weil sie selbst zwingend eine poröse Oberfläche aufweist, sondern weil sie die poröse Oberfläche der Polymermembran weitgehend widerspiegelt und nicht verschließt.

Auch kann eine Beschichtung von beiden Seiten oder über die gesamte Oberfläche der Membran erfolgen. Auch können die Poren vorher ganz oder teilweise verschlossen werden, um die Oberflächen zu reduzieren. Anschließend können die Poren wieder geöffnet werden.

Als Metall für die Beschichtung kommen insbesondere Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Nickel, Platin und/oder Wolfram besteht oder Legierungen beinhaltend Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Nickel, Platin und/oder Wolfram infrage.

Bevorzugt kann der endständige Einmalwasserfilter derart eingerichtet sein, dass er an einen Wasserhahn angebaut sein kann oder als Duschkopf realisiert sein.

Verfahrensgemäß wird die Erfindung ausgebildet als ein Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung von mikrobiologischen Inhaltsstoffen, Schwebstoffen, Partikeln, Verunreinigungen und/oder Festkörpern, beinhaltend folgende Schritte: Führen der zu filtrierenden Flüssigkeit durch eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran, die poröse Durchgänge umfasst, die durch untereinanderverbundene Poren gebildet sind, und die mindestens zwei Seiten umfasst, wobei die erste Seite eine erste Porenweite aufweist und die zweite Seite eine zweite Porenweite aufweist, die 0,1–0,5 µm beträgt, und die erste Porenweite größer ist als die zweite Porenweite, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran von der zu filtrierenden Flüssigkeit von der ersten Seite angeströmt wird.

Das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe kann weiter, dadurch gekennzeichnet sein, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) eine Filterfläche kleiner gleich 350 cm2 bei einem Durchsatz von mindestens 15ml/(min cm2 bar) auch nach einer Filtrierung von mindestens 2000 ml/cm2 Leitungswasser aufweist.

Das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe kann auch weiter, dadurch gekennzeichnet sein, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) eine Flachmembran ist.

Das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe kann weiter dadurch gekennzeichnet sein, dass die wenigstens eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran (2) metallbeschichtet, metalloxidbeschichtet oder unbeschichtet ist.

Das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe kann auch weiter, dadurch gekennzeichnet sein, dass das zu filtrierende Wasser durch keinen Vorfilter gefürht wird.

Weiter kann das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe, dadurch gekennzeichnet sein, dass die wenigstens eine Polymermembran (2) eine einlagige Polymermembran ist.

Auch kann das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe, dadurch gekennzeichnet sein, dass das zu filtrierende Wasser lediglich durch eine Polymermembran (2) geführt wird.

Das Verfahren zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere Farben, Leitungs-, Oberflächen und/oder Brauchwasser zur Abtrennung mikrobiologischer Inhaltsstoffe kann darüber hinaus auch, dadurch gekennzeichnet sein, dass das Verfahren endständig an einem Wasserhahn oder in einem Duschkopfes oder in einer Duschbrause durchgeführt wird.

Im Folgenden wird zum besseren Verständnis ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung nicht beschränkt ist, näher anhand rein schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen endständigen Einmalwasserfilters und

2 einen Vergleich der Durchflussleistungen einer nach dem Stand der Technik betriebenen asymmetrischen aufgebauten Polymermembran und einer erfindungsgemäß betriebenen asymmetrischen aufgebauten Polymermembran.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen endständigen Einmalwasserfilters. Es ist dargestellt ein Wassereinlass 1, durch den das zu filtrierende Wasser in den endständigen Einmalwasserfilter eintritt, eine asymmetrisch aufgebaute Polymermembran 2, durch die das zu filtrierende Wasser geführt wird sowie ein Wasserauslass 3, durch den das filtrierte Wasser aus dem endständigen Einmalwasserfilter austritt. Des Weiteren ist die Höhe h des Filters sowie der Durchmesser b des Filters aufgezeigt. In dem in 1 gezeigten Aufbau ist die Membran 2 umlaufend gefaltet angeordnet und hat eine Höhe von 2 cm. Die Membran wird im Betrieb von außen nach innen durchströmt. Der Auslass 3 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, in das Gehäuse gezogen, um Platz zu sparen.

Anhand von 2 soll aufgezeigt werden, inwieweit sich die Durchflussleistungen einer nach dem Stand der Technik betriebenen asymmetrischen Polymermembran und einer erfindungsgemäß betriebenen asymmetrischen Polymermembran unterscheiden.

Hierfür wird eine asymmetrisch aufgebaute Membran, DuraPes 200 der Firma 3M, mit deutschem Leitungswasser bei 1 bar betrieben. Wird diese, wie im Stand der Technik, von der Trennschicht angeströmt („Anströmung Trennschicht“) ergibt sich zu Beginn eine vergleichsweise hohe Durchflussleistung. Allerdings geht diese Durchflussleistung durch eine Belegung der Trennschicht (Fouling) mit Wasserinhaltsstoffen stark zurück. Wird die gleiche Membran von der Seite der Stützschicht angeströmt („Anströmung Stützschicht“), zeigt sich zwar zu Beginn eine etwas niedrigere Leistung im Vergleich zur der Variante „Anströmung Trennschicht“, aber mit zunehmender Benutzungsdauer zeigt die Membran eine konstant sehr viel höhere Leistung.

Dimensioniert man also einen Filter auf die Durchflussleistung für die Variante „Anströmung Trennschicht“ nach 60 Minuten von 4 ml/(min·cm2·bar) auf eine zu erzielende Leistung von 4 l/min, so würden 1.000 cm2 Filterfläche benötigt.

Dagegen benötigt ein Filter bei der Variante „Anströmung Stützschicht“ eine Filterfläche von 235 cm2 bei einer Dimensionierung der Durchflussleistung nach 60 Minuten von 17 ml/(min·cm2·bar) auf eine zu erzielende Leistung von 4 l/min.

Somit benötigt ein auf die Anströmung der Stützschicht dimensionierter Filter weniger als 25% der Filterfläche im Vergleich zu einem auf die Anströmung der Trennschicht dimensionierter Filter.

Bezugszeichenliste

1
Wassereinlauf
2
Asymmetrisch aufgebaute Polymermembran
3
Wasserauslauf
b
Durchmesser des Einmalwasserfilter
h
Höhe des Einmalwasserfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 6383385 B1 [0002, 0004, 0005]