-
Die Erfindung betrifft einen Filter zur Filtration eines Fluids mit einem Filtergehäuse, welches einen Ein- und Auslass aufweist. Der Filter umfasst ferner ein Filterelement, das im Filtergehäuse derart angeordnet ist, dass es von dem durch den Einlass in das Filtergehäuse eintretenden Fluid durchströmt wird und das das Filterelement durchströmthabende Fluid durch den Auslass aus dem Filtergehäuse austritt.
-
Derartige Filter werden beispielsweise zur Filtration von Fluiden in der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie weisen meist eine zylindrische Form auf und sind vertikal aufgestellt. Sowohl Einlass als auch Auslass sind meist im unteren Bereich, insbesondere an der Unterseite des Filtergehäuses angebracht.
-
In vielen Fällen lässt es sich nicht vermeiden, dass Luft oder anderer unerwünschte Gase mit dem durch den Einlass einströmenden Fluid in das Filtergehäuse eingetragen werden. Dies kann z. B. auf Luft zurückzuführen sein, die sich vor Filtrationsbeginn in dem dem Filtergehäuse vorgeschalteten Rohrsystem befindet und durch das dann eintretende Fluid in das Filtergehäuse eingeschoben wird. Dort angekommen, sammelt sich die Luft an verschiedenen Stellen, aber vor allem im oberen Bereich des Filtergehäuses an. Da sich bei konventionellen Filtern der Auslass im unteren Bereich des Filtergehäuses befindet, gelingt es nicht, dass die Luft mit dem Fluid ausgespült wird.
-
Im Filtergehäuse verbleibende Luft kann sich aber sehr nachteilig auf das Filtrat und den Filtrationsprozess auswirken. So ist es beispielsweise in der Lebensmittelindustrie von höchster Wichtigkeit, dass Getränke wie Milch nach der Sterilfiltration keimfrei sind. Restluft im Filtergehäuse führt allerdings dazu, dass sich die Prozesstemperatur absenkt und dadurch Bakterien, Viren und andere Krankheitserreger nicht absterben können.
-
Zudem kann es durch die eingeschlossene Luft zu Funktionsbeeinträchtigungen des Filterelements kommen, was sich ebenfalls nachteilig auf das Filtrat auswirkt.
-
Teilweise wird Abhilfe mittels Entlüftungsventilen geschaffen. Der Entlüftungsprozess nimmt jedoch eine gewisse Zeit in Anspruch, die der effektiven Produktionszeit abhandenkommt. Dies gilt vor allem für manuell zu betätigende Entlüftungsventile, wobei hierfür außerdem noch Arbeitskräfte abgestellt werden müssen. Aber auch automatische Ventile verhindern in den meisten Fällen nicht, dass der Filtrationsprozess für die Entlüftung unterbrochen werden muss. Zudem sind automatische Ventile in der Regel Teil eines komplexen Automatisierungssystems mit Rechnereinheiten, Sensoren, Stellgliedern etc. Hinzu kommt der Wartungsaufwand für Ventile und derartige Systeme, da sie sonst fehleranfällig arbeiten, was folgenschwere Auswirkungen auf die Produktqualität, den Filtrationsprozess und die Produktionsanlage haben kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen im Wesentlichen selbstentlüftenden Filter vorzuschlagen, der ohne Entlüftungsvorrichtungen wie Entlüftungsventilen auskommt.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung angegeben.
-
Der Kern der Erfindung sieht vor, einen Filter der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, bei dem der Einlass unterhalb des Auslasses angeordnet ist.
-
Dadurch wird ermöglicht, dass sich keine oder kaum Luftansammlungen im Filtergehäuse bilden können. Mit der Fluidströmung werden Luft und andere unerwünschte Gase durch den am oberen Bereich des Filtergehäuses angebrachten Auslass aus dem Filtergehäuse befördert.
-
Als Fluid kommen erfindungsgemäß Flüssigkeiten und Gase in Frage. Diese können auch feste Bestandteile wie Feststoffpartikel enthalten. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung auf die Filtration flüssiger Fluide aus. Es ist oftmals sehr schwierig, Flüssigkeiten ohne Luftmengen und anderen unerwünschten Gasen in den Filter zu befördern. So befinden sich beispielsweise zu Prozessbeginn eingeschlossene Luftmengen in den dem Filtergehäuse vorgeschalteten Rohrsystemen, die mit dem einströmenden Fluid in das Filtergehäuse „eingeschoben” werden. Infolgedessen ist eine Entlüftung des Filtergehäuses oftmals unabdingbar.
