DE3102670C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung zum Entfernen von Schmutzteilchen aus einer zuströmenden Schmutzflüssigkeit; mit einem Gefäß, das eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine Zwischenwand zwischen den Kammern enthält; mit einem mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden Einlaß, einen mit der zweiten Kammer in Verbindung stehenden Auslaß und mindestens einer Rohranordnung zur Bildung eines Fluidkanals zwischen der ersten und der zweiten Kammer; mit einem Filterelement in der ersten Kammer in der Fluidströmung zwischen dem Einlaß und der Rohranordnung zum Filtern der einströmenden Flüssigkeit, bevor diese in die zweite Kammer und dann durch den Auslaß strömt; mit einem ersten Druckgasabteil zur Aufnahme eines ersten Volumens an Druckgas während des Normalbetriebs des Filters innerhalb der ersten Kammer auf der aufstromwärtigen Seite des Filterelements und einem zweiten Druckgasabteil zur Aufnahme eines zweiten Volumens an Druckgas während des Normalbetriebs des Filters innerhalb der zweiten Kammer; mit einem Lüftungsventil, das in Verbindung mit dem ersten Druckgasabteil steht, so daß beim Öffnen das zweite Druckgasvolumen die Flüssigkeitssäule zwischen dem zweiten Druckgasabteil und der stromaufwärtigen Seite des Filterelements rasch in Gegenstromrichtung durch das Filterelement in das erste Druckgasabteil drückt und dabei die auf der stromaufwärtigen Seite des Filterelements angesammelten Schmutzteilchen ablöst.

Zur Filtrierung großer Flüssigkeitsmengen, z. B. zur Reinigung von Öl, das bei Metall-Rollvorgängen oder bei der Metalldosenherstellung benutzt wird, sind große Plattenfilter mit Filterelementen aus Papier bekannt. Da diese Filterelemente nur einmal verwendbar sind und der Austausch von Filterpapieren darüber hinaus zeitaufwendig ist, ergeben sich verhältnismäßig hohe Filtrierkosten. Es ist auch bekannt, auswaschbare Filter einzusetzen, um Kosten und Zeit zu sparen. Sobald sich auf solchen Filtern eine bestimmte Menge von Schmutzteilchen abelagert haben, wird ein Rückspülvorgang vor­ genommen, bei dem die Schmutzteilchen durch einen starken Strom in Rückwärtsrichtung vom Filter abgelöst werden. Für diesen Rückspülvorgang sind normalerweise wesentlich höhere Pumpleistungen als für den eigentlichen Filtriervorgang erforderlich.

Aus dem zur Gattungsbildung herangezogenen US-Patent 24 23 172 ist es bekannt, den beim Rückspülen erforderlichen starken Flüssigkeitsstrom in Rückwärtsrichtung mittels Druckluft zu erzeugen, um diese hohen Pumpleistungen beim Rückspülen zu vermeiden. Diese Druckluft wird vorher in einem Druckgasabteil gespeichert und fördert beim Öffnen eines Entlüfungsventils die Rückwaschflüssigkeit in umgekehrter Richtung durch den zu reinigenden Filter. Doch auch dieses bekannte Verfahren hatte Nachteile dadurch, daß die beim Rückspülen durch den Filter strömende Flüssigkeitsmenge je nach den Druckverhältnissen im Filterbehälter entweder zu groß oder zu klein war. Dies hatte zur Folge, daß im ersteren Falle Flüssigkeit durch das Entlüftungsventil entweichen konnte oder im zweiten Fall die Rückspülung nicht wirksam genug war. Es blieb also der Geschicklichkeit einer Bedienungsperson überlassen, ob die Rückspülung ausreichend lange, aber nicht zu lange, durchgeführt wurde, und das Ventil mußte so rechtzeitig geschlossen werden, daß keine Flüssigkeit austrat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filteranrodnung zu schaffen, bei der das Rückspülen unabhängig von der Geschicklichkeit der Bedienungsperson optimal und weitgehend automatisch ablaufen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Filteranordnung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste Druckgasabteil so positioniert und dimensioniert ist und das Lüftungsventil so mit einem Bereich des ersten Druckgasabteils in Verbindung steht, daß der Flüssigkeitspegel im ersten Druckgasabteil nach Eintritt der Flüssigkeitssäule in das erste Druckgasabteil den mit dem Lüftungsventil in Verbindung stehenden Bereich des ersten Druckgasabteils nicht erreicht; und daß Mittel vorgesehen sind, um das erste und das zweite Druckgasabteil unabhängig vom Druck der Flüssigkeit innerhalb des Gefäßes mit Gas gefüllt zu halten.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung ein im wesentlichen senkrechtes Strömungsrohr enthält, das von der Zwischenwand in die erste Kammer hineinragt und in vorgegebenem Abstand von der Zwischenwand ein unteres Ende besitzt; daß der Auslaß ein im wesentlichen senkrechtes Auslaßrohr besitzt, das von dem Gefäß in die zweite Kammer ragt und ein freies Ende oberhalb der Zwischenwand besitzt; daß das Strömungsrohr und das Auslaßrohr das erste und das zweite Druckgasabteil dadurch festlegen, daß mit dem unteren Ende des Strömungsrohrs und mit dem freien Ende des Auslaßrohrs zusammenfallende Flüssigkeitspegel entstehen, welche in einem ersten Abschnitt der ersten Kammer oberhalb des Flüssigkeitspegels das erste Gasvolumen, und innerhalb eines zweiten Abschnitts der zweiten Kammer oberhalb des dortigen Flüssigkeitspegels das zweite Druckgasvolumen einschließen.

