用于过滤装置的隔片 【技术领域】
本发明涉及一种隔片， 其用于气体分离、 反向渗透、 正向渗透、 透析、 微过滤、 超过 滤或纳米过滤的装置， 其包括在单侧或双侧具有支承元件的扁平材料。背景技术
在许多工业和市政应用例如污水处理和海水淡化中， 几十年来使用膜过滤方法、 尤其是横流过滤。在此， 扁平地构造的多孔膜被待净化的流体 （下面称为进料） 切向于膜表 面地流过。根据具体应用， 膜的孔径大小在大约 10 纳米至几个微米范围内。被进料流过的 空间 （通常称为进料空间） 通过膜与渗透物空间分开。在进料空间和渗透物空间之间施加大 约 0.1 巴至 100 巴的压差， 该压差引起从进料空间向渗透物空间的物质运输， 在此， 渗透物 （或者说滤出物） 进入渗透物空间。
膜通常构造为包括一个支承无纺布和一个多孔膜层的双层复合物。优选多孔膜 层由聚醚砜、 聚砜、 聚丙烯腈、 聚偏二氟乙烯、 聚酰胺、 聚醚酰亚胺、 乙酸纤维素、 再生纤维 素、 聚烯烃或含氟聚合物制成。多孔膜层例如以下述方式制造 ： 为无纺布或织物涂覆聚 合物溶液并且在随后的相转变步骤中沉积出该聚合物。作为替换方案可以以适合的方式 拉伸聚合物膜， 在此在该聚合物膜中产生孔。然后， 将拉伸的聚合物膜层合到支承无纺布 上， 以便机械稳定。按照这些方法制造的滤膜在市场上可得到， 例如名称为 （MICRODYN-NADIR 有限责任公司， 威斯巴登） 或 膜 平板膜 （Celgard 股份有限公司，美国北卡罗来纳州夏洛特市） 。
进料中所包含的组分的直径过大以至于不能通过膜孔时， 这些组分被挡在膜表面 上并且部分保持附着。 在横流过滤中， 进料持续地流过膜表面， 以便从膜表面运走被挡住的 组分 （滞留物） 。通过这种方式可实现具有恒定渗透物流的连续的过滤运行。横流运行方式 带来一种具有用于进料、 滞留物和渗透物的三个接口的膜模块的典型结构方式。
渗透物空间通过两个分开的膜或者通过一个一体的膜的两个部分表面限定。 在这 两个膜或部分表面之间设置多孔的渗透物隔片， 其一方面用作被加载 100 巴以下的跨膜压 差的敏感膜的支撑结构， 并且另一方面确保通路， 渗透物通过所述通路沿膜 / 分件的内侧 流走。为了尽量减少排出渗透物所需的能量， 使用流动阻力尽可能小的渗透物隔片。因此 现有技术中常见的渗透物隔片例如具有这样的表面， 它们设有许多沿压力降的方向平行延 伸的且通过连接片分开的通道， 连接片在此用作膜的支撑物。 为了降低流动阻力， 不能任意 减小连接片宽度并且 / 或者也不能任意扩大连接片间距， 否则膜的支撑将不充分并且膜在 高的跨膜压差下将弯曲并且 / 或者机械损坏。
现有技术常见的过滤设备包括扁平过滤模块或螺旋缠绕过滤器。
在扁平过滤模块中设置许多彼此平行地处于堆叠中的平面的过滤元件。 在每两个 相邻的过滤元件之间设置隔片——下面称为进料隔片。 所述进料隔片在多数情况下构造成 网状的并且调整进液在膜上的流动。为了实现膜的紧凑结构和高效的在膜上的流动， 过滤 元件和进料隔片构造得尽可能薄。 常用的进料隔片由网构成， 其包括两层交叉设置的单丝。所述单丝由聚合物材料例如尼龙或聚丙烯制成并且其直径在 0.5 ～ 1.5mm 的范围中。优选 使用所谓的菱形隔片， 其中， 聚合物网具有菱形网眼并且单丝相对于进液的流动方向以约 45°角倾斜延伸。进料隔片的按体积的空隙率——参考总面积和单丝直径的乘积， 该空隙 率基本上对应于敞开的网眼面积和单丝直径的乘积——通常为 70 ～ 90％。此外现有技术 中已知许多其它的进料隔片， 其构造为由聚合物材料、 金属材料或陶瓷材料制成的扁平的 成型体。一些已知的进料隔片设有几何形状复杂、 例如之字形或螺旋形的导流结构。
螺旋缠绕过滤器多数情况下以这样的方式制造 ： 由第一膜、 进料隔片、 第二膜和渗 透物隔片上下叠置成四个柔性幅面并且在大的拉力作用下螺旋形围绕一个圆柱形管卷绕。 为了使进料空间和渗透物空间彼此密封隔开， 根据螺旋缠绕过滤器的具体结构， 所述膜与 渗透物隔片在两个或更多个边缘侧上流体密封地封闭并且必要时在另一个边缘侧上与中 央设置的管连接， 以便提供用于排出渗透物的通路。 作为替换方案， 可这样设计螺旋缠绕过 滤器， 使得在膜的一个或两个纵向边缘上、 即在螺旋缠绕过滤器的端面上除去渗透物并且 通过所述中间管供应进液。
