用于分离流体介质的单件式柱结构的制作方法

本发明涉及将待处理流体介质分离成滤液和滞留物的切向流分离器元件的技术领域，该元件通常被称为过滤膜。

背景技术：

使用膜的分离方法被用于化学、石化、制药和农业食品工业以及生物技术领域中的许多领域，特别是在用于生产饮用水和处理工业废水的情况中。

膜构成选择性屏障，并且在传递力的作用下，使得待处理介质的某些组分能够通过或被阻止。组分的通过还是被阻止取决于其尺寸与膜中的孔的尺寸相比，膜则是作为过滤器。根据孔的大小，这些技术被称为微滤、超滤或纳滤。

存在各种性质、结构和质地(textures)的膜。例如陶瓷膜。通常，其由多孔基质构成，该多孔基质为膜提供机械强度并且赋予其形状，从而确定膜的过滤表面。在基质上沉积有用于执行分离的具有几微米厚度的一层或多层，该层可以被称为分离器层、过滤层、分离层或活性层。在分离过程中，过滤的流体被转移通过分离器层，然后流体在基质的多孔质地中扩散，以便移向多孔基质的外壁。已经通过分离器层和多孔基质的这部分待处理流体被称为渗透液或滤液，并由围绕该膜、且由支撑膜的壳体和板限定的收集室或外围空间回收。另一部分称为滞留物，其通常通过再循环回路被重新注入到膜上游的待处理流体中。

在常规方式中，首先通过挤出将基质制造成所需形状，然后在足以达到所需强度的温度和时间下进行烧结，然而在得到的陶瓷中保留所需的开口和互连质地的孔。该方法需要获得一个或多个直线通道，分离层随后在该通道中被沉积和烧结。基质通常呈管状，并具有与基质的中心轴线平行设置的一个或多个直线通道。

通常，例如在专利申请fr2786109中所描述的那样，这样的膜被用在壳体中以形成过滤模块，该过滤模块因此由大体呈柱形的金属壳构成，在其端部装配有支撑板，支撑板具有在此形成的孔以便容纳过滤元件的端部。因此，为了形成过滤模块，过滤元件被定位在壳体内部，彼此相互平行地延伸。过滤元件通过密封垫以密封的方式在其每一端处被安装到相应的支撑板。

术语“壳体”更精确地指由大体呈柱形金属壳的壳体形成的组件，其每一端处安装有板，更准确地称为“头”板，其中形成有孔以便在壳体内平行地容纳和定位过滤元件的端部。

通过单个衬垫或多个单独的衬垫来获得过滤元件与头板之间的密封。具体来说，现有技术的工业模块具有两种类型的垫片：即单衬垫或独立衬垫。

单衬垫包括使用单个部件来密封存在于壳体中的所有分离元件，该单个部件被穿透出与分离元件一样多的通道。分离元件平行设置在壳体内，并且由头板定位，头板具有与过滤元件的数量相同的通道数量。过滤元件从头板稍微突出一个与衬垫厚度相同数量级的距离。在衬垫的上面放置背板，以便通过夹紧螺母压紧衬垫。背板具有与头板的轴线重合的轴线通道。这些通道的直径略小于过滤元件的外径。有助于设计这种衬垫的主要参数是其厚度，该厚度由过滤元件的穿透衬垫内部的部分限定，并且其在肖氏硬度(shorehardness)标准上定义的硬度在背板被夹紧时也有助于整平(flattening)衬垫。硬度和厚度的组合用于定义密封所依赖的整平量。

独立衬垫设置在每个过滤元件的周围。独立衬垫包括围绕过滤元件的端部的裙部。裙部的端部可以呈柱形或锥形。裙部由覆盖过滤元件的端部的一部分的顶部延伸。该部分设置在过滤元件的端部的外围处，并且其内径被确定为避免阻塞流动通道。如上所述，壳体包括具有与过滤元件一样多的通道的头板。通道的形状和尺寸被确定为接纳衬垫的(柱形或锥形)裙部，从而避免过滤元件与头板的金属之间的任何接触。衬垫的顶部被接收在形成于背板中的点面(spotfacing)处，点面的深度小于衬垫的顶部。有助于制造这样的独立衬垫的三个主要参数是：裙部的形状、顶部的高度以及衬垫的肖氏硬度。这三个参数一起首先限定密封所依赖的整平量，其次限定对过滤元件的穿过头板的部分的保护。

无论衬垫的类型是单个衬垫还是独立衬垫，衬垫都是由塑料制造操作来制造的，这些操作需要制造昂贵的注塑模具，且其摊销对衬垫的成本价格有显著影响。

由于分离元件的内部容积由其外部尺寸限定和限制，并且由于过滤表面的面积与通道的数量成比例，因此已经发现过滤膜的过滤表面的面积触及了天花板，因此在流量方面表现出受限的性能。

