МЕМБРАНА ДЛЯ ОБРАТНОГО ОСМОСА Российский патент 2015 года по МПК B01D61/08 B01D63/10 

Для снабжения приборов для гемодиализа требуются разные количества сверхчистой воды. В зависимости от оснащения диализных центров или медицинских пунктов может быть установлено от одного до пятидесяти и более приборов для гемодиализа. В настоящее время снабжение сверхчистой водой реализуется посредством установок обратного осмоса с разными как по диаметру, так и с градациями по длине мембранами и способами подключения труб модулей.

Целью изобретения является разработка экономичного модуля обратного осмоса, в трубе которого сведены к минимуму мертвые пространства, наличие которых способствует бактериальному загрязнению и образованию биологических отложений, что препятствовало бы применению такого модуля для получения сверхчистой воды, прежде всего для снабжения сверхчистой водой учреждений для лечения гемодиализом.

Соответственно, для предотвращения бактериального загрязнения, а также других биологических отложений и для улучшения промывки или дезинфекции необходимо обеспечить отсутствие мертвого пространства как в первичной, так и во вторичной области мембраны.

С помощью изобретения должен быть также создан модульный блок, состоящий из мембраны, встроенной в трубу модуля, и способный гидравлически подключаться с помощью простых средств без больших затрат на монтаж или соединяться с другими блоками с образованием модульных станций большей мощности.

Кроме того, стоимость изготовления мембраны даже при производстве небольших количеств не должна быть выше стоимости выпускаемых в большом количестве стандартных мембран.

Эта задача решена посредством признаков п. 1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемый модуль обратного осмоса содержит трубу модуля с дном модуля и крышкой модуля и расположенную в трубе модуля мембрану обратного осмоса с собирающей пермеат трубой. При этом мембрана обратного осмоса конечным участком вставлена в мембранный фланец и уплотнена относительно него кольцевым уплотнением, причем мембранный фланец закреплен на дне модуля и имеет предотвращающую телескопирование звездочку, являющуюся составной частью мембранного фланца. Дно модуля имеет входное отверстие для питательной воды, которое заканчивается в кольцевой щели под мембранным фланцем, выходное отверстие для концентрата, которое заканчивается радиально внутри мембранного фланца под мембраной обратного осмоса, и отверстие, соединенное с концом собирающей пермеат трубы.

Изобретение в частном случае своего осуществления предусматривает возможность использования мембран обратного осмоса одного диаметра по меньшей мере с тремя разными длинами, которые вставляются в свободную от мертвого пространства проточную трубу модуля одинакового диаметра, но с разной длиной, и таким образом становятся модулем обратного осмоса, который используется в установках обратного осмоса разной производительности и питает сверхчистой водой отдельные, а также многие приборы для гемодиализа.

Предпочтительно, изобретение предусматривает выбор размеров мембран с диаметром от 4,7 дюйма (~120 мм) до 5 дюймов (~127 мм), предпочтительно 4,9 дюйма (~125 мм), и возможной градацией длины в 40 дюймов (~1020 мм), 23 дюйма (~585 мм) и 12 дюймов (~305 мм) с часовой производительностью примерно 500 л, 250 л и 100 л.

При этом площади мембраны должны быть подобраны так, что поток через мембрану составляет между 30 л/м² и 40 л/м², предпочтительно примерно 33 л/м², чтобы достичь наибольшего срока службы или низкого износа поверхности мембраны также и в случае загрязненной сырой воды.

Степень удерживания натриевых солей при этом должна составлять более 99%. Материал имеет такие свойства, что возможна температура горячей дезинфекции примерно 85°C.

Отклоняющийся от разработки мембраны и соответствующего требуемого качества сверхчистой воды выбор параметров как в отношении производительности в литрах, так и в диаметре находится в рамках настоящего изобретения, насколько при этом речь идет о мембранах одинакового размера и длина которых соответственно не превышает 43 дюймов (~1090 мм) или наименьшая длина является ее частью.

Во всяком случае, благодаря единому диаметру и, предпочтительно, трем разным длинам мембран со значительным преимуществом должны производиться установки обратного осмоса с одинаковыми гидравлическими подключениями мембран, которые, прежде всего, перекрывают все встречающиеся при диализе объемы медицинского обслуживания, начиная с отдельного места для пациента на дому и до больших диализных станций с более чем 50 местами.

