AT513286B1

AT513286B1 - filter system

Info

Publication number: AT513286B1
Application number: ATA50445/2012A
Authority: AT
Original assignee: Ift Gmbh
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-03-15
Also published as: DE102013111149B4; AT513286A4; DE102013111149A1

Abstract

Filtersystem zur Abscheidung von flüssigen, in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Begleitstoffen aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend ein Gehäuse (1), in dem ein Filtereinsatz (5) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (1) einen Einlass (2) und einen Auslass (3) für den Stoffstrom aufweist, wobei der Filtereinsatz (5) zumindest zwei Filterlagen (7) aufweist, wobei eine Grenzfläche (8) der ersten Filterlage (7) im Wesentlichen parallel zu einer Grenzfläche (8) der zweiten Filterlage (7) ist, wobei zumindest eine Grenzfläche (8) eine Barriere für den Stoffstrom bildet.Filter system for the separation of liquid, in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, comprising a housing (1) in which a filter cartridge (5) is arranged, wherein the housing (1) has an inlet (2) and an outlet ( 3) for the material stream, wherein the filter insert (5) has at least two filter layers (7), wherein an interface (8) of the first filter layer (7) is substantially parallel to an interface (8) of the second filter layer (7), wherein at least one interface (8) forms a barrier to the material flow.

Description

österreichisches Patentamt AT513 286 B1 2014-03-15Austrian Patent Office AT513 286 B1 2014-03-15

Beschreibungdescription

FILTERSYSTEMFILTER SYSTEM

[0001] Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Abscheidung von flüssigen, in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Begleitstoffen aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend ein Gehäuse, in dem ein Filtereinsatz angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für den Stoffstrom aufweist.The invention relates to a filter system for the separation of liquid, present in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, comprising a housing in which a filter cartridge is arranged, wherein the housing has an inlet and an outlet for the material flow.

[0002] Die Filtration von gasförmigen Stoffströmen zur Entfernung von in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Flüssigfraktionen kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Abhängig von den Erfordernissen und den Randbedingungen werden dazu verschiedene Techniken dazu eingesetzt.The filtration of gaseous streams to remove present in droplet or mist liquid fractions can be done in different ways. Depending on the requirements and the boundary conditions, different techniques are used.

[0003] Bekannte Filtersysteme beruhen zum Beispiel auf dem Prinzip der Zentrifugalwirkung zur Entfernung von Tröpfchen mit höherer Masse als der Gasstrom. Ein anderes bekanntes Filtersystem beruht auf dem Prinzip der elektrostatischen Wechselwirkung auf Partikel in Stoffströmen. Hierbei handelt es sich um sogenannte Elektrofilter.For example, known filter systems rely on the principle of centrifugal action to remove higher mass droplets than the gas stream. Another known filter system is based on the principle of electrostatic interaction on particles in streams. These are so-called electrostatic precipitators.

[0004] Gattungsgemäße Filtersysteme, wie eingangs beschrieben, beruhen meist auf Filterlagen auf Basis von Faserstoff-Filtermedien. Aufgrund deren hohen Wirksamkeit bezüglich der Abtrennung von festen oder flüssigen Partikeln aus gasförmigen Stoffströmen oder von festen Partikeln aus flüssigen Stoffströmen, bei zugleich relativ geringen Systemkosten, sind solche Filtersysteme am häufigsten verbreitet. Zwei unterschiedliche Konzepte sind dabei am weitesten verbreitet. Bei den sogenannten Oberflächenfiltern werden sehr dicht gepackte Filterstoffe oder Filterlagen mit sehr kleinen Poren eingesetzt, wobei zur Vermeidung eines zu großen Druckverlusts die Filterlagen relativ dünnlagig ausgeführt werden. Dem stehen die sogenannten tiefenwirkenden Filtersysteme gegenüber, bei denen relativ lose gepackte Faserstoffe bei entsprechend dicken Filterlagen Einsatz finden.Generic filter systems, as described above, are usually based on filter layers based on fibrous filter media. Because of their high efficiency in terms of the separation of solid or liquid particles from gaseous streams or solid particles from liquid streams, at the same time relatively low system costs, such filter systems are most common. Two different concepts are the most common. In the case of the so-called surface filters, very tightly packed filter materials or filter layers with very small pores are used, the filter layers being designed to be relatively thin-layered in order to avoid excessive pressure loss. This is contrasted by the so-called deep-acting filter systems in which relatively loosely packed fibers are used in correspondingly thick filter layers.