专利文件 US 20080290031A1 公开了一种进料隔片， 其适用于螺旋缠绕过滤器和 扁平过滤模块。 该进料隔片由平面的材料制成， 其在两侧具有突出的元件， 所述突出的元件 构造成不同类型的， 它们尤其是具有球形或槽形形状。这些突出的元件以由彼此平行的线 构成的规则图案设置在扁平材料上。
进料隔片决定进液 （横流） 在膜表面上的流动路线。对于材料运输和过滤效率而 言， 分离或者说使在所谓的极化层中富集的滞留物与新鲜进液的通混是必要的。 因此， 进料 隔片决定性地影响过滤装置的效率和经济性。 因此在工业和研究中做出很多努力来研发新 型的进料隔片， 它们提高膜表面上的物质运输， 同时减小流动阻力并因此降低进料空间和 滞留物排出部之间的压力降。尤其是后一点越来越重要， 因为由此减少了用于运行过滤装 置的能量需求。过滤运行成本的主要部分产生于用于形成进液流过的能量。根据流动速度 和进料隔片的几何形状在横流中形成涡流以及堵塞区和死区。 在现有技术中常见的网状进 料隔片中， 横流的干扰主要通过倾斜于或垂直于流动方向延伸的单丝引起。涡流增大流动 阻力， 而在堵塞区或死区中物质运输受阻并且因此降低过滤效率。除了能源效率和过滤效 率之外， 其它准则例如过滤模块的清洁和因此进料隔片的机械稳定性也很重要。发明内容
本发明的任务是提供一种隔片， 其用于气体分离、 反向渗透、 正向渗透、 透析、 微过 滤、 超过滤或纳米过滤的装置， 其具有良好的过滤效率， 同时流动阻力小。在用作渗透物隔 片时， 所述隔片应确保在没有点状过载的情况下均匀地机械地支撑滤膜。 此外， 所述隔片应 机械坚固并且可低成本地制造。该任务通过一种隔片来其解决， 其包括扁平材料， 该扁平 2 材料在一侧或双侧表面上具有多个基面为 0.03 ～ 600mm 的支承元件， 所述支承元件在扁 平材料上以包括一个或多个周期性重复的、 具有 2 ～ 100000 个支承元件且表面覆盖率为 0.1 ～ 20％的单元格的图案设置。
按本发明的隔片的多种扩展方案的特征在于 ：
- 所述支承元件在扁平材料上的表面覆盖率在 0.1 ～ 10％、 优选 1 ～ 8％、 并且尤 其是在 1 ～ 5％的范围中 ；- 所述单元格具有 3 ～ 10000 个、 优选 10 ～ 1000 个、 并且尤其是 20 ～ 100 个支承元件 ； - 在扁平材料的一侧或双侧表面上沿规定方向或者说轴线延伸的任意直线在长度 为 2 ～ 1000mm 的区段上与至少一个支承元件的基面相交 ；
- 所述支承元件以包括一个或多个周期性重复的、 平行四边形或矩形的、 具有第一 和第二边 D 和 L 的单元格的图案设置，
所述第一边和第二边彼此无关地具有 2 ～ 1000mm 的长度， 所述单元格具有 2 ～ 100000 个支承元件， 并且 N 个支承元件相对于单元格的原点并且在边 D 的方向上以大于
D·(2·j-1)/(2·N)-0.1·D/N 且小于 D·(2·j-1)/(2·N)+0.1·D/N 的间距设 置， 其中， N 为整数且 2 ≤ N ≤ 1000、 优选 3 ≤ N ≤ 1000、 尤其是 10 ≤ N ≤ 200、 并且特别优 选 20 ≤ N ≤ 100 ； j 为整数且 1 ≤ j ≤ N 并且每个值 j ＝ 1......N 出现正好一次 ；
- 所述 N 个支承元件相对于单元格的原点并且在边 L 的方向上以大于 L· (2· i-1)/ (2·M)-0.1·L/M 且小于 L·(2·i-1)/(2·M)+0.1·L/M 的间距设置， 其中， M 和 i 为整数， 2 ≤ M ≤ 1000 且 1 ≤ i ≤ M， 并且优选 M 等于 N（M=N） ;
- 每个值 i 出现正好一次 ；
-N 个支承元件中的至少两个支承元件的 i 和 j 值不同 （i ≠ j） 并且至少两个支 承元件的 i+j 之和不等于 N+1（i+j ≠ N+1） ， 并且优选至少一个支承元件的 i 和 j 值相等 （i=j） 并且至少一个支承元件的 i+j 之和等于 N+1（i+j=N+1） ；
