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Die Erfindung betrifft ein Filtrationsverfahren sowie einen Plattenfilter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
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Maischefilter werden bei der Bierherstellung zur Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen aus der Maische zur Würzeklärung und der Auswaschung bzw. Auslaugung der Treber verwendet.
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Bei üblichen Verfahrensschritten für den Betrieb dieser Anlagen erfolgt zunächst das Einfüllen der zuvor verzuckerten Maische in die Filterkammern der Maischefilter, und die Filtration der Maische, sodass eine geklärte, zuckerhaltige Würze von den Feststoffen (Trebern), d. h. dem Filtergut, separiert wird. Es folgt das Auswaschen und Auslaugen der in den Trebern enthaltenen Zuckerpartien durch das Einleiten von Wasser (sog. Anschwänzwasser).
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Im Anschluss an die genannten Prozessschritte muss der ausgelaugte Treber aus den Filterkammern entfernt werden, um einen anschließenden Filtrationszyklus wieder schnellstmöglich zu gewährleisten.
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Solche Maischefilter sind bereits wohlbekannt und weisen nebeneinander angeordnete, stehende Filterkammern auf, die seitlich durch jeweiligen Platten, zwischen denen z. B. ein Rahmen mit mindestens einem Filtertuch angeordnet ist, begrenzt werden. Wie aus den 15 und 16 hervorgeht, werden die einzelne Kammern beispielsweise durch einen Stempel an eine feste Kopfplatte 18a dicht verpresst. Die Entleerung der Filterkammern erfolgt durch das Öffnen der horizontal verspannten Plattenpakete. Dabei fahren herkömmlicherweise die einzelnen Platten nacheinander auseinander, sodass der Filterkuchen, d. h. die Treber, in einem sich unter dem Filter befindlichen nach oben hin offenen Treberbunker herabfallen und von dort beispielsweise über eine Schnecke abtransportiert werden können. Je nach Ausführung der Filter erfolgt eine Ausspritzung der Kammern bzw. eine Sprühreinigung der Filterschicht (insbesondere der Filtertücher, bevor die Platten wieder zusammengeschoben werden und über eine starke Verpressung über eine umlaufende zwischen den Platten bzw. Rahmen angeordnete Dichtung abgedichtet werden.
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Es ist bereits bekannt, dass in den jeweiligen Filterkammern mindestens eine aufblasbare Membran vorgesehen ist, die auf das Filtergut, z. B. die Treber, drücken kann, um die Treber auszupressen und einen definierten Raum für das später zugeführte Auswaschmedium (z.B. Anschwänzwasser) zu schaffen.
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Bisher beschränkt sich die Funktionalität der Membranen auf die Ausdehnung in den Filtergutraum, um das darin enthaltene Filtergut zu verdichten und gegebenenfalls das Auswasch/Anschwänzmedien durch die Filterkuchen zu drücken. Die bekannten Maischefilter bringen den Nachteil mit sich, dass ein Austragen des Filterguts oft schwierig ist und der Filterkuchen schlecht von den Filtertüchern und/oder Membranen abfällt. Da die Treberkuchen oftmals nicht hinreichend genug entfernt werden, sind Kontrollmaßnahmen notwendig, wobei gegebenenfalls eine manuelle Abreinigung vorgenommen werden muss.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filtrationsverfahren sowie ein Plattenfilter bereitzustellen, die ein verbessertes Austragen des Filterguts nach der Filtration ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Filtrationsverfahren dient insbesondere zum Filtrieren von Maische zur Bierherstellung. Dabei wird ein Plattenfilter mit mehreren nebeneinander angeordneten Filterkammern verwendet. Die Filterkammern weisen einen Filtergutraum auf, d. h. einen Unfiltratraum, in den zum Beispiel die Maische eingebracht wird. Es ist möglich, dass bei dem Filtrationsverfahren ausschließlich eine Filtration durchgeführt wird oder aber unverzuckerte Maische in dem Plattenfilter eingelagert wird, derart, dass die Maische im Plattenfilter verzuckert. Ferner weist der Plattenfilter auch einen Filtratraum auf, sowie ein Filtermaterial, insbesondere ein Filtertuch, über das z. B. Filtergutraum und Filtratraum getrennt sind. Ferner weist der Plattenfilter eine Membran auf, die in den Filtergutraum hinein ausdehnbar, insbesondere aufblasbar ist, wobei nach der Filtration der Plattenfilter zum Ausräumen des Filterguts geöffnet wird. Es ist auch möglich, dass mehrere Membranen in einer Filterkammer angeordnet sind, beispielsweise an jeder Platte, die die Filterkammer begrenzt. Weiter ist es auch möglich, dass in der Filterkammer beispielsweise zwei Filtertücher angeordnet sind, eines zur Grobfiltration eines zur Feinfiltration.