历史上且按照时间顺序，市场上首先出现的是单通道柱形管状分离元件，然后是多通道管状分离元件。

除了增加过滤表面的总面积之外，多通道分离元件的优点之一在于获得小液力直径的通道而没有分离元件的任何破碎风险，然而，最初的多通道分离元件的通道只有圆形正截面(circularrightsection)。

下一代放弃了圆形通道，以便更完全地占据管的内部容积且增加其过滤表面积，从而具有在壳体内增加紧密度的结果(其中紧密度以平方米每立方米(m²/m³)表示)，也增加了湍流的可能性；其中这样的紧密度(以m²/m³表示)对应于过滤元件的过滤表面的总面积除以其被安装在其中的壳体的内部容积的比率。

对于具有给定内径的壳体和具有给定过滤表面积的分离元件，众所周知，其中安装有单通道和多通道分离元件的壳体的紧密度受到每个分离元件之间的距离d的限制，该距离取决于所使用的衬垫的厚度以及头板的机械强度要求。

此外，无论衬垫的类型(即单个衬垫或独立衬垫)，覆盖过滤元件的外侧部分且提供金属和过滤元件之间的密封的裙部通过单个衬垫的公共板延伸或通过独立衬垫的独立板延伸。该裙部的厚度和两个通道之间的网(web)的厚度限定了该距离d，套管内的过滤元件的数量直接取决于该距离d。该网被限定为壳体提供机械强度，例如承受10巴的内部压力的能力。

作为示例，下表给出了三个工业壳体的分离元件的数量和独立衬垫的数量。

由专利申请us2004/0076874也已知一种具有一系列多孔柱的分离模块，多孔柱的一端由入口板支撑，另一端由出口板支撑。多孔柱被紧固在入口板和出口板上，例如，通过烧结来紧固。这种模块的缺点之一在于当多孔柱的外径和厚度值非常小时难以进行这种组装。具体来说，陶瓷的脆性和柱的小尺寸意味着其非常脆弱，在工业上，制造具有大量这种柱的分离模块具有相当大的限制。在外径小、厚度小的条件下，当距离的值非常小时，难以控制柱间距离。举例来说，不可能设想制造具有数百个液力直径dh＝1.6毫米(mm)、厚度＝0.9mm且柱间距离为0.5mm的多孔柱的分离模块，而没有一个柱被破坏，这会使分离模块无法使用。

一个解决方案在于制造数目被限制到几十个的组件，但是然后有必要将所得到的微型模块组装在一起，以便获得具有等同过滤表面积的分离模块。不幸的是，由于微型模块之间的间隔，将这种微型模块组装在一起会导致容积的大量损失，因而减小了组件的紧密度。

技术实现要素：

本发明寻求通过提出一种新型单件式分离元件来弥补现有技术的缺陷，该分离元件通过切向过滤流体介质来获得分子和/或颗粒的分离，且被设计为改进紧密度，即，过滤器表面面积除以套管的总内部容积的比率(该比率以m²/m³表示)，该新型元件还通过减少所需的衬垫的数量和通过不再需要头板来简化模块。

对于根据本发明的这种单件式元件，壳体内的紧密度以m²/m³表示，与现有技术和采用传统的单通道和多通道分离元件相比，对于给定的液力直径，紧密度增加的因数至少为1.2、优选大于1.5。

为了实现这样的紧密度，本发明提供了一种分离元件，其用于使待处理流体介质的分子和/或颗粒分离成滤液和滞留物，该元件包括至少两个多孔刚性柱的结构，多孔刚性柱由相同的材料制成，并列定位以在其外壁外侧限定用于回收滤液的容积，每个柱在内部具有用于使流体介质流动通过的至少一个敞开结构，在多孔柱的用于待处理流体介质的入口的一个端部中打开，且在用于滞流物的出口的另一个端部中打开，该元件的特征在于，所述多孔柱的端部通过入口板和出口板彼此固定，所述板不是配合在多孔柱上从而一同形成所述单件结构的单独部件。

因此，由于本发明的主题是通过优化多孔柱之间的距离和多孔柱的材料厚度来提出使用根据本发明的单件式分离元件的分离模块，与现有技术的单通道和多通道分离元件相比，对于给定的液力直径，可以获得以m²/m³表示的增加的紧密度。

