AT512535A4 - Filtereinrichtung - Google Patents

Abstract

Filtereinrichtung zur Abscheidung von in Form von festen oder flüssigen Partikeln vorliegenden Begleitstoffen aus Stoffströmen, umfassend ein Filtergehäuse (1) mit einem darin angeordneten Filtereinsatz (4), wobei das Filtergehäuse (1) zumindest eine Zuleitung (9) und einen Ableitung (10) aufweist, wobei der Filtereinsatz (4) einen Einlassbereich (15) und einen Auslassbereich (16) aufweist, wobei der Einlassbereich (15) mit der Zuleitung (9) und der Auslassbereich (16) mit der Ableitung (10) verbunden ist, sodass ein Stoffstrom von Zuleitung (9) zu Ableitung (10) durch den Filtereinsatz (4) strömt, wobei die Filtereinrichtung um wenigstens einen weiteren Filtereinsatz (4) erweiterbar ist, wobei der wenigstens eine weitere Filtereinsatz (4') einen Einlassbereich (15) und einen Auslassbereich (16) aufweist, wobei der Einlassbereich (15) des ersten Filtereinsatzes (4) und/oder der Einlassbereich (15) des zweiten Filtereinsatzes (4) jeweils getrennt voneinander mit der Zuleitung (9) und der Auslassbereich (16) des ersten Filtereinsatzes (4) und der Auslassbereich (16) des zweiten Filtereinsatzes (4') jeweils getrennt voneinander mit der Ableitung (10) verbunden sind.

Description

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TY10227 1

Filtereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zur Abscheidung von festen oder flüssigen Begleitstoffen aus Stoff strömen, umfassend ein Filtergehäuse mit einem darin angeordneten Filtereinsatz, wobei das Filtergehäuse zumindest eine Zuleitung und eine Ableitung aufweist, wobei der Filtereinsatz einen Einlassbereich und einen Auslassbereich aufweist, wobei der Einlassbereich mit der Zuleitung und der Auslassbereich mit der Ableitung verbunden ist, sodass ein Stoffstrom von Zuleitung zu Ableitung durch den Filtereinsatz strömt.

Filtereinrichtungen, deren Aufgabe es ist, in geringen Mengen enthaltene Begleitstoffe aus flüssigen oder gasförmigen Stoffströmen abzuscheiden, basieren, wenn das abzuscheidende Medium einen festeren Aggregatszustand aufweist, als der zu filternde Stoffstrom, häufig auf dem Prinzip der Filterwirkung von Faserschichten. Die abzuscheidenden Begleitstoffe des Stoffstromes (das Filtrat), werden in den aus Faserfilamenten bestehenden Filterschichten zurückgehalten, während der Stoffstrom die Filterschichten passiert.

Filtereinrichtungen, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind in vielerlei Ausführungen bekannt und werden verbreitet in der Technik eingesetzt. Je nach Anwendungsgebiet und Anforderungen sind die Konstruktionsweisen und die Art der verwendeten Filterschichten unterschiedlich. Ein wichtiges Anwendungskriterium für das Design und die Auslegung der Filtereinrichtung ist die Abscheiderate, die das Mengenverhältnis der abzuscheidenden Begleitstoffe vor und nach der Filtereinrichtung angibt. Beispielsweise besagt eine Ab scheiderate von 90 %, dass die Begleitstoffe in der Filteremrichtung zu 90 % aus dem Stoffstrom eliminiert worden sind. Wenn die Begleitstoffe in sehr kleiner Partikelgröße vorliegen und mit einer sehr hohen Abscheiderate aus dem Stoffstrom entfernt werden müssen, werden in der Regel sehr feinporige Filterschichten eingesetzt, deren Faserfilamente sehr dicht gepackt und deren Poren damit entsprechend klein sind. Solche Filtereinrichtungen haben den Nachteil, dass die abgeschiedenen Partikel die Hohlräume der Filterschichten sukzessive verschließen und damit der Stoffstrom behindert bzw. im Extremfall blockiert wird. Die Folge ist, dass die Filterschichten, die meist in Filtereinsätzen innerhalb eines Filtergehäuses untergebracht sind, gewechselt werden müssen. Abgesehen von den damit verbundenen Kosten sowie dem Arbeitsaufwand, bedeutet dies häufig eine Stillsetzung der Anlage, für die die Filteremrichtung vorgesehen ist.

