DE102005055555A1

DE102005055555A1 - Filter-Vorrichtung und Filter-Verfahren

Info

Publication number: DE102005055555A1
Application number: DE102005055555A
Authority: DE
Inventors: Alexander Matosovic
Original assignee: GEORG SCHUENEMANN GmbH
Current assignee: Georg Schuenemann GmbH
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filter-Vorrichtung und ein Filter-Verfahren zum Filtern von Fluid und zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen, mit einem Gehäuse, welches einen Einlass zum Einlassen des zu filternden Fluids und einen Auslass zum Abgeben des zu filternden Fluids aufweist, und einem in das Gehäuse einsetzbaren Filterelement, welches eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, durch welche das Fluid in Richtung auf den Auslass hindurchströmen kann, wobei Partikel aus dem Fluid herausgefiltert werden. Erfindungsgemäß sind die Öffnungen des Filterelements so dimensioniert, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes mindestens teilweise abgetötet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filter-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen.

Filter der eingangs genannten Art werden in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen beispielsweise in der petrochemischen oder pharmazeutischen Industrie oder in der Energiewirtschaft eingesetzt, um Flüssigkeiten verschiedenster Art in Produktionsprozessen oder Kühlwassersystemen zu filtrieren oder zu reinigen.

Bei Kühlwassersystemen, z. B. in der Kraftwerkstechnik oder allgemein der Dampferzeugung für chemische Prozesse oder auch auf Schiffen muss Kühl- oder Speisewasser von Verunreinigungen befreit werden. Das Wasser oder andere Flüssigkeiten enthält dabei oft auch Lebewesen wie Muschellarven oder Muscheln oder andere mikrobiologische Lebewesen wie Algen, Plankton oder dergleichen. Diese Lebewesen können in den Apparaten und Anlagen und den ablaufenden Prozessen Verunreinigungen oder Prozessbeeinträchtigungen, beispielsweise verschlechterten Wärmeübergang oder einen erhöhten Wartungsaufwand bis hin zu Stillständen und Produktionsausfällen verursachen.

In der Praxis wird versucht, dem Wachstum solcher Lebewesen durch Beigabe chemischer Substanzen in die Flüssigkeit bzw. das Kühlwasser entgegenzuwirken. So wird beispielsweise Chlor oder Formaldehyd oder dergleichen beigemischt. Des weiteren werden von Lebewesen wie Muscheln, Algen, Krebsen und dergleichen befallene Anlagenteile regelmäßig gereinigt, indem die Teile gespült oder mechanisch in aufwändiger Weise gereinigt werden. Zu diesem Zweck müssen oft kurze Wartungsintervalle eingehalten werden.

Bekannt sind auch selbstreinigende Filter, beispielsweise Kantenspaltfilter, bei denen die zu reinigende Flüssigkeit durch Spaltprofile geleitet wird, wobei Partikel den Spalt nicht durchströmen und sich im Filterelement absetzen. In bestimmten Zeitabständen werden die im Filterelement zurückgehaltenen Partikel durch Einführen eines Filterreinigungselementes aufgrund einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit abgespült und somit gereinigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filter-Vorrichtung und ein Filter-Verfahren sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen bereitzustellen.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Filter-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch, dass die Öffnungen des Filterelements so dimensioniert sind, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes mindestens teilweise abgetötet werden.

Die Erfindung löst die Aufgabe ferner mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Abtöten von Lebewesen mit den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. Anspruchs 13 dadurch, dass die Öffnungen des Filterelements so dimensioniert sind, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes mindestens teilweise abgetötet werden.