[0005] Oberflächenfilter und tiefenwirkende Filter sind in vielerlei Ausführungen bekannt und werden verbreitet in der Technik eingesetzt. Allerdings sind einige Probleme bekannt, zu denen es bislang noch keine Lösung gibt. Als großes Problem stellt sich dar, dass bei der Abtrennung von in Tröpfchenform vorliegenden Flüssigfraktionen aus gasförmigen Stoffströmen, diese Tröpfchen in der Filterlage - insbesondere in einem Fasergewirk des Filtermediums - zu zusammenhängenden Flüssigkeitsbereichen koagulieren und die Kavitäten in den Filterlagen ausfüllen. Dadurch werden diese Bereiche für den Gasstrom unpassierbar. Derzeit umgeht man dieses Problem dadurch, dass entsprechend große Filtervolumina vorgehalten werden, was zu entsprechend hohen Kosten bzw. zu inakzeptabel großen Abmessungen für die Filtergehäuse führt. Erfolgreiche Ansätze zur Ableitung der Flüssigkeit aus dem Filtermedium bzw. dem Filtereinsatz sind bislang kaum bekannt. Die Herausleitung der Flüssigkeiten aus dem Filtereinsatz ist insbesondere dann sehr schwer möglich, wenn die Filterlagen sehr dicht gepackt sind sowie wenn die Flüssigkeit eine rel. große Viskosität aufweist.Surface filters and deep-acting filters are known in many designs and are widely used in the art. However, there are some known issues that have not been resolved yet. A major problem is that in the separation of liquid fractions present in droplet form from gaseous streams, these droplets in the filter layer - especially in a Fasergewirk the filter medium - coagulate to coherent fluid areas and fill the cavities in the filter layers. As a result, these areas become impassable for the gas flow. At present, this problem is avoided by providing correspondingly large filter volumes, which leads to correspondingly high costs or to unacceptably large dimensions for the filter housings. Successful approaches to the derivation of the liquid from the filter medium or the filter cartridge are so far barely known. The discharge of the fluids from the filter cartridge is very difficult especially if the filter layers are packed very tight and if the liquid is a rel. has high viscosity.

[0006] Zur Erzielung einer ausreichend hohen Filterstandzeit, worunter die maximale Einsatzzeit bis zur Erreichung eines oberen Grenzwertes für den Druckverlust verstanden wird, wird daher zurzeit auf großvolumige Filtereinsätze zurückgegriffen.To achieve a sufficiently high filter life, which is understood as the maximum operating time to reach an upper limit for the pressure loss, is therefore currently resorting to large-volume filter cartridges.

[0007] Gemäß Stand der Technik werden zur Abscheidung von in feinst verteilten Tröpfchen mitgeführten viskosen Flüssigkeiten aus gasförmigen Stoffströmen sehr häufig und mit gutem Erfolg mehrstufig (in der Regel zweistufig) ausgeführte Filtersysteme eingesetzt, wobei die erste Stufe aus einem relativ grobmaschigem Filtermedium mit großen Kavitäten und einer verhältnismäßig großen Schichtdicke besteht, die als Vorfilterung insbesondere die größeren Tröpfchen aus dem Gasstrom eliminiert. Die zweite Stufe bzw. die nachfolgenden Schichten weisen eine sehr feinmaschige Struktur auf, an denen die kleinen und kleinsten Tröpfchen abgeschieden werden und die zwar meist eine geringe Schichtdicke dafür aber eine große Oberfläche aufweist. Zur Erzielung großer Oberflächen werden diese Feinfilterschichten meist gefaltet und in sogenannten Faltenbalgkörben in das Filtergehäuse eingesetzt. Aus diesen Feinfilterschich- 1 /9 österreichisches Patentamt AT513 286B1 2014-03-15 ten können viskose Flüssigkeiten nur sehr schwer wieder ausgeleitet werden. Da der Flüssigkeitsgehalt in diesen Schichten über die Einsatzzeit des Filters stetig ansteigt und damit die Gasströmung mehr und mehr behindert, müssen diese Filterstufen ausgewechselt werden, sobald ein maximal zulässiger Druckverlust erreicht wird.According to the prior art are used for the deposition of entrained in finely divided droplets of viscous fluids from gaseous streams very often and with good success multi-stage (usually two stages) running filter systems, the first stage of a relatively coarse meshed filter medium with large cavities and a relatively large layer thickness, which eliminates as a pre-filtering in particular the larger droplets from the gas stream. The second stage or the subsequent layers have a very fine-meshed structure, on which the small and smallest droplets are deposited and although usually has a small layer thickness but a large surface area. To achieve large surfaces of these fine filter layers are usually folded and used in so-called Faltenbalgkörben in the filter housing. Viscous fluids can only be discharged with great difficulty from these fine filter layers. Since the liquid content in these layers increases steadily over the period of use of the filter and thus obstructs the gas flow more and more, these filter stages must be replaced as soon as a maximum allowable pressure loss is achieved.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Filtersystem bereit zu stellen, bei dem die beschriebenen Nachteile vermindert sind. Insbesondere soll ein kompaktes Filtersystem bereitgestellt werden, welches eine möglichst unendliche oder zumindest im Vergleich zum Stand der Technik signifikant längere Filterstandzeit aufweist. Gleichzeitig soll natürlich die Abscheiderate nicht vermindert werden.The object of the present invention is therefore to provide a filter system in which the disadvantages described are reduced. In particular, a compact filter system is to be provided, which has a possibly infinite or at least compared to the prior art significantly longer filter life. At the same time, of course, the deposition rate should not be reduced.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Filtersystem zur Abscheidung von flüssigen, in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Begleitstoffen aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend ein Gehäuse, in dem ein Filtereinsatz angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für den Stoffstrom aufweist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Filtereinsatz zumindest zwei Filterlagen aufweist, wobei eine Grenzfläche der ersten Filterlage im Wesentlichen parallel zu einer Grenzfläche der zweiten Filterlage ist, wobei zumindest eine Grenzfläche eine Barriere für den Stoffstrom bildet. Mit anderen Worten bildet zumindest eine Grenzfläche eine Trennfläche für den Stoffstrom.This object is achieved by a filter system for the separation of liquid, present in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, comprising a housing in which a filter cartridge is arranged, wherein the housing has an inlet and an outlet for the material flow , which is characterized in that the filter insert has at least two filter layers, wherein an interface of the first filter layer is substantially parallel to an interface of the second filter layer, wherein at least one interface forms a barrier to the material flow. In other words, at least one interface forms a separation surface for the material flow.