本发明的单件式分离元件还包括以下附加特征中的一个和/或多个：

-多孔刚性柱具有恒定的或沿其长度变化的外部形状；

-多孔刚性柱具有恒定的或沿其长度变化的横向尺寸；

-板由与多孔柱相同的材料制成，以便在板与柱之间具有材料和多孔质地的一致性和连续性；

-每个板具有密封的并与待处理的流体介质或滞留物接触的外表面；

-板具有圆形的正截面；

-板具有非圆形的正截面；

-多孔柱经由至少一个连接桥固定到彼此，至少一个连接桥由与板和柱相同的材料制成；

-多孔柱的形状不同或相同；

-多孔柱的横向尺寸相同或不同；

-多孔柱呈柱形；

-多孔柱呈螺旋形；

-多孔柱相互缠绕；

-多孔柱具有供流体介质流过的内部敞开结构，该结构对于所有多孔柱相同，或者对于至少一个多孔柱不同；

-每个多孔柱包括作为其敞开结构的单个通道；

-用于每个多孔柱的多孔柱的通道将多孔材料的恒定厚度限定在0.25mm至5mm的范围内，同时将多孔柱之间的距离限定在0.125mm至10mm的范围内；

-每个多孔柱包括作为其敞开结构的多个通道，所有通道都具有面向多孔柱的外壁的外围壁；

-用于流体介质的至少一个分离被连续沉积在敞开结构的与流体介质接触的表面上；

-多孔柱和板由有机材料制成；

-多孔柱和板由选自氧化物、氮化物、碳化物或其它陶瓷材料的及其混合物的陶瓷制成，特别是选自氧化钛、氧化铝、氧化锆及其混合物、氮化钛、氮化铝、氮化硼以及碳化硅的陶瓷制成，还可以与其它一些陶瓷材料混合；

-多孔柱和板由非金属无机材料制成；

-多孔柱和板由纯金属制成，例如由铝、锌、铜或钛制成，或者为多种金属的合金的形式制成，或者由不锈钢制成。

本发明还提出一种分离模块，其用于使待处理流体介质的分子和/或颗粒分离成为滤液和滞流物，该装置包括壳体，壳体包含至少一个根据本发明的单件式元件，其中每个板被安装在密封垫中。

附图说明

由以下参考附图的描述可以看出各种其它特征，附图作为非限制性示例示出本发明的主题的实施例。

图1是根据本发明的分离元件的第一实施例的立体图。

图1a和图1b分别是沿图1中所示的分离元件的a-a线和b-b线截取的横截面图。

图2是根据本发明的分离元件的另一个实施例的立体图，其中多孔柱缠绕在一起。

图3是示出将根据图1中示出的类型的本发明的分离元件安装在壳体内的原理的正视截面图。

图3a是图3的a-a线上的横截面图。

图4是根据本发明的分离元件的另一个实施例的立体图，其中每个多孔柱具有7个通道。

图4a和图4b分别是沿着图4中所示的分离元件的a-a线和b-b线截取的横截面图。

图5a至图5f的多个图表，其示出当安装在dn200壳体中时，借助根据本发明的分离元件所获得的紧密度(以m²/m³绘制纵坐标轴)作为多孔柱之间的距离d(沿着横坐标绘制，以mm表示)的函数，其中每个均具有液力直径dh的单通道，对于两个厚度值e(e＝0.8mm和e＝1mm)，液力直径分别等于6mm、6mm、4.6mm、3.5mm、2.3mm和1.6mm。

图6a至图6c示出借助安装在dn200壳体中的本发明的分离元件所获得的紧密度(以m²/m³绘制纵坐标轴)作为设有单个通道或设有多个通道的多孔柱之间的距离d(沿着横坐标绘制，以mm表示)的函数(相比于等效液力直径的现有技术工业结构作为参考(水平线))，液力直径分别等于3.47mm、2.3mm和1.6mm。

图7a至图7e示出根据安装在dn100和dn350壳体中的本发明的分离元件所获得的紧密度(以m²/m³绘制纵坐标轴)作为分别设有一个、7个、23个、29个、和93个通道、且液力直径分别等于6mm、6mm、3.5mm、2.5mm和1.6mm的多孔柱之间的距离d(沿着横坐标绘制，以mm表示)的函数。

具体实施方式

首先，给出在本发明的文中使用的一些术语的定义。

术语“平均孔径”表示容积分布的d50值，在该值处孔的总容积的50％对应于直径小于该d50的孔的容积。容积分布是表示孔的容积的频率作为其直径的函数的曲线(分析函数)。当平均孔径小于4纳米(nm)时，d50对应于通过平均孔径大于或等于4nm的压汞获得的、或者通过气体(特别是n2)吸收获得的频率曲线的下方的区域分成两个相等部分的中值，这两种技术在本发明的上下文中保留作为测量平均孔径的参考。

