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Die Erfindung betrifft einen Filter zur Behandlung von Prozessfluid, wie es insbesondere bei der Wasserstoffelektrolyse entsteht, vorzugsweise zum Abscheiden von Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus Prozesswasser.
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Durch
DE 10 2021 001 631 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden bekannt wie sie bei der Zerlegung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozessgase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle entstehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluidkreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank vorhanden ist, in dem mindestens eine Filtervorrichtung aufgenommen ist, mittels der das Prozessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das enthaltene Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird.
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Die hierbei zum Einsatz kommende und insoweit bekannte Filtervorrichtung weist ein vorzugsweise austauschbares Filterelement auf, das von innen nach außen von einem Fluid durchströmbar ist, wobei jeweils unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes das Filterelement von einer Gehäusewand umgeben ist, die als Abströmrohr ausgebildet mehrere Durchlassstellen aufweist, von denen ein Teil unterhalb des jeweiligen veränderbaren Fluidniveaus im Fluid-Vorratstank und der andere Teil oberhalb diese Fluidniveaus angeordnet ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lösung unter Beibehalten ihrer Vorteile weiter zu verbessern, insbesondere eine noch höhere Rate an abgeschiedenem Gas aus einem Prozessfluid zu erreichen.
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Eine dahingehende Aufgabe löst ein Filter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Der erfindungsgemäße Filter weist ein erstes Filterelement sowie ein zweites Filterelement auf, das das erste Filterelement unter Bildung eines Strömungsraumes mit einem vorgebbaren radialen Abstand umfasst, wobei jedes Filterelement ein Filtermedium aufweist, die von außen nach innen oder bevorzugt von innen nach außen von dem Prozessfluid in einer Durchströmungsrichtung durchströmbar sind, wobei in Durchströmungsrichtung gesehen das eine Filtermedium eine erste Entgasungsstufe ausbildet, die der Vergrößerung von Gasblasen durch Koaleszenz und dem Entfernen derselben aus dem Prozessfluid durch auftriebsbedingtes Abscheiden dient und das nachfolgende weitere Filtermedium eine zweite Entgasungsstufe ausbildet, die dem Entfernen von im Prozessfluid verbleibenden, feinstverteilten Gasblasen durch Koaleszenz und dem Abscheiden derselben wiederum durch auftriebsbedingtes Aufsteigen dient.
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Dergestalt ist in einer Baueinheit zusammengefasst ein zweistufiger Entgasungsfilter geschaffen, der die Trennung von Fluid und Gas gegenüber der bekannten Lösung stark verbessert. Im Bereich der bereits angesprochenen Wasserstoffelektrolyse kommt es im Verlauf des Prozesses zur Freisetzung von Sauerstoff und Wasserstoff aus dem Prozesswasser als dem Prozessfluid. Sowohl für Wasserstoff als auch für Sauerstoff existieren hier prozessbedingt zwei getrennte Fluidkreise, d.h. es gibt einen Kreis mit Wasser und freien Wasserstoffblasen und einen weiteren Kreis mit Wasser und freien Sauerstoffblasen. Für jeden dieser Kreise kommt ein eigener Separator zur Anwendung, dessen Aufgabe es ist das entsprechende Gas von der Flüssigkeit zu trennen. Die Gasgehalte, die innerhalb des Prozesses entstehen können, betragen durchaus zwischen 30 und 95 Volumenprozent und mit dem erfindungsgemäßen Entgasungsfilter mit seinen verbesserten Entgasungsraten lässt sich eine deutliche Reduzierung der jeweiligen Separator-Größe bzw. des Separator-Volumens erzielen und dank des derart eingesparten Einbauvolumens lässt sich der erfindungsgemäße Filter vermehrt für eine Vielzahl praktischer Anwendungen einsetzen. Vorzugsweise sind dabei die jeweils zum Einsatz kommenden Filtermedien von erstem und zweiten Element je nach der zu lösenden Entgasungsaufgabe voneinander verschieden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters besteht das eine, in Durchströmungsrichtung vorangehende Filtermedium aus einer Tiefenfilterkerze, die zur Erhöhung des Filtervolumens als hohlzylindrischer Filtermantel konzipiert ist. Derart ergibt sich eine koaxiale Anordnung von zwei Filterstufen, die der Entgasung eines Prozessfluids dienen, wobei die erste Filterstufe zu einer ersten Koaleszenz der Gasblasen führt, die dann vom Volumen her entsprechend vergrößert auftriebsbedingt nach oben steigen und aus dem Prozessfluid sich dergestalt abtrennen. Die bis dahin noch nicht abgeschiedenen Luftblasen werden dann von der zweiten Entgasungsstufe zurückgehalten und wiederum einem Koaleszenzvorgang zugeführt, so dass die insoweit auch im Fluid fein dispergierten Gasblasen sich vom Volumen her vergrößern, dabei auftriebsbedingt aufsteigen, um dann ebenfalls dergestalt vom Prozessfluid, regelmäßig in Form von Prozesswasser, abgetrennt zu werden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Filter zur Bildung der Tiefenfilterkerze auf Meltblownfasern zurückgreift, die vorzugsweise auf einen fluiddurchlässigen Stützkörper aufgespritzt sind, an den der Filtermantel sich entlang seiner Innenumfangsseite abstützt. Die zum Einsatz kommende Tiefenfilterkerze ist gegenüber einem plissiertem Elementmaterial ausgesprochen voluminös konzipiert, was ein verbessertes Gasaustragverhalten mit sich bringt. Insoweit bildet die Meltblown-Tiefenfilterkerze einen hohlzylindrischen, massiven Filtermantelblock mit vorgebbarer Porosität aus.