[0010] Überraschend konnte gefunden werden, dass bei einer solchen Ausgestaltung des Filtersystems und gegebenenfalls entsprechenden Filtermedien feinst-dispersive viskose Flüssigfraktionen aus gasförmigen Stoffströmen mit extrem hohen Abscheideraten eliminiert werden können, wobei sowohl der Bauaufwand als auch der spezifische Druckverlust ein Minimum erreichen und gleichzeitig eine deutlich verlängerte Filterstandzeit ermöglicht ist.Surprisingly, it has been found that in such an embodiment of the filter system and optionally corresponding filter media finely dispersive viscous liquid fractions can be eliminated from gaseous streams with extremely high deposition rates, both the construction cost and the specific pressure loss reach a minimum and at the same time significantly extended filter life is possible.

[0011] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Filterlagen derart im Gehäuse angeordnet sind, dass ein durch den Einlass eintretender Stoffstrom stirnseitig in die Filterlagen eintritt und durch den Filtereinsatz strömt. Die Ausrichtung der Filterlagen im Gehäuse ist dabei derart, dass der Stoffstrom im Wesentlichen parallel zu den Grenzflächen verläuft.Preferably, it is provided that the filter layers are arranged in the housing such that an entering through the inlet material flow enters the front end into the filter layers and flows through the filter insert. The orientation of the filter layers in the housing is such that the material flow is substantially parallel to the boundary surfaces.

[0012] Die Filterwirkung und Standzeit des erfindungsgemäßen Filtersystems erhöht sich bevorzugt dadurch, dass die Filterlagen Faserfilamente aufweisen, wobei die Faserfilamente zumindest zu 40%, vorzugsweise 45% - 55% der gesamten aufsummierten Faserlängen in Richtung des Stoffstromes weisen. Das bedeutet, dass in dieser Ausführungsvariante die Faserfilamente zumindest zu 40%, vorzugsweise 45% - 55 % der gesamten aufsummierten Faserlängen im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche der Filterlage sind. Bevorzugt ist die Strömungsrichtung im Wesentlichen horizontal bzw. die Ausrichtung der Grenzflächen im Wesentlichen horizontal.The filtering effect and service life of the filter system according to the invention is preferably increased by the fact that the filter layers have fiber filaments, wherein the fiber filaments have at least 40%, preferably 45% to 55% of the total accumulated fiber lengths in the direction of the material flow. This means that in this embodiment, the fiber filaments are at least 40%, preferably 45% -55% of the total accumulated fiber lengths substantially parallel to the interface of the filter layer. Preferably, the flow direction is substantially horizontal or the orientation of the interfaces is substantially horizontal.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Filtereinsatz einen Stapel von vorzugsweise zwischenraumfrei gepackten, einzelnen Filterlagen bildet, wobei die Filterlagen eine flächige Gestalt aufweisen und die Grenzflächen zwischen den Filterlagen um ein Vielfaches größer sind als die Stirnflächen, vorzugsweise um mehr als das 10fache, durch die die Stoffströmung ein- bzw. austritt, und wobei die Strömungsrichtung des Stoffstromes im Wesentlichen parallel zu den Grenzflächen der Filterlagen ist.In a preferred embodiment, it is provided that the filter insert forms a stack of preferably gap-free, individual filter layers, wherein the filter layers have a planar shape and the interfaces between the filter layers are greater by a multiple than the end faces, preferably by more than 10 times, through which the material flow enters and exits, and wherein the flow direction of the material flow is substantially parallel to the boundary surfaces of the filter layers.

[0014] Der Filtereinsatz wird vom Gehäuse begrenzt und gehalten. Bevorzugt umfassen die Filterlagen einen Faserstoff. Beispielsweise können die Filterlagen einzelne Vliesstofflagen umfassen. Bevorzugt umfasst der Filtereinsatz zumindest vier Filterlagen. Die Filterlagen können z.B. aus einem konventionellen Faser-Vliesstoff-Material, das in der Regel in Form von Rollengebinden am Markt gehandelt wird, vorliegen. Diese können entsprechend der Filtereinsatz-Geometrie geschnitten werden und in gestapelter Form gegeneinander verpresst und von den Begrenzungen des Filtereinsatzgehäuses begrenzt werden.The filter cartridge is limited and held by the housing. Preferably, the filter layers comprise a pulp. For example, the filter layers may comprise individual nonwoven fabric layers. The filter insert preferably comprises at least four filter layers. The filter layers can e.g. from a conventional fiber nonwoven material, which is usually traded in the form of roll packages on the market. These can be cut according to the filter insert geometry and pressed in stacked form against each other and limited by the limitations of the filter cartridge housing.