Ein weiterer Nachteil der nach dem bekannten Stand der Technik ausgeführten Filtereinrichtungen für sehr hohe Abscheideraten rührt daher, dass diese konstruktiv relativ genau auf den Stoffstrom und die Menge der darin enthaltenen, abzuscheidenden Begleitstoffe abgestimmt werden müssen. 2 2 (100012/50151 iPrinted:Ö2^05-2012

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei der die beschriebenen Nachteile vermindert sind. Insbesondere soll die Standzeit der Filtereinsätze deutlich erhöht werden und es soll eine einfache modulare Anpassung an unterschiedliche Stoff- und Begleitstoffe und damit eine universelle Einsetzbarkeit erreicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Filtereinrichtung zur Abscheidung von in Form von festen oder flüssigen Partikeln vorliegenden Begleitstoffen aus Stoffströmen, umfassend ein Filtergehäuse mit einem darin angeordneten Filtereinsatz, wobei das Filtergehäuse zumindest eine Zuleitung und eine Ableitung aufweist, wobei der Filtereinsatz einen Einlassbereich und einen Auslassbereich aufweist, wobei der Einlassbereich mit der Zuleitung und der Auslassbereich mit der Ableitung verbunden ist, sodass ein Stoffstrom von Zuleitung zu Ableitung durch den Filtereinsatz strömt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Filtereinrichtung um wenigstens einen weiteren Filtereinsatz erweiterbar ist, wobei der wenigstens eine weitere Filtereinsatz einen Einlassbereich und einen Auslassbereich aufweist, wobei a) der Einlassbereich des ersten Filtereinsatzes und der Einlassbereich des zweiten

Filtereinsatzes jeweils getrennt voneinander mit der Zuleitung verbunden sind, oder b) der Auslassbereich des ersten Filtereinsatzes und der Auslassbereich des zweiten

Filtereinsatzes jeweils getrennt voneinander mit der Ableitung verbunden sind, oder c) der Einlassbereich des ersten Filtereinsatzes und der Einlassbereich des zweiten

Filtereinsatzes jeweils getrennt voneinander mit der Zuleitung und der Auslassbereich des ersten Filtereinsatzes und der Auslassbereich des zweiten Filtereinsatzes jeweils getrennt voneinander mit der Ableitung verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung sieht dabei vor, dass die gesamte Filterfläche in besonderer Art und Weise auf mehrere Filtereinsätze aufgeteilt wird. Diese können jeweils zu Paaren, in Form sogenannter Filtermodule, zusammengefasst und bevorzugt auf definierte Weise durchströmt werden. In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass diese Filtermodule wie ein Baukasten kombinierbar sind. Bevorzugt ist das Filtermedium tiefenwirkend, mit in Richtung der Stoffströmung zunehmender Verdichtung von

Faserfilamenten. Im Weiteren kann gemäß dem Erfindungsvorschlag vorgesehen sein, dass die Geometrie der Filtereinsätze und der innerhalb der Filtereinsätze integrierten Filterschichtelemente in besonderer Art und Weise gestaltet werden, wie es in einem untenstehenden Textabschnitt konkreter beschrieben wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Filtermodul vorgesehen ist, welches zumindest zwei Filtereinsätze umfasst, wobei a) die Einlassbereiche

2012/5Ö151 3 mit einem gemeinsamen Einlassstutzen oder b) die Auslassbereiche mit einem gemeinsamen Auslass stutzen oder c) die Einlassbereiche mit einem gemeinsamen Einlassstutzen und die Auslassbereiche mit einem gemeinsamen Auslassstutzen verbunden sind. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen sein, dass mehrere Filtermodule vorgesehen sind, welche zumindest jeweils zwei Filtereinsätze umfassen, wobei a) die Einlassbereiche mit einem gemeinsamen Einlassstutzen oder b) die Auslassbereiche mit einem gemeinsamen Auslassstutzen oder c) die Einlassbereiche mit einem gemeinsamen Einlassstutzen und die Auslassbereiche mit einem gemeinsamen Auslassstutzen verbunden sind. Dadurch wird die Filterleistung erhöht und die Modularität erweitert.

