-
Die
Erfindung betrifft eine Filteranlage mit Filtermodulen gemäß der Merkmalsausgestaltung
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
-
Filteranlagen,
bei denen die in einem Filtermodul befindlichen Filterelemente jeweils
von unten nach oben beim Filtrationsvorgang durchströmt werden,
sind bekannt. Dahingehende Filteranlagen werden sowohl für die Reinigung
von industriell oder maschinell benutzten Fluiden, wie Hydraulikflüssigkeiten
als auch beispielsweise als Wasserfilteranlage, insbesondere für Seewasser
eingesetzt. In letzterem Falle sind derartige Anlagen bevorzugt
für eine
Installation auf Schiffen vorgesehen.
-
Eine
Filtervorrichtung, insbesondere Rückspülfiltervorrichtung ist durch
die
WO 98/42426 A1 beekannt.
Bei der bekannten Rückspülfiltervorrichtung
ist zumindest ein Teil der eingesetzten Filterelemente konisch ausgebildet,
insbesondere in Form von sogenannten Spaltsiebrohr-Filterelementen.
Aufgrund der konischen Ausbildung ist der Abstand zwischen den einzelnen
konischen Spaltsiebrohr-Filterelementen oder zwischen diesen und
zylindrischen Filterelementen vergrößert, mit der Folge, dass auch der
Ausströmraum
im Filtergehäuse
vergrößert und mithin
der Abströmwiderstand
im Filterbetrieb erniedrigt ist, was für den Filtrationsbetrieb energetisch
gesehen günstig
ist.
-
Für einen
Rückspülvorgang
werden vorzugsweise alle Filterelemente in chronologischer Abfolge nacheinander
regeneriert, wobei während
der Rückspülung einzelner
Elemente die Filtration über
die restlichen Spaltrohre fortgesetzt wird, so dass der Filtrationsbetrieb
bei der bekannten Lösung
zu keiner Zeit unterbrochen ist. Für den Rückspülvorgang wird das jeweils zu
regenerierende Filterelement von einem schwenkbaren Spülarm angesteuert
und das auf der Reinseite der Filtervorrichtung von den Filterelementen
im Filtrationsbetrieb gefilterte Fluid durchströmt in entgegengesetzter Richtung
wie im Filtrierbetrieb das zu regenerierende Element. Die derart entfernten
Verschmutzungen auf der Innenseite des Filterelementes werden dann über den
Spülarm
nach außen
aus der Vorrichtung abgeführt.
Durch erneutes Verschwenken des Spülarmes zu einem anderen Filterelement
steht dieses dann zur Regenerierung an und das vorher regenerierte
Element ist dann wiederum für
den üblichen
Filtrationsbetrieb eingesetzt.
-
In
der
DE 197 11 589
A1 sind Spaltsiebrohr-Filterelemente aufgezeigt, wie sie
für die
vorstehend genannte bekannte Rückspülfiltervorrichtung Anwendung
finden. Diese Filterelemente weisen in ihrer Längsachse verlaufende Stützstäbe auf,
um die unter Freilassen von durch ein Fluid passierbaren Spalten
mindestens ein Drahtprofil in einzelnen Windungen gewickelt ist,
das zumindest teilweise mit den Stützstäben verschweißt ist.
Der jeweilige Stützstab ist
dabei mit seinem einen Ende derart auf die Längsachse zugeneigt, dass ein
konisch zulaufendes Filterelement gebildet ist, wobei die Windungen
des jeweiligen Drahtprofils dabei sich im Durchmesser in Richtung
der geneigten Enden der Stützstäbe verringern.
-
Durch
die
DE 10 2005
013 673 A1 ist eine Filteranlage als Seewasserfilteranlage
im eingangs erwähnten
Sinne bekannt mit der Möglichkeit,
die Filtereinrichtung als solche auch im Rückspülbetrieb still zu setzen, um
im stillgesetzten Zustand ins Innere der Filtervorrichtung Wirksubstanzen
einzubringen, die als Mittel zur biologischen Dekontaminierung neben
Viren, Pilzen, Algen und Protozoen auch andere Mikroorganismen sowie
Kleinstorganismen abtöten können, sodass
derart sichergestellt wird, dass diese nicht ungewollt sich auf
den Weltmeeren in schädigender
Weise verteilen können.