При этом для повышения производительности мембраны могут быть объединены путем последовательного или параллельного подключения в мембранные станции.

Другие важные для спецификации мембран и их монтажа данные описаны в приведенных ниже фигурах.

Фиг. 1 - схема стандартной мембраны в трубе модуля,

Фиг. 2 - схема новой мембраны в трубе модуля,

Фиг. 3 - размеры новой мембраны,

Фиг. 4 - модульный блок,

Фиг. 4.1 - модульный блок в разрезе,

Фиг. 4.2 - уплотнение мембраны в модульном блоке.

При этом на фиг. 1 показан модуль (1) обратного осмоса, состоящий из мембраны (3) обратного осмоса, которая встроена в трубу (2) модуля с геометрическим замыканием посредством манжетного уплотнения (5).

Питательная вода через соединительный патрубок (12) направляется в трубу (2) модуля так, что манжетное уплотнение (5) закрывает мертвое пространство (16), то есть промежуточное пространство между внутренней стороной трубы модуля и покровным слоем (6) мембраны, чтобы подводимая жидкость по энергетическим причинам направлялась исключительно через каналы (8) питательной воды. Для опоры каналов (8) питательной воды между собирающими пермеат карманами (7) расположено пластмассовое полотно с благоприятными гидравлическими характеристиками.

Питательная вода покидает трубу (2) модуля через соединительный патрубок (13) как концентрат. Благодаря не показанному здесь гидравлическому сопротивлению в отводящем трубопроводе (13) концентрата, подведенная питательная вода под давлением направляется через активную мембрану (36) в собирающий пермеат карман (7).

Несколько собирающих пермеат карманов (7) намотаны в форме спирали вокруг собирающей пермеат трубы (9). Предпочтительно, в предусмотренном решении имеются 9 карманов. Собирающие пермеат карманы (7) имеют открытый конец на собирающей пермеат трубе (9), а на остальных трех сторонах заклеены (11), так что профильтрованный пермеат из собирающих пермеат карманов (7) может втекать через отверстия (10) для пермеата в собирающую пермеат трубу (9). В собирающие пермеат карманы помещено пластмассовое полотно с благоприятными гидравлическими характеристиками, которое служит для поддержки, а также для дальнейшего направления профильтрованного пермеата к собирающей трубе (9). Для описанной в изобретении мембраны (3) собирающие пермеат карманы (7) закреплены с перекрыванием на сборной трубе (9) под углом примерно 60°. Наружное покрытие мембраны (3), покровный слой (6) мембраны, является водонепроницаемым.

Пермеат покидает трубу (2) модуля через соединительный патрубок (14). Другой конец собирающей пермеат трубы (9) уплотнен с помощью заглушки (15). Для предотвращения телескопирования намотанной в форме спирали мембраны на обоих концах мембраны (3) обратного осмоса закреплены предотвращающие телескопирование звездочки (4), которые содержат также воспринимающий элемент для манжетного уплотнения (5).

Недостатком уровня техники являются мертвые пространства (17) внутри манжетного уплотнения (5), (16) между внутренней стороной трубы модуля и верхней стороной мембраны на всей длине мембраны и (37) в собирающей пермеат трубе между заглушкой (15) и первым отверстием (10) для пермеата.

На фиг. 2 показаны две возможности предотвращения показанных на фиг. 1 мертвых пространств внутри собирающей пермеат трубы (9). Заглушка (15) продлена до первого отверстия (10) для пермеата, кроме того, труба (2) модуля или ее соединительный узел имеет еще один соединительный патрубок (14), так что при удалении заглушки (15) пермеат может протекать по собирающей пермеат трубе (9) в обоих направлениях.

Предпочтительно, на этом же конце трубы (2) модуля или ее соединительном узле закреплен также соединительный патрубок (13) концентрата, так что все соединительные патрубки находятся на одной стороне трубы (2) модуля.

Для предотвращения мертвого пространства (16) мембрана (3) обратного осмоса вставлена в мембранный фланец (18), который является неотъемлемой составной частью соединительного блока трубы модуля. Мембрана уплотняется в мембранном фланце (18) посредством имеющего большую поверхность уплотнительного кольца (19). При этом подводимая питательная вода протекает без дополнительных энергетических затрат через всю кольцевую щель (32) модуля и затем втекает в каналы (8) питательной воды.