In einer Ausführungsvariante können zumindest zwei, vorzugsweise mehrere, Filtermodule zu einem Filtermodulregister zusammengefasst sein. Auf diese Weise kann eine Vereinfachung des Systems bei maximaler Modularität erreicht werden.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Filtergehäuse aus mehreren Gehäuseteilen besteht, wobei wenigstens ein Filtermodul, bestehend aus zumindest zwei Filtereinsätzen in jeweils einem Gehäuseteil angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass das Filtergehäuse durch zumindest ein weiteres Gehäuseteil, vorzugsweise durch mehrere Gehäuseteile, erweiterbar ist, in welchen jeweils ein Filtermodul eingesetzt ist, sodass das gesamte Filtersystem auf diese Weise einfach an unterschiedliche Stoffströme angepasst werden kann. In dieser Ausführungsvariante sind Verbindungselemente vorgesehen, z.B. Flansche und/oder Steckverbindungen, um die Gehäuseteile miteinander zu verbinden. Dadurch kann ein flexibles, modulares System bei minimalen äußeren Veränderungen zur Erweiterung der Filtereinrichtung ermöglicht werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtermodulregister in einem gemeinsamen Gehäuseteil für mehrere, vorzugsweise alle, Filtermodule untergebracht ist.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Filtereinsätze eine quaderförmige Gestalt aufweisen und entsprechend auch die Filtergehäuse bzw. Gehäuseteile annähernd quaderförmig sind. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseteilewände -zur Steigerung der Druckfestigkeit - eine Krümmung bzw. Wölbung aufweisen.

In einer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass pro Filtereinsatz ein Gehäuseteil vorgesehen ist. 4 fiöüÄöi^t 1h einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass ein jedes Gehäuseteil, in dem ein Filtereinsatz anordenbar ist, eine jeweils separate Öffnung zur Abführung des gefilterten Stoffstromes und/oder zur Zuführung des zu filternden Stoffstromes aufweist. Dabei kann weiters vorgesehen sein, dass die Öffnung in eine gemeinsame, vorzugsweise außerhalb der jeweiligen Gehäuseteile, liegende Sammelleitung mündet. Weiters kann vorgesehen sein, dass mehrere Gehäuseteile zu einem Gehäuseregister verbunden sind, mit einer allen Moduleinheiten gemeinsamen Zuleitung und/oder Ableitung des Stoffstromes.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Filtereinsätze paarweise zu Filtermodulen zusammengefasst sind, wobei die Filtereinsätze in Gegenrichtung durchströmbar sind. Weiters kann ein Innenraum vorhanden sein, aus welchem der Stoffstrom Über einen Anschlussstutzen aus dem Filtermodul ab- oder in welchem der Stoffstrom den Filterflächen zugeführt wird.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die - vorzugsweise quaderförmigen - Filtereinsätze eine variable Faserdichte zwischen Einlassbereich und Auslassbereich aufweisen. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Faserdichte stetig oder in Stufen zunimmt. Es kann vorgesehen sein, dass die Art der Zunahme in Abhängigkeit von der Entfernung zur Eintrittsebene im Wesentlichen exponentiell oder näherungsweise exponentiell erfolgt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Filtereinsatz zumindest eine Filterschicht, vorzugsweise mindestens zwei Filterschichten mit Faserfilamenten aufweist. Dabei kann weiters vorgesehen sein, dass die Filterschichten im Filtereinsatz aus mehreren Filterlagen aus Faserstoffen mit jeweils im Wesentlichen konstanter Packungsdichte der Faserfilamente bestehen, wobei die Filterlagen in Strömungsrichtung des Stoff Stromes eine zunehmende Faserdichte aufweisen. Weiters kann vorgesehen sein, dass die letzte Faserschicht die mindestens Doppelte bis maximal 4-fache Faserdichte im Vergleich zur ersten Filterschicht aufweist.

In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die in den Filtereinsatz eingesetzten Filterschichten mit zunehmender Entfernung zur Eintrittsfläche eine abnehmende Dicke aufweisen. Es kann dabei weiters vorgesehen sein, dass die Dicke in einem höheren Maße abnimmt, als die Faserdichte zunimmt, vorzugsweise doppelt so stark abnimmt als die Faserdichte zunimmt.

In einer AusführungsVariante ist vorgesehen, dass die Filtereinsätze aus im Wesentlichen quaderförmigen Blöcken bestehen, in die Filterschichten aus Faserstoffen (z.B. Fließ-Stoffe [Prlrtted: 02-05-2012 EeO|M [10 2012/50151 5 oder Fasermatten) eingesetzt sind, wobei die einzelnen Filterschichten, in formsteifen Begrenzungselementen eingefasst sind.