Das Flüssigkeitsvolumen zwischen dem unteren Ende des Strömungsrohrs und dem unteren Ende des Auslaßrohrs wird so gewählt, daß es kleiner ist als das Flüssigkeitsvolumen, welches der ersten Kammer hinzugefügt werden muß (wenn das Auslaßventil geöffnet wird), um den Flüssigkeitspegel bis zur Abgabeöffnung anzuheben. Auf diese Weise wird ein zufälliges Ausströmen der Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung und das Auslaßventil verhindert, unabhängig von dem Volumen an Druckluft in dem oberen, zweiten Druckluftabteil. Es entfällt die Notwendigkeit für ein kompliziertes, relativ aufwendiges und schwer zu betreibendes Zweiwege-Ventilabgabesystem, wie es bei der erwähnten US-Patentschrift 24 23 172 vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung des Druckgasvolumens in den beiden Druckgasabteilen eine Einrichtung zum kontinuierlichen Einführen von Druckgas mit relativ kleiner Rate in das erste Druckgasabteil enthält; und daß überschüssiges Druckgas aus dem ersten Druckgasabteil über die Rohranordnung in das zweite Druckgasabteil weiterströmt.

Dies stellt sicher, daß das gesamte Druckluftabteil unabhängig von dem inneren Flüssigkeitsdruck im Gefäß ständig mit Druckluft gefüllt ist. Überschüssige, in das erste Druckluftabteil eingeströmte Druckluft tritt in das Strömungsrohr ein und steigt senkrecht entlang der Wände durch die Flüssigkeit in die obere Kammer nach oben direkt in das obere Druckluftabteil, bis auch dieses gefüllt ist. Hierdurch stellt sich jederzeit das richtige Flüssigkeitsvolumen ein.

Zur Sicherstellung, daß die durch das Strömungsrohr aufsteigende Druckluft in das obere Druckluftabteil eintritt, und nicht etwa über das Auslaßrohr entweicht, ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckgaszufuhr das Strömungsrohr und das Auslaßrohr im wesentlichen konzentrisch zueinander und im wesentlichen vertikal verlaufen, daß das Strömungsrohr einen größeren Durchmesser als das Auslaßrohr besitzt, so daß in das Strömungsrohr eintretendes Druckgas vertikal entlang der Wände des Strömungsrohrs innerhalb der Flüssigkeit in die obere Kammer und dann in das zweite Druckgasabteil aufsteigt. Hierdurch wird sichergestellt, daß die meisten, wenn nicht sogar alle Luftblasen, die vom Strömungsrohr nach oben steigen, sicher in das obere Druckluftabteil strömen. Hierdurch werden die Flüssigkeitspegel in den Kammern auf ihrem festgelegten, erforderlichen Niveau gehalten.

Diese Möglichkeit, beide Druckgasabteile jederzeit vollständig mit Druckluft gefüllt zu halten, hat den Vorteil, daß die Einstellung oder Justage der Luftvolumina für den Rückwaschvorgang nicht erforderlich ist. Wenn eine Rückwaschung vorgenommen werden soll, werden nur der Einlaß in die untere Kammer und der Auslaß von der oberen Kammer geschlossen, und es lassen sich die Drucke in den beiden Druckluftabteilen gleichzeitig justieren, um eine optimale Rückwaschgeschwindigkeit zu erhalten. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Filterkuchen nicht während eines Versuches, die Luftvolumina vor einer Rückwaschoperation zu verändern, vorzeitig entfernt wird. Wenn derartige Einstellungen oder Justagen unabhängig voneinander vorgenommen werden müßten, bei dem Strömungsvolumina des Gases und/oder der Flüssigkeit in der einen oder anderen Richtung, um ein ausgewogenens Ergebnis zu erzielen, könnte der Filterkuchen beschädigt werden und dies die Rückstromverteilung störend beeinflussen und zu einer schlechten Rückwaschung führen.

Der Rückwaschbetrieb der erfindungsgemäßen Filteranordnung kann ferner noch dadurch verbessert werden, daß das Filterelement eine rohrförmige Gestalt besitzt und sich vom unteren Ende des Strömungsrohrs erstreckt, wobei der Querschnitt senkrecht zur Achse des Strömungsrohrs in Aufwärtsrichtung abnimmt; und daß das kegelförmige Element der während eines Rückwaschvorgangs von der oberen Kammer in die untere Kammer eintretende Flüssigkeit eine radiale Strömungskomponente verleiht, die das Loslösen des Filterkuchens vom Filterelement erleichtert. Die allmähliche Verringerung des inneren Querschnitts des Filterelements, die durch den dichten Ablenkkonus hervorgerufen wird, stellt eine im wesentlichen gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit durch alle Abschnitte des Filterelements sowohl in der Nähe als auch in größerem Abstand vom freien Ende des Strömungsrohres sicher. Dadurch wird die Wirksamkeit und Gleichförmigkeit erhöht, mit der der Filterkuchen während einer Rückwaschoperation entfernt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt im Querschnitt eine Filteranordnung gemäß der Erfindung sowie schematisch den Einsatz dieser Filteranordnung in einem vollständigen Rückwaschsystem.