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Anstelle des Aufbaus der Tiefenfilterkerze aus Meltblownfasern besteht auch die Möglichkeit diese aus einem Sintermaterial aufzubauen, sei es in Form eines Sintermetallfilters, sei es in Form eines Keramikfilters mit jeweils vorgebbarer Filterdurchlässigkeit.
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Für verlässliche Entgasungsvorgänge bei hoher Trennrate hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Filterfeinheit der Tiefenfilterkerze zwischen 10 µm und 200 µm zu wählen. Kommen für die Tiefenfilterkerze verstärkt oder ausschließlich Meltblownfasern zum Einsatz liegt bevorzugt der Faserdurchmesser zwischen 0,1 µm bis 2000 µm und der mittlere durchflusswirksame Porendurchmesser (MFP/Mean Flow Pore Size) beträgt vorzugsweise zwischen 1 µm bis 2000 µm.
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Für einen sortenreinen Aufbau des Filters sind bevorzugt alle wesentlichen Komponenten desselben aus ein- und demselben Kunststoffmaterial aufgebaut und kommen für den Filter als Filtermedium Metalle zum Einsatz, wie Edelstahl oder Titan, ist bevorzugt vorgesehen, dass in jedem Fall alle Filtermedien aus ein- und demselben Metallmaterial bestehen.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das in Durchströmungsrichtung dem einen Filtermedium nachfolgende Filtermedium mindestens einen zweilagigen, vorzugsweise dreilagigen Mattenbau aufweist, was eine zusätzlich verbesserte Partikelabreinigung aus dem Fluidstrom erlaubt.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Behälter für die Aufnahme mindestens eines Filters wie vorstehend beschrieben, wobei der Behälter mindestens einen Eingang für gashaltiges Prozessfluid aufweist sowie einen Ausgang für das im Behälter abgeschiedene Gas und einen weiteren Ausgang für das von dem Gas befreite Prozessfluid, wobei der jeweilige Filter ausgehend von dem Eingang des Behälters von innen nach au-ßen durchströmt oberhalb eines Fluidlevels im Behälter das abgeschiedene Gas an den einen Ausgang im Behälter weiterleitet und unterhalb dieses Fluidlevels im Behälter angesammeltes Prozessfluid wird über den weiteren Ausgang aus dem Behälter abgeführt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass eine parallele Anströmung des jeweiligen Filters im Behälter von unten her über Öffnungen in einer Trennplatte im Behälter erfolgt, die sich parallel zum sich im Betrieb einstellenden Fluidlevel erstreckt und dass zwischen den einzelnen Filtern ein Sauganschluss vorgesehen ist, der oberhalb der Adapterplatte und unterhalb des Fluidlevels im Behälter ausmündet und an den weiteren Ausgang für das Prozessfluid angeschlossen ist.
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Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Filter anhand verschiedener Ausführungsformen sowie im Rahmen eines Behältereinbaus nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Filter;
- 2 und 3 in der Art eines Längsschnittes durch die 1 zwei verschiedene Ausführungsformen des Filters;
- 4, 5 und 6, 7 jeweils kopfseitig und fußseitig vergrößerte Darstellungen des Filters nach der 2 bzw. des Filters nach der 3; und
- 8 und 9 die Einbausituation von Filtern nach den 1 bis 3 in einem Behälter in einer Seitendarstellung und in Draufsicht.
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Die 2 sowie 4 und 5 betreffen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters. Der dahingehende Filter dient zur Behandlung von Prozessfluid, wie es insbesondere bei der Wasserstoffelektrolyse entsteht, vorzugsweise zum Abscheiden von Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus Prozesswasser. Der Filter weist in einer Baueinheit zusammengefasst ein erstes Filterelement 10 sowie ein zweites Filterelement 12 auf, das das erste Filterelement 10 unter Bildung eines Strömungsraumes 14 mit einem vorgebbaren radialen Abstand umfasst.
