CZ292270B6 - Způsob filtrace a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Vyn lez se t²k zp sobu a za° zen pro separaci odd liteln²ch slo ek z kapalinov ho prost°ed . Separa n za° zen obsahuje jednu komoru nebo sestavu v tÜ ho po tu soused c ch komor a ka d z komor sest v z deskov jednotky obsahuj c filtr /13/, vstupn otvor /16/ pro p° vod kapaln ho prost°ed do komory /10/, v²stupn otvor /18/ pro vypouÜt n odpadov sti tekut ho prost°ed /17/ a rotor, kde v podstat rovn² povrch rotorov²ch lopatek sm °uj c k filtru obsahuje jednu nebo v ce oblast /20/ odchyluj c ch se od roviny tohoto povrchu nebo je povrch /19/ rotorov²ch lopatek sm °uj c k filtru zak°iven tak, e vzd lenost mezi povrchem lopatky a filtrem je mal u vnit°n sti rotoru a e se tato vzd lenost postupn zvyÜuje sm rem k obvodu rotoru nebo pr °ez rotorov²ch lopatek v rovin rovnob n s filtrem tvo° spojit² povrch ve tvaru S. P°i zp sobu separace se kapalina v komo°e /10/ uv d do turbulence pomoc rotoru, p°i em se na ni s v²hodou p sob zvukov²mi vlnami nebo elektrick²m polem a filtruje se p°es deskovou jednotku filtru /13/, kter tvo° st nu komory /10/.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu filtrace kapalin, kdy použité filtrační zařízení obsahuje komoru nebo svazek většího počtu sousedících komor a každá z komor sestává z deskové jednotky obsahující alespoň jeden filtr, alespoň jeden vstupní otvor pro přívod kapalného prostředí do komory, alespoň jeden výstupní otvor pro vypouštění v první fázi neprofiltrované kapaliny, přičemž uvedený vstupní otvor a výstupní otvor jsou vytvořeny na první straně filtru, a na druhé straně filtru je alespoň jeden výstupní kanál pro odvádění odfiltrované kapaliny, přičemž tekutina přicházející do komory je vystavena silné turbulenci vyvolané vhodně tvarovaným rotorem, případně kombinací tvaru rotoru a zvukových vln, s výhodou ultrazvukových a/nebo elektrického pole, přičemž je zabráněno či velmi omezeno ukládání filtrovaných částic na filtru a zařízení založeného na filtraci membránou položenou kolmo ke směru toku kapaliny.

Dosavadní stav techniky

Zařízení s filtrem umístěným kolmo k toku jsou již v patentové literatuře popsána, například ve švédských zveřejněných spisech SE 451429, SE 457607, SE 459475, SE 463241 a SE 465040. Způsoby založené na použití takových zařízení jsou úspěšně využívány pro oddělování pevných částic z kapalin a pro oddělování tekutiny z tekutiny, například pro oddělení oleje od vody.

Na obr. 1 je nakreslen schematický řez filtrovacím zařízením takového typu, jaký je popsán ve spisu SE 451429. Zařízení zahrnuje komoru 10, sestavenou z desek 11, opatřených středovými otvory 12. Dynamická filtrační membrána 13 je připevněna na deskách. Rotorová hřídel 14 opatřená rotorovými lopatkami 15 probíhá středovými otvory desek. Tekutina, která má být čištěna, se napustí do rotorové komory kanálem 16. Část tekutiny se profiltruje průchodem přes filtr a je pomocí kanálu 17 odvedena výpustí. Část ještě neprofiltrované tekutiny je vypouštěna přepadovým otvorem 18. Pomocí rotorových lopatek 15 je tekutina protlačena přes povrch filtru 13 a případně porézní vrstvou na něm nanesenou.

Spis SE 459475 popisuje oddělovací zařízení s několika vedle sebe uspořádanými jednotkami nebo buňkami podle spisu SE 451429. Tekutina, která se má zpracovávat se přivádí spojovacím kanálem tvořeným průchozími otvory v deskách. Shromážděná přefiltrovaná část je vypouštěna společným kanálem.

Samotná filtrační membrána může být také opatřena jednou nebo více vrstvami porézního materiálu, například takového, jaký je uveden v citovaném patentovém spisu.