Die Zeichnung zeigt eine Filteranordnung 2, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist und ein zylindrisches, senkrecht ausgerichtetes Gefäß 3 mit einer unteren Einlaßkammer 4 und einer oberen Auslaßkammer 6 enthält. Eine Zwischenwand 26 trennt die Kammer und enthält ein vertikales und zylindrisches Strömungsrohr 30, das konzentrisch zum Filtergefäß ausgerichtet ist und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kammern darstellt. Ein rohrförmiges Filterelement 8 mit im wesentlichen demselben Durchmesser wie das Strömungsrohr 30 erstreckt sich von einem unteren Ende 9 des Strömungsrohrs in die untere Kammer. Ein Deckel 28 schließt das obere Ende der oberen Kammer und enthält ein vertikales Auslaßrohr 12, welches vom Deckel abwärts verläuft und mit dem Strömungsrohr fluchtet.

Während des Betriebs tritt verschmutzte Flüssigkeit durch ein Einlaßrohr 10 in die untere Kammer ein, läuft durch das Filterelement 8, steigt anschließend als gereinigte Flüssigkeit durch das Strömungsrohr 30 in die obere Kammer und verläßt die Filteranordnung durch das Auslaßrohr 12. Wenn die Flüssigkeit durch das Filterelement 8 hindurchtritt, werden Schmutzteilchen ausgefiltert und auf der stromaufwärts liegenden Seite 11 des Filterelements als Filterkuchen abgelagert. Während des Filtervorgagns nimmt der Filterkuchen allmählich an Dicke zu und bewirkt dadurch einen wachsenden Druckabfall zwischen den stromaufseitigen und stromabseitigen Oberflächen des Filterelements 8, wodurch die Strömungsrate durch das Filterelement sich verringert. Wenn der Filterkuchen eine bestimmte Dicke erreicht hat, die normalerweise dadurch festgestellt wird, daß ein Druckabfall bestimmter Größe am Filterelement abgefühlt wird, wird das Filter rückgewaschen, um den Filterkuchen zu entfernen, und um anschließend den Filtriervorgang wirksam fortzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird das Filter mit minimaler Menge an Rückwaschflüssigkeit dadurch schnell ausgewaschen oder rückgewaschen, daß ein Druckgas, normalerweise Luft, die Rückwaschflüssigkeit rasch in Gegenstromrichtung, d. h. stromaufwärts durch das Filterelement hindurchdrückt. Der Filterkuchen wird dabei gelöst und in die verschmutzte Flüssigkeit in der unteren Kammer 4 suspendiert. Der abgelöste Filterkuchen und die Schmutzteilchen können dann weggespült werden. Um eine derartige Rückwaschung durchzuführen, erstreckt sich das Strömungsrohr 30 von der Zwischenwand 26 soweit nach unten, daß das untere Ende des Strömungsrohrs in vorgegebenem Abstand von der Zwischenwand ist. Das Auslaßrohr 12 verläuft ebenfalls vom Deckel 28 nach unten, und sein freies unteres Ende 13 ist sowohl vom Deckel 28 als auch von der Zwischenwand beabstandet. Auf diese Weise legt der obere Abschnitt des unteren Behälters, d. h. der Abschnitt über dem unteren Ende 9 des Strömungsrohres 30 ein unteres Druckluftabteil 36 fest. In ähnlicher Weise definiert der obere Abschnitt des oberen Behälters ein oberes Druckluftabteil 43 in dem Raum über dem freien Ende des Auslaßrohres 12.

Während des Normalbetriebs sind diese Abteile mit Luft gefüllt, deren Druck gleich dem Flüssigkeitsdruck in der entsprechenden Kammer ist. Beide Abteile sind mit Druckluft gefüllt, wie noch näher erläutert wird, so daß die entsprechenden Flüssigkeitspegel 15, 17 in der oberen und der unteren Kammer mit dem unteren Ende 9 des Strömungsrohrs 30 bzw. dem unteren Ende 13 des Auslaßrohrs 12 zusammenfallen. Das untere Abteil ist ferner mit einem Luftauslaß 19 versehen, der bevorzugt im obersten Bereich des Luftabteils angeordnet ist und mit dem Außenraum des Filters über ein schnelles Lüftungsventil 14 kommuniziert.

Wenn ein Rückwaschvorgang notwendig ist, wird die normale Filtrierströmung der Flüssigkeit durch das Filter dadurch unterbrochen, daß ein Einlaßventil 16 und ein Auslaßventil 18 geschlossen wird, wodurch keine Fluidströmung mehr durch Einlaß oder Auslaß hindurchströmen kann. Das Lüftungsventil 14 wird geöffnet, wodurch die Druckluft im untern Abteil 36 entweichen kann und der Druck im unteren Abteil sofort auf Umgebungsdruck abfällt. Der Überdruck im oberen Druckluftabteil 43 drückt dann sehr schnell eine Flüssigkeitssäule, d. h. das Flüssigkeitsvolumen zwischen dem oberen und dem unteren Flüssigkeitspegel 17 und 15, in Gegenstromrichtung, wodurch die Flüssigkeit durch das Filterelement 8 in Gegenrichtung hindurchtritt und den auf der Stromaufseite aufgebauten Filterkuchen entfernt. Der Filterkuchen löst sich dadurch in Teilchen unterschiedlicher Größen auf, die in der Schmutzflüssigkeit suspendiert werden, welche in der unteren Kammer 4 auf der Stromaufseite 11 des Filterelements vorhanden ist. Der abgelöste Filterkuchen kann dann aus der unteren Kammer dadurch herausgenommen werden, daß ein Spülventil 24 am Boden eines kegelförmigen unteren Endes 22 der Kammer geöffnet wird. Anschließend wird durch Schließen des Lüftungsventils 14 und des Spülventils sowie durch Öffnen des Einlaßventils 16 und des Auslaßventils 18 der normale Filtriervorgang fortgesetzt.

