DE3422832C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter mit einem patronen­ förmigen Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Filter ist eine Vorrichtung zum Auffangen fester Teilchen (Klärfiltration), die in einer breiartigen Flüssigkeit suspen­ diert sind, und findet Verwendung in vielen Bereichen, wie bei der Filtration von Wasser oder Trinkwasser, bei der Filtration von Erzeugnissen der pharmazeutischen Industrie, bei der Filtra­ tion von Kraftstoff und Schmierölen, bei der Filtration von Galvanisierflüssigkeit und bei der Aufbereitung von Lösungsmit­ teln. Die Leistungsfähigkeit dieses Filters hängt sehr stark von der Qualität und der Zusammensetzung des verwendeten Filtermate­ rials ab.

Poröse keramische Artikel können als Filtermaterialien verwendet werden. So beschreibt die als gattungsbildene herangezogene US-PS 37 47 765 Filterelemente aus starrem feuerfestem Material, das durch anorganische Bindemittel gebunden ist, zur Filtration von geschmolzenem Aluminium. Bedingt durch diesen speziellen Einsatz dürfen nur bestimmte Materialien für die porösen keramischen Filterelemente verwendet werden.

Diese Filterelemente weisen durch das feuerfeste Material eine hohe Bruchanfälligkeit auf und auch die Porosität ist nicht genügend gleichmäßig. Darüber hinaus ist das Filterelement bezüg­ lich des Gehäuses nicht zentriert. Zur Reinigung des die Filtere­ lemente umgebenden Gehäuses muß das ganze Filterelement demon­ tiert werden.

Andere keramische Artikel, deren Sintervorgang auf Selbstsinte­ rung beruht, sind ebenfalls ungeeignet, da die gewünschte Kon­ trolle der Porendurchmesser schwierig ist. Werden die Filtermate­ rialien aus natürlichen porösen Rohmaterialien, wie zum Beispiel Filtergut hergestellt, so weisen die erhaltenen porösen Artikel auch keine genügende Festigkeit auf.

In mehrlagigen Filtern, wie sie die US-PS 43 36 043 beschreibt, können preiswerte Fasermaterialien verwendet werden. Diese Filter sind jedoch meist nicht widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen und müssen außerdem nach kurzer Benutzungszeit wegen Verstopfung ausgestauscht werden. Der Einsatz von Fluorharzen wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen macht diese Filter zwar widerstandsfähig, jedoch steigt dadurch der Strömungswiderstand gegenüber durchlau­ fendem Wasser.

In letzter Zeit sind als Filtermaterialien Sintermetalle benutzt worden, wie sie zum Beispiel in der US-PS 34 41 143 beschrieben sind. Solche Sintermetalle jedoch können nicht das Phänomen der zwischenräumlichen Vernetzung dieser Festkörperteilchen auslösen, die aus der zu behandelnden verdünnten breiartigen Flüssigkeit abgetrennt werden sollen, da ihre Kristallteilchen eine Kugelform aufweisen. Aufgrund ihrer kleinen Poren zeigen diese Filter einen großen Strömungswiderstand gegenüber durchlaufendem Wasser und leiden unter starker Verstopfung.

Aus der GB 13 34 490 ist ein Filter bekannt, das aus einer Viel­ zahl von Bauteilen besteht, so daß nach einer Reinigung des Filters der Zusammenbau der Einzelteile äußerst kompliziert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Filter mit einem Filterelement das eine hohe Lebensdauer aufweist, sich durch Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Chemikalien auszeichnet, einen geringen Strömungswiderstand gegenüber durchlaufendem Wasser aufweist, die Fähigkeit besitzt, die festen Bestandteile, die aus einer vorgegebenen verdünnten breiartigen Flüssigkeit abgetrennt werden sollen, vollständig aufzufangen und wobei die Filterteile auf einfache Weise auszu­ waschen und zu ersetzen sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Filter gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfin­ dungsgemäßen Filters,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines patronenförmigen Filterelementteiles gemäß der Ausführungsform der Fig. 1.

