DE69312400T2 - Anlage und filtrationsmodul fuer flüssigkeiten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinheit für Flüssigkeitsfiltrationsgerät, genauer für die Trinkwasserklärung sowie für das Recycling von Haushalt- oder Industrieabwässern, auch für andere Anwendungen, zum Beispiel im Bereich der Chemie im allgemeinen, in der Agrar- und Nahrungsmittelindustrie usw.
• Auf zahlreichen Gebieten der Industrie müssen Anlagen für die Filtration von Flüssigkeiten und namentlich Wasser verfügbar sein, die wirksam und praktisch im Gebrauch sein sollen. Vorzugsweise sollten diese Anlagen ein Filtrationssystem enthalten, dis leicht geiemigt werden kann, zum Beispiel durch Gegenstromspülung, ohne dass die Anlage demontiert werden muss, und wenn möglich automatisch.
• Aus dem Dokument EP-A-0 280 052 zum Beispiel ist bereits ein Gerät für die Flüssigkeitsfiltration bekannt, das eine Anordnung von senkrechten Faserbündeln umfasst, die mit ihren oberen Enden im Inneren des Gerätekörpers befestigt sind, wobei diese Anordnung in der Arbeitsstellung unter der Wirkung des Druckes, der von einer aufblasbaren Kammer ausgeübt wird, die sich im Inneren des benannten Körpers befindet und die benannte Anordnung in ihrer ganzen Höhe umgibt, eine Filtermasse bildet. Dieser Gerätetyp hat indessen bestimmte Nachteile, die namentlich daher rühren, dass er ein Ganzes darstellt, ohne dass nach mehrfachem Gebrauch die Filtermasse leicht ersetzt werden könnte, und dass die aufblasbare Kammer nur dem Zusammendrücken der Fasern in der Filtrationsphase dient.
• Folglich ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile auszuräumen, indem eine Filtermasse geschaffen wird, die praktischer zu gebrauchen ist und eine austauschbare Einheit darstellt, die einen aufblasbaren Gürtel einschliesst, der im wesentlichen in der Phase der Reinigung benutzt werden soll und der so konstruiert ist, dass er die Wirksamkeit dieser Reinigung verbessert.
• Somit besteht der Gegenstand dieser Erfindung, der das vorgenannte Ziel erreichen soll, in einer Filtereinheit für einen Flüssigkeitsfiltrationsapparat, die die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist.
• Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung besteht in einem Flüssigkeitsfiltrationsgerät, wie es in Anspruch 5 definiert ist.
• Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht schematisch und beispielhaft die beiden Gegenstände der Erfindung.
• Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Verwirklichung des erfindungsgemässen Filtrationsgeräts.
• Figuren 2 und 3 sind eine teilweise Seitenansicht eines Vertikalschnitts und eine teilweise Aufsicht eines Horizoritalschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtereinheit.
• Zuerst auf Figur 1 bezugnehmend, umfasst das veranschaulichte Gerät einen Filterkörper 1 zylinderischer Form, dessen obere Partie von einem Deckel 2 verschlossen wird und worin eine Filtereinheit 3 untergebracht ist, die weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Diese Filtereinheit 3 erfüllt den mittleren Teil des durch den Filterkörper 1 definierten Innenraums derart, dass über bzw. unter der benannten Einheit zwei Leerräume, ein oberer 4 und ein unterer 5, gebildet werden.
• Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine am unteren Ende des konischen Bodens des Körpers 1 befindliche Öffnung eingeführt, wobei das Einführungsrohr mit einem Ventil 7 und einem Durchflussregler 8 versehen ist; die Einführungsöffnung 6 dient zugleich als Spülöffnung und ist deshalb mit einem Entleerungsrohr verbunden, das mit einem Ventil 9 versehen ist. Im oberen Hohlraum 4 sind zwei Öffnungen gebohrt, wobei die erste Öffnung 10 dem Austritt der filtrierten Flüssigkeit dient und einerseits mit einem Austrittsrohr verbunden ist, das mit einem Ventil 1.1 versehen ist, andererseits aber mit einem Rohr 12 zur Einführung der Spülflüssigkeit, die durch ein Ventil 13 und einen Durchflussregler 14 strömt, sowie mit einem mit einem Ventil 16 versehenen Spülrohr 15 verbunden ist. Die zweite Öffnung 17 dient der Einführung von Druckluft, die durch ein Rückschlagventil 18 in den oberen Hohlraum 4 gelangt; der Druckluftkreis umfasst ferner eine Speisezuleitung 19, die an die Filtereinheit 3 endet und deren Funktion weiter unten beschrieben wird. Ausserdem sind ein Einlassventil 20 sowie ein Druckkonstanthalter 21 für die überwachung an dieser Zuleitung 19 vorgesehen. Das erfindungsgemässe Gerät, so wie es schematisch in Figur 1 dargestellt ist, kann ferner anderes Zubehör aufweisen, zum Beispiel ein Unterdruckventil 22, einen Druckkonstanthalter 23 für die Spülung, einen Konstanthalter 24 für den Maximaldruck und ein Überwach ungsmanometer 25 strömungsabwärts.