In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Filterschichten eine abhängig von der Höhe veränderliche Dicke und eine zur Dicke umgekehrt proportionale Faserdichte aufweisen, wobei der Schnitt durch die Schichtebene eine nach unten glockenförmige Aufweitung aufweist.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die zur Filterung des Stoffstromes eingesetzten Filtereinsätze, bestehend aus zumindest 2 Filter schichten, eine Dicke von mindestens 100 mm und maximal 200 mm, vorzugsweise eine Dicke zwischen 110 mm und 130 mm aufweisen.

In der Praxis können Filtereinrichtungen mit den Merkmalen der Erfindung in Anlagen eingesetzt weiden, die in unterschiedlichen Größen ausgeführt werden, aus Gründen einer rationalisierten Fertigung jedoch ein nahezu identisches Design mit einem hohen Anteil an Gleichteilen aufweisen (Baureihen-Design). Filtereinrichtungen, die für solche Baureihen eingesetzt werden, sollten trotz - teilweise erheblich - unterschiedlicher Stoffströme, ein ebenfalls einheitliches, vorzugsweise modulares Design mit einem Maximum an Gleichteilen, aufweisen.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung weiden nachfolgend anhand der Figuren und Figurenbeschreibung erläutert.

Fig. 1 Fig.2 Fig. 3a, 3b Fig. 4 Fig. 5a, 5b Fig. 6 Fig. 7 zeigt schematisiert im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. zeigt schematisiert das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 im Betriebszustand. zeigen Filtereinsätze mit unterschiedlichem Querschnitt. zeigt schematisiert im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. zeigen zwei Ansichten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. zeigt den optimalen Verlauf der Packungsdichte von Faserfilamenten der

Filterschichten im Filtereinsatz. zeigt ein Beispiel für die Annäherung des optimalen Kurvenverlaufes durch eine Stufenfolge von vier Filterschichten.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung gezeigt. Die Filtereinrichtung dient zur Abscheidung von in Form von festen oder flüssigen Partikeln vorliegenden BegleitstofFen aus Stoffströmen und umfasst ein Filtergehäuse 1 mit einem darin angeordnetem Filtereinsatz 4. Das Filtergehäuse weist 1 eine Zuleitung 9 und eine Ableitung 10 auf. Der Filtereinsatz 4 weist einen Einlassbereich 15 entlang der Filtereinsatzoberfläche m 6 ίΐΡ#?Ϊ2/50151 und einen Auslassbereich 16 (an einem anderen Bereich der Filtereinsatzoberfläche) auf. Der Einlassbereich 15 ist mit der Zuleitung 9 verbunden, sodass ein Fluid von der Zuleitung 9 in den Filtereinsatz 4 einströmen kann (siehe dazu auch Hg. 2, in der die Huidströmung durch Pfeile angedeutet ist). Der Einlassbereich 15 ist mit der Zuleitung 9 über den Eintrittsstutzen 17 verbunden, sodass ein Stoffstrom insgesamt von Zuleitung 9 zu Ableitung 10 durch den Filtereinsatz 4 und dann weiter nach außen strömt. Die Filtereinrichtung weist fünf weitere Filtereinsätze 4 auf, wobei die weiteren Filtereinsätze 4 jeweils einen Einlassbereich 15 und einen Auslassbereich 16 aufweisen.

Die Einlassbereiche 15 des ersten Filtereinsatzes 4 und die Einlassbereiche 15 der weiteren Filtereinsätze 4 sind jeweils über Zufuhrstutzen 17 und über eine gemeinsame Verteilleitung 5 mit der Zuleitung 9 verbunden, wenn die Strömungsrichtung wie in Fig. 2 gewählt ist. Der Auslassbereich 16 des ersten Filtereinsatzes 4 und die Auslassbereiche 16 der weiteren Filtereinsätze 4 sind über die Zwischenräume zwischen Gehäuse 1 und den Auslassbereichen 16 mit der Auslassöffnung (bzw. dem Auslassstutzen) 10 verbunden. Die in Fig. 1 beschriebene und in Fig. 2 detaillierter dargestellte Strömungsrichtung des Fluides wird deshalb bevorzugt, weil die letzte Filterschicht des Filtereinsatzes auswechselbar vorgesehen ist, und damit ein einfacherer Auswechselvorgang möglich wird. Grundsätzlich ist jedoch auch eine umgekehrte Strömungsrichtung bei entsprechend angepasstem Aufbau der Filtereinsätze möglich.