[0015] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Dicke D zur Länge L der einzelnen Filterlagen, mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20, besonders bevorzugt 30 bis 50 beträgt.It has proved to be advantageous if the ratio of the thickness D to the length L of the individual filter layers, at least 10, preferably at least 20, more preferably 30 to 50.

[0016] Die Länge L entspricht im Wesentlichen der Weglänge des Stoffstromes durch die Filter- 2/9 österreichisches Patentamt AT513 286 B1 2014-03-15 lagen. Bevorzugt ist der Filtereinsatz derart ausgebildet, dass die vom gasförmigen Stoffstrom in Filtereinsatz, der beispielsweise mehrere getrennte, gegebenenfalls auch unterschiedliche, Filterlagen aufweisen kann, zurückgelegte Wegstrecke (= Filtertiefe) mindestens 50 mm, vorzugsweise 150 bis 200 mm, beträgt.The length L corresponds essentially to the path length of the material flow through the filter layers. Preferably, the filter insert is designed such that the distance traveled by the gaseous stream in filter element, which may have, for example, several separate, possibly different, filter layers, traveled distance (= filter depth) at least 50 mm, preferably 150 to 200 mm.

[0017] Die Filterleistung konnte in einer Ausführungsvariante erhöht werden, indem die Filterlagen an der Eintrittsseite für den Stoffstrom und/oder an der Austrittsseite für den Stoffstrom zumindest teilweise versetzt angeordnet sind. Bevorzugt werden die Filterlagen abwechselnd versetzt angeordnet geschichtet, sodass sich ein Zahnprofil ergibt, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Versetzung zwischen 50 und 150 % der Dicke der der jeweiligen Filterlage beträgt.The filter performance could be increased in a variant by the filter layers are arranged offset at least partially offset at the inlet side for the material flow and / or at the outlet side for the material flow. Preferably, the filter layers are stacked alternately arranged offset, so that there is a tooth profile, wherein it is advantageous if the offset between 50 and 150% of the thickness of the respective filter layer.

[0018] Mit dieser Maßnahme kann die Eintritts- und Austrittsfläche für den Stoffstrom vergrößert werden. Dadurch gelingt es, den Eintrittsdruckwiderstand zu reduzieren und den Abfluss der aggregierten Flüssigkeit an der Austrittsfläche zu begünstigen.With this measure, the inlet and outlet surface can be increased for the flow. This makes it possible to reduce the inlet pressure resistance and to favor the outflow of aggregated liquid at the exit surface.

[0019] Es wurde von den Erfindern außerdem herausgefunden, dass es vorteilhaft ist, wenn zwischen den einzelnen Filterlagen Drainageelemente eingesetzt sind. Die Drainageelemente nehmen die flüssigen Begleitstoffe auf und fördern diese somit aus den Filterlagen. In einer Ausführungsvariante sind die Drainageelemente schichtförmig ausgebildet und zwischen Filterlagen angeordnet. Dadurch wird der Stoffstrom auf einzelne Filterlagen aufgeteilt und die Teilströme werden von Zwischenschichten aus Drainageelementen begrenzt. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Drainage-Zwischenschichten zwischen 5 und 15 mm, vorzugsweise aber zwischen 5 und 10 mm. In einer anderen Ausführungsvariante sind die Drainageelemente in einzelne Filterlagen eingesetzt. Die Drainageelemente können dann z.B. zylinderförmig, würfelförmig, quaderförmig usw. ausgebildet sein. Beide Konzepte können auch kombiniert vorliegen.It has also been found by the inventors that it is advantageous if drainage elements are inserted between the individual filter layers. The drainage elements absorb the liquid accompanying substances and thus convey them out of the filter layers. In one embodiment, the drainage elements are layered and arranged between filter layers. As a result, the material flow is divided into individual filter layers and the partial flows are limited by intermediate layers of drainage elements. Preferably, the distance between two adjacent intermediate drainage layers is between 5 and 15 mm, but preferably between 5 and 10 mm. In another embodiment, the drainage elements are used in individual filter layers. The drainage elements may then be e.g. be cylindrical, cubic, cuboid, etc. formed. Both concepts can also be combined.

[0020] Die Drainageelemente bestehen z.B. aus einem Medium, das eine anziehende (z.B. hydrophile oder oleophile) Wirkung auf die abzuscheidende Flüssigkeit(en) ausübt. Die Außenflächen der Drainageelemente können feinmaschig und der Innenraum grobmaschig strukturiert sein. Auch können senkrechte Kanäle vorhanden sein, in denen die angezogene Flüssigkeit abfließt.The drainage elements consist e.g. from a medium which exerts an attractive (e.g., hydrophilic or oleophilic) effect on the liquid (s) to be deposited. The outer surfaces of the drainage elements can be fine-meshed and the interior coarse-meshed. Also, vertical channels may be present, in which the attracted liquid flows.

[0021] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn in die Filterlagen Drainagekanäle eingebettet sind, welche aus dem Filtereinsatz herausführen.It has proven to be advantageous if drainage channels are embedded in the filter layers, which lead out of the filter insert.