-
Besonders vorteilhaft wirkt sich der erfindungsgemäße Filter bei Filtergehäusen aus, deren Länge viel größer als deren Breite oder Durchmesser ist. Derartige Filtergehäuse weisen in einer bevorzugten Ausführungsform eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und werden meistens aufrecht positioniert, wodurch sie besonders anfällig sind, große Luftmengen einzuschließen. Zudem weisen diese Filtergehäuse oftmals eine dünne, meist millimeterdünne, Wandung auf, sodass nahezu ihr ganzes Volumen als potentieller Luftspeicher zur Verfügung steht. Grundsätzlich ist jedoch jede Form des Filtergehäuses denkbar. Auch kann das Filtergehäuse aus jedem denkbaren Werkstoff bestehen, z. B: aus Edelstahl.
-
Üblicherweise ist das Filtergehäuse mit vor- oder nachgeschalteten Prozessabschnitten oder Prozessaggregaten mittels Verbindungselemente wie z. B. Rohre verbunden.
-
Der Begriff „Filterelement” umfasst gemäß der Erfindung sowohl einzelne Filterelemente als auch Filtereinheiten aus mehreren Filterelementen. Als Filterelement kommen grundsätzlich alle bekannten Filterelemente in Betracht. Bevorzugt sind hohlzylindrische Filtereinsätze. Üblicherweise umfasst das Filterelement ein Filtermedium, d. h. das eigentliche Filtermaterial. Filtermedien bzw. Filtermaterialien wie z. B. Glasfaservlies sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können nach verschiedenen Funktionsprinzipien wie beispielsweise der Tiefenfiltration oder Oberflächenfiltration arbeiten.
-
Das Filterelement ist im Filtergehäuse derart angeordnet, dass es von dem durch den Einlass in das Filtergehäuse einströmende Fluid durchströmt wird und das das Filterelement durchströmthabende Fluid durch den Auslass aus dem Filtergehäuse austritt. Zweckgemäß muss also das Fluid das Filterelement passieren, bevor es aus dem Filtergehäuse austritt. Möglichkeiten der genauen Anordnung und der Befestigung des Filterelements im Filtergehäuse sind dem Fachmann bekannt.
-
Der Einlass ermöglicht es, dass das Fluid in das Filtergehäuse eintreten und das Filterelement durchströmen kann, wohingegen der Auslass es gestattet, dass das filtrierte Fluid das Filtergehäuse wieder verlassen kann. Bevorzugt weist das Filtergehäuse je einen Ein- und einen Auslass auf. Es sind jedoch mehrere Ein- und/oder Auslässe denkbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einlass am geodätisch unteren Bereich und/oder der Auslass am geodätisch oberen Bereich des Filtergehäuses angebracht.
-
Unter der Wortgruppe „geodätisch unterer Bereich” ist erfindungsgemäß der Bereich des Filtergehäuses zu verstehen, der vom Untergrund bzw. Boden den kleinesten vertikalen Abstand aufweist. Entsprechend ist der „geodätisch obere Bereich” der Bereich mit dem größten vertikalen Abstand vom selben Untergrund bzw. Boden.
-
Insbesondere wird dabei Bezug genommen auf die Position des Filtergehäuses zur Zeit der Filtration, wobei das Filtergehäuse üblicherweise ohnehin an einer festen Position angeordnet ist.
-
Mit diesen Definitionen ist somit der vertikale Abstand vom Untergrund und nicht etwa der Abstand entlang der Längsachse des Filtergehäuses maßgebend. Das ist in den Fällen entscheidend, in denen sich die Längsachse nicht mit der Vertikalen deckt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein Filtergehäuse schräg oder horizontal eingeschraubt oder aufgestellt ist. Da sich Luft in der Regel im höchsten Bereich eines Gehäuses ansammelt, muss der vertikale Abstand vom Untergrund in Betracht gezogen werden.
-
Unter „Bereich” im Ausdruck „geodätisch oberer Bereich” bzw. „geodätisch unterer Bereich” ist etwa ein Zehntel der Länge von der geodätisch tiefste bis zur geodätisch höchsten Stelle des Filtergehäuses zu verstehen.
-
Besonders bevorzugt ist der Einlass an der Unterseite und der Auslass an der Oberseite des Filtergehäuses angebracht. Denkbar sind aber auch seitliche Anbringungen. Vorstellbar, jedoch nicht bevorzugt, ist ebenso das Anbringen des Einlasses an einem anderen als den geodätisch unteren Bereich des Filtergehäuses.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Auslass an der geodätisch höchsten Stelle des Filtergehäuses angebracht. Es können auch mehrere Stellen für die geodätisch höchste Stelle in Frage kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Oberseite des Filtergehäuses in einer horizontalen Ebene liegt. Vorteilhafterweise ist die geodätisch höchste Stelle zentral an der Oberseite angeordnet. Entsprechendes gilt für die geodätisch tiefste Stelle des Filtergehäuses: Diese ist vorteilhafterweise zentral an der Unterseite des Filtergehäuses angeordnet.