Для предотвращения телескопирования мембраны в направлении течения мембранный фланец (18) имеет звездочку (4) или другую гидравлически и конструктивно равнозначную деталь. Предотвращающий телескопирование элемент имеет наружное кольцо и внутреннее кольцо, через которое проходит собирающая пермеат труба. Оба кольца соединены посредством расположенных на определенном расстоянии друг от друга перемычек, которые, предпочтительно, расположены звездообразно. Благодаря предотвращающему телескопирование элементу изготовление мембраны существенно упрощается, так как она должна быть только намотана.

За счет представленных на фиг. 2 мер устраняются показанные на фиг. 1 мертвые пространства, и мембрана (3) обратного осмоса может изготавливаться очень просто, без отдельных предотвращающих телескопирование звездочек (4). Гидравлические соединительные патрубки могут иметь простую конфигурацию, так как соединительные патрубки блока обратного осмоса находятся на одной стороне.

На фиг. 3 показаны габариты предусмотренных мембран в трех типоразмерах и связанные с ними три рабочих потока, причем цель изобретения независимо от технологических усовершенствований предусматривает единый диаметр для всех трех типоразмеров мембран.

Показано также, что отверстия (10) для пермеата начинаются непосредственно после боковых мест (11) склеивания пермеатных карманов. Для максимизации имеющейся в распоряжении для фильтрования площади мембраны расположенное по окружности место (11) склеивания пермеатных карманов по ширине не должно превышать примерно 30 мм. Отверстия (10) для пермеата могут быть размещены как равномерно, так и несимметрично по длине собирающей пермеат трубы (9), чтобы в последнем случае достичь еще лучшего протекания по собирающей пермеат трубе (9).

Кроме того, на фиг. 3 показан уплотнительный элемент (19), который не является неотъемлемой составной частью мембраны. Предпочтительно уплотнительный элемент состоит из мягкой пластмассы с шириной, которая примерно соответствует ширине lk склеивания пермеатного кармана. Предпочтительно, уплотнение имеет лежащую на мембране гладкую сторону с предварительным напряжением и обусловленным материалом подавляющим скольжение действием и уплотняющую сторону во фланце (18) с тонкими легко деформируемыми кромками, которые создают уплотнение во фланце (18).

Мембранный элемент не имеет никакой предотвращающей телескопирование звездочки (4), так как она является составной частью мембранного фланца (18). Благодаря этому мембрана может изготавливаться очень просто и экономично.

На фиг. 4 показана конструкция модуля (1) обратного осмоса, состоящего из дна (20) модуля, трубы (2) модуля и крышки (22) модуля. Труба (2) модуля посредством фланцевого крепления (21) через отверстие (28) соединена с помощью не показанных здесь болтов. Дно модуля (20) является одновременно гидравлическим соединительным блоком, к которому могут подсоединяться все входные и выходные соединительные патрубки (12, 13, 14).

Фиг. 4.1

Крышка (22) модуля закреплена зажимным кольцом (24) крышки через выпуклость (23) трубы модуля. Для надежности зажимное кольцо (24) крышки может быть зафиксировано посредством кольцедержателя (25) как от образования зазора, так и от возможного выскакивания. Крышка модуля уплотняется посредством окружающего уплотнительного кольца (30).

На фиг. 4/4.1 показан двухсторонний выход (14) пермеата. Можно также на верхнем конце собирающей пермеат трубы (9) закрепить заглушку (15), чтобы пермеат отводился исключительно через соединительный патрубок (14).

На фиг. 4.1 показан разъемный соединительный блок, состоящий из дна (20) модуля и мембранного фланца (18). Мембрана вставляется как с собирающей пермеат трубой (9) и мембранным фланцем (18), так и по всему диаметру посредством уплотнения (19) мембраны. Питательная вода проходит, начиная от соединительного патрубка (12), сначала в кольцеобразное входное пространство (35) питательной воды дна (20) модуля, а оттуда через выходное отверстие (26) питательной воды в форме кольцевой щели и входное отверстие (39) в форме кольцевой щели с высокой скоростью и образованием завихрений в кольцевую щель (32), чтобы на верхнем конце мембраны (3) войти в каналы (8) питательной воды. На нижнем конце мембраны жидкость как концентрат покидает через кольцеобразное выходное пространство (34) концентрата мембрану и через соединительный патрубок (13) - модуль (1) обратного осмоса.

На фиг. 4.1 показана также встроенная в мембранный фланец звездочка (4), которая предотвращает телескопирование мембраны.