Ucpání pórů filtrační membrány nebo porézního materiálu na ní naneseného vlivem ukládání oddělených složek je velkým problémem. Vinou ucpávání se filtrační kapacita rychle snižuje a je nutné kvůli tomu filtr v pravidelných intervalech regenerovat. Podle zveřejněného spisu SE 451429 se regenerace provádí takovým způsobem, že se čisticí elementy (kartáče, ventily apod.) připojené k lopatkám rotoru přivedou do kontaktu s porézní vrstvou na membránovém filtru. Částice odfiltrované z proudu tekutiny jsou tímto odstraněny a stejně tak část porézního materiálu. Je-li to nutné, přidá se nový porézní materiál.

Mechanická regenerace tohoto typu, která zahrnuje dotýkání filtrační membrány nebo porézní vrstvy na ní, je vždycky spojena s rizikem porušení požadované velkosti pórů. Proto je vysoce žádoucí vyhnout se regeneračním metodám tohoto typu.

-1 CZ 292270 B6

Cílem vynálezu je představit způsob filtrace a zařízení k provádění tohoto způsobu, kde je filtr efektivně chráněn proti ukládání odfiltrovaných složek.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob filtrace podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se kapalina po vstupu do filtračního zařízení přivede k rotoru, kde se uvede kapalina do styku s obvodově rozmístěnými rotorovými lopatkami, jejichž jinak rovný povrch orientovaný směrem k filtruje opatřen výstupky a/nebo vybráními nebo se lopatka upraví tak, že vzdálenost mezi povrchem lopatky a filtrem se zvětšuje od osy rotoru směrem k obvodu rotoru nebo se rotorové lopatky vytvoří tak, aby v průřezu v rovině rovnoběžné s filtrem tvořily spojitý povrch ve tvaru písmene S. Výhody vynálezu jsou založeny na tom, že dodávané tekuté médium je podrobeno silné turbulenci vytvořené vhodně tvarovaným rotorem, čímž je ukládání oddělitelných částic na filtr znemožněno nebo zásadně omezeno.

Ve výhodném provedení jsou lopatky rotoru opatřeny jedním nebo více průchozími otvory, jedním nebo více výstupky nebo kombinací dvou nebo více typů nepravidelností.

Podle dalšího výhodného provedení jsou výstupky provedeny jako samostatná stlačitelná tělíska, odolná proti působení tekutin nebo plynů, upevněná v otvorech nebo drážkách rotorových lopatek nebo připevněná na jejich povrchu.

V jiném výhodném provedení je povrch rotorových lopatek ve tvaru písmene S směřující k filtru zakřiven tak, že vzdálenost mezi povrchem lopatky a filtrem je malá u vnitřní části rotoru a že se tato vzdálenost postupně zvyšuje směrem k obvodu rotoru.

V dalším výhodném provedení je povrch rotorových lopatek ve tvaru písmene S směřující k filtru opatřen otvory nebo drážkami, ve kterých jsou uspořádána samostatná stlačitelná tělíska, odolná proti tekutinám nebo plynům nebojsou tato tělíska upevněna na povrchu lopatek.

V dalším výhodném provedení je zaoblení rotorové lopatky provedené ve tvaru písmene S tvarováno tak, že úhel a mezi čarou L taženou ze středu rotorové hřídele k libovolnému bodu P na obvodu zaoblení a tangentou T k zaoblení v tomto bodě je konstantní.

V dalším výhodném provedení je zařízení opatřeno vysílačem zvukových vln, zejména vysílačem ultrazvukových vln a/nebo zařízením pro vytvoření elektrického pole.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje filtrační zařízení podle známého stavu techniky, na obr. 2 je nakreslen již dříve známý rotor určený pro zařízení nakreslené na obr. 1, obr. 3 znázorňuje rotor podle prvního výhodného příkladu provedení vynálezu, obr. 4 znázorňuje rotor podle druhého příkladu provedení, obr. 5 znázorňuje rotor podle třetího příkladu provedení, na obr. 6A až 6C jsou nakresleny příčné řezy rotorových lopatek z obr. 4, na obr. 7A až 7D jsou nakresleny příčné řezy rotorových lopatek podle dalšího příkladu provedení a obr. 8 znázorňuje provedení lopatky rotoru podle obr. 3.

-2CZ 292270 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 2 znázorňuje již dříve známý rotor umístěný proti rovině filtru 13. Rotor sestává ze dvou rotorových lopatek 15 připevněných k hřídeli 14 rotoru. Rotorové lopatky 15 jsou masivní téměř pravoúhlé hranoly.