Fig. 1 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Filters. Der erfindungsgemäße Filter enthält ein patronenförmiges Filterelement, das eine Mehr­ zahl von zylindrischen Filterteilen 2 enthält, die wasser­ dicht an einem ihrer Enden mit einer Endplatte 6 abgeschlos­ sen sind und die an ihren anderen Enden wasserdicht von einem Bündelring 5 in der richtigen Position gehalten werden, während die von den Filterteilen 2 gebildeten Filtratdurchflußrohre sich an diesen letzteren Endabschnit­ ten vereinigen, um einen Filtratablauf 12 zu bilden, ein Gehäuse 1, das das obengenannte Filterelement um­ schließt, und einen Deckel 11 versehen mit einem Filtratab­ laufkanal 13, der mit dem Filtratablaufkanal 12 des zuvorgenannten Filterelementes in Verbindung steht, und ist versehen mit einem Zulaufanschluß 14 zum Zuführen von Flüssigkeit, der mit dem Hohlraum zwischen dem Gehäuse 1 und dem zuvor erwähnten Filterelement in Verbindung steht, und mit Mitteln zum Abdichten des oberen Endabschnitts dieses Gehäuses 1.

Die zylindrischen Filterteile 2 sind poröse keramische Röhrchen, die einen definierten Porendurchmesser, eine bestimmte Wandstärke und Öffnungen an beiden Enden aufweisen und die hergestellt werden durch Vermischen eines Aggregat von gleichförmigen fein zerteilten, polyedrischen Teilchen aus wenigstens einer Sorte künstlichen Rohmaterials mit einem anorganischen Bindemittel und einem organischen Plastifikationsmittel, Spritzgießen der resultierenden Mischung in Röhrchen und Brennen der gegossenen Röhrchen. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Filterteile als zylinder­ förmig beschrieben sind, können sie auch jede andere gewünschte säulenförmige Gestalt aufweisen, sofern sie ein Filtratdurchflußrohr bilden.

Beispiele für das obengenannte Aggregat des synthetischen Rohmaterials sind Tonerde, Mullit, Siliziumcarbid und Kieselsäure. Solch ein synthetisches Rohmaterial wird ausnahmslos mechanisch pulverisiert und dann durch Dekantie­ ren klassiert, um eine selektive Ansammlung von ausschließ­ lich fein zerteilten Teilchen mit gleichmäßigem Durchmesser zu gewährleisten. Der Grund für diesen gleichförmigen Durchmesser besteht darin, daß die Poren, die in den gebrannten geformten Röhrchen gebildet werden, Durchmesser mit einer engen Verteilung aufweisen sollen. Die Teilchen sollen eine polyedrische Gestalt aufweisen, weil nach dem Brennen die Teilchen mit dieser Gestalt die gewünschten verengten Hohlräume hierin hervorrufen und daher die Vernetzung der festen Teilchen auslösen, die aus einer vorgegebenen verdünnten breiartigen Flüssigkeit abgetrennt werden sollen.

Beispiele des hierin verwendbaren anorga­ nischen Bindemittels sind Ton, Natronkalk und Glasscherben. Das anorganische Bindemittel kann geeigneterweise hierin ein Karbonat und/oder ein Borat zum Beschleunigen des Brennvor­ gangs enthalten. Der Teilchendurchmesser soll so klein wie möglich sein.