Das Filtergehäuse 1 ist quaderförmig und mit ebenen oder gekrümmten Gehäusewänden ausgeführt. Innerhalb des Filtergehäuses 1 ist ein zusammenhängendes Filtennodulregister 2 eingesetzt, beispielsweise indem es stimseitig in das Filtergehäuse 1 eingeschoben wurde. Das Filtermodulregister 2 (angedeutet durch eine strichpunktierte Ellipse) besteht im gezeigten Beispiel aus drei Filtermodulen 3 (angedeutet durch eine strichlierte Ellipse), die sich jeweils paarweise aus zwei Filtereinsätzen 4 zusammensetzen. Die Filtereinsätze 4 bestehen aus den in den Fig. 3a und 3b genauer gezeigten Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld, aus Stützelementen 12 sowie aus einem Rahmen 8, in den die Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld samt Stützelementen 14 dicht eingefasst sind. Je zwei dieser Filtereinsätze 4 werden ebenfalls dicht in einen gemeinsamen Halterahmen 6 eingefügt und bilden damit ein Filtermodul 3.

Die Filtereinsätze 4 eines Filtermoduls 3 werden bevorzugt jeweils in Gegenrichtung vom zu filternden Stoffstrom durchströmt, im dargestellten Fall von innen nach außen. Die Filtermodule 3 wiederum werden zu einem Filterregister 2 kombiniert, bei dem, je nach Erfordernis, mehr oder weniger Filtermodule 3 miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Module 3 erfolgt, indem die Einlassstutzen 17 in eine gemeinsame Sammelleitung 5 münden und die Rahmen 8 der Filtermodule 3 über Halteleisten aneinander befestigt sind. Die 7 gemeinsame Sammelleitung 5 wird durch die Gehäuse wand zu einer äußeren Zuleitung 9 geführt. Der gefilterte Stoffstrom gelangt im Zwischenraum von Filteiregister und Gehäusewand zum Austrittsstutzen 10. Die Ableitung des gefilterten Stoff Stromes erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel über den Austrittsstutzen 10 an der rechten Gehäusewand.

In Fig. 2 ist die Stoffströmung im Filter durch die eingezeichneten Strömungspfeile ersichtlich. Der zu filternde Stoffstrom gelangt durch die Zuleitung 9 und die Verteilleitung 5 ins Innere der Filtermodule 3, dringt durch die Filterschichten der Filterelemente 4 und wird gefiltert über die Zwischenräume zwischen Filtergehäuse 1 und den Austrittsflächen der Filtereinsätze 4 zur Austrittsöffnung 10 geleitet. Bei Anpassung der Schichtstruktur der Filtereinsätze 4 ist, wie oben bereits angemerkt, auch eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich, ohne dass die Funktonalität des Konzeptes damit beeinträchtigt würde.

In den Fig. 3a wird der Aufbau eines Filtereinsatzes 4 entsprechend einer möglichen Ausführung des Lösungsvorschlages beschrieben: Die Strömungsrichtung des Stoffstromes 9 wird durch den Pfeil angezeigl. Der Filtereinsatz 4 besteht aus mehreren Faserstoffschichten 11a, 11b, 11c, lld, die jeweils eine unterschiedliche Packungsdichte der Faserfilamente aufweisen, wobei erfindungsgemäß die Packungsdichte von der Eintrittsseite zur Austritts Seite in einer definierten Weise zunimmt. Umgekehrt nimmt die Dicke bzw. Tiefe der Faserstoffschichten 11a, 11b, 11c, lld in Strömungsrichtung ebenfalls in definierter Weise ab. Der Grund für diesen besonderen Aufbau liegt darin, dass der Filtratgehalt des Stoffstromes mit der zurückgelegten Wegstrecke „x“ im Filtermedium in Form einer Funktion der Gestalt F = a*exp(-b*x) mit a, b = Konstanten abnimmt und daher die Abscheidemenge pro Zeiteinheit bezogen auf eine definierte Filterschichtdicke stark zurückgeht. Um die auf das Filtervolumen bezogene Abscheideeffizienz zu maximieren, ist es günstig, die Packungsdichte in Strömungsrichtung stetig oder stufenweise zu erhöhen. Zur Erzielung einer maximalen Abscheiderate bei gleichzeitig möglichst geringem Druckverlust des Stoffstromes sowie für minimal erforderliches Fütervolumen, hat es sich als sehr günstig erwiesen, eine Gesamtdicke des Filterelementes von 100 - 200 mm, vorzugsweise 110 - 130 mm zu wählen und die Packungsdichte von der Eintritts- bis zur Austrittseite um den Faktor 2 - 4 zu erhöhen. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Packungsdichte p der Faserfilamente, ausgedrückt in spezifischem Gewicht des Filtermediums in gfi in Abhängigkeit des vom Stoffstrom im Filtermedium zurückgelegten Weges x, in einer Weise zu verändern, dass sie etwa exponentiell verläuft (siehe Fig. 6). 8 8 ίΐόΐ^ίϋδίδί ^§M:02ic|iD12