- 所述支承元件具有截球形的造型 ；
- 所述支承元件在边 D 的方向上具有 0.2·D/N ～ 1.2·D/N、 优选 0.4·D/N ～ 1.0·D/N、 并且特别优选 0.4·D/N ～ 0.8·D/N 范围中的半值宽度 W2、 W3， 或者支承元件在 边 D 的方向上具有 0.3 ～ 10mm 的半值宽度 W2、 W3 ；
- 所述支承元件分别相对于隔片的基面具有 0.1 ～ 4mm、 尤其是 0.6 ～ 2.0mm 的高 度H；
- 所述支承元件具有通口， 各通口的横截面基本上垂直于规定轴线， 并且各通口连 接隔片的相反的两侧 ；
- 所述隔片构造成一体的， 优选扁平材料是由一种或多种聚合物材料、 纺织材料或 金属材料、 尤其是由聚乙烯基硅氧烷制成的膜或针织物， 并且具有 0.1 ～ 2mm 的厚度 ；
- 所述隔片具有疏水涂层。
按本发明的隔片用作过滤装置的进料空间中的进料隔片和 / 或渗透物空间中的 渗透物隔片。 此外规定， 隔片构成滤膜的一体的组成部分。 为此根据具体用作进料隔片和 / 或渗透物隔片， 对滤膜的正面 （即借助相转变而沉积出的聚合物膜层或拉伸的聚合物膜） 和 / 或背面 （即支承无纺布或支承织物） 构造图案。
按本发明， 概念 “单元格” 包括任何能够完整拼出表面的多边形、 例如任意三角形 和四边形、 平行四边形、 矩形或规则的六边形。 本发明优选具有平行四边形或矩形形状的单 元格。
在扁平材料上设置支承元件所按照的图案可仅由一个单元格或一个单元格的局 部区域构成。例如当选择了具有 100 ～ 1000mm 边长的大单元格并且过滤器的尺寸或者说 边长为 100mm 或更小时就是这种情况。上述图案构成本发明的核心， 根据该图案， 支承元件
这样设置在扁平材料上， 使得在扁平材料的一侧或双侧表面上沿规定方向或者说沿规定轴 线延伸的任意直线在长度为 2 ～ 1000mm 的区段上与至少一个支承元件的基面相交。按本 发明的图案确保沿规定方向切向于扁平材料的表面流动的流体——无论其是气体还是液 体——以确定的方式偏转。
但优选图案是周期性的并且包括多个在一个或两个彼此不同的空间方向上重复 的单元格。在隔片的边缘区域中或者说沿扁平材料的切边， 图案可包括单元格的多个部分 表面、 例如单元格的一半。为了制造按本发明的隔片， 优选使用连续的方法、 例如压花或印 刷， 其使用旋转的辊子并且在运动方向或机器方向上制造周期性的图案。
表面覆盖率是指单元格被支承元件覆盖的表面部分。表面覆盖率等于 （支承元件 数量 × 支承元件的平均基面） /（单元格面积） 的商。适宜的是， 所有支承元件具有相同的 造型和基面。 只要不满足这一点， 例如由于与设计有关的规定值或制造技术的波动， 在上述 公式 （商） 中使用通过测量确定的 “平均基面” 。
优选支承元件这样设置在单元格中， 即在扁平材料的一侧或双侧表面上沿规定方 向或者说轴线延伸的任意直线在长度为 2 ～ 1000mm 的区段上与至少一个支承元件的基面 相交。因此， 在扁平材料的表面上沿规定方向流过的流体的每条流线至少偏转一次。 按本发明， 概念 “截球形” 可理解为突出于扁平材料表面的实心地或壳式地构造的 支承元件， 其表面大致具有球体的或回转椭球的一段的形状。
规定方向或者说轴线平行于扁平材料的表面延伸并且在将隔片装入过滤模块时 基本上平行于进料空间的流动轴线 （即平行于进液的流动方向或者说平行于横流） 和 / 或平 行于渗透物空间的流动轴线定向。为了经济地制造按本发明的隔片， 优选使用带状的扁平 材料、 尤其是聚合物膜。规定轴线在此相当于所述带的纵轴线。为了进行加工， 所述带状的 扁平材料适宜地以卷的形式被供应。
单 元 格 中 的 支 承 元 件 的 数 量 为 2 ～ 100000， 这样设置其中 N 个支承元件 （2 ≤ N ≤ 1000） ， 使得 N 个支承元件中的每两个支承元件在边 D 的方向上彼此具有相同的 间距 D/N。按本发明， 在边 D 的方向上等距设置在单元格中的支承元件的数量 N 明显可取 2 和 1000 之间的每个值， 即 N=2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19 或 20 ； N=21......30 ； N=31......40 等等。