Um den Rückwaschvorgang durchführen zu können, ohne durch das Auslaßventil Flüssigkeit in den Außenraum zu verspritzen, und/oder ohne aufwendige Steuereinrichtungen, welche den Luftaustritt aus dem unteren Luftabteil stoppen, bevor die Flüssigkeit den Luftauslaß 19 erreicht, und ohne ein teures System zum Auffangen der Flüssigkeit vorzusehen, die vom Auslaßventil entweichen könnte, wird die Flüssigkeitsmenge begrenzt, die in das untere Druckluftabtteil 36 eintreten kann. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß das untere Abteil 36 so bemessen wird, daß das Abteilvolumen zwischen dem Flüssigkeitspegel 15 und der Höhe des Auslasses 19, welches während eines Rückwaschvorganges mit Flüssigkeit angefüllt werden kann, das Volumen der Flüssigkeitssäule zwischen den beiden Flüssigkeitspegeln, das durch die Luft innerhalb des oberen Abteils 43 in eine Kreisströmung gedrückt werden kann, übertrifft. Mit anderen Worten, in der dargestellten Ausführungsform, in der sich der Auslaß in der Zwischenwand 26 befindet, ist das Volumen des unteren Abteils 36 größer als das Volumen der Flüssigkeitssäule.

Auf diese Weise kann Rückwaschflüssigkeit, die durch die Druckluft innerhalb des oberen Abteils stromaufwärts gedrückt wird, den Flüssigkeitspegel innerhalb der unteren Kammer nicht bis zum Auslaß ansteigen lassen. Der Auslaß steht daher stets mit einem mit Luft gefüllten Abschnitt des unteren Abteils in Verbindung, und es kann im wesentlichen keine Flüssigkeit durch das Lüftungsventil entweichen.

Diese Ausbildungsform besitzt zwei Vorteile. Erstens öffnet sich das Lüftungsventil direkt in die Umgebungsatmosphäre, da während des Rückwaschvorganges keine Flüssigkeit auslaufen kann. Zweitens kann das obere Druckluftabteil 43 relativ zum unteren Druckluftabteil etwas vergrößert sein, falls dies gewünscht wird. Insbesondere kann in denjenigen Fällen, in denen eine optimale Rückwaschung verwirklicht wird, wenn die Rückwaschflüssigkeit mit hohen Geschwindigkeiten durch das Filterelement hindurchgedrückt wird, das obere Abteil reltaiv groß gewählt werden, d. h. wesentlich größer als sowohl das untere Abteil und/oder das Volumen der Flüssigkeitssäule, so daß ein relativ großer Luftdruck auf die Flüssigkeitssäule wirkt, bis im wesentlichen die gesamte Säule durch das Filterelement hindurchgedrückt wurde. Überschüssige, sich ausdehnende Luft aus dem oberen Abteil steigt dann lediglich durch die Schmutzflüssigkeit, welche in das untere Abteil eingedrungen ist, und entweicht ohne jeglichen Schaden durch das Lüftungsventil 14 in die Umgebung.

Es lassen sich zur Steuerung der Menge an Rückwaschfluid, die in das untere Druckluftabteil 36 eintritt, auch andere Maßnahmen ergreifen, z. B. läßt sich das Volumen und der Druck der Druckluft in der oberen Kammer begrenzen. Dies ist jedoch normalerweise schwieriger und weniger zuverlässig als zu verhindern, daß Flüssigkeit in die Luft entweicht.

Um den Rückwaschvorgang weiter zu erleichtern, und um eine gleichförmige Entfernung des gesamten Filterkuchens sicherzustellen, der sich auf der stromaufwärtigen Seite des Filterelements 8 angesammelt hat, ist in dem zylindrischen Filterelement 8 ein für Flüssigkeiten undurchdringbares Kegelelement 31 vorgesehen. Das Kegelelement 31 besitzt ein für Flüssigkeiten undurchdringbares unteres Ende 32 für das Filterelement und eine Kegelfläche 33, deren Scheitel etwa in Höhe des unteren Endes 9 des Strömungsrohrs liegt. Das Kegelelement besitzt zwei Vorteile. Erstens verleiht das Kegelelement der in Gegenstromrichtung fließenden Rückwaschflüssigkeit eine radiale Strömungskomponente, welche die Ablösung des Filterkuchens erleichtert. Zweitens verringert das Kegelelement allmählich den verfügbaren Querschnitt im Innern des Filterelements, durch den die Rückwaschflüssigkeit fließen kann; dadurch ergibt sich eine relativ gleichförmige Strömungsrate der Flüssigkeit über die gesamte Oberfläche des Filterelements unabhängig von dem Abstand vom unteren Ende 9 des Strömungsrohrs 30. Auf diese Weise wird eine vollständige und gleichförmige Entfernung des Filterkuchens vom Filterelement sichergestellt und es wird die Gefahr verringert, wenn nicht sogar vollständig beseitigt, daß Flüssigkeit an Bereichen des Filterkuchens vorbeiströmen kann (einen Bypass an den Filterkuchen-Bereichen bildet), die sich schwerer ablösen lassen.