特别地，可以使用以下文献中所描述的技术：

-使用压汞的测量技术的iso标准15901-1：2005；以及

-使用气体吸收的测量技术的iso标准15901-2：2006和iso15901-3：2007。

本发明提供通过切向过滤来获得流体介质的分子和/或微粒分离的分离元件，所述元件通常被称为过滤膜。通常，如图所示，这种分离元件1包括单体或单件式刚性结构2。

在本发明的上下文中，单件结构被定义为由整体均匀且连续的单件制成，不具有结合或任何外源性附加物。换句话说，单件结构的部件部分不是单独的适配件，即，单件结构在单个操作中被制造，使得单件结构可以直接用于沉积分离层或者不再需要单独热处理。

根据本发明，单件结构2包括由相同的多孔材料制成的至少两个多孔刚性柱3(在图1中示出的示例中具有三个柱)，这些柱彼此并排放置从而限定外围空间4，以便提取(recover)位于其外壁之外的滤液。每个多孔柱3形成刚性多孔基质，该刚性多孔基质呈从第一端31延伸到与第一端相对的第二端32的大体长形。

每个多孔柱3在内部包括至少一个供待处理流体介质经过的敞开结构5，其在作为待处理流体介质入口的多孔柱的第一端31处、以及作为滞留物出口的多孔柱的第二端32处敞开。在所示的示例中为通道形式的敞开结构5对应于用于使流体介质的流动经过的空的空间，即多孔柱3的不包含多孔材料的区域。

每个多孔柱3的限定敞开结构或通道5的部分具有被至少一个分离层c覆盖的表面，分离器层c与在敞开结构5内流动的待处理流体介质接触。一部分流体介质穿过分离器层c和多孔柱3的多孔材料，使得被称为滤出液或渗透液的该被处理部分的流体通过每个多孔柱的外壁3a流出。通过任何适当方法将滤液回收在多孔结构的外围空间4中。因此每个多孔柱3在敞开结构5与其外壁3a之间具有厚度为e的外围壁。

根据本发明，多孔柱3至少在其相邻的第一端处通过入口板7彼此固定，且在其相邻的第二端处通过出口板8彼此固定。每个板7、8在多孔柱3之间提供机械组装连接，其中入口板7在多孔刚性柱3的第一端31之间提供连接，出口板8在多孔刚性柱的第二端32之间提供连接。根据本发明，板7、8不是装配到多孔柱上的单独部件，即，它们不是一起形成所述单件结构。具体而言，多孔柱3和板7、8以单个操作制造，使得单件结构2可直接用于沉积用于待处理的流体介质的分离层c或者不再需要单独热处理。

每个板7、8具有面向且接触多孔结构的外围空间4的相应的内侧面71、81以及面向且接触待处理的流体介质的相应的外侧面72，或者面向且接触滞留物的外侧面82。具有根据所需机械强度改变厚度的相应周长73、83的入口板7和出口板8具有适于使其能够被安装在壳体中的正截面，从下文描述中可以更好地理解。在附图所示的例子中，板7、8具有圆形的正截面，然而很显然，这些板的正截面可以不同，即不是圆形。

根据本发明的特征，多孔柱3也通过至少一个用于将多孔柱3加固在一起的连接桥9彼此固定，同时确保在多孔柱3之间保持恒定的间隔。因此，多孔柱3彼此间隔开距离d。这些连接桥9被局部制成为任何适当形状，优选在板之间均匀地分布。这些连接桥9由与多孔柱相同的材料制成。

多孔柱3、入口板7和出口板8以及连接桥9一起形成单件结构。这种不能用传统挤出技术制造的单件结构2可以优选地通过例如在专利申请fr3006606中作为示例描述的附加技术来制造。在附加的制造方法中，考虑到如果制造使得板7、8和多孔柱3被成形为使得得到的单件结构2可以直接用于沉积层或不再需要单独热处理，板和柱被描述为不是装配到彼此的单独部件。在附加的制造方法中，整个单件结构是通过投射细小液滴或供应能量、通过叠加相互连接的基本层而构成的，当使用第一种方法时第一固结热处理是必不可少的；而对于第二种方法，能量和材料之间的相互作用通常足以导致材料的烧结或熔化和/或凝固。

特别是当使用由压电元件产生的微液滴进行液体的局部递送时，热处理是必不可少的，该液滴可以被充电且在静电场中被引导；该液体是已经被预先加入到陶瓷粉末的粘合剂或用于活化粘合剂的试剂。