Na obr. 3 je nakreslen příklad rotoru podle vynálezu. Lopatky 15 rotoru jsou zakřiveny takovým způsobem, že jejich řez v rovině rovnoběžné s filtrem 13 tvoří povrch tvaru písmene S. Při funkci se rotor otáčí ve směru šipky. Doposud známé rotory podle obr. 2 převážně vyvolávají tok tekutiny ve směru rotace. Při zkouškách s rotorem podle obr. 3 se prokázalo, že konkávní sekce na lopatkách rotoru vyvolávají silný tok tekutiny také v radiálním směru. Při použití konvenčního rotoru se rychlost rotace při přibližování k rotorové hřídeli snižuje. Jak je vidět z obrázku, tvoří rotor spojitou plochu ve tvaru písmene S probíhající radiálně vůči hřídeli rotoru. Vlivem radiálního toku kapaliny, způsobeného tímto tvarem plochy jako spojitého S, je docílena větší turbulence také v blízkosti hřídele rotoru. Výsledkem toho je, že se dosáhne dostatečně silné turbulence nad celým povrchem filtru v okolí kapalného média a tak se zabrání odfiltrovatelným složkám usadit se na filtru. Další výhodou tvaru S je to, že konvexní části rotorových lopatek, které se střetávají s kapalinou, jsou účinně udržovány bez usazenin. Základní výhodou tohoto S tvaruje to, že čerpadlový efekt rotoru, který je v této spojitosti nežádoucí, bude vyvážen zvýšenou turbulencí tekutiny.

Obr. 8 znázorňuje obzvláště výhodný příklad provedení profilu lopatky z obr. 3. Konvexní profil 15a lopatky rotoru je tvarován tak, že úhel a mezi čárou L nakreslenou z osy hřídele 14 k libovolnému bodu P na profilu 15a a tangentou T k profilu 15a v tomto bodě je vždycky téměř konstantní a tak nezávislý na poloze tohoto bodu P. Úhel a je s výhodou mezi 45° až 80°, nejlépe asi 60°. Vlivem tohoto provedení je konvexní povrch udržován bez usazenin a současně jako rotor potřebuje velmi malou sílu.

Na obr. 4 je nakreslen jiný tvar rotorové lopatky. Rotorové lopatky 15 jsou vytvořeny v podstatě jako prizmatická tělesa a jejich povrch směřující k filtru 13 je v podstatě rovina. Tento povrch je opatřen jednou nebo více oblastí s nepravidelnostmi 20. narušujícími rovinu tohoto povrchu. Obrázky 6A až 6C, které znázorňují příčný řez rotorových lopatek z obr. 4, znázorňují alternativní tvary nepravidelností 20. Na obr. 6A sestávají tyto nepravidelnosti z výstupků 21, na obr. 6B z drážek 22 a na obr. 6C z průběžných otvorů 23. Nepravidelnosti 20 rotorových lopatek mohou také být kombinací jednoho nebo více otvorů 23, jedné nebo více drážek 22 a/nebo jednoho nebo více výstupků 21.

Přítomnost nepravidelností, zejména drážek nebo průběžných otvorů snižuje nežádoucí čerpadlový efekt rotoru vlivem vyšší turbulence. Současně drážky a otvory způsobují menší povrchový kontakt mezi lopatkou rotoru a okolní kapalinou, který na svém oběhu snižuje tření a tím také potřebnou sílu.

Obr. 7A-7D, na kterých je nakreslen příčný řez rotorové lopatky 15, znázorňuje obzvláště výhodný příklad provedení výstupků 21 které jsou v tomto případě z jiného materiálu než sama lopatka rotoru. Výstupky 21 sestávají ze samostatných tělísek připevněných v otvorech probíhajících lopatkou rotoru. Případně mohou být připevněny v drážkách rotorové lopatky nebo být připevněny na jejím povrchu. Tato tělíska mohou být ze zhutněných kousků materiálu odolného vůči kapalině nebo plynu, například z plastové pěny s uzavřenými buňkami, plynotěsný povlak a pod. Výhodou těchto konstrukcí je to, že je možné působit na velikost tělísek prostřednictvím okolního tlaku. Je například možné vybrat pro výstupky 21 takový materiál, který je silně stlačen při normálním pracovním tlaku filtračního zařízení (viz obr. 7A), čímž je výčnělek nad rovinou povrchu rotoru velmi malý nebo žádný a tak potřebná síla rotoru je malá. Jestliže je toho třeba, lze změnit pracovní tlak na pl, který je nižší než pO, čímž se výstupek 21 rozepne (viz obr. 7B).