• Was die eigentliche Filtereinheit betrifft, wie sie beispielhaft in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, so besteht sie aus einer Filtermasse 26, die in einer zylindrischen Hülle 27 aus Kunststoff, zum Beispiel PVC, oder eventuell aus Metall untergebracht ist.
• Diese Filtermasse 26 wird hier aus durchgehenden Textilfasern 28, zum Beispiel aus Polyester, gebildet, deren jede einen Durchmesser in der Grössenordnung von ungefähr 15 µm hat; diese Fasern können leicht gekräuselt sein und sind axial und praktisch parallel zueinander in der zylindrischen Hülle 27 angeordnet.
• In nicht dargestellten Abwandlungen können die die Filtermasse bildenden Fasern Durchmesser zwischen etwa 3 und 40 µm aufweisen; ihr Querschnitt ist nicht notwendigerweise kreisrund, sondern kann zum Beispiel die Gestalt eines C oder Y haben. Die Filtermasse kann auch aus Fasern bestehen, die sich in ihren Merkmalen (Abmessungen und Gestalt des Querschnitts) voneinander unterscheiden, oder aber aus nicht durchgehenden Fasern, die axial durch Kardieren zusammengefasst sind.
• Als praktisches Beispiel können Kapillarröhrchen des Typs verwendet werden, die unter der Markenbezeichnung SORBAROD (Baumgartner Papiere AG, Schweiz) gehandelt werden, von denen die Aussenhülle, die zum Beispiel aus Polyethylen besteht, entfernt wird, um durch Zusammenfügen mehrerer dieser Röhrchen die benannte Filtermasse 26 zu realisieren.
• Das Durchlassvermögen für die zu filtrierende Flüssigkeit und das Rückhaltevermögen für in dieser Flüssigkeit suspendierte Stoffe werden von der Natur der zugrunde liegenden Fasern und von der Stopf- bzw. Fülldichte der benannten Fasern bestimmt. Diese Dichte wird namentlich in Abhängigkeit von der zu behandelnden Flüssigkeit und den zurückzuhaltenden Verunreinigungen gewählt. Diese Dichte entspricht für das vorgenannte SORBAROD etwa 30 000 Fasern/cm²; in anderen Abwandlungen kann sie hingegen etwa zwischen 10 000 und 100 000 Fasern/cm² liegen.
• Schliesslich hat die Filtereinheit 3 noch eine Vorrichtung, um die Filtermasse 26 radial zusammenzudrücken, die aus einem aufbiasbaren Güttel besteht, der durch eine kreisförmige Luftkammer 29 gebildet wird, die die benannte Filtermasse umgibt und an die Pressluftleitung 19 angeschlossen ist. Vorzugsweise umgibt der aufblasbare Gürtel 29 die Filtermasse nicht über ihre gesamte Höhe, und die ring- förmigen Hohlräume oben und unten werden von einem oberen Ring 30 bzw. einem unteren Ring 30' ausgefüllt, die ausserdem dazu dienen, die Filtermasse 26 in der zylindrischen Hülle 27 axial zu halten. In der Praxis können der aufblasbare Gürtel 29 und die beiden Ringe, der obere 30 und der untere 30', aus einem einzigen Stück bestehen, das in die zylindrische hülle 27 hineingedrückt wird und somit eine leicht austauschbare Patrone bildet.
• Der aufblasbare Gürtel 29 ist so konstruiert, dass er sich bei Lufteintritt durch die Zuleitung L9 aüfbläht und die Filtermasse radial in der Richtung ihrer Mittelachse zusammendrückt (siehe Mitte rechts in der Figur 2). Die Filtermasse 26 und der aufblasbare Gürtel kehren zu ihrer ursprünglichen Form (Figur 2, Mitte links) zurück, wenn der Lufteintritt durch die Zuleitung L9 unterbrochen und von neuem Wasser, dann Luft axial durch die Filtermasse 26 hindurchgeschickt wird. Die Möglichkeit des radialen Zusammendrückens der Filtermasse 26, die durch diesen aufblasbaren Gürtel gegeben ist, führt zu einer deutlichen Verbesserung der Spülwirkung bei der Gegenstromwäsche der benannten Filtermasse 26.
• Für eine Filtereinheit von 300 miii Durchmasser kann das radiale Zusammendrücken der Filtermasse 26 in halber Höhe eine Grössenordnung von 40 mm gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser betragen. Eine solche Einheit von 300 mm Durchmesser und mit einer Höhe von 150 mm gestattet es, Wasser mit einer Durchflussgeschwindigkeit von der Grössenordnung von 300 Litern pro Minute zu filtrieren.
• Die Funktion des vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Geräts wird nun in allgemeiner Form beschrieben.
• In der normalen Betriebsstellung als Filter sind vorerst die Ventile 9, 13, 16, 18 und 20 geschlossen, während die zu behandelnde Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, durch das (offene) Ventil 7 eingeführt wird, ansteigend die Filtereinheit 3 passiert und filtriert durch das Ventil 11 austritt.