На фиг. 4.2 показано уплотнение (19) мембраны в смонтированном состоянии, труба (2) модуля уплотняется уплотнением (31) модуля на дне (20) модуля. Посредством Z-образной выпуклости на трубе (2) модуля она закрепляется с помощью пластины фланца (21).

Имеется также возможность изготавливать комплектный модуль (1) обратного осмоса в виде детали одноразового использования со встроенной мембраной.

Модуль обратного осмоса для получения сверхчистой воды содержит трубу с дном и крышкой и расположенную в трубе мембрану обратного осмоса с пермеатной собирающей трубой. Мембрана обратного осмоса конечным участком вставлена в мембранный фланец и уплотнена относительно него кольцевым уплотнением, а фланец закреплен на дне модуля и имеет предотвращающую телескопирование звездочку, которая является составной частью фланца. Дно модуля имеет входное отверстие для питательной воды, которое заканчивается в кольцевой щели под мембранным фланцем, выходное отверстие для концентрата, которое заканчивается радиально внутри мембранного фланца под мембраной, и отверстие, соединенное с концом собирающей пермеат трубы. Изобретение обеспечивает сведение к минимуму мертвых пространств в конструкции, наличие которых приводит к бактериальному загрязнению и образованию биологических отложений. Также изобретение предусматривает возможность использования в установках обратного осмоса разной производительности. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Модуль обратного осмоса, содержащий трубу (2) модуля с дном (20) модуля и крышкой (22) модуля и расположенную в трубе (2) модуля мембрану (3) обратного осмоса с собирающей пермеат трубой (9), отличающийся тем, что
- мембрана (3) обратного осмоса конечным участком вставлена в мембранный фланец (18) и уплотнена относительно него кольцевым уплотнением (19), причем мембранный фланец (18) закреплен на дне (20) модуля и имеет предотвращающую телескопирование звездочку (4), являющуюся составной частью мембранного фланца (18);
- дно (20) модуля имеет входное отверстие (12) для питательной воды, которое заканчивается в кольцевой щели (26) под мембранным фланцем (18), выходное отверстие (13) для концентрата, которое заканчивается радиально внутри мембранного фланца (18) под мембраной (3) обратного осмоса, и отверстие (14), соединенное с концом собирающей пермеат трубы (9).

2. Модуль обратного осмоса по п. 1, отличающийся тем, что крышка (22) модуля также имеет отверстие (14a), которое соединено с другим концом собирающей пермеат трубы (9).

3. Модуль обратного осмоса по п. 1 или 2, отличающийся тем, что конец собирающей пермеат трубы (9) закрыт посредством съемной заглушки (15).

4. Модуль обратного осмоса по п. 3, отличающийся тем, что собирающая пермеат труба (9) имеет отверстия (10) для пермеата, причем заглушка (15) доходит до первого отверстия (10) для пермеата.

5. Модуль обратного осмоса по одному из пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что мембрана (3) обратного осмоса имеет постоянный, заранее заданный диаметр и выбранную из заранее заданной градации длин длину.

6. Модуль обратного осмоса по п. 3, отличающийся тем, что мембрана (3) обратного осмоса имеет постоянный, заранее заданный диаметр и выбранную из заранее заданной градации длин длину.

7. Модуль обратного осмоса по п. 5, отличающийся тем, что заранее заданный диаметр составляет от 4,7 дюйма (~120 мм) до 5 дюймов (~127 мм), предпочтительно 4,9 дюйма (~125 мм), и возможные градации длин составляют примерно 40 дюймов (~1020 мм), 23 дюйма (~585 мм) и 12 дюймов (~305 мм).

8. Модуль обратного осмоса по п. 6, отличающийся тем, что заранее заданный диаметр составляет от 4,7 дюйма (~120 мм) до 5 дюймов (~127 мм), предпочтительно 4,9 дюйма (~125 мм), и возможные градации длин составляют примерно 40 дюймов (~1020 мм), 23 дюйма (~585 мм) и 12 дюймов (~305 мм).

9. Модуль обратного осмоса по п. 5, отличающийся тем, что производительность мембраны (3) обратного осмоса составляет 500 л/ч, 250 л/ч и 100 л/ч.

10. Модуль обратного осмоса по одному из пп. 6-8, отличающийся тем, что производительность мембраны (3) обратного осмоса составляет 500 л/ч, 250 л/ч или 100 л/ч.