也可以例如通过铸造技术来制造这种单件结构2，该铸造技术需要制造模具的操作、制备用于铸造的悬浮液的操作、适当铸造的操作、干燥的操作、脱模操作、以及热处理的操作，以便获得单件结构的孔隙率和强度。

对于这种单件结构2，多孔柱3呈现出在多孔柱的整个体积中连续的多孔质地。这种多孔质地的特征在于孔隙的平均直径，例如通过压汞孔隙度法测量的从其分布中推导出来的平均直径。

多孔柱3的多孔质地是开放的并形成互连孔的网络，从而使已经通过过滤分离层过滤的流体通过多孔结构并被多孔结构的外围空间4回收。常用实践是测量多孔结构对水的渗透性来描述多孔结构的耐水性，同时能够确认多孔结构是相互连接的。具体而言，在多孔介质中，不可压缩的粘性流体的稳定流动受达西定律(darcy’slaw)约束。流体的速度通过被称为“渗透性”的特性参数与压力梯度成正比，且与流体的动态粘度成反比，渗透性例如可以按照1996年12月的法国标准nfx45-101来测量。

通常，多孔柱3由非金属无机材料制成。优选地，多孔柱3由陶瓷制成，所述陶瓷选自氧化物、氮化物、碳化物和其它陶瓷材料及其混合物，特别是氧化钛、氧化铝、氧化锆及其混合物，氮化钛、氮化铝、氮化硼和碳化硅，还可能与一些其它陶瓷材料混合。

应该观察到，多孔结构也可以由有机材料制成或者由纯金属的无机材料制成。例如，多孔柱3可以由诸如铝、锌、铜或钛的纯金属制成，或者由多种这些金属的合金形式制成，或由不锈钢制成。

例如，构成多孔柱3的材料的平均孔径可以具有在1微米(μm)至100μm范围内。

多孔柱3和板7、8由在板和多孔柱3之间具有材料和多孔质地的一致性和连续性的相同材料制成。构成多孔柱3的材料的孔隙率和板7、8是相同的。

根据本发明的有利实施例特征，每个板7、8以实心元件的形式制成，以形成覆盖多孔柱3的所有部分的实心板部分。板7因此封闭了多孔结构的外围空间4，从而限制了滤液。每个板7、8具有分别与待处理流体介质和滞留物接触的外侧面72、82，这些外侧面72、82被密封以避免待处理流体介质和滞留物渗透到板中。板7、8的外表面72、82可以以任何适当方式密封。例如，板7、8的外表面72、82可以通过致密化直至等于或者非常接近材料的固有密度值，或者通过浸渍或者通过沉积不同于板材料的其它附加材料。

因此，如在图3和图3a中更精确地看到的，根据本发明的分离元件1用于任何已知类型的分离模块11。以传统方式，分离模块11包括其中安装有一个或多个分离元件1的管状的壳体12。

为此目的，分离模块11被安装成使得入口板7和出口板8位于壳体12的端部。这些入口板7和出口板8经由密封衬垫14以密封方式安装到壳体12。这些密封衬垫14以任何适当方式安装在壳体上，或者直接安装到壳体的端部，或者安装在紧固到壳体端部的单独支撑板中形成的孔中。多孔柱3因此定位在壳体12内部，壳体12由板7、8和与支撑板选择性关联的密封衬垫14封闭。因此，壳体12与多孔柱3的外侧壁3a和板的内侧面71、81配合以限定用于回收滤液的外围空间4。以这种方式限制在壳体12中的滤液经由设置在壳体12中的出口15通过任何适当的方式被移除。

在图3和图3a所示的示例中，分离装置11包括具有多个多孔柱3的单个分离元件1，所述多个多孔柱3被选择以获得期望的过滤表面积。当然，分离装置11可以具有多个根据本发明的分离元件1。在这种情况下，每个分离元件1通过设有密封衬垫14的板7、8以密封的方式安装在壳体12中。

从以上描述中可以看出，如图1中的示例所示，流体介质通过形成具有三个通道的敞开结构5的单独开口分别经由单件结构2的入口板7和出口板8进入和离开。

覆盖每个通道5的壁的分离过滤层c用于过滤待处理流体介质。通过限定，分离过滤层c的平均孔径需要小于多孔柱2的平均孔径。分离层限定与待处理流体接触、且供待处理流体在其上流动的切向流动分离元件的表面。