Um sicherzustellen, daß keine Rückwaschflüssigkeit aus dem unteren Abteil 36 durch das Lüftungsventil 14 austritt, muß während des normalen Filtriervorgangs das untere Abteil vollständig mit Druckluft gefüllt sein. Wenn der Filtriervorgang einsetzt und Schmutzflüssigkeit durch das Einlaßrohr 10 in die untere Kammer 4 eintritt, wird Luft mit Umgebungsdruck in dem unteren Abteil eingefangen, während der Flüssigkeitspegel über das untere Ende 9 des Strömungsrohrs 30 ansteigt. Wenn jedoch die Flüssigkeit im unteren Behälter mit Druck beaufschlagt wird, wird die eingeschlossene Luft komprimiert, und das Volumen der Luft verringert sich entsprechend. Der Flüssigkeitspegel 15 steigt dann folglich über das untere Ende des Strömungsrohrs, und bei einem Rückwaschvorgang besteht dann die Gefahr, daß die Flüssigkeit aus dem Abteil entweicht, es sei denn, daß es zu allen Zeiten mit Luft gefüllt gehalten wird.

Um dies sicherzustellen, wird Luft aus einer Druckluftquelle 77 durch eine Luftleitung 54 innerhalb der Zwischenwand 26 über ein erstes Luftventil 52 in das untere Druckluftabteil 36 eingeleitet. Da normalerweise das obere Druckluftabteil 43 ebenfalls vollständig mit Luft gefüllt sein soll, obwohl dies zur Verhinderung einer Flüssigkeitsabgabe durch das Lüftungsventil 14 nicht notwendig ist, wenn z. B. das Volumen der Wassersäule kleiner ist als das Volumen des unteren Druckluftabteils 36, wird Druckluft ebenfalls in das obere Druckluftabteil über ein zweites Luftventil 56 durch eine Luftleitung 58 innerhalb des Deckels 28 eingeleitet.

Obwohl die Abteile anfänglich mit Druckluft gefüllt sind, können die Flüssigkeitspegel 15, 17 während eines normalen Filtriervorganges aufgrund sich ändernder Druckabfälle am Filterelement während des Entstehens des Filterkuchens, aufgrund von Änderungen des Pumpendruckes und dergleichen ändern. Um sicherzustellen, daß die Druckluftabteile mit Luft gefüllt bleiben, wird Druckluft durch einen Bypass am Ventil 52 vorbeigeführt und strömt mit geringer Geschwindigkeit, z. B. alle 10 Sekunden eine Luftblase, durch ein Nadelventil 62 in das untere Druckluftabteil 36. Diese Druckluft-Strömungsrate beeinträchtigt den richtigen Betrieb und die Druckverhältnisse am Filterelement nicht und stellt sicher, daß das untere Abteil stets vollständig mit Luft gefüllt ist.

Wenn das untere Abteil einmal mit Luft gefüllt ist (wodurch sichergestellt ist, daß während eines Rückwaschvorganges keine Flüssigkeit durch das Lüftungsventil entweicht), tritt die zusätzliche Luftzufuhr in das untere Abteil durch den obersten Bereich des Filterelements 8 in das Strömungsrohr 30 und steigt innerhalb der Innenwände dieses Strömungsrohrs in die obere Kammer 4. Das Auslaßrohr 12 besitzt einen merklich kleineren Durchmesser als das Strömungsrohr 30, so daß die aufsteigenden Luftblasen in das obere Druckluftabteil 43, und nicht in das Auslaßrohr, eintreten und dadurch das obere Abteil mit der Überschußluft füllen, welche vom unteren Abteil entweicht. Nachdem das obere Abteil mit Luft gefüllt ist, steigt die überschüssige Luft aus dem oberen Abteil aus dem Filter durch das Auslaßrohr 12.

Als eine Alternative kann ein Nadelventil (nicht dargestellt) vorgesehen werden, um das Luftventil 56 mit einem Bypass zu umgehen, so daß Luft aus der Quelle 77 durch die Deckel-Luftleitung 58 direkt ins obere Druckluftabteil geleitet wird. In diesem Fall sind die relativen Abmessungen und Anordnung des Strömungsrohrs 30 und des Auslaßrohrs 12 nicht kritisch.

Um relativ große und/oder schwere Schmutzteilchen aus der Schmutzflüssigkeit zu entfernen, die durch das Einlaßrohr 10 in die untere Kammer 4 eintritt, ist das Einflußrohr 10 z. B. tangential und horizontal an der unteren Behälterwand ausgerichtet. Dadurch erhält die eintretende Flüssigkeit eine Wirbelbewegung, aufgrund derer Zentrifugalkräfte die größeren/schwereren Schmutzteilchen radial vom Filterelement 8 nach außen führen. Dort können diese Teilchen unter Schwerkraftwirkung auf das konisch geformte untere Ende 22 des Filters wandern, wo sie aufgesammelt werden. Diese Teilchen können dann von Zeit zu Zeit entweder getrennt oder als Teil der Rückwaschoperation entfernt werden, wenn die abgelösten Teilchen des Filterkuchens vom unteren Behälter nach einem Rückwaschvorgang entfernt werden. Auf diese Weise werden größere Schmutzpartikelchen nicht Bestandteil des Filterkuchens, wodurch die Geschwindigkeit verringert wird, mit der der Filterkuchen anwächst, und außerdem wird die Möglichkeit einer Störung des Filterkuchens durch außergewöhnlich große Schmutzteilchen beseitigt.