• Jedes Gerät hat eine Filterkapazität, die je nach dem Typ der zu filtrierenden Flüssigkeit bestimmt und durch einen Durchflussbegrenzer 8 überwacht wird, durch den gleichzeitig ein Ansteigen des strömungsaufwärts festgelegten Druckes (im unteren Hohlraum 5) vermieden wird. Mit einer Filtereinheit, wie sie oben beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben wurde, ist der normale Arbeitsdruck von der Grössenordnung von 5 bar (bei einem Durchfluss von der Grössenordnung von 300 Litern pro Minute), während die festgelegte Druckdifferenz +0,3 bar beträgt.
• Wenn der Druck in diesem strömungsaufwärts gelegenen Hohlraum 5 das gegenüber dem anfänglichen Druck festgelegte Niveau erreicht, zum Beispiel 5,3 bar, muss die Gegenstromspülung ausgeführt werden. In der Praxis überwacht der Berührungs- Druckkonstanthalter 23 diesen Druck und löst die Spülphase aus. Vorzugsweise wird der Betrieb des Geräts automatisiert und computerisiert, so dass der Druckkonstanthalter 28 bei seinem Ansprechen elektronisch befiehlt, die folgenden Vorgänge für das Reinigen und Spülen der Filtereinheit auszuführen:
• (a) Schliessen des Eintrittsventils 7 und des Austrittsventils 11,
• (b) Öffnen des Spülventils 9, damit die Flüssigkeit aus dem unteren, d.h. strömungsaufwärts gelegenen Hohlraum 5 entleert werden kann, dann
• (c) Lufteintritt in die Luftkammer 29 durch Öffnen des Ventils 20 (während das Ventil 18 geschlossen ist), um diesen Gürtel aufzublasen und so die Filtermasse 26, die während der Filtrationsphase angesammelte feste Rückstände enthält, radial zusammenzudrücken; sodann wird dieses Ventil 20 geschlossen;
• (d) Lufteintritt in den Hohlraum 4 durch Öffnung des Ventils L8, damit Wasser, das die durch Zusammendrücken der Filtermasse 26 zusammengebackenen festen Rückstände mitschleppt, durch die Filtermasse 26 nach unten gedrückt und dann durch die Spülöffnung 6 entleert wird (wobei Ventil 9 geöffnet ist);
• (e) Schliessen des Ventils 18 und Wassereintritt in den oberen Hohlraum 4 durch Öffnen des Ventils L3, das nach einigen Sekunden wieder geschlossen wird; sodann Wiederholung der unter (c) und (d) weiter oben beschriebenen Vorgänge;
• (f) nach einer letzten Spülung des Systems durch Einblasen von Luft bei offenem Ventil 18 werden dann die Ventile 18 und 9 geschlossen, Ventile 7 und 16 geöffnet; sodann wird das Austrittsventil 11 geöffnet, schliesslich wird das Ventil 16 geschlossen, wonach der Filtrationsvorgang wie vorher beschrieben wieder aufgenommen werden kann.
• Der volle Reinigungs und Spülzyklus dauert etwa eine Minute und kann natürlich, wenn erforderlich, mehrere Male nacheinander wiederholt werden, insbesondere die Vorgänge (c) bis (e); er kann auch mit unterschiedlichen Sequenzen in der Reihenfolge der verschiedenen Vorgänge durchgeführt werden. Schliesslich kann der Filtrationsvorgang wie vorher beschrieben wieder aufgenommen werden, bis ein neuer Reinigungs- und Spülzyklus in Abhängigkeit von der gemessenen Druckdifferenz ausgelöst wird.
• In einer nicht veranschauhchten Abwandlung des erfindungsgemässen Geräts kann dieses mehrere Filtereinheiten, wie sie vorher beschrieben wurden, enthalten, und zwar parallel zueinander in einer einzigen zylindrischen Hülle angeordnet, die einen deutlich grösseren Durchmesser als jene unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschriebene Hülle hat. Das Gerät hätte dann zusätzlich eine obere und eine untere Montageplatte, um den Satz der Filtereinheiten zu halten und die Einheiten gegenseitig abzudichten, damit die zu filtrierende Flüssigkeit nur durch die Filtermassen dieser Einheiten hindurchtreten kann.
• Schliesslich kann bemerkt werden, dass der aufblasbare Gürtel 29 auch etwas anders als oben beschrieben verwendet werden kann, und zwar genauer zu dem Zweck, durch Zusammendrücken die Dichte der die Filtermasse bildenden Fasern abzuwandeln, uni deren Filtrationseigenschaften zu verändern. Dabeigenügt es, die Luftzuleitung 19 zu betätigen, um die tatsächliche Dichte der Filtermasse 26 anzupassen. Wenn diese Filtermasse für den Filtrationsvorgang zusammengedrückt worden ist (Mitte rechts in Figur 2), müssen auch die Schritte der Gegenstrom- Filterreinigung, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, entsprechend abgewandelt werden, wobel der erste Schritt dann eine "Entspannung" der Filtermasse 26 ist.