-
Dadurch wird gewährleistet, dass Luft oder andere unerwünschte Gase mit der Fluidströmung aus dem Filtergehäuse ausgespült werden. Idealerweise gibt es somit keine Bereiche im Filtergehäuse mehr, in denen Luft eingeschlossen werden kann. Entlüftungsvorrichtungen wie Ventile sowie deren Bedienung und Ansteuerung können somit wegfallen. Dadurch entfällt ebenfalls die Prozessunterbrechung für Entlüftungsvorgänge, was wiederum zu einer wirtschaftlicheren Produktionszeit führt. Durch den Verzicht zusätzlicher Systemkomponenten wie Entlüftungsventile und Entlüftungsleitungen wird zudem eine platzsparende Bauweise ermöglicht. Es hat sich zudem gezeigt, dass Entlüftungskomponenten wie Ventile bei bestimmten Produktionsbedingungen fehleranfällig sind, was sich nachteilig auf das Filtrat, den Prozess und die Anlagen auswirken kann. Selbst bei aufwändigen Wartungsarbeiten können Defekte und Ausfälle nicht ausgeschlossen werden.
-
Insbesondere vorteilhaft wirkt sich die Anbringung des Auslasses an der geodätisch höchsten Stelle des Filtergehäuses aus, wenn auch noch der Einlass an der geodätisch tiefsten Stelle angebracht ist. Idealerweise strömt das Fluid ohne größere Richtungsänderung vom Einlass zum Auslass. Größere Luftansammlungen oder -anhaftungen etwa im Filterelement, die sich z. B. infolge von Strömungsturbulenzen bilden, können somit verringert oder vermieden werden.
-
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Filtersystem mit mindestens zwei in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Filtern. Dabei ist das Filtergehäuse des einen Filters über dem Filtergehäuse des anderen Filters angeordnet. Auf diese Weise kann z. B. ein mehrstufiges Filtersystem geschaffen werden, bei dem etwa der untere Filter als Vorfilter und der obere Filter als Sterilfilter fungieren kann.
-
Unter Reihenschaltung ist erfindungsgemäß gemeint, dass ein aus dem Auslass des unteren Filtergehäuses ausströmendes Fluid danach durch den Einlass des oberen Filtergehäuses in dieses einströmt. Die Filtergehäuse sind daher fluiddurchlässig miteinander verbunden. Besonders bevorzugt ist dabei der Auslass an der geodätisch höchsten Stelle des oberen Filtergehäuses und der Einlass an der geodätisch tiefsten Stelle des unteren Filtergehäuses angebracht.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Filtergehäuse des Filtersystems unmittelbar aneinander angeschlossen. Besonders bevorzugt sind dabei Auslass des unteren Filtergehäuses und Einlass des oberen Filtergehäuses an derselben Stelle. So kommt beispielsweise eine Flanschverbindung oder eine einfache Steckverbindung in Frage. Zweckmäßigerweise ist der Anschluss fluiddicht, lässt also kein Fluid an der Anschlussstelle entweichen. Geeignete Dichtungselemente wie z. B. O-Ringe können hierbei zum Einsatz kommen.
-
Alternativ ist es auch möglich, dass die Filtergehäuse mittelbar über ein Zwischenteil miteinander verbunden sind. Hierbei kann es sich z. B. um einen Adapter oder eine Rohrleitung handeln.
-
Vorteilhafterweise weist der von dem Fluid durchströmte Innenraum des Anschluss- oder Übergangsbereichs zwischen unterem und oberem Filtergehäuse keine oder zumindest kaum Stellen auf, die von der Fluidströmung nicht erfasst werden, wie beispielsweise „tote Ecken”. Dadurch wird vermieden, dass sich Luft im Filtersystem ansammelt und dort verbleibt. Dies kann beispielsweise durch Vermeidung von Hinterschneidungen erreicht werden.
-
Die Anschlussstellen zwischen oberem und unterem Filter sind besonders bevorzugt modular ausgebildet, d. h., sie sind aufeinander abgestimmt und ermöglichen einen schnellen sowie unkomplizierten Zusammenbau. Dadurch kann auf einfachste Weise ein Filtersystem mit beliebig vielen Filterstufen aufgebaut werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das unterste Filtergehäuse einen am geodätisch unteren Bereich angebrachten Kondensatableiter auf.
-
Bei vielen Prozessen lassen sich unerwünschte Kondensate nicht vermeiden und müssen aus dem System abgeleitet werden. Andernfalls führen sie dazu, dass die Funktion von Filterelementen beeinträchtigt wird und Prozesskomponenten, insbesondere Ventile beschädigt werden. Viele Filter kommen ohne Kondensatableiter nicht aus.