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Um das Austragen des Filterguts zu begünstigen, wird während und/oder nach dem Öffnen des Plattenfilters die Membran und/oder das Filtertuch in Bewegung versetzt, d. h. relativ zu der Platte, an der sie befestigt ist, bewegt. Durch die Bewegung der Membran und/oder des Filtertuchs werden Anhaftungen des Filterguts bzw. Filterkuchens gelöst. Unter Öffnen des Plattenfilters, versteht man, dass zumindest ein Teil der Filterkammern geöffnet wird. Der Plattenfilter kann dabei wie herkömmlich durch Auseinanderfahren der einzelnen Platten geöffnet werden. Ganz besonders vorteilhaft ist das hier beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren jedoch dann, wenn der Plattenfilter durch Öffnen einer Bodenöffnung im Bodenbereich einer jeweiligen Filterkammer entleert wird. Dabei ist die Bodenöffnung jeweils zumindest im Bereich unterhalb des Filtergutraums angeordnet - es ist auch möglich, dass sich die Öffnung über mehrere Filterkammern erstreckt. Diese Ausführungsform bringt mit sich, dass wesentlich Platz gespart wird, sich die Konstruktion vereinfacht, weniger mechanische Komponenten benötigt werden und auch die Dauer der Entleerung des Filters wesentlich verkürzt werden kann. Durch die Bewegung der Membran und/oder des Filtertuchs kann das Filtergut einfach nach unten abfallen.
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Die Membran ist vorteilhafterweise eine aufblasbare Membran, die sich durch Einleiten eines Aufblasmediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder wahlweise eines Gases in einem Membranaufblasraum, in den Filtergutraum hinein bewegt und durch Ausleiten der Flüssigkeit oder des Gases aus dem Filtergutraum zurückbewegt werden kann. Somit kann diese Membran einerseits dazu verwendet werden, das Filtergut, d. h. beispielsweise die Treber, beim Filtrieren von Maische auszupressen, andererseits aber erfindungsgemäß auch zum Aufbrechen und Lösen des Filterguts. Dazu kann beispielsweise nach dem Auspressen und/oder Auslaugen zum Austragen des Filterguts die Membran zumindest zurück- und/oder im Wechsel vor- und zurückbewegt werden. Durch Erzeugen eines Unterdrucks (pMembranaufblasraum < pFiltergutraum) in dem Membranaufblasraum kann die Membran noch weiter vom Filtergutraum bewegt werden im Vergleich zu einer Membranposition, wenn der Druck p im Filtergutraum<= dem Druck p im Membranaufblasraum ist, wodurch sich der Filterkuchen besonders gut lösen kann.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Membran, insbesondere also nach Beenden des Filtrations- bzw. Auslaugungsprozesses und vor- während oder bei geöffnetem Zustand des Filtergutraums und/oder das Filtermaterial, insbesondere das das Filtertuch in Schwingung versetzt werden. Dies kann beispielsweise durch getaktetes, vorzugsweise pulsartiges Ein- und/oder Ausleiten des Aufblasmediums erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass die Membran und/oder das Filtertuch in Vibration versetzt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Membran, wenn sie sich aus dem Filtergutraum zurückbewegt, d. h., dass der Druck im Membranaufblasraum abfällt, eine unebene Oberfläche mit mehreren Erhebungen aufweist, wobei die Membran beim Zurückbewegen, insbesondere auf eine unebene Fläche bzw. unebene Struktur (das heißt eine Struktur, die ausgehend von einer vertikalen virtuellen Fläche Bereiche mit unterschiedlicher Erstreckung in Horizontalrichtung hat) bewegt wird, sodass sich diese unebene Fläche oder unebene Struktur durch die Membran hindurchdrückt und eine unebene Oberfläche mit mehreren Erhebungen erzeugt.
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Wenn die Membran an einer Platte befestigt ist, und der Membranaufblasraum durch diese Platte begrenzt ist, kann entweder diese Platte flächig ausgebildet sein und eine entsprechende Struktur aufweisen oder aber die Struktur ist vor dieser Platte angeordnet. Wird beispielsweise eine Membranplatte mit zwei Membranen verwendet, so kann beispielsweise eine entsprechende unebene Struktur zwischen den Membranen angeordnet sein. Eine unebene Struktur kann beispielsweise durch Stäbe, Gitter oder strukturierte Oberflächen mit Vorsprüngen ausgebildet werden.
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Es ist auch möglich, dass die Membran selbst eine inhomogene Struktur aufweist, d. h., dass beispielsweise ein Längsschnitt durch die Membran Bereiche aufweist, die sich unterschiedlich ausdehnen. Dann ist es beispielsweise möglich, dass wenn die Membran aufgeblasen ist, sich eine Vielzahl von konvexen Bereichen nach außen stülpen, während bei zurückgezogener Membran diese konvexen Bereiche konkav nach innen ziehen. Dies ist nur ein Beispiel, wesentlich ist dabei, dass die Oberflächenstruktur in einem aufgeblasenen Zustand der Membran sich von der Oberflächenstruktur in einem nicht aufgeblasenen, zurückgezogenen Zustand unterscheidet. Es ist auch möglich, dass die unterschiedlichen Bereiche aus unterschiedlichem Material gefertigt sind oder aber eine unterschiedliche Tiefe aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass im Membranaufblasraum mindestens ein bewegliches Element vorgesehen ist, das sich zum Austragen des Filterguts beispielsweise auf und ab und/oder in Richtung Filtergut, d. h. mit einer Richtungskomponente in horizontaler Richtung bewegen kann. Andersartige Richtungskomponenten wie vertikal, radial und/oder Vorwärts/Rückwärts gerichtete Bewegungen sind jedoch ebenfalls möglich. Auch die Bewegung dieses Elements begünstigt das Ablösen und das Austragen des Filterguts. Ein entsprechendes Element kann über einen mechanischen Antrieb bewegt werden. Besonders vorteilhaft kann dieses Element mittels einer Strömung im Membranaufblasraum bewegt werden, insbesondere einer Flüssigkeitsströmung.
