膜过滤设备和用于对液体进行膜过滤的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的膜过滤设备。此外，本发明还涉及一种根据权利要求16的前序部分所述的用于对液体进行膜过滤的方法。

背景技术：

1、膜过滤设备根据反渗透原理被用于在透析时过滤掉液体中的盐和其他物质。在透析治疗过程中，病人会接触到大量的透析液，所述透析液几乎99.3％由水组成。

2、透析液和病人的血液仅通过半透性的膜隔开。临床研究表明，透析水中的污染会导致急性和慢性的问题，并导致血液透析病人出现严重的并发症。因此，水质量是现代透析的决定性的关键因素。由于水对病人极为重要，因此在透析时尽可能高的水纯度根本是无可替代的。

3、由us 6,797,173 b1公开了一种适用于反渗透系统的装置和方法。在此设置了带有入口、低压出口和高压出口的处理室。输送泵被使用，以便提高用于处理室的进料压力。

4、已知的膜过滤设备中的缺点是运行所述膜过滤设备，而不考虑当前的消耗情况。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务在于以如下方式改进上述膜过滤设备，即，能够以节能的方式运行所述膜过滤设备。此外，还应给出一种用于对液体进行膜过滤的有利方法，适用于反渗透。

2、关于膜过滤设备，根据本发明通过权利要求1的特征来解决所述任务。

3、本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

4、本发明基于膜过滤设备的节能运行是有利的这一考虑。由于与所述设备相连的消耗器的数量和消耗量会随着时间的推移而发生变化，因此不调整液体输送的运行方式是不经济的。然而，节能的运行必须考虑到膜过滤设备处的当前的消耗器情况。

5、如现在已经认识到的那样，这一目标可以通过使用至少一个工艺参数调节膜过滤设备的至少一个泵这种方式来实现。根据是否有消耗器连接到环形管路处或有多少消耗器连接到环形管路处，来改变工艺参数(如压力或者还有流量)。因此，可以利用这些工艺参数来确定所述设备的当前的消耗量，并与其匹配地调整通过环形管路的液体的输送情况。

6、表述“控制-和调节单元被配置为，根据至少两个传感器的传感器信号对泵进行调节”在此尤其意味着，控制-和调节单元经调整或设计或编程或设置，以执行所述调节。相应的调节在此优选在硬件和/或软件方面在控制-和调节单元中来实现。因此，控制-和调节单元根据传感器信号来进行这种调节。在本发明的优选的设计方案中，等效地适用于控制-和调节单元的配置。

7、在此特别是，本发明包括对各个级的所有泵(即一个级的各增压泵和各循环泵)进行调节。

8、对泵的调节优选包括对泵的转速的调节。在调节时，优选以下述方式来设定泵的转速，即，将实际值调整为目标值。目标值和实际值优选与管路中的压力或通过管路的流量有关。泵优选被设计为带有变频器的离心泵。变频器在此可以集成式地安装在泵处，或者也可以通过供电线路与泵连接。

9、控制-和调节单元有利地以如下方式被配置，即，所述控制-和调节单元通过调节增压泵和循环泵使渗透物体积流和浓缩物体积流适应当前的消耗器提取量。

10、相应的传感器有利地被设计为压力传感器或流量传感器。

11、在一种优选的实施方式中，至少一个传感器是压力传感器。压力传感器特别好地适用于检测由所连接的消耗器对所述设备的负荷率。根据压力目标值来调节所述设备以及调整相应增压泵的转速，尤其能够有助于所述设备的在能量方面有益的运行。通过由工艺压力来进行调节意味着无需精确地知道提取器的数量和实际的消耗量。

12、压力传感器有利地测量在储罐处在环形管路的端部处的压力，所述端部在下游位于消耗器的后面，即在一定程度上位于罐进口处。在该位置处的压力测量以特别精确的方式反映了从液体系统中进行的提取情况。压力传感器在此优选布置在环形管路的该端部处。在此位置处进行的压力测量对所有连接的消耗器或由消耗器引起的压力损失进行检测。

13、在一种优选的实施方式中，设置了至少一个压力传感器，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，在由压力传感器测得的压力低于压力目标值时，提高增压泵的转速，使得压力实际值达到压力目标值，并且在所测得的压力超过压力目标值时，降低增压泵的转速，使得压力实际值达到压力目标值。对流量目标值的调节也应理解为等效的。