-
Es wurde erkannt, dass es in dem erfindungsgemäßen Filtersystem ausreicht, lediglich einen Kondensatableiter am geodätisch unteren Bereich des untersten Filtergehäuses anzubringen. Insbesondere bevorzugt ist die Anbringung an der geodätisch tiefsten Stelle oder in der Nähe zu dem an der geodätisch tiefsten Stelle angebrachten Einlass. Durch die fluiddurchlässige Verbindung der übereinander, insbesondere vertikal, angeordneten Filtergehäuse und der Wirkung der Schwerkraft sammeln sich die Kondensate des gesamten Filtersystems im geodätisch unteren Bereich des untersten Filtergehäuses an. Dadurch können zusätzliche Kondensatableiter eingespart werden. Vorteilhafterweise weist das Filtergehäuse einen insbesondere rohrförmigen Ansatz für den Anschluss des Kondensatableiters auf.
-
Der erfindungsgemäße Filter bzw. das erfindungsgemäße Filtersystem eignet sich hervorragend für die Filtration von Fluiden in der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittelindustrie sowie für Fluide im Maschinenbau, der Automobilindustrie, in biologischen Prozessen, Biorektoren und im Bereich der Umwelttechnologie. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar; vielmehr kommen grundsätzlich alle Anwendungsgebiete der Fluidfiltration in Betracht.
-
Als Fluide kommen beispielsweise Getränke wie Milch, Säfte oder Softdrinks, Pharmaprodukte und Arzneimittel, Farbdispersionen, Motoröle und viele mehr in Frage.
-
Der erfindungsgemäße Filter bzw. das erfindungsgemäße Filtersystem kann für die verschiedensten Filtrationszwecke wie z. B. der Vorfiltration, Sterilfiltration, Dampffiltration, Feinfiltration und viele mehr eingesetzt werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Zeichnung, die lediglich eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt, näher erläutert. Darin zeigt:
-
1 eine Schnittansicht eines beispielhaften Filtersystems mit zwei in Reihe geschalteten Filtern.
-
1 zeigt eine Schnittansicht eines Filtersystems 1, das aus zwei in Reihe geschalteten Filtern 2 und 3 besteht. Der Schnitt verläuft dabei entlang der Längsachse des Filtersystems 1.
-
Der obere Filter 2 weist ein Filtergehäuse 2.1 und ein Filterelement 2.2 auf, welches im Filtergehäuse 2 angeordnet ist. Das Filterelement 2.2 ist ein hohlzylindrischer Filtereinsatz und übersichtlichkeitshalber schematisch durch ein Rechteck dargestellt. Das Filtergehäuse 2.1 weist ferner einen Einlass 2.3 und einen Auslass 2.4 auf. Der Einlass 2.3 befindet sich dabei an der geodätisch tiefsten Stelle des Filtergehäuses 2. Der Auslass 2.4 ist an der geodätisch höchsten Stelle des Filtergehäuses 2.1 angebracht.
-
Entsprechend weist auch der untere Filter 3 ein Filtergehäuse 3.1, ein Filterelement 3.2 sowie einen Einlass 3.3 und Auslass 3.4 auf. Auch hier befindet sich der Einlass 3.3 an der geodätisch tiefsten Stelle und der Auslass 3.4 an der geodätisch höchsten Stelle. Zusätzlich weist das Filtergehäuse 3.1 des unteren Filters 3 einen rohrförmigen Ansatz 3.5 als Anschlussstelle für einen Kondensatableiter (nicht dargestellt) auf, der in der Nähe des Einlasses 3.3 angebracht ist.
-
An dem Einlass 3.3 des unteren Filtergehäuses 3.1 ist ein Rohr 4 angeschlossen. Am Auslass 2.4 des oberen Filtergehäuses 2.1 ist ebenfalls ein Rohr 5 angeschlossen.
-
Durch das untere Rohr 4 wird dem Filtersystem ein zu filterndes Fluid zugeführt. Dies wird durch den unteren Federpfeil angedeutet. Das Fluid tritt über den Einlass 3.3 in das untere Filtergehäuse 3.1 ein und durchströmt dann das Filterelement 3.2. Hierbei wird das Fluid vorgefiltert und tritt danach durch den Auslass 3.4 des unteren Filtergehäuses 3.1, der sich an derselben Stelle befindet wie der Einlass 2.3 des oberen Filtergehäuses 2.1, aus dem unteren Filtergehäuse 3.1 aus und in das obere Filtergehäuse 2.1 ein. Sodann durchströmt das vorgefilterte Fluid das Filterelement 2.2. Hierbei kann es sich um eine Sterilfiltration handeln. Letztlich verlässt das sterilgefilterte Fluid das Filtersystem 1 über den Auslass 2.4 des oberen Filtergehäuses 2.1 und wird über das Rohr 5 zum nächsten Prozessabschnitt geführt. Dies wird durch den oberen Federpfeil angedeutet.