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Es ist auch möglich, dass das Filtertuch und/oder die Membran mittels Magnetkraft in Bewegung versetzt wird. Dabei enthält beispielsweise die Membran und/oder das Filtertuch magnetische Abschnitte, die von einem Magneten angezogen oder abgestoßen werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Membran bei Überdruck im Membranaufblasraum für Flüssigkeit, insbesondere Filtrat undurchlässig sein und im zurückgezogenen Zustand, d. h. nicht aufgeblasenem Zustand, für Flüssigkeit durchlässig sein, derart, dass Flüssigkeit aus dem Filtergutraum oder aber wenn die Membran an ein Filtertuch angrenzt aus dem Filtratraum in den Membranaufblasraum fließen kann und von dort abfließen kann.
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Die Erfindung betrifft auch einen Plattenfilter zum Durchführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 und mehreren nebeneinander angeordneten Filterkammern, die einen Filtergutraum und einen Filtratraum, sowie ein Filtermaterial, insbesondere ein Filtertuch aufweisen und eine Membran, die in den Filtergutraum ausdehnbar, insbesondere aufblasbar ist. Die Membran und/oder das Filtertuch ist während und/oder nach dem Öffnen des Plattenfilters zum Austragen des Filtertuchs bewegbar. Filtertuch ist in dieser Anmeldung breit zu verstehen im Sinne von flächigem Filterelement. Dazu ist bevorzugt eine Steuerung vorgesehen, die die Membran und/oder das Filtertuch automatisch in Bewegung versetzt, wenn, oder nachdem der Plattenfilter geöffnet wird.
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Die Membran kann eine aufblasbare Membran sein, die sich durch Einleiten eines Aufblasmediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases in einen Membranaufblasraum in den Filtergutraum hinein bewegen kann und durch Ausleiten des Aufblasmediums aus dem Filtergutraum zurückbewegen kann.
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Vorzugsweise umfasst der Plattenfilter eine Einrichtung zum pulsartigen Ein- und/oder Ausleiten des Aufblasmediums. Somit kann auf einfache Art und Weise beispielsweise durch entsprechende Pumpen und/oder einer entsprechenden Ansteuerung eine Schwingung in der Membran erzeugt werden. Vorteilhafterweise umfasst der Plattenfilter auch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks in dem Membranaufblasraum.
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Vorteilhafterweise ist im Membranaufblasraum eine unebene Fläche bzw. unebene Struktur, d. h. eine unebene Fläche oder Struktur, die mehrere Erhebungen aufweist, vorgesehen. Entsprechendes kann durch Stäbe, Gitter oder eine strukturierte Oberfläche oder insbesondere periodisch angeordnete Erhebungen realisiert werden. Wenn sich die Membran in einer nicht aufgeblasenen Position (sondern beispielsweise bei Unterdruck in dem Membranaufblasraum) an die Fläche bzw. Struktur anlegt, drückt sich das Muster durch die Membran derart, dass die Membran eine entsprechende unebene Oberfläche aufweist.
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Die Membran kann eine inhomogene Struktur aufweisen, insbesondere Bereiche, die sich unterschiedlich ausdehnen.
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Vorteilhafterweise wird der Plattenfilter zum gleichzeitigen Maischen und Filtern verwendet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da beide Prozesse mit einer Vorrichtung durchgeführt werden können. Dabei kann die im Plattenfilter erzeugte Würze im Kreislauf zu einem Einlauf des Plattenfilters rückgeführt werden, wobei in dieser Zirkulationsleitung ein Wärmetauscher vorgesehen sein kann, um die Würze, die durch die eingelagerte Maische strömt, zu temperieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert.
- 1A zeigt grob schematisch einen Schnitt durch einen Teil eines Plattenfilters mit einer kombinierten Filtermembranplatte.
- 1B zeigt einen Schnitt durch einen Plattenfilter mit einer Filterplatte und einer Membranplatte mit zwei Membranen.
- 1C bis 1E zeigen unterschiedliche Membranoberflächen.
- 2A bis 2D zeigen unterschiedliche Membranausdehnungen im Längsschnitt.
- 3A bis 3C zeigen einen Längsschnitt durch Membranen und unterschiedliche Membranbewegungen.
- 4A bis 4C zeigen Beispiele für strukturierte Membranoberflächen.
- 5A zeigt in perspektivischer Darstellung eine mit Lamellen versehene Membran,
- 5B und 5C zeigen einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Filterkammer mit der in 5A gezeigten Membran.
- 6A bis 6D zeigen Längsschnitte durch eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung.
- 7A und 7B zeigen einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8A zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 8B zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 9A und 9B zeigen einen Längsschnitt durch weitere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 10A bis 10C zeigen einen Längsschnitt durch weitere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung
- 11 zeigt einen Längsschnitt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit beweglichem Filtertuch und beweglicher Membran.