Erfindungsgemäß sind die Öffnungen des Filterelementes so dimensioniert, dass die Lebewesen beim Durchströmen des Filterelements im Wesentlichen abgetötet werden. Die Öffnungen werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, d. h. den zu behandelnden Flüssigkeiten, deren Mengenströme, Druckverhältnissen und Eigenschaften so gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit, die auftretenden Schub- oder Scherspannungen in der Flüssigkeit und/oder der Druck im Bereich der Öffnungen für eine Abtötung der enthaltenen Lebewesen sorgt. Insbesondere Kleinstlebewesen wie Plankton, Muscheln, Muschellarven, Algen aber auch größere Lebewesen wie Krebse und dergleichen werden dabei aufgrund der Strömungsverhältnisse abgetötet. Versuche haben gezeigt, dass relativ kleine Öffnungen mit sehr engen Strömungsquerschnitten für hohe Turbulenzen und Wirbelbildung in der Strömung und hohen Schubspannungen sorgen, so dass eine erhöhte Sterblichkeitsrate der Lebewesen realisiert wird. Daraus resultiert, dass die die Vorrichtung bzw. Filter-Vorrichtung durchströmte Flüssigkeit keine oder nur noch sehr wenig Lebewesen enthält. Dies hat einen vorteilhaften Einfluss auf das anschließende Wachstum von Lebewesen in der Flüssigkeit, auf die Reinheit der Anlagen und Prozesse sowie zur Folge, dass deutlich weniger Verunreinigungen in den Anlagen und Apparaten entstehen. Wartungsintervalle können dadurch verlängert werden und Stillstände und Produktionsausfälle weitgehend vermieden werden. Insbesondere im Bereich von Kühlwassersystemen mit Wärmeübertragern hat dies einen positiven Effekt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen des Filterelements jeweils als Spalt ausgebildet sind. Durch Spalte lassen sich besonders hohe Abtötungsraten erreichen. Versuche haben gezeigt, dass es besonders bevorzugt ist, dass die Breite der Spalte im Bereich von 0 mm bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von bis zu 1 mm und besonders bevorzugt nicht größer als 0,7 mm einzustellen, weil so hohe Turbulenzen und Schubspannungen in dem Fluid realisiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung weist das Filterelement eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, ein im Wesentlichen zylindrisches Filtersieb bildenden Stäben auf, zwischen deren gegenüberliegenden Kanten der Spalt ausgebildet ist.

Besonders bevorzugt ist es, dass die nach innen weisenden Oberflächen der Stäbe des Filterelements eine durch Schleifen und/oder Polieren bearbeitete Oberfläche aufweisen. Durch eine geschliffene und/oder polierte Oberfläche der Stäbe des Filterelements lässt sich überraschend der Strömungszustand günstig beeinflussen, um eine Abtötung zu verstärken. Durch das Schleifen lassen sich besonders scharfe Kanten der Stäbe, zwischen denen der Spalt ausgebildet ist, erzielen, was zu erhöhten Turbulenzen, Strömungsgeschwindigkeiten und Schubspannungen führt. Die Kanten sind dadurch besonders scharf.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Oberflächen der den Spalt bildenden, sich gegenüberliegenden Kanten der Stäbe im Querschnitt einen Winkel von 90° oder kleiner als 90°, besonders bevorzugt einen Winkel von 80° bis 75° aufweisen.

Die Strömungsverhältnisse werden durch im Hinblick auf die gewünschte Abtötung von Lebewesen dadurch weiter verbessert, dass der zwischen den Stäben ausgebildete Strömungsquerschnitt sich stromabwärts in Richtung auf den Auslass erweitert.