其余支承元件可设置在单元格的任意位置上。 但按本发明优选具有尽可能小的表 面覆盖率的隔片， 其中， 单元格除了 N 个在边 D 的方向上等距设置的支承元件之外不再具有 其它支承元件。
为了使按本发明的隔片满足其功能、 尤其是流动偏转功能， 无需将单元格中 N 个 支承元件中的每两个支承元件在边 D 的方向上精确地以 D/N 的间距定位。更准确地说， 当 N 个支承元件在边 D 的方向上以大于 D·(2·j-1)/(2·N)-0.1·D/N 且小于 D·(2·j-1)/ (2·N)+0.1·D/N 的间距设置时， 其中 j 为整数且 1 ≤ j ≤ N 并且每个值 j=1…… N 出现正 好一次， 可实现按本发明的流动偏转。由于支承元件尤其在边 D 的方向上具有不等于零的 宽度， 所以相应支承元件的定位相对于精确值 D·(2·j-1)/(2·N) 偏离 ±0.1·D/N 以下 是允许的并且包括在本发明中。此外除了流动偏转外还要考虑由聚合物材料、 纺织材料或 金属材料制成的膜、 无纺布和织物 （本发明隔片优选由它们制成） 在制造过程中发生变形， 在此基于制造公差不可避免稍微偏离数学规定的规定形状。
上述关于流动偏转和制造公差方面的说明同样也适用于 N 个支承元件在边 L 的方 向上的定位。相对于单元格的原点， N 个支承元件在边 L 的方向上优选以大于 L· (2· i-1)/ (2·M)-0.1·L/M 且小于 L·(2·i-1)/(2·M)+0.1·L/M 的间距设置， 其中， M 和 i 为整数， 2 ≤ M ≤ 1000 且 1 ≤ i ≤ M， 并且优选 M 等于 N（M=N） 。因此， 力求相应支承元件在边 L 的 方向上相对于单元格的原点精确地以 L· (2· i-1)/(2· M) 的间距定位， 但这并非是必须的。
此外， 本发明的任务包括提供一种过滤装置， 其过滤效率提高并且能量需求减少。 该任务通过一种用于气体分离、 反向渗透、 正向渗透、 透析、 微过滤、 超过滤或纳米过滤的装 置来解决， 其包括多个滤膜和一个或多个设置在该装置的进料空间和 / 或渗透物空间中的 隔片。优选隔片的单元格的边 L 基本上平行于进料空间和 / 或渗透物空间的流动轴线定 向。按本发明的过滤装置的一种优选实施方式的特征在于， 所述隔片是滤膜的一体的组成 部分。
此外， 本发明包括这样的任务， 即提供一种用于制造具有上述特征的隔片的方法。 该任务通过一种方法来解决， 其中， 在带状的由金属材料、 聚合物材料或纺织材料制成的扁 平材料中借助至少一个压花辊成型出多个支承元件， 并且所述至少一个压花辊具有产生成 型的压花元件， 这些压花元件以周期性图案设置， 该周期性图案包括具有 2 ～ 100000 个压 花元件的单元格， 并且在压花辊表面上的表面覆盖率为 0.1 ～ 20％。所述压花元件优选以 这样的周期性图案设置， 其包括平行四边形或矩形的、 具有第一和第二边 D 和 L 的单元格， 所述第一和第二边彼此无关地具有 2 ～ 1000mm 的长度， 所述单元格具有 2 ～ 100000 个压花 元件， 并且 N 个压花元件相对于单元格的原点并且在边 D 的方向上以 D·(2·j-1)/(2·N) 的间距设置， 其中， N 为整数且 2 ≤ N ≤ 1000、 优选 3 ≤ N ≤ 1000、 尤其是 10 ≤ N ≤ 200、 并 且特别优选 20 ≤ N ≤ 100 ； j 为整数且 1 ≤ j ≤ N 并且每个值 j=1......N 出现正好一次。 附图说明
下面借助附图详细说明本发明。附图如下 ：
图 1 为根据现有技术的菱形隔片 ；
图 2a 为第一种按本发明的隔片的示意性俯视图 ；
图 2b ～ 2c 为根据图 2a 的隔片的透视图 ；
图 2e ～ 2g 为第二种按本发明的隔片的透视图 ；
图 3 ～ 5 为隔片的按本发明的其它实施方式的俯视图 ；
图 6 为两个过滤元件和位于过滤元件之间的隔片的剖面图 ；
图 7 为一种用于制造进料隔片的装置。 具体实施方式