- 12A bis 12D zeigen Längsschnitte durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 13 zeigt in perspektivischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer Membranplatte mit zwei Membranen.
- 14 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Plattenfilter mit einem Boden der geöffnet werden kann.
- 15 und 16 zeigen einen Plattenfilter gemäß dem Stand der Technik.
- 17 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenfilters
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15 und 16 zeigen mögliche Ausführungsformen für einen Plattenfilter 1. Dabei können, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, einzelne Filterkammern 3 durch einen Stempel an eine Kopfplatte 18a dicht verpresst werden. Es gibt unterschiedliche Ausführungsformen miteinander verpressbarer Platten. So kann beispielsweise eine Filterkammer 3 durch zwei Platten 14 begrenzt werden zwischen denen eine weitere Platte bzw. ein weiterer Rahmen 20 mit einem Filtertuch und/oder Membran angeordnet ist, am Anfang und am Ende sind Endplatten 18a, 18b vorgesehen, aber auch andere Plattenkonfigurationen sind möglich, bei denen beispielsweise ein Filtertuch 15 bereits auf einer Plattenseite integriert ist.
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Um die bei der Filtration zurückgehaltenen Stoffe aus den Filterguträumen zu entleeren wird der Plattenfilter 1 herkömmlich geöffnet, indem die zuvor durch einen Stempel/Spindel verpressten Platten auseinander gefahren werden (16) und der Filterkuchen (bei der Bierfiltration der Treber) nach unten herabfallen kann.
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Es ist jedoch vorteilhafter Weise auch möglich, wie in 14 gezeigt ist, dass eine Bodenöffnung 4 im Bodenbereich 5 einer jeweiligen Filterkammer 3 zum Austragen des Filterkuchens geöffnet wird. Dabei kann beispielsweise das Bodenelement 7 eines Plattenfilters als bewegliche Klappe ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die einzelnen Filterkammern 3 einzeln geöffnet werden, oder aber jeweils mehrere Filterkammern im Bodenbereich gemeinsam geöffnet werden. Die Bodenöffnung 4 sollte sich zumindest unterhalb des jeweiligen Filtergutraums, d. h., Unfiltratraums 3a der Filterkammer 3 befinden.
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Wie aus 17 hervorgeht, kann jede Filterkammer 3 eine Bodenöffnung 4 aufweisen, die jeweils über ein eigenes Verschlusselement, hier einer Klappe verschlossen werden kann. Die Klappen können entweder eine oder aber auch mehrere Filterkammern verschließen. Die Klappen können über einen gemeinsamen Mechanismus geschlossen und geöffnet werden. Der Plattenfilter 1 ist über entsprechende Wandungen mit einem Treberbunker 40 verbunden, derart, dass Emissionen reduziert werden können.
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1A und 1B zeigen unterschiedliche mögliche Ausführungsformen von Filterkammern im Längsschnitt. 1A zeigt deutlich die Filterkammer 3, die zwischen zwei Filterplatten 14 gebildet ist. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie die einzelnen Platten konfiguriert und zusammengesetzt werden können. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Platten 14 als kombinierte Filter und Membranplatten 14 ausgebildet, dabei kann die Platte 14 als Rahmen gebildet sein, indem beispielsweise an der rechten Seite ein Filtertuch 15 angeordnet ist und der gegenüberliegenden Seite eine aufblasbare Membran 36, die beispielsweise aus Gummi ausgebildet ist, oder aber Polypropylenpolyvinylindenfluorid und deren Derivate, insbesondere Polypropylcarbonat, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, PVDT oder TPE. Dadurch, dass es sich hier um eine kombinierte Filtermembranplatte handelt, ist kein Extrarahmen für ein Filtertuch notwendig. In einem Bereich hinter der Membran 36 befindet sich der Aufblasraum 9, der hier wiederum über die Platte 14 begrenzt ist. In Membranaufblasraum 9 kann ein Aufblasmedium eingeleitet werden, wie nachfolgend noch beschrieben wird, derart, dass sich die Membran 36 in den Filtergutraum 3a hinein bewegen kann und durch Ausleiten des Aufblasmediums wieder aus dem Filtergutraum 3a zurück zur Platte 14 hin bewegen kann. Dazu ist beispielsweise ein Einlass 16, der hier nur schematisch dargestellt ist, vorgesehen. Es kann auch auf der Oberseite und Unterseite ein entsprechender Ein/Auslass 16 vorgesehen sein, derart, dass eine Strömung in dem Membranaufblasraum 9 erzeugt werden kann. Zur Filtration kann beispielsweise Maische über die Filtergutzufuhr 13 dem Filtergutraum 3a zugeführt werden, das Filtertuch 15 passieren und als Filtrat über einen schematisch angedeuteten Filtratablauf 17 den Filtratraum 3b Filterkammer 3 verlassen. In dem Filtergutraum 3a sammelt sich dann das Filtergut 38 bzw. der Filterkuchen an. Wie schematisch dargestellt, kann eine Vielzahl von Filterkammern 3 über die Platten 14 miteinander zu einem Plattenfilter 1 verpresst sein.