Zweckmäßigerweise haben die Stäbe im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines Trapezes. Nach der Abtötungs- und Filterfunktion wird die Strömung vor dem Herausleiten aus dem Gehäuse dadurch günstig beeinflusst, dass die Stäbe an ihrer äußeren Oberfläche abgerundet und im Querschnitt kreisförmig sind, vorzugsweise mit einem Radius von 0,1 mm bis 0,2 mm.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche nachfolgend anhand der angehängten Zeichnungen näher erläutert sind. Es zeigen:
1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Teilschnittdarstellung;
2 die Vorrichtung gemäß 1 als Prinzipskizze;
3 ein Filterelement einer Vorrichtung gemäß 1 und 2 in einem Querschnitt;
4 ein Ausschnitt des Filterelements gemäß 3;
5 ein Beispiel eines Stabs eines erfindungsgemäßen Filterelements im Querschnitt;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel; und
7 ein drittes Ausführungsbeispiel.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zum Filtern eines Fluids, welches Lebewesen enthalten kann, sowie zum Abtöten der in dem Fluid befindlichen Lebewesen. Das Fluid kann z. B. Kühlwasser, Speisewasser, Prozesswasser oder ein Flüssigkeits-/Feststoffgemisch für chemische verfahrenstechnische oder petrochemische Vorgänge sein.
Ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 2 weist einen Einlass 4 zum Einleiten des Fluids mit einem Flansch sowie einen seitlichen Auslass 6 zum Abgeben des Fluids auf. An dem Auslass 6 ist ein Rohr 8 mit einem Flansch angeordnet, durch den das Fluid radial bezogen auf eine Längsachse 5 der Vorrichtung 1 ausströmen kann.
In dem Gehäuse 2 ist ein ebenfalls im wesentlichen zylindrisches Filterelement 10 angeordnet, in welches Fluid durch den Einlass 4 axial einströmen kann. Das Filterelement 10 weist eine Vielzahl von Öffnungen 12 auf (siehe 2, 3 und 4), durch welche das Fluid in Richtung auf den Auslass 6 hindurchströmen kann, wobei Partikel aus dem Fluid herausgefiltert werden und im Innenraum 14 des Filterelements 10 verbleiben und etwaige Lebewesen abgetötet werden. Das gereinigte und gefilterte Fluid kann in den Ringraum 16 zwischen Filterelement 10 und Gehäuse 2 und von dort durch den Auslass 6 ausströmen.
Wie 1 und 2 zeigen, ist im oberen Abschnitt der Vorrichtung 1 ein in das Filterelement 10 einführbares Filterreinigungselement 18 angeordnet, welches kreisscheiben- oder kolbenförmig ausgebildet ist und mittels einer Stange 20 und einer pneumatischen oder elektrischen Hubeinrichtung 22 von oben in das Filterelement 10 ein- und ausfahrbar ist (wie durch gestrichelte Linien in 1 gezeigt ist). Durch das eingefahrene Filterreinigungselement 18 wird im Bereich der Wandung des Filterelements 10 die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht und dabei im Filter befindliche Stoffe oder Partikel abgespült. Die abgelösten Partikel werden durch eine Strömung nach oben zusammen mit der Flüssigkeit durch einen Spülauslass 24 und einen Rohrabschnitt 26 mit Flansch abtransportiert. Während der Reinigung des Filterelements 10 kann die Filtrier- bzw. Abtötungsfunktion von Lebewesen in dem Fluid fortgesetzt werden.
Wie 3 und 4 zeigen, weist das Filterelement 10 eine Vielzahl von parallel zueinander angeordnete und ein im Wesentlichen zylindrisches Filtersieb bildende Stäbe 28 auf, zwischen deren gegenüberliegenden Kanten 30 Spalte ausgebildet sind, die die Öffnungen 12 bilden.
Erfindungsgemäß sind die Öffnungen 12 des Filterelements 10 so dimensioniert, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes mindestens teilweise abgetötet werden.
In dem Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 12 spaltförmig zwischen den parallelen Kanten 30 der Stäbe 28 ausgebildet. Die Breite B der Spalte liegt im Bereich von 0 mm bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von bis zu 1 mm und besonders bevorzugt ist die Breite B nicht größer als 0,7 mm.