Der Betrieb der Filteranordnung 2 der vorliegenden Erfindung ist folgender: Schmutzflüssigkeit, die z. B. aus einem Blech- oder Metalldosen-Herstellungsprozeß stammt, fließt über ein Einlaßrohr 45 in einen Vorratsbehälter 44. Eine Pumpe 20 zieht Flüssigkeit in der Nähe des Behälterbodens ab und pumpt sie über einen Strömungsregler zum Einlaßrohr 10. Der Strömungsregler stellt sicher, daß der Schmutzflüssigkeitsstrom zum Einlaßrohr über einen größeren Schwankungsbereich des von der Pumpe erzeugten Pumpendrucks konstant bleibt, der sich durch den Aufbau des Filterkuchens am Filterelement 8 einstellt. Ein Rückschlagventil 48 stromabwärts von der Pumpe 20 verhindert bei geschlossenem Einlaßventil 16 eine Überlastung der Pumpe, indem ein gewisser Anteil an Schmutzflüssigkeit zum Vorratsbehälter 44 zurückströmen kann. Ein Niederdrucksensor 50 fühlt einen Abfall des Pumpendrucks ab und wird zum automatischen Schließen des Einlaßventils 16 und des Auslaßventils 18 verwendet, wenn ein Druckabfall auftritt.

Schmutzflüssigkeit tritt in der unteren Kammer 4 der Filteranordnung 2 durch das tangentiale Einlaßrohr 10 ein und führt im Behälter eine Wirbelbewegung aus, wodurch relativ große und/oder schwere Schmutzteilchen mitgenommen werden, und die Schmutzflüssigkeit strömt radial durch das Filterelement 8 nach innen, wobei das Filterelement zusammen mit dem darauf befindlichen Filterkuchen Schmutzteilchen aus der Flüssigkeit entfernen, so daß gereinigte Flüssigkeit durch das Strömungsrohr 30 in die obere Kammer 6 und dann durch das Auslaßrohr 12 und das Auslaßventil 18 zurück zum Herstellungsprozeß fließen und wieder verwendet werden können und letztlich als Schmutzflüssigkeit wieder zum Vorratsbehälter 44 zurückströmen. Das obere und das untere Druckluftabteil 36, 43, werden mit Druckluft gefüllt gehalten, wie schon beschrieben wurde. Wenn der Filterkuchen, der sich fortlaufend auf der stromaufwärtigen Seite 11 des Filterelements 8 ausbildet, eine vorgegebene Dicke erreicht, wird ein Rückwaschzyklus ausgelöst. Dieser Zeitpunkt wird bevorzugt durch einen Druckschalter (nicht dargestellt) bestimmt, der den Differenzdruck zwischen der unteren und der oberen Kammer 4, 6 abtastet.

Die Auslösung, die Zeitsteuerung und die Beendigung des Rückwaschzyklus wird z. B. durch mechanische, elektromechanische oder elektronische Steuerungen (nicht im einzelnen dargestellt), wie z. B. durch motorbetriebene Nocken (nicht dargestellt) ausgeführt, welche die folgenden Schritte ausführen:

Der Differenzdruckschalter veranlaßt zuerst eine Speisung des Nockenmotors für einen vollständigen Zyklus, wodurch Einlaß- und Auslaßventile 16, 18 geschlossen werden. Das Lüftungsventil 14 wird dann während einer kurzen Zeitperiode geöffnet, innerhalb der die Druckluft im unteren Abteil 36 zur Atmosphäre entlüftet wird, wodurch der Druck im unteren Behälter auf Atmosphärendruck abfällt. Die im oberen Druckgasabteil 43 vorhandene Druckluft drückt dann die Wassersäule zwischen den Pegeln 15 und 17 schnell durch das Filterelement 8 in das untere Abteil 36. Die durch das Filterelement 8 hindurch fließende Flüssigkeitssäule löst den Filterkuchen auf dessen stromaufwärtiger Seite 11 ab. Da das Volumen der Flüssigkeitssäule kleiner ist als das Volumen des unteren Druckluftabteils 36, erreicht der ansteigende Flüssigkeitspegel in diesem Abteil nicht die Höhe des Luftauslasses 19, so daß keine Flüssigkeit durch das Lüftungsventil 14 nach außen strömt.

Das Lüftungsventil wird dann geschlossen und das Spülventil 24 geöffnet, um die Schmutzflüssigkeit in der unteren Kammer 4 zusammen mit dem abgelösten und in der Flüssigkeit suspendierten Filterkuchen in einen Behälter 82 zu spülen. Um die Ausspülung der unteren Kammer zu erleichtern, können die motorbetätigten Nocken entweder ein oder zwei Luftventile 52, 56 öffnen, um ein Druckgefälle innerhalb des Filters aufzubauen. Die im Behälter 82 angesammelten Auswaschprodukte können zur Wiedergewinnung der Füssigkeit separat gefiltert werden. Anschließend wird das Spülventil 24 und die Luftventile 52, 56 nacheinander geschlossen, das Einlaßventil 16 und das Auslaßventil 18 werden geöffnet, der Nockenmotor wird gestoppt und der Filtriervorgang kann erneut einsetzen, und der Rückwaschzyklus ist damit beendet.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, Schmutzteilchen sehr kleiner Abmessungen, die typischerweise bis hinab in den Mikrometerbereich reichen, aus der Schmutzflüssigkeit zu entfernen. Derartige Schmutzteilchen lassen sich manchmal mit herkömmlichen Filterelementen nicht herausfiltern, und es wird daher erforderlich, das Filterelement 8 mit einer Filtrierhilfe, wie z. B. Kieselgurerde zu beschichten. In diesem Fall muß das Filterelement nach einem Rückwaschzyklus mit der Filtrierhilfe beschichtet werden, bevor der normale Filtriervorgang einsetzen kann.