图 1 示出一种在现有技术中常用的网状的菱形隔片， 其作为隔片设置在过滤装置 的每两个扁平构造的过滤元件之间。过滤装置包括许多过滤元件， 所有由每两个相邻的过 滤元件限定的通路构成用于使进液 （横流） 流过过滤元件的进料空间。菱形隔片的网眼由两 层交叉的单丝构成并且是矩形或菱形的。菱形隔片这样在过滤装置中定向， 使得单丝倾斜 于规定轴线 100 延伸， 所述规定轴线 100 基本上相应于进料空间中进液的流动轴线、 即横流 的流动矢量。菱形隔片通常由热塑性材料例如聚丙烯或尼龙借助挤出来制造。 为此所使用的挤 出机通常具有两个同中心设置的用于两个交叉的单丝层的环形喷嘴。
图 2a 此外示出第一种按本发明的隔片 10 的示意性俯视图。 该隔片 10 包括膜状或 网状的扁平材料 1， 所述扁平材料在至少一侧上具有凸出的支承元件 2， 这些支承元件以周 期性图案设置在扁平材料 1 的表面上。在本发明的一种优选的扩展方案中， 隔片 10 在扁平 材料 1 的两个侧面的每一个上具有凸出的支承元件 2、 3， 这些支承元件可构造成截球形的。 “截球形” 在此是指构造成实心或壳式的支承元件 2、 3， 其轮廓基本上相当于球体的或回转 椭球的一段的轮廓。由方向箭头 100 规定的轴线平行于隔片 10 的基面 11 定向。在将隔片 10 装入过滤装置中时， 轴线 100 基本上平行于进液 （横流） 或者说渗透物的流动轴线定向。 所述基面 11 在图 2a 下侧的剖面图中以虚线显示并且延伸通过平的未变形的扁平材料 1。
除了俯视图外， 图 2a 还示出两个沿平行于轴线 100 的线 Y-Y 和沿垂直于轴线 100 的线 X-X 的剖面图。从这两个剖面图可看出按本发明的隔片 10 的表面轮廓。支承元件 2、 3 垂直地突出于隔片 10 的基面 11， 每个支承元件 2、 3 的顶部或者说顶点相对于基面 11 具 有一个间距或者说高度 H2、 H3。在按本发明的在扁平材料 1 两侧设有支承元件 2 和 3 的实 施方式中， 支承元件 2 和 3 的高度 H2、 H3 可彼此相同或不同。图 2a 的阴影线 12 表示支承 元件 2 和 / 或 3 可构造成实心的。支承元件 2、 3 具有半值宽度 W2、 W3， 其等于垂直于轴线 100 在从基面到 1/2·H2 或 1/2·H3 高度的距离处所测量的最大直径。 图 2c 示出隔片 10 的透视局部图， 其中直观地示出单元格的尺寸 L、 D 以及支承元 件 2、 3 的半值宽度 W2、 W3 和高度 H2、 H3。
支承元件 2 设置成的周期性图案由具有平行于规定轴线 100 的尺寸 L 和垂直于规 定轴线 100 的尺寸 D 的矩形单元格组成。在单个单元格 L,D 中这样设置至少两个支承元件 2， 使得一个固定的点、 尤其是支承元件截球形表面的顶点到隔片 10 基面 11 的垂线位于规 定的位置中。在图 2a 所示的隔片 10 中每个单元格 L,D 有 N=2 个支承元件 2， 所述支承元件 2 这样设置， 使得它们垂直于轴线 100 到单元格的原点 16 的距离为 1/4·D 和 3/4·D， 相当 于 (2·j-1)·D/(2·N) 的值， 其中， N=2 且 j=1 和 2。
在按本发明的在扁平材料 1 两侧具有支承元件 2 和 3 的实施方式中， 支承元件 2 和 3 分别以如上所述的周期性图案设置， 其中， 具有支承元件 3 的相应图案的坐标系原点可相 对于具有位于隔片相反侧上的支承元件 2 的相应图案的坐标系原点重合或相对偏移。在偏 移情况下， 选择支承元件 3 相对于设置在隔片 10 相反侧上的支承元件 2 的偏移矢量， 使得 支承元件 3 与支承元件 2 的重叠尽可能小。在图 2a 所示的具有 N=2 个支承元件的隔片 10 中有利的是， 选择的偏移矢量具有垂直于轴线 100 的分量为 0 和平行于轴线 100 的分量为 1/3.2·L。在所有其它 3 ≤ N ≤ 1000 的情况下， 适宜选择的偏移矢量具有垂直于轴线 100 的分量为 D/2 并且平行于轴线 100 的分量为 0。