14、在一种优选的实施方式中，膜过滤设备包括：布置在环形管路的起始端处的流量传感器，用于测量在渗透物侧离开膜模块的液体流；和流量传感器，用于测量在浓缩物侧离开膜模块的液体流，其中，控制-和调节单元被配置为，根据由流量传感器测量的流量和膜模块的构造以及溢流系数来操控循环泵的转速，从而在浓缩物中实现所期望的流量目标值。

15、“溢流”或“溢流系数”在此表示产品与反应物的比率，或反映在考虑到膜数量的情况下，所输送的工艺水与产生的渗透物的比率。

16、“膜模块的构造”在此尤其被理解为膜元件的数量和/或尺寸和/或其串联或并联的布置和/或其渗透性或过滤特性，或其组合。特别是要考虑膜元件的数量。

17、有利地，膜过滤设备包括尤其是布置在环形管路中的阻尼器。有利地，阻尼器在储罐处布置在环形管路的端部的区域中。

18、通过这种定位最小化地对调节对象(regelstrecke)产生影响，因为调节对象端部处的快速的压力降低只会带来最小化的附加的系统动态。

19、阻尼器优选地包括溢流阀，一旦施加到溢流阀处的压力大于所设定的保持压力，即打开所述溢流阀。一旦施加到溢流阀处的压力大于所设定的保持压力，就逐步打开该阀门，以使得压力能够泄入到储罐中。通过这种方式可以截断压力峰值。溢流阀优选被设计成纯机械阀。

20、在一种优选的实施方案中，阻尼器包括溢流阀和流量限制器。在这种变体中，溢流阀具有双重功能。除了拦截压力峰值外，它还用作旁路，该旁路例如用于化学消毒和热消毒。

21、由于流量限制器的运行与压力无关，因此通过这种结构可以确保，在任何时候都有定义的最小体积流过环形管路。溢流阀在正常运行期间是关闭的，并且仅为了拦截压力峰值和使较大的体积流旁通而存在。在这种配置中，压力可用作调节参数。这带来下述优点，消耗器和所连接的环形管路作为干扰参数可以被调节，而无需对系统有更多的了解。

22、阻尼器有利地包括与压力开关或压力传感器结合使用的膜膨胀容器或电磁阀。优选地由此实现了，在此存在所定义的最小体积，因此在所述系统或设备内没有积水。

23、膜模块有利地包括一些串联或并联的子膜模块，其中，各子膜模块都包括一些膜。其从液体中过滤物质，所述液体被导入到膜模块内并且具有两个分开的区域，即渗透物区和浓缩物区。渗透物在此是经过净化的水。由于水被再利用，因此通过再循环可以实现减少水消耗量。

24、至少一个控制-和调节单元可以在硬件和/或软件方面实现。可以为每个泵和/或每个调节过程设置单独的控制-和调节单元。在此可以要么模拟地通过数据总线系统(bussysteme)要么通过操纵电压电平(0和1)进行通信。控制-和调节单元可以组合成多个或者也可以是唯一的控制-和调节单元。

25、在膜过滤设备的一种优选的实施方式中，从上游看，在储罐的后面和至少一个消耗器接口的后面布置一流量传感器，和/或在环形管路和至少一个消耗器接口之间布置至少一个流量传感器，该至少一个流量传感器在信号输入侧与至少一个控制-和调节单元相连，所述控制-和调节单元根据流量目标值来调节增压泵。在该位置处进行的压力测量，以特别精确的方式给出了所述设备的负荷率的情况。压力传感器在此优选布置在环形管路的该端部处。在该位置处进行的压力测量对所有连接的消耗器或由消耗器引起的压力损失进行检测。

26、在一种优选的实施方案中，带有增压泵、膜模块和循环泵的上述膜过滤设备被单级地构造，即它正好包括一个级或过滤级。

27、本发明还包括多级的膜过滤设备，其中每个级都分别包括一增压泵、一循环泵和一膜模块。在多级的设备中，每个另外的级优选都在下游与相应的前一级液压连接，从而形成了一个级序。特别是，这意味着来自相应的前一级的渗透物流被输送到液压地连接在其上的级中。