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1B zeigt einen Längsschnitt gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform. Hier wechseln sich beispielsweise eine Platte 14, die auf jeder Seite eine Membran aufweist, und eine Filterplatte 20 mit zwei Filtertüchern 15 ab. Eine Filterkammer 3 ist dann zwischen den Platten 14 und 20 gebildet. Die Filtertücher 15 sind in die Filterplatte bzw. den Rahmen eingespannt. 13 zeigt beispielsweise wie die Membranplatte 14 aufgebaut sein kann. Die Membranen 36 sind auf beiden Seiten durch weitere Rahmenteile 39 an der Platte 14 gehalten. Hier entsteht der Membranaufblasraum 9 zwischen den Membranen 36, d. h., wenn die Platte 14 nicht durchgängig sondern rahmenartig ausgebildet ist, dass beide Membranen 36 einen gemeinsamen Membranaufblasraum 9 aufweisen. Wäre die Platte 14 in 13 durchgängig, so gäbe es für benachbarte Kammern 3 voneinander getrennte Membranaufblasräume 9. Auch dieses Ausführungsbeispiel hat, wie das in 1A gezeigte Ausführungsbeispiel, mindestens einen Einlasse 16 für das Aufblasmedium.
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Das Aufblasmedium kann Luft oder Wasser sein. Dazu kann erfindungsgemäß eine entsprechende Pumpe vorgesehen sein, die derart angesteuert werden kann, dass in dem jeweiligen Membranaufblasraum 9 ein Überdruck oder ein Unterdruck erzeugt werden kann und vorzugsweise das Aufblasmedium pulsartig ein- oder ausgeleitet werden kann, um Anhaftungen an der Membran und/oder dem Filtertuch zu lösen.
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Wie aus 1C hervorgeht, können die Membranen 36 entweder eine glatte Oberfläche aufweisen oder wie aus 1D hervorgeht, eine strukturierte Oberfläche in den Filtergutraum aufweisen. Wie in 1E gezeigt ist, existieren auch Membranen 36, vor die Filtertücher 15 zur Filtration auf der Membranseite (Richtung Filtergutraum) bespannt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun während und/oder nach dem Öffnen des Plattenfilters 1 die mindestens eine Membran 36 zum Austragen des Filterguts bewegt werden.
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2A-D zeigen eine mögliche Membranausdehnung, wobei hier beispielhaft zwei Membranen 36 einen gemeinsamen Membranaufblasraum 9 aufweisen. 2A zeigt einen Zustand, bei dem mehr oder weniger keine Ausdehnung vorliegt, d. h., eine Ausdehnung von etwa 0 Grad zu einer Vertikalen, wie durch den Pfeil an der Membran dargestellt ist. Hier ist der Druck in dem Aufblasraum 9 im Wesentlichen gleich dem Druck außerhalb der Membran 36. Wird nun Aufblasmedium in den Aufblasraum 9 eingeführt, so kann sich die Membran 36, hier die Membranen 36 nach außen hin ausdehnen, da der Druck im Membranaufblasraum 9 zunimmt. Die Tangente im unteren Bereich der konvexen Membran 36 liegt hier in einem Bereich von zirka 5 Grad relativ zur Vertikalen. Der Druck im Membranaufblasraum 9 ist höher als außerhalb des Membranaufblasraums 9. Wie in 2C gezeigt ist, kann das Aufblasmedium wieder abgelassen werden, derart, dass sich die Membranen 36 wieder nach innen bewegen, um entweder wieder in den Ausgangszustand wie in 2A gezeigt ist zurückzukehren, oder aber wie aus 2D hervorgeht wieder zu in den Ausgangszustand mit einer Abweichung von ± 3°. Wird in dem Membranaufblasraum 9 ein Unterdruck relativ zum Druck in dem Filtergutraum 3b erzeugt, kann die Membran noch weiter nach innen gezogen werden, jedoch höchstens bis entweder die beiden Membranen 36 aneinander stoßen (oder eine entsprechende Membran an ein benachbartes Bauteil anstößt).
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wie in 3 gezeigt ist, einen Unterdruck in dem Membranaufblasraum 9 zu erzeugen, indem Aufblasmedium aus den Membranaufblasraum 9 abgepumpt wird. Dazu kann eine nicht dargestellte Pumpe vorgesehen sein. So kann beispielsweise eine Membran in einem Zustand sein, wie in 2B dargestellt ist, wenn zum Beispiel die Treber ausgepresst und ausgewaschen werden. Beim Öffnen des Plattenfilters zum Austragen des Filterguts 38 bzw. des Filterkuchens aus dem Filtergutraum 3a kann dann eine Bewegung der Membran 36 bzw. der Membranen 36 eingeleitet werden, indem sich die Membran wie in 2C und 2D gezeigt ist, zurückbewegt und vorzugsweise über den Ausgangszustand wie er in 2A gezeigt ist noch weiter nach innen bewegt, indem ein Unterdruck pMembranaufblasraum < pUmgebung) erzeugt wird. Besonders vorteilhaft ist es hier den Unterdruck schlagartig zu entlasten, wodurch eine schnelle Expansion der entsprechenden Membran 36 und anschließende Vibration des Materials resultiert, wodurch das Filtergut bzw. der Filterkuchen 38 gelockert und/oder abgeschleudert wird.