Tímto způsobem se zmenší vzdálenost k povrchu filtru a turbulence se zvýší. Takto se zvýší i čisticí účinek membrány filtru. Je také možné, že se výstupek 21 rozepne natolik, že se dotkne membrány filtru, čímž se dosáhne mechanického čištění. Je rovněž možné nechat výstupek 21 působit jako regulační prostředek na mechanické prostředky 24, které jsou třeba ve tvaru pružných elementů nebo podobně a jsou připojené k rotorové lopatce, přičemž se tyto elementy při otáčení dotýkají membrány filtru (viz obr. 7C a 7D.)

Obr. 5 znázorňuje rotor podle třetího příkladu provedení v řezu kolmém na rovinu filtru 13. Povrch 19 rotorové lopatky 15, který směřuje k filtru 13 je zakřiven takovým způsobem, že vzdálenost mezi povrchem lopatky a filtrem je malá u vnitřní části rotoru, tj. v blízkosti rotorové hřídele 14 a že se tato vzdálenost postupně zvyšuje směrem k obvodu rotoru. Pomocí tohoto uspořádání rotorových lopatek je možné docílit dobré a stejné turbulence nad celým filtračním povrchem v tekutém médiu uloženém v komoře 10. Když byly použity lopatky rotoru o stejné tloušťce, rychlost otáček (a tím i turbulence) byla v blízkosti hřídele rotoru nízká. Snížením vzdálenosti mezi povrchem 19 rotoru a filtrem 13 podle konstrukce nakreslené na obr. 5, se v této oblasti turbulence zvýší. Rychlost otáček a tím také turbulence je vysoká na obvodu lopatek rotoru. V této oblasti je výhodné zvětšit vzdálenost mezi povrchem 19 rotorové lopatky a filtrem 13, aby se dalším odporem zvýšila turbulence. Kdyby vzdálenost mezi povrchem 19 rotorové lopatky a filtrem 13 měla být malá také u obvodu lopatky, vedlo by to k nežádoucímu zvýšení síly potřebné pro docílení rotace.

Rotorové lopatky podle obr. 5 mohou být rovněž opatřeny nerovnostmi stejného druhu jako rotorové lopatky nakreslené na obr. 4, například průběžné otvory, výstupky a drážky.

Je známo, že použití zvukových vln, zejména ultrazvukových, podporuje filtraci a zabraňuje ucpání pórů filtru (viz např. T. Tuři a kol. Způsob filtrace zvýšený elektroakustickými metodami, Způsob výrobního programu, zpráva TEKES, Jyvaskyla 31. Březen 1995).

Rotor vytvořený podle vynálezu může být rovněž doplněn zvukovým vysílačem, zejména ultrazvukových vln a/nebo zařízením pro vytvoření elektrického pole. Kombinace zvukových vln a elektrického pole, které se nazývá elektroakustický způsob, se ukázal být velice účinný proti ucpání filtru v průběhu filtrace. Vysoce účinná filtrace je docílena prostřednictvím elektroakustického přístroje v kombinaci se speciálním, výše popsaným tvarem rotoru.