In nicht dargestellter Weise sind alternativ auch andere Formen von Öffnungen 12 in dem Filterelement 10 erfindungsgemäß möglich, um gleichermaßen einen Abtötungseffekt für Lebewesen, wie oben beschrieben, zu erzielen. Die Öffnun gen könnten beispielsweise zylindrisch, oval, rechteckig, in Form von gekrümmten oder gewellten Schlitzen, dreieckig oder dergleichen ausgebildet sein. Die Größe und die Form der Kanten der Öffnungen, d. h. deren Berandungen sind so dimensioniert und gestaltet, dass relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Scherspannungen oder Scherspannungsgradienten im Bereich der Öffnungen des Filterelements 10 entstehen, so dass die Lebewesen zerstört oder stark verletzt werden.
Die nach innen, d. h. zum Innenraum 14 des Filterelements 10 weisenden Oberflächen 32 der Stäbe 28 sind durch Schleifen und/oder Polieren bearbeitetet worden. Daraus ergeben sich geringe Strömungswiderstände an dieser Oberfläche und scharfe Kanten 30, wodurch die Scherspannungen und die Abtötungsfunktion verstärkt werden.
4 zeigt, dass die Stäbe im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines Trapezes aufweisen. Der zwischen den Stäben 28 ausgebildete Strömungsquerschnitt erweitert sich stromabwärts in Richtung auf den Auslass 6.
Wie die Ausführungsbeispiele von Stäben 28 gemäß den 5, 6 und 7 zeigen, sind die Stäbe 28 an ihrer äußeren Oberfläche abgerundet und im Querschnitt kreisförmig, vorzugsweise mit einem mit einem Radius von 0,1 mm bis 0,2 mm.
Der in 5 gezeigte Stab weist eine Breite B von 0,6 mm, eine Tiefe T von 1,15 mm sowie einen abgerundeten Endabschnitt mit einem Radius von 0,1 mm auf. Im Bereich der Kanten 30 sind die benachbarten Oberflächen 32 und 34 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, während nach einer Tiefe von 0,2 mm sich der Stab 28 verjüngt und zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 36, 34 ein Winkel von 13° vorliegt.
Der in 6 gezeigte Stab weist eine Breite B von 0,75 mm, eine Tiefe T von 1,38 mm sowie einen abgerundeten Endabschnitt mit einem Radius von 0,16 mm auf. Im Bereich der Kanten 30 sind die benachbarten Oberflächen 32 und 34 in einem Winkel von 80° zueinander angeordnet.
Der in 7 gezeigte Stab weist eine Breite B von 1,0 mm, eine Tiefe T von 1,95 mm sowie einen abgerundeten Endabschnitt mit einem Radius von 0,189 mm auf. Im Bereich der Kanten 30 sind die benachbarten Oberflächen 32 und 34 in einem Winkel von 80° zueinander angeordnet.
Die Stäbe 28 sind vorzugsweise aus Metall wie Stahl, rostfreiem Stahl oder auch widerstandsfähigen und gegenüber aggressiven Flüssigkeiten resistenten Werkstoffen wie Teflon (PTFE) oder dergleichen gebildet.
In Betrieb der Vorrichtung 1 kommen folgende Verfahrensschritte zur Anwendung:
Das Fluid wird mit Lebewesen durch Einlass 4 (1) in das Gehäuse 2 eingelassen. Das Fluid strömt in den Innenraum 14 ein und durch die spaltförmigen Öffnungen 12 durch das Filterelement 10 hindurch und dann in Richtung auf den Auslass 6. Im Bereich der Öffnungen 12 werden einerseits Partikel zurückgehalten, die durch die Größe der Öffnungen nicht hindurch strömen können, und darüber hinaus werden Lebewesen, insbesondere Kleinstlebewesen wie Plankton, Muscheln, Muschellarven, Algen aber auch größere Lebewesen wie Krebse, aufgrund der Strömungsverhältnisse abgetötet oder verletzt. Dabei können die Lebewesen anschließend entweder durch die Öffnung 12 hindurchtreten und durch den Auslass 6 abströmen, nachdem sie getötet wurden, oder aber auch im Inneren des Filterelementes 10 verbleiben und dann mithilfe des Filterreinigungselementes 18 gelöst und durch den Spülauslass 24 abgeführt werden aus dem Gehäuse 2. Versuche haben gezeigt, dass durch kleine Strömungsquerschnitte der Öffnungen 12, wie erfindungsgemäß vorgesehen, eine hohe Tötungsrate für in Flüssigkeiten wie Kühlwasser enthaltene Lebewesen erzielt wird.