-
Durch
die
DE 11 56 601 B ist
eine gattungsgemäße Filteranlage
mit Filtermodulen bekannt, wobei jedes Filtermodul mindestens ein
Filterelement aufweist, das bei der Filtration von dem zu reinigenden, über einen
freien Öffnungsquerschnitt
eintretenden Fluid mit aufsteigender Filtrationsströmung durchströmt wird,
wobei die einzelnen Filtermodule derart übereinanderliegend angeordnet
und miteinander verbunden sind, dass das über einem Filtermodul gelegene
weitere Filtermodul jeweils eine Fortsetzung der aufsteigenden Filtrationsströmung bildet. Die
bekannte Lösung
wird als Reinigungsvorrichtung für
Brennstoffe von Brennkraftmaschinen eingesetzt mit einer Vielzahl
von Reinigerelementen als jeweiliges Filterelement, welche mit zueinander
parallelen Achsen auf einer gemeinsamen Halteeinrichtung innerhalb
einer Kammer des Reinigers angeordnet sind. Die Haltevorrichtung,
die die Reinigerelemente an ihrem einen Ende aufnimmt, ist als eine
Art Bühne ausgebildet,
welche in Achsrichtung der Reinigerelemente derart verschiebbar
ist, dass die Elemente in der vorgeschobenen Stellung an ihrem anderen Ende
mit Führungsteilen
im Eingriff stehen, von denen sie in der zurückgeschobenen Endstellung frei sind,
und somit zwecks Austauschs gegen neue Elemente von der Bühne abnehmbar
sind.
-
Die
dahingehend bekannte Reinigungsvorrichtung für Brennstoff baut aus konstruktiver
Sicht kompliziert auf und da eine rückspülende Abreinigung der Filterelemente
nicht vorgesehen ist, sind diese entsprechend gegen Neuelemente
zu tauschen, wozu die angesprochene Verschiebebühne als Halteeinrichtung dient,
so dass insoweit die Reinigungsvorrichtung für den Filterelementaustausch stillzulegen
ist.
-
Die
vorstehenden Ausführungen
machen deutlich, dass an Filteranlagen ganz allgemein die grundsätzliche
Forderung zu stellen ist, dass diese bei möglichst geringem apparativem
Aufwand eine sichere hochwirksame Abreinigung der betreffenden Fluide
gewährleisten,
sei es für
eine Wasserfilterung bei Anlagen an Land oder auf See, sei es bei
einem Einsatz zur Abreinigung anders gearteter Fluide, insbesondere
in Form von Hydraulikfluiden bei Arbeits- und Werkzeugmaschinen.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach
aufgebaute, funktionssichere Filteranlage zur Verfügung zu
stellen, die in besonderem Maße
eine hohe Qualität
der Abreinigung sicherstellt.
-
Eine
dahingehende Aufgabe löst
eine Filteranlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner
Gesamtheit.
-
Dadurch,
dass die Verbindung zwischen übereinander
gelegenen Filtermodulen durch ein deren Abschlußteile unter Bildung eines
Abstandsraumes miteinander verbindendes Gehäuseteil gebildet ist und dass
der Abstandsraum einen nach außen
geschlossenen Strömungsweg
für die
aufsteigende Filtrationsströmung
bildet, findet der Filtrationsvorgang in einer mehrstufigen Kaskade
statt, bei der das bereits gereinigte Filtrat durch das nachgeschaltete
Filtermodul nach- oder feingereinigt wird. Auch bei einem Einsatz
für die
Reinigung biologisch kontaminierter Fluide ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Filteranlage
von hohem Nutzen.
-
Dadurch,
dass sämtliche
Filtermodule mit in gleicher Richtung erfolgender Filtrationsströmung durchströmt werden,
ergibt sich darüber
hinaus nicht nur eine kompakte Bauweise, sondern durch die umlenkungsfreie
Verbindung der übereinanderliegenden
Filtermodule ergibt sich auch ein besonders gutes Strömungsverhalten
mit einem entsprechend günstigen
Druckdifferenzwert (Δp)
beim Filtrationsvorgang. Insbesondere bei einem Einsatz als Wasserfilteranlage,
wo ein entsprechend großer
Volumenstrom für
die Abreinigung anfällt,
ergibt sich hierdurch eine äußerst günstige Energiebilanz.
-
Erfindungsgemäß ist weiter
vorgesehen, dass für
jedes Filtermodul eine Rückspülvorrichtung mit
einer bei der Rückspülung einen
Schmutzstrom abführenden
Rückspülleitung
vorhanden ist, die wahlweise mit dem Fluideinlass des jeweils für das Rückspülen ausgewählten Filterelementes
verbindbar ist.