Beispiele des hierin verwendbaren orga­ nischen Plastifikationsmittels sind Gummiarabicum, Stärke, Wachs und Carboxymethylcellulose, solche Vinylharze wie Poly­ vinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol und Polyvinylacetal, solche Acrylsäureharze wie Acrylesterpoly­ mere, und andere ähnliche thermoplastische Harze. Gegenüber anderen organischen Weichmachern erweisen sich thermopla­ stische synthetische Harze, insbesondere Polyvinylalkohole die sogar in geringen Mengen eine große Plastizität bewirken, als wünschenswert. Das organische Plastifikationsmittel dient zusätzlich zur Erzeugung von Plastizität in dem Gemenge von fein zerteilten polyedrischen Teilchen zur Verbesserung der Porosität der gebrannten gegossenen Röhrchen.

Das Gießen der Mischung in die Form von Röhrchen soll mittels der Spritzgießtechnik durchgeführt werden. Die Wahl dieser besonderen Technik gründet sich darauf, daß diese Technik in die Lage versetzt, Röhrchen mit einem bestimmten Querschnitt in jeder beliebigen Länge zu erhalten. Die gegossenen Röhrchen werden bei einer Temperatur im Bereich von normaler Raumtemperatur bis ungefähr 80°C getrocknet und dann gebrannt.

Die Brenntemperatur liegt im Bereich von ungefähr 900 bis ungefähr 1300°C abhängig von der Art und dem Teilchendurch­ messer des Aggregats etc. Da die zu brennende Mischung in der vorliegenden Ausführungsform ein anorganisches Bindemit­ tel enthält, kann der Sintervorgang im Vergleich zur Selbstsinterung einfach kontrolliert werden. Daher erzeugt der Brennvorgang eine poröse Keramik, die eine gleichmäßige Porosität aufweist.

In den porösen Keramikröhrchen mit einem definierten Porendurchmesser, die wie oben beschrieben durch Brennen erhalten werden, bleibt im Gegensatz zum Aggregat keine organische Substanz übrig, die ungünstige Effekte bewirken könnte, da als Plastifikationsmittel eine organische Substanz, die einen niedrigen Gehalt an Asche aufweist, anstatt eines orga­ nischen Tones verwendet wird und da als Bindemittel nur eine anorganische Substanz verwendet wird, und dies in einer minimalen Menge.

Die Endplatte 6 dient zum Verschließen der Öffnungen der Filterteile 2 an einem ihrer Endabschnitte und gleichzeitig dazu, die Filterteile 2 gebündelt zusammenzuhalten. Sie erfüllt ihre Funktion weitgehend dadurch, daß sie die Filterteile 2 an einem ihrer Endabschnitte abschließt. Sie ist somit nicht auf die Gestalt einer Platte beschränkt. Diese Endplatte 6 ist in ihrem Zentrum mit einer Vertiefung 15 versehen. Der Bündelring 5 ist in einer seiner Endflächen mit Öffnungen versehen, in die die Filterteile 2 eingepaßt sind. Durch das Einpassen der oberen Endabschnitte der Filterteile 2 in diese Öffnungen und das Verbinden der Ausläufe wird ein Filtratablauf gebildet, der mit dem Inneren dieser Filterteile 2 in Verbindung steht. Werden mehr als 2 Filterteile 2 benutzt, dient der Bündelring 5 gleichzeitig als Abstandshalter, um die Filterteile 2 getrennt voneinander festzuhalten. Weiterhin ist der Bündel­ ring 5 dort, wo der Deckel 11 anliegt, mit einer Dichtung aus Naturkautschuk oder synthetischem Gummi wie SBR, NBR oder Urethangummi versehen, um eine dichte Verbindung mit dem Deckel zu gewährleisten.

Die Verbindung der Filterteile 2 mit der Endplatte 6 oder mit dem Bündelring 5 wird durch einen Kleber bewirkt, der sich durch Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Chemikalien und Druck auszeichnet und eine vorteilhafte Abdichtung liefert.

Wo zwei oder mehr Filterteile 2 enthalten sind, ist das patronenförmige Filterelement wahlweise z. B. mit einem Haltering 10 versehen, um die Filterteile getrennt voneinan­ der zu halten.