[0022] Dadurch ist es möglich, dass die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Filtereinsatz bzw. genauer gesagt aus den Filterlagen herausgeführt wird, indem die Flüssigkeit in den Drainagekanälen zu einem außerhalb der Filterlage befindlichen Drainagebett geleitet wird.This makes it possible that the separated liquid is led out of the filter cartridge or more precisely from the filter layers by the liquid is passed in the drainage channels to a drainage bed located outside the filter layer.

[0023] Weitere Vorteile und Details sind nachfolgend auch unter Zuhilfenahme von Figuren beschrieben.Further advantages and details are described below with the aid of figures.

[0024] Fig. 1 zeigt ein Filtersystem nach Stand der Technik.Fig. 1 shows a filter system according to the prior art.

[0025] Fig. 2 bis 5 zeigen drei Ausführungsvarianten für erfindungsgemäße Filtersysteme.Fig. 2 to 5 show three embodiments for filter systems according to the invention.

[0026] In Fig. 1 ist eine Ansicht durch ein zweistufiges Filtersystem nach Stand der Technik gezeigt. Das Filtersystem zur Abscheidung von flüssigen, in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Begleitstoffen aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfasst ein Gehäuse 1, in dem ein Filtereinsatz 5, 6 angeordnet ist. Der zu filternde Stoffstrom, der sich aus einem Gasstrom mit Begleitstoffen zusammensetzt, ist mit einem Pfeil symbolisch dargestellt. Dieser Stoffstrom tritt beim Einlass 2 in das Filtersystem ein. Anschließend tritt der Stoffstrom in den Filtereinsatz 5, 6 ein, wobei dieser aus einem Vorfilter 5 und einem Feinfilter 6 gebildet wird. Im Vorfilter 5 erfolgt die Abscheidung der größeren Tröpfchen, eine Fraktion, die in der Regel einen erheblichen Massenanteil der Flüssigkeit beinhaltet. Der Feinfilter 6, der häufig aus gefalteten, dünnlagigen Filterpapieren besteht, dient zur Filtration der feineren Tröpfchen. Der Stoffstrom durchdringt das Feinfiltermedium dabei transversal, und tritt am Auslass 3 wieder aus dem Filtersytem aus. Über einen Ablass 6 kann gesammelte Flüssigkeit aus dem Gehäuse 1 abgelassen werden.In Fig. 1 is a view through a two-stage filter system according to the prior art. The filter system for the separation of liquid, present in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, comprising a housing 1, in which a filter insert 5, 6 is arranged. The material stream to be filtered, which is composed of a gas stream with accompanying substances, is symbolically represented by an arrow. This stream enters the filter system at inlet 2. Subsequently, the material flow enters the filter insert 5, 6, this being formed from a prefilter 5 and a fine filter 6. In the pre-filter 5, the deposition of the larger droplets, a fraction which usually includes a significant mass fraction of the liquid takes place. The fine filter 6, which often consists of folded, thin-layered filter papers, serves to filter the finer droplets. The material flow penetrates the fine filter medium transversely, and exits at the outlet 3 again from the Filterytem. Through a drain 6 collected liquid can be discharged from the housing 1.

[0027] Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Filtersystem nach Stand der Technik, ist 3/9 österreichisches Patentamt AT513 286B1 2014-03-15 das Konzept Tiefen-Filtration in den Beispielen der Fig. 2 bis 5 gemäß der Erfindung insofern verbessert, als ein speziell optimierter und gestalteter Filtereinsatz auf eine bestimmte Art und Weise im Gehäuse 1 eingesetzt ist.In contrast to the filter system according to the prior art shown in FIG. 1, the concept of deep filtration in the examples of FIGS. 2 to 5 according to the invention is improved in this respect , as a specially optimized and designed filter cartridge is used in a certain way in the housing 1.