Der durch theoretische Betrachtungen ermittelte und durch Versuchsergebnisse gestützte, in Fig. 6 dargestellte Kurvenverlauf zeigt die optimale Packungsdichte. In Fig. 7 ist dies beispielhaft für eine 4-stufige Filterschichtfolge mit den vier Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld ausgeführt. Abgesehen vom Ziel der Maximierung der Abscheiderate, ist auch ein minimaler Druckverlust über die Filterpackung anzustreben. Da eine Erhöhung der Packungsdichte p auch zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes führt, spielt die Dicke d der einzelnen Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld für die Gesamtoptimierung eine wichtige Rolle.

In das Diagramm wurde eine vorteilhafte Schichtdickenfolge eingezeichnet. Detaillierte Untersuchungen haben gezeigt, dass es günstig ist, die Dicke d der Filterschichten gleich bis doppelt so stark abnehmen zu lassen, wie die Packungsdichte p zunimmt.

Der Lösungsvorschlag sieht also bevorzugt vor, dass die Filtereinsätze 4 eine über die Tiefe variable Packungsdichte p der Faserfilamente aufweisen. In der Praxis kann dies am Einfachsten auf die Art und Weise realisiert werden, dass die Filtereinsätze 4 aus mehreren Teilschichten bzw. Filterschichten 1 la, 1 lb, 1 lc, 1 ld bestehen, die in Strömungsrichtung eine zunehmende, innerhalb einer Filterschicht 11a, 11b, 11c, lld jedoch konstante Packungsdichte p aufweisen und deren Dicke d mindesten in der gleichen Weise aber nicht mehr als doppelt so stark abnimmt wie die Faserdichte p von der Eintrittsseite zur Austrittsseite zunimmt.

In Fig. 3a ist ein Filtereinsatz 4 nach diesem Konzept, bestehend aus vier Teilschichten 11a-1 ld dargestellt. Der zu filternde Stoffstrom 10 tritt von links in den Filtereinsatz 4 ein und durchströmt die zunehmend dichteren Filterschichten 11a, 11b, llc, lld. Die Filterschichten 11a, 11b, llc, lld werden durch Stützelemente 12, beispielsweise Lochbleche, gehalten. Am Umfang ist der Filtereinsatz 4 in ein Halteelement 8 in Form einer Schale dicht eingebettet und fixiert.

Die in Strömungsrichtung letzte Filterschicht lld weist die größte Filterfeinheit bzw. die kleinsten Kavitäten auf und ist hinsichtlich Porenverstopfung besonders anfällig. In den meisten Fällen sind es diese Filterschichten lld, die die Standzeit der Filtereinsätze 4 begrenzen. Es wird deshalb auch vorgeschlagen, diese Filterschicht lld leicht lösbar mit dem übrigen Teil des Filtereinsatzes 4 zu verbinden und im Wartungsfall nur dieses Schichtelement 1 ld auszutauschen bzw. zu erneuern. Dazu ist in Fig. 3a die Einfassung der Filterschicht lld in den Filtereinsatz 4 als leicht lösbare Verbindung 19 symbolisiert.