现有技术的切向流动分离元件的长度通常在1米(m)至1.5m的范围内。切向流动分离元件的截面通常在0.8平方厘米(cm²)至14cm²的范围内。

在本发明的环境中，单件柱结构分离元件的长度为几厘米至几米，优选地在5厘米至5米的范围内。

单件式柱结构分离元件的截面取决于柱的数量和柱之间的距离，可能在几厘米至几米之间。

分离过滤层的厚度通常在1μm至100μm的范围内。

自然地，在本发明的上下文中，为了执行其分离功能且作为活性层，分离层的平均孔径小于多孔柱的孔的平均直径。通常，分离过滤层的平均孔径小于多孔柱的平均孔径的因数至少为3，优选为5。

应该观察到，微滤、超滤和纳滤分离层是本领域技术人员所熟知的。通常认为：

-微滤分离层的平均孔径在0.1μm至2μm范围内；

-超滤分离层的平均孔径在0.01μm至0.1μm范围内；以及

-纳滤分离层的平均孔径在0.5nm至10nm范围内。

微滤或超滤层可能直接沉积在多孔柱(单层式分离层)上，或者实际上沉积在具有较小平均孔径的中间层上，其本身直接沉积在多孔柱上。举例来说，分离层可以基于一种或多种金属氧化物，碳化物或氮化物或其它陶瓷，或者仅由一种或多种金属氧化物、碳化物或氮化物或其它陶瓷构成。特别地，分离层可以基于或仅由tio2、al2o3和zro2单独或以混合物构成。

在图1所示的示例中，每个多孔柱3有利地具有单个通道。自然地，可以设想在每个多孔柱中制造多个通道。当多孔支撑件具有多个通道时，可以考虑设置通道5，以便在每个多孔柱内形成至少两个流体介质的流动回路，这些流动回路在多孔柱的入口端与出口端之间不相互连接。在该实施例中，每个通道3从多孔柱的入口延伸到出口，而不连接到另一个通道。图4、图4a和图4b示出了这样一种实施方式，其中每个多孔柱3具有7个通道5，该7个通道5彼此独立设置在入口板7中且延伸到出口板8。自然地，每个多孔柱的通道的数量可以与所示示例不同。

本发明的主题的一个优点是当分离元件被安装在壳体中时，能够改进分离元件的紧密度。

下面的表1给出了安装在内径为213mm的dn200柱形壳体中的各种分离膜的以m²/m³为单位的紧密度。如表中所示，分离膜的截面呈圆形或六边形，具有确定数量的圆形截面或非圆形截面的通道5，并具有液力直径dh。表1

图7a示出了根据本发明的分离元件1获得的以m²/m³为单位的紧密度，其具有圆形截面的多孔柱和单个中心通道，所有这些都相同地具有10mm的外径和2mm的厚度e，圆形内通道的液力直径dh＝6mm，并且这些柱安装在dn100和dn200壳体(由其内径限定)中，每个刚性结构2根据本发明的描述设置为经由相应的单个密封衬垫连接到壳体的端板7和8来终止。这些紧密值作为距离d(以毫米为单位，沿着横坐标轴绘制，具有递减的值)的函数给出。

柱之间的2mm的最大距离d对应于这样的距离：在现有技术中，当其被安装在这样的工业壳体中时，在外径为10mm的过滤元件之间的距离。

随着该值降低(由于本发明的分离元件而成为可能)，壳体的紧密度增加。

表2

该示例应用于圆形截面的多孔柱和通道，但是本发明可以应用于非圆形截面的柱和非圆形截面的通道。

图5a至图5f是对于各个不同的液力直径dh、且各自对于两个厚度值e(e＝0.8mm和e＝1mm)的曲线图，给出根据本发明的安装在dn200壳体中的分离元件1得到的紧密度(以m²/m³绘制纵坐标轴)，其作为多孔柱3之间的距离d(沿横坐标以mm为单位绘制)的函数，多孔柱3均具有液力直径为dh的单个通道。该紧密度与参考紧密度(水平线)进行比较，参考紧密度是由外径为25mm且具有相等的液力直径的多通道膜形成的现有技术工业结构。

当多孔柱仅具有一个通道时，与现有技术中使用的具有25mm的外径和相等的液力直径的多通道圆形膜的工业结构相比，本发明的分离元件能够根据多孔柱3之间的距离d的值得到更大的紧密度，借此施加了高达一定极限值的液力直径dh，该液力直径dh接近2.3mm。

下表3给出了对于五个不同的液力直径，根据本发明的安装在内径为213mm、e＝0.9mm且d＝0.5mm的dn200壳体中的分离元件1的以m²/m³为单位的紧密度。该紧密度与现有技术工业结构中获得的紧密度进行比较。