[0028] Fig. 2 ist analog zum Filtersystem nach Fig. 1 der Filtereinsatz 5 in das Gehäuse 1 eingesetzt, wobei der Filtereinsatz 5 aus einem Stapel von mehreren Filterlagen 7 in Form von Vlieslagen mit Faserfilamenten besteht. Das Filtersystem dient zur Abscheidung von flüssigen, in Tröpfchen- oder Nebelform vorliegenden Begleitstoffen aus einem gasförmigen Stoffstrom, und umfasst neben dem Gehäuse 1 und dem darin angeordneten Filtereinsatz 5, einen Einlass 2 und einen Auslass 3 für den Stoffstrom (der ebenfalls mit einen Pfeil symbolische dargestellt ist). Der Filtereinsatz 5 ist zwischen Einlass 2 und Auslass 3 angeordnet. Weiters weist der Filtereinsatz 5 eine Vielzahl von Filterlagen 7 auf. Die Grenzfläche 8 der ersten Filterlage ist im Wesentlichen parallel zu einer Grenzfläche 8 der zweiten Filterlage, diese wiederum parallel zur dritten Filterlage 7, usw. Die Filterlagen 7 sind derart im Gehäuse 1 angeordnet, dass ein durch den Einlass 2 eintretender Stoffstrom stirnseitig in die Filterlagen 7 eintritt und durch den Filtereinsatz 5 strömt. Der Stoffstrom verläuft dann im Wesentlichen parallel zu den Grenzflächen 8. Von zwei benachbarten Grenzflächen 8 ist zumindest eine, vorzugsweise sind beide für den Stoffstrom undurchlässig, das heißt, dass sie eine Barriere für den Stoffstrom bilden. Der Filtereinsatz 5 wird von einen Stapel von vorzugsweise zwischenraumfrei gepackten, einzelnen Filterlagen 7 bildet, wobei die Strömungsrichtung des Stoffstromes im Wesentlichen parallel zu den Grenzflächen 8 der Filterlagen 7 ist.Fig. 2 is used analogously to the filter system of Fig. 1 of the filter element 5 in the housing 1, wherein the filter element 5 consists of a stack of several filter layers 7 in the form of nonwoven layers with fiber filaments. The filter system is used for the separation of liquid, present in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, and includes next to the housing 1 and the filter insert 5 disposed therein, an inlet 2 and an outlet 3 for the material flow (also symbolic with an arrow is shown). The filter insert 5 is arranged between inlet 2 and outlet 3. Furthermore, the filter insert 5 has a plurality of filter layers 7. The boundary surface 8 of the first filter layer is substantially parallel to an interface 8 of the second filter layer, which in turn is parallel to the third filter layer 7, etc. The filter layers 7 are arranged in the housing 1 such that a material flow entering through the inlet 2 end faces into the filter layers 7 enters and flows through the filter cartridge 5. The material stream then runs essentially parallel to the boundary surfaces 8. Of two adjacent boundary surfaces 8, at least one, preferably both are impermeable to the material flow, that is to say that they form a barrier to the material flow. The filter insert 5 is formed by a stack of preferably seamlessly packed, individual filter layers 7, wherein the flow direction of the material flow is substantially parallel to the boundary surfaces 8 of the filter layers 7.

[0029] Die Grenzflächen 8 sind im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Stoffstromes ausgerichtet. Der über den Einlass 2 in das Filtergehäuse 1 gelangende, zu filternde Stoffstrom tritt an den eintrittsseitigen (stirnseitigen) Endflächen 9 der Filterlagen 7, bei denen es sich im vorliegenden Fall um Vliesstofflagen handelt, in den Filtereinsatz 1 ein und strömt parallel zu den Grenzflächen 8 der Filterlagen 7, die gleichzeitig Trennflächen der Filterlagen 7 sind, zu den austrittsseitigen Endflächen 10. Dort tritt der gefilterte Stoffstrom aus dem Filtereinsatz 5 aus und verlässt durch den Auslass 3 das Gehäuse 1.The boundary surfaces 8 are aligned substantially parallel to the flow direction of the material flow. The material flow to be filtered, which reaches the filter housing 1 via the inlet 2, enters the filter insert 1 at the inlet-side (end-side) end surfaces 9 of the filter layers 7, which are non-woven fabric layers in the present case, and flows parallel to the boundary surfaces 8 the filter layers 7, which are at the same time separating surfaces of the filter layers 7, to the outlet-side end faces 10. There, the filtered material flow exits the filter insert 5 and leaves the housing 1 through the outlet 3.

[0030] Die Filterlagen 7 weisen Faserfilamente auf. Die Ausrichtung der Faserfilamente der Filterlagen 7 bzw. Vliesstofflagen sind dabei zu mehr als 40 der Summe der Faserlängen parallel zur Oberfläche der Vlieslagen bzw. zur Grenzfläche 8 zwischen einzelnen Vlieslagen. Dies lässt sich gut dadurch bewerkstelligen, dass die Faserrichtungen von Vliesstoffen, insbesondere dünnlagigen Vliesstoffen hersteilbedingt, überwiegend zur Oberfläche der Vliesstoffe ausgerichtet sind.The filter layers 7 have fiber filaments. The orientation of the fiber filaments of the filter layers 7 or nonwoven fabric layers are more than 40 of the sum of the fiber lengths parallel to the surface of the nonwoven layers or to the interface 8 between individual nonwoven layers. This can be accomplished well by the fact that the fiber directions of nonwovens, in particular thin-layer nonwovens due to their production, are predominantly aligned with the surface of the nonwovens.

[0031] Durch gezielte Verfahren lässt sich dieser Anteil ohne großen Aufwand noch weiter steigern. Von diesen parallel ausgerichteten Faserlängen, weisen ohne spezielle Behandlung etwa die Hälfte in Strömungsrichtung und die andere Hälfte senkrecht dazu. Erfindungsgemäß wird jedoch vorgeschlagenen, eine anisotrope Faserausrichtung vorzusehen, wobei der Anteil der in Strömungsrichtung weisenden Faserlängen um ca. 30% höher ist, als der senkrecht zur Strömungsrichtung (und damit in Richtung der Schwerkraft) weisende Anteil der Faserlängen.By targeted methods, this proportion can be further increased without much effort. Of these parallel aligned fiber lengths, without special treatment, about half in the flow direction and the other half perpendicular thereto. According to the invention, however, it is proposed to provide an anisotropic fiber orientation, wherein the proportion of fiber lengths pointing in the flow direction is higher by approximately 30% than the proportion of fiber lengths pointing perpendicular to the flow direction (and thus in the direction of gravity).