In Fig. 3b ist eine Variante der Filterschichtgeometrie dargestellt, die für die Abscheidung von flüssigen Begleitstoffen (z. B. in Tröpfchenform vorliegend) aus gasförmigen [102012/00151 02^5^ΡΪ2 IEÖ14-1 9

Stoffströmen sehr vorteilhaft ist. Dabei soll der Abfluss der in den Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld angesammelten Flüssigkeit erleichtert werden. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Dichte p der Filterschicht 11 a, 1 lb, 1 lc, 1 ld in der Höhe h zu variieren, in der Weise, dass die Faserdichte p im unteren Drittel der Filterschicht 1 la, 1 lb, 1 lc, 1 ld nach unten in progressiv abnimmt. Dies lässt sich in der Praxis dadurch am Besten realisieren, dass die Verdichtung oder Verpressung des Filtermateriales durch die Halteeinrichtungen 8 (z. B. Lochbleche) im unteren Bereich der Filterschicht 11a, 11b, 11c, lld reduziert wird. Das wird erreicht, indem die Halteinrichtungen 8 eine nach unten sich öffnende Glockenform 18 aufweisen. Das optimale Verhältnis der minimalen zur maximalen Filterschichtdicke d und damit gleichbedeutend das reziproke Verhältnis der Faserdichte p ist dabei abhängig von der mittleren Faserdichte p in der Filterschicht 11a, 11b, 11c, lld und ist für jede der Filterschichten 11a, 11b, 11c, lld unterschiedlich. Es nimmt jedoch in charakteristischer Weise von der in Strömungsrichtung ersten Filterschicht 11a zur letzten Filterschicht lld zu. Bei der letzten Filterschicht lld ist das Verhältnis von maximaler Faserdichte p im oberen Bereich zur minimalen Dichte p am unteren Ende bevorzugt größer als 2.

Neben der in Fig. 1 gezeigten Bauform einer Filtereinrichtung, sind weitere Möglichkeiten zur Realisierung eines modularen Filterkonzeptes durch Parallelschaltung von geschichteten Filtereinsätzen 4 denkbar. In leichter Abwandlung zum Realisierungsvorschlag von Fig.l, ist in Fig. 4 eine Variante gezeigt. Der Gehäuseteil 12 bildet mit dem Filtereinsatz 4 eine Moduleinheit 3. Jede Moduleinheit 3 besitzt einen eigenen Einlassstutzen 11 für die Zuführung des zu filternden Stoff Stromes. Die Einlassstutzen 11 sind an eine außerhalb des Filtergehäuses 1 befindliche Verteilerleitung 5 angeschlossen. Die Ableitung des Stoffstromes erfolgt über eine für alle Module 3 gemeinsame Austrittsöffnung 10, beispielsweise an einem stimseitigen Abschlussdeckel 14. Auch hier ist ebenso gut auch eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich. Im Unterschied zu Fig. 1 weiden hier nicht die Filtermodule 3 zu einem Register verbunden und als Ganzes in des Filtergehäuse 1 eingeschoben, sondern jedes Filtermodul 3 verfügt über ein eigenes Filtergehäuseteil 12 und stellt ein eigenständiges, integriertes Gehäusemodul dar. Diese Module können zu Modulgruppen verbunden werden und bilden damit wieder eine Systemeinheit. Je nach Anforderung können dabei zwei oder mehrere Module mit Verbindungselementen 13 (z.B. Seitenflanschen) miteinander verschraubt werden.

Auf diese Weise kann wieder ein Baukastenkonzept realisiert werden, wobei von nur einem Modul bis hin zu Einheiten von mehr als fünf Modulen die Filterkapazität sehr flexibel und mit minimaler Teilevielfalt an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden können. Die äußere Form des Filtergehäuses entspricht etwa einem Quader mit ebenen Wänden. Insbesondere bei großen Abmessungen und bei Anwendungen, wo zwischen Innen- und 02^05-2012 Ü!i§f [I020i2/50151 10

Außenraum ein höherer Druckunterschied herrscht, sind ebene Gehäusewände jedoch grundsätzlich ungünstig. Für diese Fälle wird vorgeschlagen, die Gehäusewände zu krümmen um die Steifigkeit zu erhöhen und z.B. Ausbauchungen zu vermeiden. In Fig. 5a und Fig. 5b ist auf Basis des in Fig. 4 gezeigten Konzeptes eine beispielhafte Gehäuseausführung, bestehend aus drei Modulen, mit gekrümmten Außenwänden dargestellt. Die Filtermodule 3 sind innerhalb des Außengehäuses so untergebracbt, dass der Stoffstrom über Eintritts stutzen zu den Eintrittsflächen der Filterelemente zugeführt wird (bzw. bei umgekehrter Strömungsrichtung über diese Stutzen abgeleitet wird). Die gemeinsame Austrittsöffhung 10 führt den gefilterten Stoffstrom aus dem Außengehäuse heraus. Die Gehäusemodule werden an den Verbindungsflanschen 13 zu Filterregister miteinander verschraubt, aneinander befestigt, oder auf andere Weise miteinander verbunden.