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Auch durch eine schnelle getaktete insbesondere pulsartige Ein- und/oder Ausleitung des Aufblasmediums kann eine wellenartige Bewegung der Membran 36 erzeugt werden, wie in 3B gezeigt ist, wodurch Anhaftungen (z. B. Treberkuchen) gebrochen und/oder abgeschleudert werden. Wie in 3C gezeigt ist, kann das Aufblasmedium erfindungsgemäß auch von mehreren Seiten ein- und abgeleitet werden.
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4A bis 4B zeigen Ausführungsformen, bei denen die Membran 36 eine inhomogene Struktur aufweist, insbesondere Bereiche, die sich unterschiedlich ausdehnen. Hier weisen in 4A die Membranen 36 auf einer zum Membranaufblasraum 9 hin gerichteten Seite eine funktionelle Struktur in Form von mehreren Lamellen 35 auf. Diese Struktur kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass sie bei Ein- und Ausleiten des Aufblasmediums eine Vibration und/oder wellenförmige Schwingungen verursachen. Auch 4B weist eine Struktur auf, die wie das Ausführungsbeispiel in 4A ein Brechen und somit ein Abfallen der Filterkuchen begünstigt, wenn die Membran 36 aus einer aufgeblasenen Position zurückbewegt, sprich in den Aufblasraum hineingezogen wird. Dies wird durch die unebene Oberfläche mit Erhebungen 30 begünstigt. Die Membran weist hier insbesondere Bereiche auf, die sich unterschiedlich ausdehnen, und die hier eine unterschiedliche Tiefe t1, t2 aufweisen. Hierzu eignen sich auch porenartige Strukturen wie Loch-, Gitter-, Punkt-, und/oder Wabenstrukturen, so dass beim Zurückziehen der Membranen 36 ein Dellenmuster, wie in 4C gezeigt ist, entstehen kann. Vorzugsweise sind die Erhebungen 30 gleichmäßig über die Membranoberfläche verteilt. Durch die Strukturierung wird z. B. auch das Einleiten von Filtergut und/oder einem Auslaugungs/Anschwänzmedium verbessert und erfolgt vor allem gleichmäßiger. Ein homogener Filterkuchen und eine gleichmäßige Auslaugung führen generell zu Effektivität- und Effizienzsteigerung.
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Wie in den 5A bis 5C gezeigt ist, sind in diesen Ausführungsbeispielen die Membranen 36 auf ihrer Innenseite derart strukturiert, dass eine adäquate Reinigung der Membranaufblasräume 9 und somit auch der Membraninnenseite gewährleistet werden kann. Dazu sind Kanalsysteme und/oder andere Flüssigkeitsleitsysteme/Strömungselemente 35 (z.B. Stege und/oder Lamellen) vorgesehen, so dass eine gezielte Strömungsführung und vorzugsweise zumindest teilweise turbulente Strömungen in dem Membranaufblasraum 9 erfolgen können. Dabei ist beispielsweise eine Reinigungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 3,5 m/s, vorzugsweise < =1,5 m/s anzustreben. In 5A wird exemplarisch eine Membran 36 mit lamellenartig strukturierten Reinigungselementen 35 dargestellt, die eine gezielte Durchströmung ermöglichen. Während der Reinigung ist die Filtergutkammer idealer Weise befüllt (pFiltergutkammer > pMembranaufblasraum), um so eine Anpressung der Membran an die Platte, hier die kombinierte Filter und Membranplatte 14, wie in 5B gezeigt ist, zu ermöglichen oder aber die Membranen 36 aufeinander bzw. gegeneinander zu verpressen, wie aus 5C hervorgeht, wodurch die Kanalbildung verbessert wird.
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6 A-D zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier stehen die Membranen 36 derart in Verbindung, dass sich bei erfindungsgemäßem Gebrauch ein verbessertes Abreinigungsbild ergibt. Die Membranen 36 sind an mehreren Stellen miteinander verbunden, wie aus 6A hervorgeht, in der der Druck in dem Membranaufblasraum 9 im Wesentlichen dem Druck außerhalb der Membran 36 entspricht. Beim Aufblasen der Membranen 36 dehnen sich die Bereiche 44 zwischen den Verbindungen bzw. Vernetzungen nach außen, so dass sie sich die konvexen Bereiche 44a in Form von Erhebungen bilden, die z. B. gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sein können, so dass beispielsweise waben- oder gitterförmige Muster entstehen. Während und nach dem Öffnen der Filterkammern 3, beispielsweise beim Öffnen einer jeweiligen unteren Bodenöffnung 4 kann dann ein Unterdruck im Membranaufblasraum 9 erzeugt werden, wie in 6C gezeigt ist. Durch die Verbindungen ändert dabei die Oberfläche der Membran 36 ihre Struktur und aus den konkaven Bereichen 44a werden konvexe Bereiche 44b derart, dass Filterkuchen 38 von der Oberfläche abgesprengt wird, wie in 6C zu erkennen ist. In 6D ist wiederum eine Reinigung dargestellt, bei der Reinigungsmedium zwischen den Membranen 36 durchgeleitet wird, wobei der Druck in den benachbarten Filterguträumen 3a höher als der Druck in dem Membranaufblasraum 9 ist.