Um das Filterelement mit einer Filtrierhilfe zu beschichten, versorgt ein Filtrierhilfe-Förderer 64 einen Mischer/Injektor 66 mit abgemessenen Mengen an Filtrierhilfe. Der Mischer/Injektor erhält Schmutzflüssigkeit über eine Zufuhrleitung 65, die mit der Schmutzflüssigkeitsleitung stromabwärts vom Einlaßventil 16 und stromaufwärts von der Einlaßdüse 10 in Verbindung steht. Im Mischer wird die Filtrierhilfe und die Flüssigkeit miteinander kombiniert und zur Stromaufseite der Pumpe 20 über ein Rückschlagventil 68 zurückgeführt. Ein Ventil 70 steuert den Strom der Schmutzflüssigkeit durch die Zufuhrleitungen 65 in den Mischer.

Die Filtrierhilfe wird z. B. der in der Filteranordnung 2 zugeführten Schmutzflüssigkeit in zwei Stufen hinzugegeben. In einer ersten Stufe, die unmittelbar einem Rückwaschzyklus folgt, wird eine relativ große Menge an Filtrierhilfe in die einströmende Flüssigkeit während eines Vorbeschichtungszyklus hinzugegeben, um an der stromaufwärtigen Seite 11 des Filterelements 8 rasch zu Anfang einen Filtrierhilfe-Kuchen aufzubauen. Während der Vorbeschichtung bleibt das Auslaßventil 18 geschlossen und die Flüssigkeit läuft über das Ventil 74 und eine Rückkehrleitung 72 zurück zu einem Umlaufabschnitt 76 des Vorratsbehälters 44, um zu verhindern, daß sowohl die Filtrierhilfe als auch die Schmutzflüssigkeit in den Prozeßabschnitt fließen, in dem gereinigte Flüssigkeit eingesetzt wird.

In einer zweiten Stufe wird Filtrierhilfe in stark verringerter Rate, während eines sogenannten Körperbeigabezyklus zugeführt, nachdem das Auslaßventil 18 geöffnet, und das Rücklaufventil 74 geschlossen wurde. Zu diesem Zeitpunkt wird die Filtrierhilfe periodisch der Schmutzflüssigkeit hinzugefügt, die mit wesentlich verringerter Rate durch den Mischer 66 zirkuliert. Auf diese Weise wird Filtrierhilfe mit den Schmutzteilchen vermischt, welche sich als Filterkuchen am Filterelement 8 ablagern, und es wird dadurch der Filterkuchen porös gehalten, selbst wenn die Schmutzteilchen extrem kleine Abmessungen besitzen, die andernfalls zu einer raschen Verstopfung des Filterkuchens und dadurch des gesamten Filters führen würden. Der Körperbeigabezyklus verlängert daher die Arbeitszeit des Filters zwischen Rückwaschoperationen beträchtlich.

Der tatsächliche Filtriervorgang bei Verwendung einer Filtrierhilfe folgt eng demjenigen Betrieb, der ohne Benutzung einer Filtrierhilfe stattfindet. Nach einem vorgegebenen Druckabfall, der am Filterelement 8 abgetastet wird, wird ein Rückwaschzyklus mit denjenigen Steuervorgängen ausgelöst, welche den Steuervorgängen entsprechen, die bei einem ohne Filtrierhilfe betriebenen Filter ablaufen. Nach Beendigung des Rückwaschzyklus', und vor Beginn der normalen Filtrierung, werden die Einlaß- und Auslaßkammern 4, 6 jedoch mit Flüssigkeit gefüllt, und anschließend wird das Filterelement 8 durch Auslösung eines zusätzlichen Vorbeschichtungszyklus' mit Filtrierhilfe vorbeschichtet.

Während des Vorbeschichtungszyklus' bleibt das Auslaßventil 18 geschlossen, während das Einlaßventil 16 und das Umlaufventil 74 geöffnet sind. Der Filtrierhilfe- Mischer/Injektor liefert eine Mischung aus Flüssigkeit und Filtrierhilfe zum Eingang der Pumpe 20, die die Mischung vom Mischer/Injektor, und Flüssigkeit vom Vorratsbehälter 44 durch das Einlaßrohr 10 in den Einlaßbehälter und durch das Filterelement 8 und das Ventil 74 zurück zum Vorratsbehälter 76 leitet. Die Filtrierhilfe sammelt sich auf der stromaufwärtigen Seite 11 des Filterelements und bildet einen Filtrierhilfekuchen. Wenn der Filtrierhilfekuchen die erforderliche Dicke besitzt, stoppt der Förderer 64 die Zufuhr von Filtrierhilfe an den Mischer/Injektor 66 und verringert die Rate, mit welcher Filtrierhilfe zugesetzt wird. Das System setzt den Rücklauf der Flüssigkeit über ein bestimmtes Zeitintervall fort, um sicherzustellen, daß die in der Flüssigkeit suspendierte Filtrierhilfe auf dem Filterelement abgelagert ist. Dann kann die normale Filtrierung in der oben beschriebenen Weise einsetzen, nachdem das Umlaufventil 74 geschlossen und das Auslaßventil 18 geöffnet wurde.