Filtrační zařízení podle vynálezu může být použito jak pro oddělení pevných částic, tak pro rozpuštěné vysokomolekulámí látky nebo koloidy z tekutin a také pro oddělení jednotlivých tekutin od sebe. Materiál filtru je zvolen na základě separačního postupu. Filtrační membrána může být například porézní textilní vrstva, papírová vrstva, nebo membrána takového typu, jak ji popisuje některý z patentů, uvedených ve stavu techniky. Filtrační membrána může rovněž být složena z jedné či více vrstev porézního materiálu, pokud je to požadováno, například taková, jak ji popisuje některý z patentů, uvedených ve stavu techniky. Filtr může rovněž zahrnovat keramický filtr známý sám o sobě nebo některé jiné tuhé a porézní materiály.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob filtrace kapalin, kdy použité filtrační zařízení obsahuje komoru nebo svazek většího počtu sousedících komor a každá z komor sestává z deskové jednotky obsahující alespoň jeden filtr (13), alespoň jeden vstupní otvor (16) pro přívod kapaliny do komory (10), alespoň jeden přepadový otvor (18) pro vypouštění kapaliny, která se nestačila profiltrovat, přičemž uvedený vstupní otvor a výstupní otvor jsou vytvořeny na první straně filtru, a na druhé straně filtru je alespoň jeden výstupní kanál pro odvádění odfiltrované kapaliny, přičemž tekutina přicházející do komory (10) je vystavena silné turbulenci vyvolané vhodně tvarovaným rotorem, případně kombinací tvaru rotoru a zvukových vln, s výhodou ultrazvukových a/nebo elektrického pole, čímž je zabráněno či velmi omezeno ukládání filtrovaných částic na filtru, vyznačující se tím, že se kapalina po vstupu do filtračního zařízení přivede krotoru, kde se kapalina uvede do styku s obvodově rozmístěnými rotorovými lopatkami, jejichž jinak rovný povrch orientovaný směrem k filtruje opatřen výstupky a/nebo vybráními neboje lopatka upravena tak, že vzdálenost mezi povrchem lopatky a filtrem se zvětšuje od osy rotoru směrem k obvodu rotoru nebo jsou rotorové lopatky vytvořeny tak, že v průřezu v rovině rovnoběžné s filtrem tvoří spojitý povrch ve tvaru písmene S.
2. 2. Zařízení pro filtraci kapalin sestávající z komory nebo soustavy většího počtu sousedících komor a každá z komor sestává z deskové jednotky opatřené průběžným středovým otvorem (12) a obsahující alespoň jeden filtr (13), alespoň jeden vstupní otvor (16) pro přívod kapalného prostředí do komory (10), alespoň jeden přepadový otvor (18) pro vypouštění kapaliny, která se nestačila profiltrovat, přičemž vstupní a výstupní otvor jsou vytvořeny na první straně filtru, na druhé straně filtru je alespoň jeden výstupní kanál (17) pro odvádění vyfiltrované kapaliny a rotor je umístěný na první straně filtru, přičemž tento rotor je opatřen obvodově rozmístěnými rotorovými lopatkami (15) pohyblivými podél povrchu filtru, kde rotorová hřídel (14) prochází centrálním otvorem (12) deskové jednotky, přičemž rotorové lopatky (15) jsou tvarovány tak, aby rotační pohyb lopatek způsobil dostatečně silnou turbulenci v okolní kapalině pro zamezení či podstatné omezení usazování filtrovaných částic na filtru, vyznačující se tím, že jinak rovný povrch (19) rotorových lopatek (15) orientovaných k filtru (13) je opatřen výstupky a/nebo vybráními nebo je povrch (19) rotorových lopatek orientovaný k filtru (13) zakřiven tak, že vzdálenost mezi povrchem lopatky (15) a povrchem filtru (13) se od osy rotoru směrem k obvodu rotoru zvětšuje nebo rotorové lopatky tvoří v průřezu v rovině rovnoběžné s filtrem spojitý povrch ve tvaru písmene S.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že lopatky (15) rotoru jsou opatřeny jedním nebo více průchozími otvory (23), jedním nebo více výstupky (21) nebo kombinací dvou nebo více typů nepravidelností (21, 22,23).
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že výstupky (21) jsou provedeny jako samostatná stlačitelná tělíska, odolná proti působení tekutin nebo plynů, upevněná v otvorech nebo drážkách rotorových lopatek (15) nebo připevněná na jejich povrchu.
5. 5. Zařízení podle nároku 2, vyznaču j ící se tí m , že povrch (19) rotorových lopatek ve tvaru písmene S směřující k filtru je zakřiven tak, že vzdálenost mezi povrchem lopatky a filtrem je malá u vnitřní části rotoru a že se tato vzdálenost postupně zvyšuje směrem k obvodu rotoru.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že povrch (19) rotorových lopatek ve tvaru písmene S směřující k filtru je opatřen otvory nebo drážkami, ve kterých jsou

   -5CZ 292270 B6 uspořádána samostatná stlačitelná tělíska, odolná proti tekutinám nebo plynům nebo jsou tato tělíska upevněna na povrchu lopatek.
7. 7. Zařízení podle nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že zaoblení (15a) rotorové 5 lopatky (15) provedené ve tvaru písmene S je tvarováno tak, že úhel (a) mezi čarou (L) taženou ze středu rotorové hřídele (14) k libovolnému bodu P na obvodu zaoblení (15a) a tangentou (T) k zaoblení (15a) v tomto bodě je konstantní.
8. 8. Zařízení podle nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že je opatřeno vysílačem 10 zvukových vln, zejména vysílačem ultrazvukových vln a/nebo zařízením pro vytvoření elektrického pole.