-
Als
Rückspülvorrichtung
dient eine motorisch antreibbare Schwenkeinrichtung, um eine relative
Drehbewegung zwischen den auf einer Kreislinie liegenden Fluideinlässen am
bodenseitigen Abschlußteil
der Filtermodule und der Rückspülleitung zu
erzeugen, wobei die Schwenkeinrichtung für jedes Filtermodul mindestens
einen einen Teil der Rückspülleitung
bildenden Rückspülarm aufweist,
der um eine zu den genannten Kreislinien der Fluideinlässe konzentrische
Drehachse schwenkbar ist, um ausgewählte Fluideinlässe an den
Abschlußteilen
in Fluidverbindung mit der endseitigen Eintrittsöffnung des Rückspülarmes zu
bringen. Ferner ist eine den übereinanderliegenden
Filtermodulen gemeinsame, sich durch den zwischen ihnen befindlichen
Abstandsraum hindurch erstreckende Schwenkwelle für sämtliche
Rückspülarme vorgesehen.
-
Vorzugsweise
enthält
jedes Filtermodul mehrere in Richtung der Filtrationsströmung langgestreckte
Filterelemente mit an ihrem unteren Ende befindlichem freien Öffnungsquerschnitt.
Derartige, in der Art sogenannter Filterkerzen ausgebildete Filterelemente
sind an sich bekannt, beispielsweise in Form sogenannter Spaltsiebrohr-Filterelemente
(
DE 197 11 589 A1 ).
-
Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen weist
jedes Filtermodul ein bodenseitiges Abschlußteil mit Fluideinlässen für jedes
Filterelement auf, deren freier Öffnungsquerschnitt
an die Fluideinlässe angrenzt.
-
In
den Filtermodulen können
Filterelemente zylindrischer und/oder konischer, sich in Filtrationsströmungsrichtung
verjüngender
Bauweise vorhanden sein. Dadurch nimmt nach oben hin der Abstand zwischen
den konischen Filterelementen oder zu den gegebenenfalls im Filtermodul
enthaltenen zylindrischen Filterelementen zu, so dass dem filtrierten
Fluid beim Austritt aus dem Innenraum des jeweiligen Filterelementes
ein kleinerer Widerstand entgegengesetzt wird, so dass sich energiegünstig das
Druckdifferenz-Verhältnis
der gesamten Filteranlage verringert.
-
Bei
besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist die Anordnung so getroffen, dass ausgewählte Filterelemente für eine Rückspülung in
Spülrichtung
durchströmbar
sind, die der Richtung der Filtrationsströmung entgegengesetzt ist.
-
Vorzugsweise
sind die Fluideinlässe
für die Filterelemente
an den bodenseitigen Abschlußteilen der
Filtermodule auf konzentrischen Kreislinien angeordnet. Eine derartige
Anordnung ist nicht nur strömungsgünstig, sondern
hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Rückspülvorrichtung besonders günstig.
-
Nachstehend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im Einzelnen erläutert.
Die einzige Fig. zeigt einen schematisch vereinfacht gezeichneten
Längsschnitt eines
Ausführungsbeispieles
der Filteranlage mit zwei Filtermodulen.
-
Das
in der Fig. dargestellte Ausführungsbeispiel
weist zwei Filtermodule 1 und 3 mit zu einer gemeinsamen
Hochachse 5 konzentrischen, kreiszylindrischen Filtergehäusen 7 bzw. 9 auf.
In ihrer zur Achse 5 konzentrischen und miteinander fluchtenden Lageanordnung
sind die Filtermodule 1 und 3 über ein ebenfalls kreiszylinderförmiges Gehäuseteil 11, das
einen Rohrkörper
bildet, fluiddicht miteinanderverbunden, wobei die Seitenwand des
Gehäuseteiles 11 mit
der Seitenwand der Filtergehäuse 7 und 9 fluchtet
und die gegenseitigen Verbindungen über verschraubte Flansche 13 erfolgt.
An den Flanschen 13 sind auch ein oberes Abschlußteil 15 des
Filtergehäuses 9 des
unteren Filtermoduls 3 sowie ein unteres Abschlußteil 17 des
Filtergehäuses 7 des
oberen Filtermodules 1 unter Bildung einer Fluidabdichtung festgelegt.
Beide Abschlußteile 15 und 17 sind
durch ebene Platten gebildet. In entsprechender Weise ist das bodenseitige
Abschlußteil 17 des
unte ren Filtergehäuses 9 mit
dem betreffenden Flansch 13 unter Bildung einer Fluidabdichtung
verbunden, wobei an dem Flansch 13 des unteren Abschlußteiles 17 ein Zulaufkrümmer 19 für das zu
reinigende Fluid befestigt ist. Der Zulaufkrümmer 19 bildet an
der Unterseite des bodenseitigen Abschlußteiles 17 einen Einlauftrichter
mit einer Trichteröffnung,
die der lichten Weite des Filtergehäuses 9 entspricht.