Claims (7)

1. Filtereinheit für Flüssigkeitsfiltriergerät mit einer kömpakten filtrierenden, aus dünnen, praktisch axial parallel zueinander angeordneten Fasern (28) bestehenden Masse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Fasern durch radiales Zusammendrücken so in einer starren zylindrischen Hülle (27) gehalten werden, dass die Stopf- oder Fülldichte der filtrierenden Masse zwischen 10 000 und 100 000 Fasern pro cm² liegt; dass ein aufblasbarer Gürtel (29), der diese filtrierende Nasse umschliesst, zwischen dieser Masse und der Innenwand der benannten zylindrischen Hülle angeordnet ist, um zeitweilig die Dichte der benannten Masse zu erhöhen, wobei dieser Gürtel an eine Druckluftversorgung (19) angeschlossen ist; und dadurch, dass der aufblasbare Gürtel (29) eine geringere Höhe als die filtrierende Masse (3) hat, während ringförmige Elemente (30, 30') über bzw. unter diesem aufblasbaren Gürtel in der zylindrischen hülle (27) angeordnet sind.

2. Filtereinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die filtrierende Masse (3) umschliessende zylindrische Hülle (27) aus einem Kunststoff, zum Beispiel Polyvinylchlorid, oder einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.

3. Filtereinheit gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durchgehend oder nicht durchgehend und von kreisförmigem oder anderem Querschnitt sind und dass dieser Querschnitt einen Durchmesser bzw. eine Querabmessung zwischen 3 und 40 Mikrometern aufweist.

4. Filtereinheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese beiden Elemente zusammen mit dem benannten aufblasbaren Gürtel eine aus einem Stück hergestellte, austauschbare Patrone bilden.

5. Flüssigkeitsfiltriergerät mit einem Filterkörper (1), der Öffnungen für den Eintritt (6) der zu behandelnden Flüssigkeit bzw. für den Austritt (10) der filtrierten Flüssigkeit aufweist, ferner Öffnungen für die Einführung (12, 17) von Spülwasser und Druckluft sowie Entleerungsöffnungen (6, 15) für das Durchblasen und Spülen des Geräts, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit gemäss eineni der Ansprüche 1 bis 4 auswechselbar in dem benannten Filterkörper (1) untergebracht ist.

6. Filtriergerät gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (1) in der Senkrechten in drei Zonen unterteilt ist, wobei eine erste, im unteren Abschnitt des Körpers liegende Zone (5) die Öffnungen für den Eintritt (6) der zu behandelnden Flüssigkeit und für die Entleerung sowie Kontrollorgane für den Innendruck (23, 24) umfasst, eine zweite, im oberen Abschnitt des Körpers liegende Zone (4) die Öffnungen für den Austritt der filtrierten Flüssigkeit (10) sowie fur die Einführung (12, 17) von Druckluft und Spülwasser umfasst und eine dritte, zwischen den ersten beiden Zonen liegende Zone die Filtereinheit (3) beherbergt.

7. Fillriergerät gemäss Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere paiallel zueinander in dem benannten Filterkörper untergebrachte Filtereinheiten umfasst, die durch eine obere bzw. untere Montageplatte gehalten werden, wobei diese Platten zugleich für die gegenseitige Abdichtung der benannten Einheiten sorgen.