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Wie in 7A beispielhaft gezeigt wird, kann wahlweise oder auch zusätzlich ein partielle Fixierung der Membran 36 an mehreren Stellen erfolgen. Die Membran 36 kann beispielsweise über Kleben, Schweißen, Gießen etc. mit einer Platte 14 verbunden sein, jedoch auch über lösbare Verbindungen fixiert werden, wie in 7B gezeigt ist.
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Eine weitere Möglichkeit die Membranoberfläche zu strukturieren, derart dass sie eine Vielzahl von Erhebungen 30 aufweist, ist, dass die Platte 14, die den Membranaufblasraum 9 begrenzt ein entsprechendes Profil aufweist. Wie in 8A gezeigt ist, kann beispielsweise die Platte 14 an der Oberfläche mehrerer Aussparungen 45 aufweisen, die zum Beispiel rillenförmig, gitterförmig oder punktuell etc. angeordnet sind. Wird durch Erzeugen eines Unterdrucks die Membran 36 in Richtung Platte 14 gezogen, so drückt sich das Muster durch und der Filterkuchen kann effizient abgesprengt werden. Wird der Membranaufblasraum 9 durch zwei Membranen 36 begrenzt, im Falle der Membranplatte 14, wie sie in 1B gezeigt ist, so ist es vorteilhaft, wenn im Membranaufblasraum ein Element mit unebener Struktur 47 angeordnet ist, insbesondere Stäbe, Gitter, etc. In 8B sind beispielsweise drei Gitterstäbe gezeigt. Wenn sich die Membran 36 auf die Stäbe zubewegt, ergibt sich ein besserer Bruch und ein besseres Abschleuderverhalten und gleichzeitig auch eine verbesserte Reinigung durch gezielte Strömungsführung und/oder schnellere Strömungsgeschwindigkeit bzw. optimierte Turbulenzen etc. zudem stabilisieren die Gitter bzw. Stäbe die Platte 14. Dabei kann auch durch die Stäbe selbst eine Flüssigkeit oder ein Gas ein- und/oder ausgeleitet werden.
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9 zeigt, dass im Membranaufblasraum 9 mindestens ein bewegliches Element 32 vorgesehen ist, das sich hier zum Austragen des Filterguts auf und ab und/oder in Richtung Filtergut 38 bewegen kann. Das Element kann vorzugsweise mittels Strömung im Membranaufblasraum 9 bewegt werden. Zusätzlich kann die Membran 36, wie in 9B gezeigt ist, strukturiert sein, insbesondere auf der Innenseite entsprechende Elemente können auch in den Filterguträumen 3a und/oder zwischen dem Filtertuch 15 und Membranen 36 installiert werden. Die Auslösung der Bewegungen derartiger Elemente 32 kann beispielsweise durch Magnetkraft, das Einleiten eines Mediums in den Membranaufblasraum 9, und/oder einer mechanischen Krafteinwirkung erfolgen. Andersartige Bewegungsvektoren oder eine Variation der Elementanzahl 32 sind ebenfalls möglich und erfindungsgemäß.
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10A bis 10C zeigen ein Element 32, welches beispielsweise durch Strömung und Dichteunterschied bewegt wird. 10A zeigt einen Normalbetrieb bei dem der Membranaufblasraum 9 mit Wasser von unten befüllt ist und dadurch aufgeblasen wurde, d. h., sich in den Filtergutraum 3a ausdehnt. 10B zeigt dann, dass das Wasser ausgelassen wurde, wodurch sich das zuvor oben befindliche z. B. schwimmbare Elemente 32 nun durch die Oberfläche der Membran 36 drückt und eine Erhebung 30 erzeugt. Wie in 10C gezeigt ist, wird dann z. B. ein weiteres Medium, z. B. Luft von oben eingeleitet und das Wasser von unten abgelassen, wodurch eine Abwärtsbewegung des Elements und somit ein Bruch und ein Abfallen des Filterkuchens nach unten hin bewirkt wird.
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11 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, wobei hier die Bewegung der Membranen 36 und/oder Filtertücher 15 mit Hilfe von Magnetkraft erfolgt. Hier umfassen sowohl die Filtertücher 15 als auch die Membranen 36 magnetische Komponenten 50, die an, auf oder in den Membranen oder Tüchern angebracht sind und die durch einen Magnet 51 z.B. mit wechselnder Polung bewegbar sind. Zum Beispiel werden durch das Herbeiführen (hier z. B. Auf-und Abwärtsbewegung eines zum Beispiel pulsierenden Elektromagneten) die Filtertücher bzw. Membranen zeitlich und örtlich versetzt in Schwingung und/oder andersartige Bewegung gebracht, wodurch der Filterkuchen 38 nach unten fallen kann und von unten durch die Bodenöffnung 4 ausgetragen werden kann.
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Dies war ein Ausführungsbeispiel, bei dem auch das Filtertuch 15 in Bewegung versetzt wurde. Das Filtertuch kann aber ebenfalls auch über ein mechanisch bewegtes Element (nicht dargestellt) oder aber über eine weitere, hier nicht dargestellte aufblasbare Membran, die an den Filtratraum angrenzt erfindungsgemäß in Bewegung versetzt werden, insbesondere um eine Entleerung zu begünstigen werden.