[0032] Die Einbaulage der Filterlagen 7 in das Gehäuse 1 erfolgt in der Weise, dass die Filterlagen 7 (mehr oder weniger) horizontal stehen. Damit werden zwei sehr vorteilhafte Effekte erreicht: Durch den sehr großen Anteil parallel zur Strömungsrichtung des Stoffstromes ausgerichteter Faserlängen wird der Stoffstrom in stark vermindertem Ausmaß in der Strömung behindert, was den Druckabfall durch das Filtermedium stark reduziert. Gleichzeitig wird durch den ebenfalls sehr großen Anteil senkrecht ausgerichteter Faserlängen der Abfluss der abgeschiedenen Flüssigkeit nach unten begünstigt.The installation position of the filter layers 7 in the housing 1 takes place in such a way that the filter layers 7 (more or less) are horizontal. Thus, two very advantageous effects are achieved: Due to the very large proportion parallel to the flow direction of the material flow aligned fiber lengths of the flow is hindered to a greatly reduced extent in the flow, which greatly reduces the pressure drop through the filter medium. At the same time, the likewise very large proportion of vertically aligned fiber lengths favors the outflow of the separated liquid downwards.

[0033] Für die Abscheiderate der Flüssigkeitspartikel ist im Wesentlichen nur die gesamte spezifische Oberfläche des Fasermateriales ausschlaggebend, nicht die Ausrichtung der Fasern selbst.For the deposition rate of the liquid particles essentially only the entire specific surface of the fiber material is crucial, not the orientation of the fibers themselves.

[0034] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, die dem Aufbau des Beispiels von Fig. 2 entspricht, sodass (wie auch bei den nachfolgenden Beispielen der Fig. 4 und 5) auf die vorherige 4/9 österreichisches Patentamt AT513 286 B1 2014-03-15Fig. 3 shows an alternative embodiment, which corresponds to the structure of the example of Fig. 2, so that (as well as in the following examples of Figs. 4 and 5) to the previous Austrian Patent Office AT513 286 B1 2014-03 -15

Figurenbeschreibung verwiesen werden darf, insoweit die Bauteile ident sind. Im Unterschied zum Beispiel der Fig. 2 bzw. in Erweiterung sind hier an den Grenzflächen 8 bzw. Trennflächen der Filterlagen 7 flächige Drainageelemente 11 eingebracht. Diese haben die Funktion, die in den Filterstoffen abgeschiedenen Flüssigkeitsfraktionen abzusaugen und aufzunehmen sowie nach unten und außen aus dem Stapel an Filterlagen 7 herauszuleiten.Figure description may be referenced insofar as the components are ident. In contrast to the example of FIG. 2 or in extension here 7 flat drainage elements 11 are introduced here at the interfaces 8 and separating surfaces of the filter layers. These have the function to suck the fluid fractions deposited in the filter materials and to take them up and out of the stack of filter layers 7.

[0035] Um diese Funktion optimal zu gewährleisten, bestehen diese Drainageelemente 11 an der Grenzfläche zu den Filterlagen z.B. aus einem feinmaschigen, flüssigkeitsanziehendem Material, sowie in deren Innerem aus grobmaschigem Gewebe oder aus senkrechten Kanälen mit auseichend großem Hohlraum-Querschnitt.In order to optimally ensure this function, these drainage elements 11 exist at the interface with the filter layers, e.g. from a fine-mesh, liquid-attracting material, as well as in the interior of coarse-mesh fabric or vertical channels with auseichend large cavity cross-section.

[0036] Die Einbaulage des aus Vliessammelelementen-Stapel bestehenden Filtereinsatzes 5 erfolgt wie bei Beispiel gemäß Fig. 2 auf die Weise, dass die Vliestrennflächen und damit die Sammelelemente senkrecht (zur Horizontalen) ausgerichtet sind. Der Stoffstrom strömt auch hier wieder durch den Einlass 2 tritt an den eintrittsseitigen (stirnseitigen) Endflächen 9 der Filterlagen 7 in dem Filtereinsatz ein, strömt entlang der Grenzflächen der Filterlagen 7 zu den austrittsseitigen Endflächen 10 und tritt durch den Auslass 3 aus dem Gehäuse 1 aus.The installation position of the existing of Vliessammelelementen stack filter element 5 is carried out as in the example of FIG. 2 in such a way that the Vliestrennflächen and thus the collecting elements are aligned perpendicular (to the horizontal). The material flow also flows through the inlet 2 again at the inlet-side (end-face) end faces 9 of the filter layers 7 in the filter insert, flows along the boundary surfaces of the filter layers 7 to the exit-side end faces 10 and exits the housing 1 through the outlet 3 ,

[0037] In Fig. 4 wird eine Abwandlung der Gestaltung der Drainageelemente 12 gezeigt. Die Drainageelemente 12 sind hier nicht flächig zwischen den Grenzflächen 8 bzw. Trennebenen der Filterlagen 7, sondern in Form von senkrecht ausgerichteten, zylindrischen Körpern ausgeführt, die in Unterbrechungen der Filterlagen 7 eingesetzt sind. Auch hier besteht die Außenschicht dieser Drainageelemente 12 aus feinmaschigem bzw. feinporigem Flüssigkeitsanziehendem Material, während im Inneren das Material grobporig oder kanalförmig mit ausreichendem Hohlraumgestaltet ist.4, a modification of the design of the drainage elements 12 is shown. The drainage elements 12 are here not flat between the boundary surfaces 8 and separation planes of the filter layers 7, but in the form of vertically oriented, cylindrical bodies, which are used in interruptions of the filter layers 7. Again, the outer layer of these drainage elements 12 consists of fine-meshed or fine-pored liquid-attracting material, while inside the material coarse-pored or channel-shaped with sufficient cavity is designed.