Claims

Filter-Vorrichtung zum Filtern eines Fluids, insbesondere Lebewesen enthaltende Flüssigkeiten, mit einem Gehäuse (2), welches einen Einlass (4) zum Einlassen des zu filternden Fluids und einen Auslass (6) zum Abgeben des zu filternden Fluids aufweist, und einem in das Gehäuse (2) einsetzbaren Filterelement (10), welches eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, durch welche das Fluid in Richtung auf den Auslass (6) hindurchströmen kann, wobei Partikel aus dem Fluid herausgefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen des Filterelements (10) so dimensioniert sind, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes (10) mindestens teilweise abgetötet werden.
Vorrichtung zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen, mit einem Gehäuse (2), welches einen Einlass (4) zum Einlassen des Fluids und einen Auslass (6) zum Abgeben des Fluids aufweist, und einem in das Gehäuse (2) einsetzbaren Filterelement (10), welches eine Vielzahl von Öffnungen (12) aufweist, durch welche das Fluid in Richtung auf den Auslass (6) hindurchströmen kann, wobei die Öffnungen (12) des Filterelements (10) so dimensioniert sind, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes (10) mindestens teilweise abgetötet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (12) des Filterelements (10) jeweils als Spalt ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Spalte im Bereich von 0 mm bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von bis zu 1 mm und besonders bevorzugt nicht größer als 0,7 mm ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, ein im Wesentlichen zylindrisches Filtersieb bildende Stäben (28) aufweist, zwischen deren gegenüberliegenden Kanten (30) der Spalt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen weisenden Oberflächen (32) der Stäbe des Filterelements (10) eine durch Schleifen und/oder Polieren bearbeitete Oberfläche aufweisen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der den Spalt bildenden, sich gegenüberliegenden Kanten (30) der Stäbe im Querschnitt einen Winkel von 90° oder kleiner als 90°, besonders bevorzugt einen Winkel von 80° bis 75° aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Stäben (28) ausgebildete Strömungsquerschnitt sich stromabwärts in Richtung auf den Auslass (6) erweitert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines Trapezes aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe an ihrer äußeren Oberfläche abgerundet und im Querschnitt kreisförmig sind, vorzugsweise mit einem Radius von 0,1 mm bis 0,2 mm.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe eine Breite (B) im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm und eine Tiefe (T) in radialer Richtung von etwa 1 mm bis 2 mm aufweisen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in das Filterelement (10) einführbares Filterreinigungselement (18), welches im Bereich der inneren Oberflächen (32) der Stäbe die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht und dabei im Filter befindliche Stoffe abgespült werden, und durch einen weiteren Auslass (24) im Gehäuse (2) zum Abgeben der abgespülten Stoffe.
Verfahren zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen, bei dem das Fluid durch einen Einlass (4) in ein Gehäuse (2) eingelassen wird, das Fluid durch ein Filterelement (10) hindurchströmt, welches eine Vielzahl von Öffnungen (12) aufweist, wobei die Öffnungen (12) des Filterelements (10) so dimensioniert sind, dass in dem Fluid enthaltene Lebewesen aufgrund des Strömungszustandes im Bereich des Filterelementes (10) mindestens teilweise abgetötet werden.
Verwendung einer Filter-Vorrichtung zum Abtöten von in einem Fluid enthaltenen Lebewesen.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei die Filter-Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.