由于支承元件 2 垂直于轴线 100 以间距 D/N（在根据图 2a 的布置中以间距 D/2） 等距设置并且结合凸形的造型， 支承元件 2 构成二维的周期的障碍栅格， 基本上沿轴线 100 流动的进液流 （横流） 在该栅格上偏转。所述凸起的、 尤其是截球形的支承元件 2 的表面优 选具有连续的、 或多或少流线型的轮廓， 从而在很大程度上避免了涡流以及堵塞区和死区 的形成。在图 2b 的透视图中以方向箭头示意性表示绕流支承元件 2 和 3。由此可见， 隔片 10 具有连续的并且对进液流在很大程度上敞开的表面。另一方面， 支承元件 2 垂直于轴线
100 的规则布置以及每两列相邻的支承元件的错开确保了沿轴线 100 不产生敞开的通路， 通过所述敞开的通路所述进液可在没有任何偏转的情况下不受阻碍地流走。 这一事实在图 2d 中进一步示出， 图 2d 为沿轴线 100、 即沿进液流动方向的视向的隔片 10 的透视图。
按本发明， 单元格 L,D 的 N=2 个支承元件 2 垂直于轴线 100 地并排设置， 即它们与 单元格 L,D 原点 16 的距离在轴线 100 的方向上是相同的。通过这种布置已经实现了进液 流的均匀偏转。但按本发明在图 2a ～ 2d 中所示的布置优选， 在该布置中， 单元格的两个支 承元件 2 或 3 沿轴线 100 的方向以间距 L/N（在根据图 2a 的布置中以间距 L/2） 错开。在 该布置中， 两个支承元件 2 所在的位置平行于轴线 100 的坐标为 L/4 和 L· 3/4 且垂直于轴 线 100 的坐标为 D/4 或 D·3/4。
图 2e ～ 2g 示出一种隔片 20 作为图 2a 的隔片的按本发明的扩展方案 20。在隔片 20 中， 支承元件 2、 3 具有穿过扁平材料 1 的通口 4、 5。通口 4、 5 允许进液或渗透物流从隔 片 20 的上侧流向下侧以及从下侧流向上侧。通口 4、 5 的横截面基本上垂直于轴线 100 延 伸。在轴线 100 的方向上沿穿过一个通口 4 或 5 的流线在隔片 20 的上侧或下侧上流动的 进液流或渗透物流被改道到隔片 20 的下侧或上侧上。该事实在图 2e 中通过相应的方向箭 头来显示。本发明包括这样的隔片， 其在一侧或两侧上具有支承元件 2 或 3。与此相应， 支 承元件 2 和 / 或 3 彼此无关地设有通口 4 和 / 或 5。为了制造具有通口 4、 5 的隔片 20， 作 为扁平材料优选使用由金属材料或热塑性材料制成的膜。
在所有按本发明的隔片中， 各个单元格的尺寸 L 和 D 彼此无关地达到 2 ～ 1000mm。 为了使进液流充分偏转， 半值宽度 W2、 W3 不能低于某一最小数值。按本发明， 在图 2a ～ 2g 所示的在单元格中各具有两个支承元件 2、 3 的隔片 10 和 20 中， 半值宽度 W2、 W3 的值在 0.1·D ～ 0.6·D 之间、 优选在 0.2·D ～ 0.5·D 之间、 并且尤其是在 0.2·D ～ 0.4·D 之 间。优选支承元件 2、 3 彼此无关地具有 0.3 ～ 10mm 范围中的半值宽度 W2、 W3。
支承元件 2、 3 相对于隔片 10 或 20 的基面 11 分别具有 0.1 ～ 4mm、 尤其是 0.6 ～ 2.0mm 的高度 H2、 H3。
图 3 ～ 5 示出隔片 30、 40 和 50 的按本发明的其它实施方式， 每个单元格 L,D 具有 N=3、 N=4 和 N=5 个支承元件 2。和上述结合附图 2a ～ 2g 所说明的隔片 10 和 20 相同方式， 隔片 30、 40 和 50 可在一侧或两侧具有支承元件 2 或 3， 支承元件 2 和 / 或 3 也许设有通口 4 和 / 或 5。
隔片 30、 40 和 50 的支承元件 2、 3 在相应单元格 L,D 中相对于原点 16 的位置 或者说间距在垂直于轴线 100 的方向上的大小为 (2·j-1)·D/(2·N)， 其中 j 为整数且 1 ≤ j ≤ N， 且每个值 j=1......N 只出现正好一次。与之相应地确定的垂直于轴线 100 的 距离在表格 1 中给出。
表格 1