[0038] In Fig. 5 wird schließlich eine Ausführungsvariante mit versetzten Schichtfolge-Packungen gezeigt. Die Vliesstofflagen bzw. Filterlagen 7 sind an der Eintrittsseite 9 und an der Austrittsseite 10 jeweils um den Abstand 14 gegenseitig versetzt geschichtet angeordnet. Die Abstände 14 können an der Eintrittsseite 9 und an der Austrittsseite 10 unterschiedlich gewählt werden, es ist auch möglich, bei verminderter Effizienz nur die Eintrittsseite 9 oder nur die Austrittsseite 10 mit einem Zahnprofil zu versehen. Als sehr günstig hat sich dabei erwiesen, die Abstände so abzustimmen, dass sie einen Wert zwischen 50 und 150 % der Dicke 13 der Vliesstofflage 13 annimmt.Finally, an embodiment variant with staggered layer-sequence packs is shown in FIG. The nonwoven fabric layers or filter layers 7 are arranged stacked on the inlet side 9 and on the outlet side 10 in each case offset by the distance 14. The distances 14 can be chosen differently on the inlet side 9 and on the outlet side 10; it is also possible, with reduced efficiency, to provide only the inlet side 9 or only the outlet side 10 with a tooth profile. In this case, it has proven to be very favorable to adjust the spacings so that they assume a value between 50 and 150% of the thickness 13 of the nonwoven fabric layer 13.

[0039] Der Vorteil der vorgesellten Problemlösung besteht zusammenfassend darin, ideale Bedingungen für die Strömung sowohl des zu filternden Stoffstromes als auch der aus dem Filtereinsatz heraus zu leitenden Flüssigkeit zu realisieren. Umfangreiche Versuche und Messungen haben die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen bestätigt.The advantage of the presented problem solution is summarized is to realize ideal conditions for the flow of both the flow to be filtered and the liquid to be conducted out of the filter cartridge. Extensive testing and measurements have confirmed the effectiveness of the proposed measures.

[0040] Damit ist es möglich, die Leistungsfähigkeit von Filtersystemen zur Abscheidung von in Tröpfchenform vorliegenden Flüssigkeitsfraktionen aus gasförmigen Stoffströmen erheblich zu steigern, bei gleichzeitig reduziertem Bauaufwand. Ein wesentlicher Vorteil besteht insbesondere darin, extrem hohe Abscheideraten mit unbegrenzten Filterstandzeiten zu verbinden. 5/9Thus, it is possible to significantly increase the performance of filter systems for the separation of present in droplets liquid fractions of gaseous streams, while reducing construction costs. A significant advantage is in particular to combine extremely high deposition rates with unlimited filter life. 5.9

Claims

Austrian Patent Office AT513 286B1 2014-03-15 Claims 1. Filter system for the separation of liquid, in droplet or mist form accompanying substances from a gaseous stream, comprising a housing (1) in which a filter insert (5) is arranged, wherein the housing (1) has an inlet (2) and an outlet (3) for the material flow, characterized in that the filter insert (5) at least two filter layers (7), wherein an interface (8) of the first filter layer (7) substantially is parallel to an interface (8) of the second filter layer (7), wherein at least one interface (8) forms a barrier to the material flow.

2. Filter system according to claim 1, characterized in that the filter layers (7) are arranged in such a manner in the housing (1), that a stream entering through the inlet (2) enters the filter layers (7) at the end and through the filter insert (5). flows.

3. Filter system according to claim 1 or claim 2, characterized by at least five substantially parallel, adjacent filter layers (7).

4. Filter system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the filter insert (5) forms a stack of preferably substantially gap-free, individual filter layers (7), wherein the flow direction of the material flow substantially parallel to the boundary surfaces (8). the filter layers (7).

5. Filter system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ratio of the thickness D to the length L of the individual filter layers (7), at least 10, preferably at least 20, more preferably 30 to 50.

6. Filter system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filter layers (7) have fiber filaments, wherein the orientation of the fiber filaments (7) is such that at least 40%, preferably 45 - 55% of the summed lengths of the fiber filaments in Point flow direction.

7. Filter system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the filter layers (7) have fiber filaments, wherein the orientation of the fiber filaments is such that only a maximum of 20% of the summed fiber lengths are aligned perpendicular to the material flow direction and horizontal to the surface.

8. Filter system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the filter layers (7) on the inlet side (9) and / or on the outlet side (10) of the filter layers (7) are arranged alternately offset for the flow of material, so that itself gives a tooth profile, wherein the distance of the offset corresponds to a value between 50 and 150% of the thickness of the respective filter layer (7).

9. Filter system according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the individual filter layers (7) drainage elements (12) are used and / or that in the filter layers (7) drainage channels (11) are embedded, which lead out of the filter insert , 3 sheets of drawings 6/9