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Zudem können bei dem Bedarf Funktionalitäten in den Membranen 36 und/oder Doppelmembranen integriert werden, die beispielsweise für eine homogenere Auslaugung der Filterkuchen bzw. des Filterguts 38 Sorge tragen. So können beispielsweise Löcher in die Membranen integriert werden, die wahlweise semipermeabel gestaltet sind. Dies gelingt am einfachsten, wenn ventilartige Verschlüsse 53 integriert werden und die nur in eine Flussrichtung schließen, was exemplarisch in 12A bis 12D gezeigt wird. In 12A erfolgt die Befüllung der Kammer 3 über die Filtergutzufuhr 13, wobei hier bereits ein Medium im Membranaufblasraum 9 vorhanden sein kann. 12B zeigt den klassischen Verpressvorgang des Filterguts (nach links) durch Einleiten eines Aufblasmediums hinter die Membran 36 und die Abführung des Filtrats über den Filtratsablauf 17. Die erfindungsgemäßen Öffnungen 53 in der einseitig durchlässigen Membran 36 sind dabei verschlossen. Durch eine Strömungsumkehrung, sprich der Einleitung beispielsweise einer Anschwänz/Auslaugungsflüssigkeit z. B. in die Filtratabführleitungen 17 (12C) wird nun das Filtergut 38 auf die gegenüberliegende Seite der Kammer 3 gedrückt. Dabei öffnen sich die Ventile 53 in der Membran 36, wodurch hier das Filtrat durch den zuvor für das Aufblasmedium genutzten Kanal abgeführt werden kann. Die Vielzahl an Ventilen 53 führt dabei zu einer gleichmäßigeren Auslaugung des Filterkuchens 38. Wie in 12D gezeigt, können dabei auch mehrere derartige Membranen und Filtertücher (insbesondere zwei) zum Einsatz kommen, wahlweise mit gleichen oder unterschiedlichen Eigenschaften wie Ventilanzahlen, benötigter Öffnungsdruckfeinheiten der Poren etc. Erfindungsgemäß können zudem alle Filtertücher, Membranen 36 und/oder Platten 14 gezielt an ihrer Oberfläche behandelt (z. B. beschichtet werden, damit Haftreibung reduziert und somit ein Abfallen der Filterkuchen begünstigt und/oder Reinigungsverhalten verbessert werden kann.
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Der erfindungsgemäße Plattenfilter 1 weist weiter eine Steuerung auf (nicht dargestellt), die die Membran 36 und/oder das Filtertuch 15 automatisch in Bewegung versetzt, wenn oder nachdem der Plattenfilter 1 geöffnet wird bzw. dieser geöffnet ist, wobei insbesondere beim Einteilen des Filters in mehrere Bereiche nur die Membrane der Filterkammern 3 bewegt werden, die auch entleert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filtrationsverfahren wird insbesondere Maische filtriert. Dabei wird die Maische über die Filtergutzufuhr 13 in den Filterraumgut 3a eingelagert, wobei Flüssigkeit das entsprechende Filtertuch 15 passieren kann und über einen Ablauf 17 Filtrat abgeleitet werden kann. Es ist möglich, dass mit dem erfindungsgemäßen Plattenfilter 1 die eingeleitete Maische auch verzuckert wird, wobei Würze abgeleitet und erneut im Kreislauf dem Plattenfilter 1 zugeführt wird. In diesem Kreislauf kann die Würze noch weiter erwärmt werden, was den Maischeprozess begünstigt. Der erfindungsgemäße Plattenfilter 1 ist jedoch auch ausschließlich für die Filtration geeignet. Am Ende der Filtration (meist nach Abzug der Vorderwürze) erfolgt ein Auswaschen bzw. Auslaugen des Filterkuchens, d. h., der Treber 38. Dabei kann zum Auspressen des Filterkuchens 38 die entsprechende Membran 36 aufgeblasen werden. Am Ende des Filtrationsprozesses, d. h., während und/oder nach dem Öffnen des Plattenfilters 1 gibt die Steuerung ein Signal aus und steuert eine entsprechende Einrichtung an um die jeweilige Membran 36 zu bewegen.
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Dabei wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Druck in dem Membranaufblasraum 9 reduziert, und/oder erhöht derart, dass sich die Membran 36 vor- und wieder zurückzieht, vorzugsweise ein Unter- und/oder Überdruck in dem Membranaufblasraum 9 erzeugt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn getaktet vorzugsweise pulsartig Aufblasmedium ein- oder ausgeleitet wird. Als Aufblasmedium eignet sich insbesondere Wasser. Durch die Bewegung kann Filtergut bzw. Filterkuchen abgesprengt werden, sich lösen und vorzugsweise durch eine Bodenöffnung 4 im Bodenbereich 5 wie beispielsweise aus 14 zu erkennen ist, in einen Treberbunker 40 fallen und von dort aus beispielsweise über eine Transportschnecke abtransportiert werden. Begünstigt werden kann das Aufbrechen des Filterkuchens bzw. Filterguts 38 durch strukturierte Oberflächen. Wenn sich die Oberflächenstruktur von einem aufgeblasenen Zustand der Membran 36 im Vergleich zu einem zurückbewegten Zustand der Membran 36 verändert ist dies besonders vorteilhaft. Erhebungen auf Vorder- und/oder Rückseite der Membran 36 sind ebenfalls vorteilhaft wie zuvor ausgeführt wurde.