Das Gehäuse 1 ist über einen O-Ring 3 mit dem Deckel verbunden. Wenn dieses Gehäuse 1 aus einem transparenten Material besteht, erlaubt es eine schnelle Beobachtung des Filtervorgangs, der in seinem Inneren abläuft und gewähr­ leistet das rechtzeitige Erkennen nachteiliger Erscheinungen wie die Ablagerung von Filterkuchen. Dieses Gehäuse 1 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, an einem Ende abgeschlossen. Dieses geschlossene Ende weist in Zentrum auf der Innenseite einen Kragen 16 auf. Dieser Kragen 16 liegt auf der Vertiefung 15 der Endplatte 6 auf. Die Verbindung zwischen dem Kragen 16 und der Vertiefung 15 ist gespannt, um das Filterelement unverrückbar in seiner Position zu halten, wenn der Deckel 11 schraubenförmig an dem Gehäuse 1 befestigt wird. Weiterhin ist es wünschenswert, das Gehäuse 1 in der Nähe seines unteren Endes insbesondere im Kragen mit einem Hahn 7 zu versehen, um Kondensat ablaufen zu lassen.

Der erfindungsgemäße Filter findet in vielen Bereichen Verwendung, beispielsweise bei der Filtration von Wasser oder Trinkwasser, der Filtration von Chemikalien in der pharmazeutischen Industrie, der Filtration von Kraftstoff oder Schmieröl, der Filtration von Galvanisierflüssigkeit, der Aufbereitung von Lösungsmitteln und der Filtration von Gasen oder Luft. Er erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Festkörperabscheidung. Da der Durchmesser der Poren, die in den Filterteilen des erfindungsgemäßen Filters gebildet worden sind, über den Durchmesser der polyedrischen Teilchen, die dieses Aggregat als Rohmaterial bilden eingestellt werden kann, kann der erfindungsgemäße Filter durch den Einbau solcher Filterteile, die durch die Verwendung eines Aggre­ gats von fein zerteilten Teilchen erhalten werden, bei­ spielsweise vorteilhaft zum Entfernen von Mikroorganismen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Sie läßt verschiedene Anwendun­ gen zu, wie unten durch Erläuterungen aufgezeigt wird.

Erstens dient das Gehäuse des erfindungsgemäßen Filters als ein Reservoir für die Zuführung der zu behandelnden Flüssigkeit. Der Hohlraum dieses Gehäuses kann gefüllt werden mit einem Adsorbens wie aktiviertem Kohlenstoff oder ionenaustauschendem Kunstharz oder mit einem porösen Materi­ al wie poröses Glas oder poröse Keramik, um die Filtrations­ wirkung zu verbessern.

Dann kann der erfindungsgemäße Filter eine Vielzahl von patronenförmigen Filterelementen in einem Verbund enthalten. In diesem Fall muß natürlich die Endplatte eines jeden patronenförmigen Filterelementes mit einer Öffnung für die Verbindung mit dem Filtratablaufkanal des vorhergehenden patronenförmigen Filterelementes versehen sein.

Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Filters kann durch eine zusätzliche Funktion verbessert werden, indem das patronenförmige Filterelement mit verschiedenen Beschich­ tungen versehen wird.

Wenn der Filter beispielsweise für die Abscheidung von Mikroorganismen durch Filtration verwendet wird, kann er dadurch eine fungicide Wirkung erhalten, daß fungicid aktive Metallionen wie Kupferionen oder Silberionen auf den zylindrischen Filterteilen und dem Haltering adsorbiert werden. Die Adsorption von Kupfer- oder Silberionen kann wirkungsvoll mit jedem anderen bekannten Verfahren durchge­ führt werden wie beispielsweise mit dem Verfahren, das die direkte Adsorption eines Sulfates oder Nitrates von Kupfer oder Silber in unveränderter Form bewirkt, mit dem Verfahren, das zuerst die Adsorption einer Zinnverbindung und dann die Adsorption von Kupfer oder Silberionen durch eine Substitutionsreaktion bewirkt, die durch Eintauchen in ein Sulfat oder Nitrat von Kupfer oder Silber ausgeführt wird, und dem Verfahren, das auf eine Silberspiegelreaktion zurückgeht.