-
Obere
Abschlußteile 15 und
bodenseitige Abschlußteile 17 sind
durch ebene kreisrunde Platten gebildet. Während das obere Abschlußteil 15 des unteren
Filtergehäuses 9 Fluiddurchlässe 21 aufweist,
die den Innenraum des Filtergehäuses 9 mit dem
Innenraum des Gehäuseteiles 11 verbinden,
bildet das obere Abschlußteil 15 des
oberen Filtergehäuses 7 dessen
fluiddichten Abschluß durch
Verschraubung am zugeordneten Flansch 13.
-
Die
gleich ausgebildeten bodenseitigen Abschlußteile 17 der Filtermodule 1, 3 in
Form kreisrunder ebener Platten weisen Durchgangsöffnungen auf,
die Fluideinlässe 23 für filterkerzenartige
Filterelemente 25 bilden. Diese besitzen einen inneren,
von einem Filtermedium umgebenen Filterhohlraum, dessen freier Öffnungsquerschnitt 27 am
unteren Ende jedes Filterelementes 25 jeweils am zugehörigen Fluideinlass 23 mündet, der
auch einen bodenseitigen Sitz für
das jeweilige Filterelement 25 bildet. Am oberen Ende 29 sind
die Filterelemente 25 jeweils geschlossen, wobei die oberen
Enden 29 am jeweiligen oberen Abschlußteil 15 fixiert sind.
Von den Filterelementen 25, von denen für jedes Filtermodul 1 und 3 jeweils
lediglich zwei in der Schnittdarstellung der Fig. dargestellt sind,
sind beim vorliegenden Beispiel einige kreiszylindrisch und einige
nach oben hin konisch verjüngt
ausgebildet. Die Fluideinlässe 23 und damit
die Filterelemente 25 sind bei beiden Filtermodulen 1 und 3 jeweils
auf einer zur Hochsachse 5 konzentrischen Kreislinie angeordnet.
Diese Anordnung ermöglicht
neben den bereits oben erwähnten Vorteilen
hinsichtlich der Druckverteilung beim Filtrationsvorgang eine besonders
einfache Bauweise einer Rückspülvorrichtung,
mittels deren die Fluideinlässe 23 für ausge wählte Filterelemente 25,
die rückgespült werden
sollen, mit einer Rückspülleitung 31 verbindbar
sind.
-
Die
Rückspülvorrichtung
für das
obere Filtermodul 1 befindet sich in dem Innenraum des
Gehäuseteiles 11 unterhalb
des bodenseitigen Abschlußteiles 15 des
oberen Filtermoduls 1. Die Rückspülvorrichtung für das untere
Filtermodul 3 befindet sich innerhalb des Einlauftrichters
des Zulaufkrümmers 19. Beide
Rückspülvorrichtungen
weisen als Teil der Rückspülleitung 31 einen
Rückspülarm 33 auf,
der um die Hochachse 5 schwenkbar ist, um seine endseitige
Eintrittsöffnung
in Fluidverbindung mit dem ausgewählten Fluideinlass 23 und
damit in Verbindung mit dem freien Öffnungsquerschnitt 27 des
ausgewählten
Filterelementes 25 zu bringen. Der Antrieb für die Drehbewegung
der schwenkbaren Rückspülarme 33 erfolgt über eine
zentrale, durchgehende Antriebswelle 35, betätigt durch
einen Getriebemotor 37, der an der Oberseite des oberen
Abschlußteiles 15 des
oberen Filtermoduls 1 gelagert ist. An dem innerhalb des
Gehäuseteiles 11 verlaufenden Abschnitt
der Antriebswelle 35 ist der Rückspülarm 33 des oberen
Filtermoduls 1 so angebracht, dass ein die Antriebswelle 35 umgebender
Ringkanal 39 für
den Schmutzstrom die Fluidverbindung zum feststehenden Teil 41 der
Rückspülleitung 31 bildet.
-
Im
Filtrationsbetrieb durchströmt
das über den
Zulaufkrümmer 19 einströmende Fluid
in aufsteigender Filtrationsströmung
zunächst
diejenigen Filterelemente 25 des unteren Filtermoduls 3,
die nicht für
eine Rückspülung ausgewählt und
mit dem Rückspülarm 33 verbunden
sind. Nach Austritt aus den Filterelementen 25 durchströmt das gereinigte
Fluid in Fortsetzung der aufsteigenden Strömung die Durchlässe 21 im
oberen Abschlußteil 15 des
Filtermoduls 3, durchströmt in fortgesetzter aufsteigender Richtung
das Gehäuseteil 11 und
gelangt über
die Fluideinlässe 23 des
bodenseitigen Abschlußteiles 17 des
oberen Filtermodules 1 in den Innenraum der Filterelemente 25 die
nicht für
das Rückspülen ausgewählt und
mit dem Rückspülarm 33 verbunden sind.