在表格 1 中， 单元格 L,D 的支承元件 2 以 #1、 #2、 #3……连续编号。按本发明， 单 元格 L,D 的所有支承元件 2 在轴线 100 的方向上与单元格的原点 16 具有相同的间距、 例如 0 或 L/(2·N)。与此相应， 支承元件 2 可设置在由垂直于轴线 100 定向且在距离 L 中彼此 平行延伸的线构成的图案中。但按本发明优选这样的图案， 其中， 单元格 L,D 的支承元件在 轴线 100 的方向上相对于单元格原点 16 以间距 (2·i-1)·L/(2·N) 设置， 其中 i 为整数 且 1 ≤ i ≤ N， 且每个值 i=1……N 只出现正好一次。在这种图案或者说栅格中， 支承元件 2 或支承元件 3 不仅为平行于轴线 100 的流动而且也为垂直于轴线 100 的流动构成一种等距 障碍或偏转点的布置。表格 2 中给出与之相应地计算的平行于轴线 100 的间距的例子。
表格 2在根据表格 1 和 2 规定的图案中， 支承元件 2 沿单元格 L,D 的两个对角线之一 设置。但本发明优选与此不同的布置， 其中， 至少两个支承元件 2 的坐标标志 i 和 j 不同 （i ≠ j） 并且至少两个支承元件 2 的坐标标志之和 i+j 不等于 N+1（i+j ≠ N+1） 。如满足 上述条件， 则并非所有的支承元件 2 都位于单元格 L,D 的对角线之一上。表格 3 给出与之 相应地选择的间距的例子。
表格 3
在表格 3 的例子中， 编号 #2 的第二和编号 #3 的第三支承元件 2 的坐标标志 i 和 j 不同。图 3 ～ 5 所示的在单元格 L,D 中具有 N=3、 4 和 5 个支承元件 2 或 3 的隔片 30、 40 和 50 具有根据表格 3 的本发明优选图案， 据此， 并非所有的支承元件 2 或 3 都位于单元格 L,D 的对角线之一上。这种布置的特殊特点在于， 其不具有优先方向、 例如沿单元格 L,D 对 角线之一的带有敞开的通路或通道的方向， 进液流可在不碰到支承元件 2、 3 上且偏转的情 况下流过所述敞开的通路或通道。
此外本发明优选这样的布置， 其中， 单元格 L,D 的至少两个支承元件 2 的坐标标志 i 和 j 不同 （i ≠ j） 并且至少两个支承元件 2 的坐标标志之和 i+j 不等于 N+1 （i+j ≠ N+1） ， 至少一个支承元件 2 的坐标标志 i 和 j 相同 （i=j） 并且至少一个支承元件 2 的坐标标志之 和 i+j 等于 N+1 （i+j=N+1） 。如在个别情况下满足上述条件， 则在单元格 L,D 的两个对角线 的每一个上各有至少一个支承元件 2。这些条件仅在 N ≥ 4 时才能满足。表格 4 给出与之 相应地选择的间距的例子。
表格 4
本发明所有的隔片 10、 20、 30、 40、 50 具有如下优点 ： 借助支承元件 2、 3 的最小的单 位面积密度实现进液流的完全偏转。 这种流动偏转主要有利于减少滤膜前方的极化层并且 由此提高过滤效率。 与此相应， 本发明提供一种隔片， 其具有过滤效率和流动阻力的优化的 关系。
在用作渗透物隔片的情况下， 按本发明的隔片 10、 20、 30、 40、 50 具有如下优点 ： 借 助支承元件 2、 3 的小的单位面积密度在避免直线通道或凹部的情况下实现对滤膜的均匀 支撑， 滤膜在直线通道或凹部上会弯曲。
按本发明的隔片的低流动阻力主要通过根据上述二维的周期性图案布置支承元
件来实现。支承元件的凸出的、 尤其是截球形的造型有利于在小范围中降低流动阻力。在 本发明的替换实施方式中， 支承元件也可构造为圆柱体、 长方体、 四面体或球体。但截球形 的支承元件具有如下优点 ：
- 所述隔片具有基本上连续的无棱边的表面轮廓， 与此相应， 堵
塞倾向较小并且隔片易于清洁 ；
- 基于截球形的造型， 敏感的滤膜的点状机械压力载荷较小 ；
- 通过压制或深冲热塑性膜可简单且低成本地制造具有截球形的支承元件的隔 片。