Wenn der erfindungsgemäße Filter für die Filtration von Gas oder Luft verwendet wird, kann er zusätzlich dem Gas Feuchtigkeit dadurch entziehen, daß die zylindrischen Filterteile mit einer wasserabstoßenden Substanz wie Sili­ conharz beschichtet werden. Die Beschichtung mit Silicon­ harz beispielsweise wird mit irgendeinem bekannten Verfah­ ren, das Silanmonomere, Siliconöl oder Siliconlack verwen­ det, durchgeführt. Speziell wird die Beschichtung durch das Auftragen des vorgegebenen Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche der zylindrischen Filterteile mit Hilfe eines Sprays oder einer Bürste durchgeführt, danach folgt wahlwei­ se eine Wärmebehandlung.

Bei Gärprozessen kann der erfindungsgemäße Filter zum Vergären des Filtrates durch Einbetten einer gegebenen Gärhefe in die zylindrischen Filterteile verwendet werden.

Natürlich darf keine der verschiedenen Arten der Beschich­ tung die Poren in den Filterteilen verstopfen und den Filter in seiner Funktion beeinflussen.

Der oben beschriebene erfindungsgemäße Filter besitzt die folgenden herausragenden Eigenschaften.

Erstens besitzt der erfindungsgemäße Filter zahlreiche Eigenschaften, die von seinen Filterteilen abhängen. Da die Filterteile dadurch erhalten werden, daß ein Aggregat von gleichförmigen polyedrischen Teilchen durch ein anorganisches Bindemittel versintert wird, besitzen sie gleichförmige ideal ausgebildete Poren und bewirken dadurch die Ansammlung von festen Teilchen, die aus der vorgegebenen verdünnten breiartigen Flüssigkeit abgetrennt werden sollen. Da die Filterteile durch die Verwendung eines künstlichen Rohmaterials als dieses Aggregat und durch das Versintern dieses Aggregat durch ein organisches Bindemittel herge­ stellt werden, und daß weiterhin dieses Aggregat eine große Festigkeit und hohe Sinterneigung aufweist, zeichnet sich der hergestellte Filter durch physikalische Festigkeit aus. Die hohe physikalische Festigkeit erlaubt eine Verringerung der Wanddicke der Filterteile und verspricht somit eine Verringerung des Strömungswiderstandes, den die Filterteile bei durchströmendem Wasser zeigen, und der Dimensionen der Filterteile. Weiterhin zeichnen sich die Filterteile durch Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Chemikalien aus, da als Aggregat ein künstliches Rohmaterial verwendet wird, das eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und Chemikalien aufweist, und da das organische Bindemittel, das eine mangelhafte Widerstandsfähigkeit gegen Laugen aufweist, bloß in einer nicht reduzierbaren minimalen Menge verwendet wird. Darüber hinaus trägt die Tatsache, daß die Filterteile durch die Verwendung eines organischen Plastifikationsmittel eine verbes­ serte Porosität aufweisen, infolge der verminderten Wanddicke stark zu dem verringerten Strömungswiderstand gegenüber durchlaufendem Wasser bei.

Zweitens zeigt der erfindungsgemäße Filter eine hohe Filtrationskapazität, da er das patronenförmige Filterele­ ment enthält, das ein oder mehrere zylindrische Filterteile mit solchen herausragenden Eigenschaften aufweist, die wasserdicht an ihren oberen Endabschnitten abgeschlossen sind und die an ihren unteren Endabschnitten von dem Bündelring wasserdicht in ihrer Position gehalten werden, während ein Filtratablauf so ausgebildet ist, daß er mit dem Inneren der zylindrischen Filterteile in Verbindung steht. Darüber hinaus ist das Filterelement so aufgebaut, daß es vollständig ausgetauscht oder ausgewaschen werden kann. Dadurch ist der erfindungsgemäße Filter frei von lästigen Arbeiten, die sonst beim Austausch oder beim Auswaschen auftreten.