表3

对于dh＝2.3mm或更小的液力直径，现有技术的工业结构给出的紧密度仍然大于本发明的分离元件。

这种情况可以通过以下事实来解释：不能过度减少柱的厚度(本文假设最小厚度必须合理地在0.8mm至1mm的范围内)。

图6a至图6c示出根据本发明的安装在dn200壳体中的分离元件1获得的紧密度(以m²/m³绘制纵坐标)，其作为距离d的函数(沿横坐标以mm为单位绘制，数值增加)，多孔柱3之间只有一个通道或有多个通道，且与具有相等液力直径的现有技术的工业结构(水平线)相比较。

图6a用于将根据本发明这样的分离元件(其中多孔柱3具有液力直径为3.47mm(e＝0.9mm)的单个圆形通道)首先与这样的根据本发明的分离元件(其中每个多孔柱3具有液力直径dh＝3.47mm的7个圆形通道)进行比较，其次与这样的根据本发明的分离元件(其中每个多孔柱具有液力直径dh＝3.47mm的23个非圆形通道)进行比较。

从图6a的曲线图可以看出，对于多孔柱3之间的间距d为约8.1毫米的情况，本发明的分离元件1获得的紧密度符合现有技术的工业结构的紧密度。因此，对于其中多孔柱间隔距离d等于0.5mm的分离元件，得到的紧密度增加67％。

图6b用于将根据本发明的分离元件(其中多孔柱3设有液力直径为2.3mm(e＝0.9mm)的单个圆形通道)首先与这样的根据本发明的分离元件(其中每个多孔柱3设有液力直径dh＝2.3mm的7个圆形通道)进行比较，其次与这样的根据本发明的分离元件(其中每个多孔柱设有液力直径dh＝2.3mm的39个非圆形通道)进行比较。

从图6b的曲线图可以看出，对于多孔柱3之间的间距为约8.1毫米的情况，本发明的分离元件1获得的紧密度符合现有技术的工业结构的紧密度。因此，对于多孔柱间隔距离d＝0.5mm的分离元件，得到的紧密度增加67％。

图6c用于将根据本发明的分离元件(其中多孔柱3具有液力直径为1.6mm(e＝0.9mm)的单个圆形通道)首先与这样的根据本发明的分离元件(其中每个柱设有液力直径dh＝1.6mm的7个圆形通道)进行比较，其次与这样的根据本发明的分离元件(其中每个柱设有液力直径dh＝1.6mm的93个非圆形通道)进行比较。

从图6c的曲线图可以看出，对于多孔柱3之间的间距为约8.1毫米的情况，本发明的分离元件1获得的紧密度符合现有技术的工业结构的紧密度。因此，对于多孔柱间隔距离d等于0.5mm的分离元件，得到的紧密度增加67％。

通常，当多孔柱具有更多的通道时，与使用具有相等液力直径的多通道圆形膜的现有技术工业结构相比，只要距离d小于8.1mm，本发明的分离元件始终能够获得更大的紧密度。

图7b给出了本发明的具有多孔柱的柱状结构分离元件的以m²/m³为单位的紧密度，其均具有多个通道，柱的外径均为25mm，在dn100和dn350壳体(由其内径限定)中安装液力直径dh＝6mm的7个内部通道，根据本发明的描述设置的每个刚性结构2终止于端板，所述端板经由各自的单独密封衬垫连接到壳体。

8.1mm的多孔柱之间的最大距离d对应于这样的距离：在现有技术中，当其被安装在这种工业壳体中时，位于外径为25mm的过滤元件之间的距离。

当该距离减小时(通过本发明的分离元件而成为可能)，壳体的紧密度增加。

表4

该示例示出圆形截面的多孔柱和通道的情况，但是本发明可以应用于非圆形截面的柱和非圆形截面的通道。

图7c给出了本发明的具有圆形截面多孔柱的柱状结构分离元件的以m²/m³为单位的紧密度，其均具有非圆形截面的多个通道，柱全部具有25mm的相同外径，在dn100和dn350壳体(由其内径限定)中安装液力直径dh＝3.5mm的23个内部通道，根据本发明的描述设置的每个刚性结构终止于端板，所述端板经由各自的单独密封衬垫连接到壳体。

8.1mm的多孔柱之间的最大距离d对应于这样的距离：在现有技术中，当其被安装在这种工业壳体中时，位于外径为25mm的过滤元件之间的距离。

当该距离减小时(通过本发明的分离元件而成为可能)，壳体的紧密度增加。

表5

该示例示出圆形截面的柱的情况，但是本发明可以应用于非圆形截面的柱。

图7d给出了本发明的具有圆形截面的多孔柱的柱状结构分离元件的以m²/m³为单位的紧密度，多孔柱均具有多个非圆形截面的通道，柱全部具有25mm的相同外径，在dn100和dn350壳体(由其内径限定)中安装液力直径dh＝2.5mm的39个内部通道，根据本发明的描述设置的每个刚性结构终止于端板，所述端板经由各自的单独密封衬垫连接到壳体。