28、在第一优选的实施方式中，膜过滤设备包括两个级：第一级包括第一膜过滤模块、第一增压泵和第一循环泵；第二级布置在第一膜模块的下游，该第二级包括第二膜模块、在第一膜模块下游的第二增压泵和第二循环泵，其中，在第二增压泵的吸入侧布置第一压力传感器，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，根据由第一压力传感器测得的压力值对第一增压泵执行压力目标值调节，并且其中，在第二膜模块的下游布置第二压力传感器，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，根据由第二压力传感器测得的压力值对第二增压泵执行压力目标值调节。

29、也可以使用流量传感器来代替压力传感器。在此，优选如上面在单级的膜过滤设备的框架范围内所描述的那样，对相应的循环泵进行调节。

30、在另一优选的实施方式中，膜过滤设备包括两个级：第一级包括第一膜过滤模块、第一增压泵和第一循环泵；第二级布置在第一膜模块的下游，该第二级包括第二膜模块、在第一膜模块下游的第二增压泵和第二循环泵，其中，在储罐的上游在环形管路内的端部处布置第一压力传感器，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，根据由第一压力传感器测得的压力值对第一增压泵执行压力目标值调节，并且其中，在第一膜模块的下游在渗透物侧布置第二压力传感器，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，根据由第二压力传感器测得的压力值对第二增压泵执行压力目标值调节。

31、也可以使用流量传感器来代替压力传感器。在此，优选如上面在单级的膜过滤设备的框架范围内所描述的那样，对相应的循环泵进行调节。

32、有利地，各个级的膜模块都包括一些串联或并联的子膜模块，其中，各子膜模块都包括一些膜。

33、关于所述方法，上述任务根据本发明通过权利要求16的特征来解决。

34、至少一个工艺参数优选是在环形管路的一位置处的压力和/或液体流量。

35、本发明还涉及一种特别是用于反渗透的膜过滤设备，该膜过滤设备其包括储罐、用于连接消耗器的环形管路和至少一个级或过滤级，其包括：

36、·膜模块，该膜模块与用于输出浓缩物体积流的浓缩物管路和用于输出渗透物体积流的渗透物管路连接；

37、·通向膜模块的输入管路；

38、·至少一个增压泵，用于将液体泵入到膜模块内；

39、·至少一个循环泵，用于将浓缩物从膜模块返回输送到输入管路内，

40、其中，设置了用于相应地测量工艺参数的至少两个传感器，并且其中，设置了至少一个控制-和调节单元，并且其中，各个传感器在信号输入侧与至少一个控制-和调节单元连接，并且其中，至少一个控制-和调节单元被配置为，根据两个传感器的传感器信号来对泵进行调节，并且其中，膜过滤设备具有特别是布置在环形管路中的阻尼器。

41、有利地，阻尼器特别是直接布置在储罐的上游。通过这种定位最小化地对调节对象产生影响，因为调节对象端部处的快速的压力降低只会带来最小化的附加的系统动态。

42、阻尼器优选地包括溢流阀，一旦施加到溢流阀处的压力大于所设定的保持压力，即打开所述溢流阀。一旦施加到溢流阀处的压力大于所设定的保持压力，就逐步打开该阀门，以使得压力能够泄入到储罐中。通过这种方式可以截断压力峰值。溢流阀优选被设计成纯机械阀。

43、在一种优选的实施方案中，阻尼器包括溢流阀和流量限制器。在这种变体中，溢流阀具有双重功能。除了拦截压力峰值外，它还用作旁路，该旁路例如用于化学消毒和热消毒。由于流量限制器的运行与压力无关，因此通过这种结构可以确保，在任何时候都有定义的最小体积流过环形管路。溢流阀在正常运行期间是关闭的，并且仅为了拦截压力峰值和使较大的体积流旁通而存在。在这种配置中，压力可用作调节参数。这带来下述优点，消耗器和所连接的环形管路作为干扰参数可以被调节，而无需对系统有更多的了解。

44、阻尼器有利地包括膜膨胀容器或电磁阀和压力开关或压力传感器。阻尼器有利地包括包括电磁阀和压力开关。

45、本发明的优点尤其在于，因为可以在较小的提取周期期间降低转速，所以通过用于测量工艺参数的传感器可以根据需要并且因此节能地运行膜过滤设备。在消耗量较低时，所参与的泵能够以较低的转速运行，通过上述方式可以减少所述设备的噪音产生，并避免不必要的发热。