Im oberen Filtermodul 1 findet eine Nachreini gung oder
Feinreinigung des vorgereinigten Fluides statt, so dass über einen
Fluidauslauf 43 des oberen Filtergehäuses 7 das fein gereinigte
Fluid ausgegeben wird. Da bei serieller Hintereinanderschaltung der
Filtermodule 3 und 1 keine Strömungsumlenkung erforderlich
ist, ist die erfindungsgemäße Anlage
für hohe
Volumenströme
bei geringem Energiebedarf geeignet. Die unmittelbare Hintereinanderschaltung der
Filtermodule 1 und 3 führt zudem zu einer besonders
kompakten, raumsparenden Bauweise und ist daher insbesondere für einen
Einbau bei beengten Platzverhältnissen,
beispielsweise auf Schiffen, geeignet.
-
Während diejenigen
Filterelemente
25, die nicht für einen Rückspülvorgang ausgewählt sind,
im Filtrationsbetrieb mit aufsteigender Filtrationsströmung durchströmt werden,
ergibt sich für
ausgewählte
Filterelemente
25, deren freier Öffnungsquerschnitt
27 mit
der Eintrittsöffnung
eines Rückspülarmes
33 verbunden
ist, eine Umkehr der Strömungsrichtung,
wobei ein Schmutzstrom, der im Inneren der Filterelemente
25 angelagerte
Verunreinigungen mit sich führt,
aus den Öffnungsquerschnitten
27 nach unten
austritt und über
die betreffenden Rückspülarme
33 und
die zugehörige
Rückspülleitung
31 zu
einer Entsorgungseinrichtung, beispielsweise einem Schmutzsammeltank,
gelangt. Für
den Rückspülbetrieb
haben sich Filterelemente
25 in Form sogenannter Spaltsiebrohrelemente,
wie sie in
DE 197
11 589 A1 offenbart sind, als besonders geeignet erwiesen. Während in
der Fig. ein Beispiel der Rückspülvorrichtung
verdeutlicht ist, bei der lediglich ein Rückspülarm
33 für jedes
Filtermodul
1,
3 vorgesehen ist, so dass während des
Filtrationsbetriebes jeweils nur ein Filterelement
25 jedes
Filtermoduls
1,
3 rückgespült werden kann, könnte die
Anordnung so getroffen sein, dass für jedes Filtermodul
1 eine
Rückspülvorrichtung
mit mehreren Rückspülarmen vorhanden ist,
so dass im Betrieb gleichzeitig mehr als ein Filterelement
25 rückgespült werden
könnte.
Die Anordnung könnte
auch so getroffen sein, dass die Fluideinlässe
23 bei einem oder
bei sämtlichen
Modulen auf mehr als einer Kreislinie mit unterschiedlichen Radien
gelegen angeordnet sind, so dass Filterelemente
25 in mehrfacher
Ringanordnung positioniert sind. In solchem Falle wären bei
der betreffenden Rückspülvorrichtung
Rückspülarme mit
auf entsprechend unterschiedlichen Radien gelegenen Eintrittsöffnungen
vorhanden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, jedem einzelnen Filtermodul in aufsteigender
Durchströmungsrichtung
ein Filtermodul mit Filterelementen größerer Filterfeinheit innerhalb
der Kaskade nachzuordnen, um dergestalt das Reinigungsergebnis weiter
zu optimieren. In Abhängigkeit
der Filtrationsaufgabe können aber
auch innerhalb jedes einzelnen Filtermoduls Filterelemente mit unterschiedlichen
Filterfeinheiten zum Einsatz kommen. Auch wäre es denkbar, ein in der Durchströmungsrichtung
nachgeordnetes Filtermodul im Sinne eines Bypassfilters mit Filterelementen
gröberer
Filterfeinheit zu versehen und die Hauptfiltrationsaufgabe durch
ein vorgelagertes Filtermodul zu veranlassen. Auch könnte eine
Kaskade mit einzelnen Filtermodulen derart aussehen (nicht dargestellt),
dass zwischen Filtermodulen mit Rückspülfiltereinrichtung Filtermodule
ohne eine solche angeordnet sind, oder dass zwischen einzelnen Filtermodulen
ohne Rückspülfiltervorrichtung
eine solche mit Rückspülfiltervorrichtung
innerhalb der Kaskade vorhanden ist.