8.1mm的多孔柱之间的最大距离d对应于这样的距离：在现有技术中，当其被安装在这种工业壳体中时，位于外径为25mm的过滤元件之间的距离。

当该距离减小时(通过本发明的分离元件而成为可能)，壳体的紧密度增加。

表6

该示例示出圆形截面的柱的情况，但是本发明可以应用于非圆形截面的柱。

图7e给出了本发明的包括圆形截面的多孔柱的柱状结构分离元件的以m²/m³为单位的紧密度，多孔柱具有多个非圆形截面的通道，柱全部具有25mm的相同外径，在dn100和dn350壳体(由其内径限定)中安装液力直径dh＝1.6mm的93个内部通道，根据本发明的描述设置的每个刚性结构终止于端板，所述端板经由各自的单独密封衬垫连接到壳体。

8.1mm的多孔柱之间的最大距离d对应于这样的距离：在现有技术中，当其被安装在这种工业壳体中时，位于外径为25mm的过滤元件之间的距离。

当该距离减小时(通过本发明的分离元件而成为可能)，壳体的紧密度增加。

表7

该示例示出呈圆形截面的柱的情况，但是本发明可以应用于非圆形截面的柱。

下面的表8给出了根据本发明的分离元件1的紧密度(m²/m³)，该分离元件被安装在内径为213mm、e＝0.9mm和d＝0.5mm的dn200壳体中，且用于5个不同液力直径。

表8

在每个多孔柱3具有一个或多个通道5的优选实施例中，多孔材料的厚度e优选在0.250mm至2.500mm的范围内，并且多孔柱3之间的距离d优选处在0.250毫米至5.000毫米的范围内。

本发明的另一个优点涉及将根据本发明的这种分离元件1简化安装在以任何传统方式制造的分离器模块11中。具体而言，由于存在用于将多个多孔柱组装在一起的入口板和出口板，还容易实现对壳体的密封，并且与现有技术方案相比，特别用于限制需要使用的密封衬垫的数量。

在图3中更精确地看到，这样的分离元件1利用板7、8安装在壳体12的端部处。为此目的，相应的密封衬垫14被安装在板7、8的外围73、83上。这两个密封衬垫14通过任何适当装置相对于壳体的端部安装，以便封闭外围空间4，用以回收经由出口15或经由任何适当的已知装置而从壳体移除的滤液。

在图3所示的示例中，分离装置11具有单个分离元件1，其具有数个多孔柱3，多孔柱3的数量被选择以获得期望的过滤表面积。当然，分离装置11可以具有多个根据本发明的分离元件1。在这种情况下，每个分离元件1利用设有密封衬垫14的板7、8以密封的方式安装在壳体12中。

因此，在本发明中，不再需要使用特定于过滤元件的独立衬垫或单个衬垫，因此可以有利地使用从衬垫制造商目录获得的非特定的衬垫(o形、正方形、唇形衬垫等)，从而可以在渗透物收集室与模块上游和下游的室之间实现所需的密封。

在本发明的优选改型中，多孔柱3的形状全部相同。在图中所示的示例中，所有的多孔柱3都是圆形截面柱体的形式。自然地，可以规定多孔柱3具有彼此不同的形状。

在本发明的优选改型中，多孔柱3呈柱形。多孔柱3的截面可以是圆形或其它形状。

在本发明的优选改型中，多孔柱3具有相同的横向尺寸。换言之，多孔柱3的厚度e对于所有的多孔柱3是相同的。当然，可以规定多孔柱3具有不同的横向尺寸。

根据有利的实施例特征，刚性柱3具有恒定的或沿其长度(即在板7、8之间)变化的外部形状。这些刚性柱3具有(选择性地与上述形状特征结合)恒定的或沿其长度变化的横向尺寸。

在图1所示的示例中，多孔柱3沿直线延伸，彼此平行地定位。应该观察到，如图2所示，多孔柱3可以螺旋地延伸，从而可以为待处理流体产生转向流。在该改型实施例中，每个多孔柱通过围绕其中心轴线转动圆形截面或其它截面来构造，发生器截面(generatorsection)保持垂直于中心螺旋(线圈)或水平(扭转柱)、或者垂直、即平行于中轴线(螺旋阶梯)。

在另一个改型实施例中，如图2所示，多孔柱3缠绕在一起。

本发明不限于所描述和示出的实施例，因为可以对其进行各种修改而不超出本发明的范围。