Claims (10)

11 11 02^05-2012 ^2012^0151 Patentansprüche 1. Filtereinrichtung zur Abscheidung von in Form von festen oder flüssigen Partikeln vorliegenden Begleitstoffen aus Stoffströmen, umfassend ein Filtergehäuse (1) mit einem darin angeordneten Filtereinsatz (4), wobei das Filtergehäuse (1) zumindest eine Zuleitung (9) und eine Ableitung (10) aufweist, wobei der Filtereinsatz (4) einen Einlassbereich (15) und einen Auslassbereich (16) aufweist, wobei der Einlassbereich (15) mit der Zuleitung (9) und der Auslassbereich (16) mit der Ableitung (10) verbunden ist, sodass ein Stoffstrom von Zuleitung (9) zu Ableitung (10) durch den Filtereinsatz (4) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung um wenigstens einen weiteren Filtereinsatz (4) erweiterbar ist, wobei der wenigstens eine weitere Filtereinsatz (4) einen Einlassbereich (15) und einen Auslassbereich (16) aufweist, wobei a) der Einlassbereich (15) des ersten Filtereinsatzes (4) und der Einlassbereich (15) des zweiten Filtereinsatzes (4) jeweils getrennt voneinander mit der Zuleitung (9) verbunden sind, b) der Auslassbereich (16) des ersten Filtereinsatzes (4) und der Auslassbereich (16) des zweiten Filtereinsatzes (4) jeweils getrennt voneinander mit der Ableitung (10) verbunden sind oder c) der Einlassbereich (15) des ersten Filtereinsatzes (4) und der Einlassbereich (15) des zweiten Filtereinsatzes (4) jeweils getrennt voneinander mit der Zuleitung (9) und der Auslassbereich (16) des ersten Filtereinsatzes (4) und der Auslassbereich (16) des zweiten Filtereinsatzes (4) jeweils getrennt voneinander mit der Ableitung (10) verbunden sind.

2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Filtermodul (3), welches zumindest zwei Filtereinsätze (4) umfasst, wobei die Einlassbereiche (15) über je einen Einlassstutzen (17) pro Filtermodul (3) mit einer gemeinsamen Verteilleitung (5) verbunden sind, in die die gemeinsame Zuleitung (9) des zu filternden Stoffstromes mündet.

3. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Filtermodulregister (2), welcher zumindest zwei Filtermodule (3) umfasst.

4. Ritereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (1) aus mehreren Gehäuseteilen (12, 12’) besteht, wobei wenigstens zwei Filtereinsätze (4) in verschiedenen Gehäuseteilen (12,12’) angeordnet sind.

5. Filtereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (1) um wenigstens einen Gehäuseteil (12”) erweiterbar ist, wobei in dem wenigstens einen Gehäuseteil (12”) ein Filtereinsatz (4) anordenbar ist ίΐ Ο 2012/50151 024)5-2012 [Ε014.1 12

6. Filtereimichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinsätze (4) paarweise zu Filtermodulen (3) zusammengefasst sind, wobei die Filtereinsätze (4) in Gegenrichtung durchströmbar sind, wobei ein Innenraum vorhanden ist, in den der zu filternde Stoffstrom über Anschlussstutzen eingeleitet und den Filterflächen zugeführt wird.

7. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Filtereinsatz (4) eingesetzten Filterlagen mit zunehmender Entfernung zur Eintrittsfläche eine abnehmende Dicke aufweisen, wobei die Dicke in einem höheren Maße abnimmt, als die Faserdichte zunimmt, vorzugsweise doppelt so stark abnimmt als die Faserdichte zunimmt.

8. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten eine in der Höhe unterschiedliche Faserdichte aufweisen, wobei die Dichte im unteren Drittel der Filterhöhe eine nach unten progressiv abnimmt.

9. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten eine in der Höhe unterschiedliche Schichtdicke aufweisen, wobei die Schichtdicke im unteren Drittel der Filterhöhe nach unten progressiv, vorzugsweise glockenförmig aufweitend, zunimmt und in gleichem Ausmaß dazu die Faserdichte abnimmt.

10. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung letzte Filterschicht lösbar am Filtereinsatz befestigt ist.