Claims (5)

1. Filteranordnung zum Entfernen von Schmutzteilchen aus einer zuströmenden Schmutzflüssigkeit;
mit einem Gefäß, das eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine Zwischenwand zwischen den Kammern enthält;
mit einem mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden Einlaß, einen mit der zweiten Kammer in Verbindung stehenden Auslaß und mindestens einer Rohranordnung zur Bildung eines Fluidkanals zwischen der ersten und der zweiten Kammer;
mit einem Filterelement in der ersten Kammer in der Fluidströmung zwischen dem Einlaß und der Rohranordnung zum Filtern der einströmenden Flüssigkeit, bevor diese in die zweite Kammer und dann durch den Auslaß strömt;
mit einem ersten Druckgasabteil zur Aufnahme eines ersten Volumens an Druckgas während des Normalbetriebs des Filters innerhalb der ersten Kammer auf der aufstromwärtigen Seite des Filterelements und einem zweiten Druckgasabteil zur Aufnahme eines zweiten Volumens an Druckgas während des Normalbetriebs des Filters innerhalb der zweiten Kammer;
mit einem Lüftungsventil, das in Verbindung mit dem ersten Druckgasabteil steht, so daß beim Öffnen das zweite Druckgasvolumen die Flüssigkeitssäule zwischen dem zweiten Druckgasabteil und der stromaufwärtigen Seite des Filterelements rasch in Gegenstromrichtung durch das Filterelement in das erste Druckgasabteil drückt und dabei die auf der stromaufwärtigen Seite des Filterelements angesammelten Schmutzteilchen ablöst, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Druckgasabteil (36) so positioniert und dimensioniert ist und das Lüftungsventil (14) so mit einem Bereich des ersten Druckgasabteils (36) in Verbindung steht, daß der Flüssigkeitspegel (15) im ersten Druckgasabteil (36) nach Eintritt der Flüssigkeitssäule in das erste Druckgasabteil (36) den mit dem Lüftungsventil (14) in Verbindung stehenden Bereich des ersten Druckgasabteils (36) nicht erreicht; und
daß Mittel (52, 54; 56, 58; 62) vorgesehen sind, um das erste und das zweite Druckgasabteil (36, 43) unabhängig vom Druck der Flüssigkeit innerhalb des Gefäßes (3) mit Gas gefüllt zu halten.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohranordnung ein im wesentlichen senkrechtes Strömungsrohr (30) enthält, das von der Zwischenwand (26) in die erste Kammer (4) hineinragt und in vorgegebenem Abstand von der Zwischenwand (26) ein unteres Ende (9) besitzt;
daß der Auslaß ein im wesentlichen senkrechtes Auslaßrohr (12) besitzt, das von dem Gefäß (3) in die zweite Kammer (6) ragt und ein freies Ende (13) oberhalb der Zwischenwand (26) besitzt;
daß das Strömungsrohr (30) und das Auslaßrohr (12) das erste und das zweite Druckgasabteil (36, 43) dadurch festlegen, daß mit dem unteren Ende des Strömungsrohrs (30) und mit dem freien Ende des Auslaßrohrs (12) zusammenfallende Flüssigkeitspegel entstehen, welche in einem ersten Abschnitt der ersten Kammer oberhalb des Flüssigkeitspegels das erste Gasvolumen, und innerhalb eines zweiten Abschnitts der zweiten Kammer oberhalb des dortigen Flüssigkeitspegels das zweite Druckgasvolumen einschließen.

3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel (52, 54; 56, 58; 62) zur Aufrechterhaltung des Druckgasvolumens in den beiden Druckgasabteilen (36, 43) eine Einrichtung (62) zum kontinuierlichen Einführen von Druckgas mit relativ kleiner Rate in das ersten Druckgasabteil (36) enthält; und
daß überschüssiges Druckgas aus dem ersten Druckgasabteil (36) über die Rohranordnung (30) in das zweite Druckgasabteil (43) weiterströmt.

4. Filteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckgaszufuhr das Strömungsrohr (30) und das Auslaßrohr (12) im wesentlichen konzentrisch zueinander und im wesentlichen vertikal verlaufen;
daß das Strömungsrohr (30) einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Auslaßrohres (12) besitzt, so daß in das Strömungsrohr (30) eintretendes Druckgas vertikal längs der Wände des Strömungsrohrs innerhalb der Flüssigkeit in die obere Kammer (6) und dann in das zweite Druckgasabteil (43) aufsteigt.

5. Filteranordnung nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filterelement (8) eine rohrförmige Gestalt besitzt und sich vom unteren Ende (9) des Strömungsrohrs (30) nach unten erstreckt und ein im wesentlichen kegelförmiges Element (31) besitzt, das einen für Flüssigkeit undurchdringlichen Boden für das Filterelement (8) bildet und sich vom Boden (32) gegen das untere Ende (9) des Strömungsrohrs (30) erstreckt, wobei der Querschnitt senkrecht zur Achse des Strömungsrohrs in Aufwärtsrichtung abnimmt; und
daß das kegelförmige Element (31) der während eines Rückwaschvorgangs von der oberen Kammer (6) in die untere Kammer (4) eintretende Flüssigkeit eine radiale Strömungskomponente verleiht, die das Loslösen des Filterkuchens vom Filterelement (8) erleichtert.