图 6 示意性示出设置在两个过滤元件 6A 和 6B 之间的按本发明的隔片 10、 20、 30、 40 或 50 的剖面图。过滤元件 6A 和 6B 例如构造成多层的且包括上膜和下膜 7A、 8A 或 7B、 8B， 在它们之间设置渗透物隔片 9A 或 9B。 所述膜通常包括一个聚合物膜层 7A 或 7B， 其以已 知的方式借助相转变而沉积到一个多孔的支承无纺布 8A 或 8B 上。如方向箭头 101 所示， 进液流根据横流原理在由两个相邻的过滤元件 6A 和 6B 限定的通路之间切向于膜 7A 和 7B 的表面流动。所述进液流通过隔片 10……50 多次偏转。如果没有这种强制偏转， 进液流将 或多或少地以层流的方式流过直接形成于膜 7A 和 7B 前方的极化层， 而并未引起物质运输 所需的进液和滞留物的通混， 所述滞留物基于浓度梯度富集在极化层中。 代替图 6 所示的方案， 一个或多个隔片 10……50 可构成过滤元件 6A 和 / 或 6B 的 一体的组成部分。为此根据具体用作进料隔片和 / 或渗透物隔片， 过滤元件 6A 和 / 或 6B 的正面和 / 或背面设有按上述图案的支承元件。
在本发明的另一种合乎目的的实施方式中， 每两个滤膜通过多个粘接连接部彼此 连接， 所述粘接连接部以根据权利要求 1 至 8 之一的图案设置。 所述粘接连接部用作支承元 件， 它们一方面机械稳定滤膜并且另一方面偏转待净化的或已净化的流体的流动。优选点 状的粘接连接部可设置在过滤装置的进料空间和 / 或渗透物空间中。在第一种情况下 （进 料空间） ， 每两个相邻的滤膜的上侧或者说膜层通过粘接连接部彼此连接。在第二种情况下 （渗透物空间） ， 每两个相邻的滤膜的下侧或者说支承无纺布通过粘接连接部彼此连接。
图 7 示意性示出用于制造按本发明的隔片 20 的装置的例子， 该隔片 20 在两侧具 有带通口的支承元件 2、 3。为此， 扁平材料 1， 例如由金属材料或聚合物材料、 优选热塑性塑 料制成的膜， 穿过两个辊对 51、 61 和 62、 52 之间。每个辊对的一个辊 61 或 62 的周面设有 由弹性材料 63、 例如肖式硬度 D 的橡胶制成的衬面并且用作压花辊 51 或 52 的配合辊。压 花辊 51、 52 在其周面上具有由金属材料如钢制成的压花元件 51A、 52A 突起、 优选刺状突起。 压花元件 51A、 52A 具有带有弧形刀刃的截球形形状并且以上述按本发明的图案设置。在穿 过辊对 51、 61 和 62、 52 之一的间隙期间， 压花元件 51A、 52A 压入扁平材料 1 中。所述辊对 的各辊彼此这样预紧， 使得扁平材料 1 通过压花元件 51A 或 52A 的刀刃被开口并且成型为 具有通口的支承元件 2 和 3。
借助图 7 所说明的方法可以多种方式变化。根据具有设置在一侧或两侧的支承元 件 2 和 / 或 3 的隔片的实施方式可使用一个或两个辊对。没有通口的轮廓闭合的截球形支 承元件 2、 3 可通过压花元件 51A、 52A 的相应造型获得。在使用由热塑性聚合物制成的扁平 材料 1 时， 则压花适宜在升高的温度、 尤其是在热塑性聚合物的软化温度 （TG） 之上的温度 中进行。
除压花外， 也可使用其它现有技术中常用的方法、 例如深冲、 注塑或挤出。按本发 明， 注塑和挤出是指这样的方法， 在其中， 支承元件通过局部材料沉积产生。此外考虑使用 例如用于有机发光二极管的印刷方法以及丝网印刷或光刻构图。
如开头所述此外规定， 按本发明的隔片构成滤膜的一体的组成部分。 为此， 根据具 体用作进料隔片和 / 或渗透物隔片， 对滤膜的正面 （即借助相转变而沉积出的聚合物膜层 或拉神的聚合物膜） 和 / 或背面 （即支承无纺布或支承织物） 构造图案。为了构图于滤膜、 即拉伸的聚合物膜或支承无纺布或支承织物， 根据过程适用性和过程经济性使用已知的方 法， 例如机械压花和 / 或热压花、 深冲或印刷。例如借助深冲来构图于支承无纺布或支承织 物并且接着借助相转变在已被构图的支承无纺布 / 支承织物上沉积出聚合物膜层。类似 地， 通过机械压花来构图于拉伸的聚合物膜并且接着将其层合到支承无纺布上。为了借助 相转变在支承无纺布上沉积出由聚合物材料制成的具有按本发明的支承元件的聚合物膜 层， 优选使用印刷方法。 在该印刷方法中使用一种适用于工业的喷墨打印机， 其以低粘度的 聚合物材料弥散体工作。作为替换方案， 也可使用高粘度聚合物材料弥散体在具有转印辊 或凹印胶辊的印刷机上印刷膜层。另外规定， 借助丝网印刷施加支承元件。