Drittens umgeht der erfindungsgemäße Filter die Notwendig­ keit, besonders mit Speichervorrichtungen versehen zu sein, da das Gehäuse als Reservoir für die Zuführung der zu behandelnden Flüssigkeit verwendet wird.

Viertens kann der erfindungsgemäße Filter geringe Zugspan­ nungen, denen die Filterteile ausgesetzt sind, kompensieren, da die erforderliche Filtration einer gegebenen Flüssigkeit dadurch abläuft, daß diese Flüssigkeit von außen nach innen die zylindrischen Filterteile passiert.

Claims (8)

1. Filter mit einem patronenförmigen Filterelement, das minde­ stens ein poröses zylindrisches keramisches Filterteil (2) enthält, das einen definierten Porendurchmesser, eine be­ stimmte Wanddicke und eine Öffnung an beiden Enden aufweist und an seinem einen Endabschnitt mit einer Endplatte (6) dicht abgeschlossen ist und an seinem anderen Endabschnitt von einem Bündelring (5) in seiner richtigen Position wasser­ dicht gehalten wird und in einen auf der einen Seite des Bündelringes befindlichen, mit einem Ablaufanschluß verbun­ denen Filtratablauf (12) mündet,
einem Gehäuse (1), das das Filterelement umschließt, einem zu dem Außenraum der keramischen Filterteile (2) führenden Zulaufanschluß (14) und einem mit dem Gehäuse verbindbaren Deckel (11), der einen Teil des Filtratablaufs (12) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) als Halterung für den Bündelring (5) ausgebildet ist und der Zulaufanschluß (14) sowie der Ablaufanschluß (13) an dem Deckel (11) vorge­ sehen sind, und daß das zumidest eine poröse zylindrische keramische Filterteil (2) erhältlich ist durch Vermischen von fein zerteilten polyedrischen Teilchen einer gewählten Grö­ ßenfraktion mit einem anorganischen Bindemittel und einem organischen Polastifikationsmittel, Gießen des resultierenden Gemisches zu Röhrchen und Brennen der gegossenen Röhrchen.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fein zerteilten polyedrischen Teilchen aus der Gruppe Tonerde, Mullit, Siliziumcarbid, Kieselsäure ausgewählt sind, das Bindemittel aus der Gruppe Ton, Natronkalk, Glasscherben ausgewählt ist und das organische Plastifikationsmittel aus der Gruppe Gummi arabicum, Stärke, Wachs, Carboxymethylcellu­ lose, Polyvinylverbindungen, Polyacrylsäureverbindungen, thermoplastische Polymere ausgewählt ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement eine Vielzahl der porösen keramischen Filterteile (2) enthält.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltering (10) die porösen keramischen Filterteile (2) auf Abstand hält.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zylindrisch ist, an einem Ende geschlos­ sen und am anderen Ende offen und mit dem Deckel (11) ver­ schließbar ist.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit dem Deckel (11) durch Aufschrauben verbindbar ist und an der Innenseite des geschlossenen Endes einen Kragen (16) aufweist, und daß die Endplatte (6) in ihrem Zentrum eine Vertiefung (15) aufweist, in die der Kragen (16) beim Zusammenschrauben von Gehäuse (1) und Deckel (11) ein­ greift, so daß das Filterelement gegen den Kragen (16) des Gehäuses (1) und den Deckel (11) gepreßt wird.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Kragen (16) eine Ablaßvorrichtung angebracht ist.

8. Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 1-7 für die Trennung einer fest-flüssigen Suspension.