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Weiter ist vorgesehen, dass das erste Filterelement 10 ein erstes Filtermedium 16 aufweist und das zweite Filterelement 12 ein zweites Filtermedium 18. Das erste Filtermedium 16 stützt sich an einem fluiddurchlässigen Stützkörper 20 in Form eines Stützgitters innenumfangsseitig ab. Das zweite Filtermedium 18 ist außenumfangsseitig von einem weiteren fluiddurchlässigen Stützkörper 22 umfasst, der ebenfalls in der Art eines Stützgitters ausgebildet ist. Weitere nicht dargestellte fluiddurchlässige Stützkörper können im Bedarfsfall auf der Außenumfangsseite des ersten Filtermediums 16 angeordnet sein sowie auf der Innenumfangsseite des zweiten Filtermediums 18. Im vorliegenden Fall findet eine Durchströmung des Filters in Durchströmungsrichtung von innen nach außen statt, wobei die dahingehende Durchströmungsrichtung in der 2 mit einem Pfeil 24 wiedergegeben ist.
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Das erste Filtermedium 16 ist zusammen mit seinem inneren Stützkörper 20 zwischen einer oberen Endkappe 26 und einer unteren Endkappe 28 aufgenommen. Zwischen denselben Endkappen 26, 28 und mit entsprechend gleicher axialer Baulänge ist das zweite Filtermedium 18 mit dem weiteren Stützkörper 22 aufgenommen. Insoweit sind die jeweils stirnseitigen Enden von erstem und zweitem Filtermedium 16, 18 sowie die beiden Stützkörper 20, 22, vorzugsweise unter Einsatz eines Spiegelschweißverfahrens, mit den Endkappen 26, 28 fest respektive fluiddicht verbunden. Nähere Einzelheiten zu den Endkappen 26, 28 werden im Folgenden noch näher beschrieben werden. Wiederum in Durchströmungsrichtung 24 gesehen, bildet das eine erste Filtermedium 16 eine erste Entgasungsstufe aus, die der Vergrö-ßerung von Gasblasen durch Koaleszenz und dem Entfernen derselben aus dem Prozessfluid durch auftriebsbedingtes Abscheiden dient. Das nachfolgende weitere Filtermedium 18 bildet eine zweite Entgasungsstufe aus, die dem Entfernen von im Prozessfluid verbleibenden, feinstverteilten Gasblasen wiederum durch Koaleszenz und dem Abscheiden derselben durch auftriebsbedingtes Aufsteigen dient. Die insoweit durch das erste Filterelement 10 als Ganzes gebildete erste Entgasungsstufe dient also der Vergrößerung von vorhandenen Gasblasen, die dann im Prozessfluid aufsteigen und dergestalt an der Oberfläche des Prozessfluides abgeschieden werden. Das zweite Filterelement 12, das insoweit die zweite Entgasungsstufe bildet, dient insoweit der Nachseparation der verbliebenen, feinstverteilten Gasblasen im Prozessfluid durch Koaleszenz zu größeren Blasenanordnungen und Abscheiden durch auftriebsbedingtes Aufsteigen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters besteht die innere Filterstufe in Form des Filterelementes 10 aus einer voluminösen Meltblown-Tiefenfilterkerze aus Polypropylen. Die Filterfeinheit der Tiefenfilterkerze liegt bevorzugt zwischen 10 µm und 200 µm; ersatzweise kann hier auch ein nicht näher dargestellter Sinterfilter mit gleicher Filterfeinheit zum Einsatz kommen. Vorzugsweise werden zum Herstellen einer Tiefenfilterkerze aus Meltblownfasern, diese auf den inneren Stützkörper 20 aufgespritzt. Die äußere Filterstufe mit dem zweiten Filtermedium 18 besteht aus einem dreilagigen, plissierten Aufbau aus Polypropylen-Gewebe. Vorzugsweise liegt dabei die Maschenweite der beiden äußeren Lagen, die dem Stützkörper 22 zugewandt sind bei etwa 200 bis 1000 µm, was relativ grob ist. Demgegenüber liegt die Maschenweite der inneren Lage bei 0,1 bis 500 µm, was als relativ fein bezeichnet werden kann. Die Faltendichte der plissierten Filtermatte, die insoweit das zweite Filtermedium 18 ausbildet, liegt bei 0,1 bis 6 Falten pro Zentimeter.
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Neben dem angesprochenen Werkstoff Polypropylen können als weitere Kunststoffmaterialien für die Herstellung Polyamid oder Polyester zum Einsatz kommen. Sofern für die Filtermedien 16, 18 sowie für die Stützkörper 20 und 22 und für die Endkappen 26, 28 ein- und dasselbe Kunststoffmaterial zum Einsatz kommt, ist ein sortenreiner Aufbau erreicht, der das Recycling des Filters als Ganzes erleichtern hilft. Als Webarten für das zweite Filtermedium 18 können Köper- oder Atlasbindungen zum Einsatz kommen, ebenso sogenannte Glattgewebe. Der Einsatz weiterer Webarten ist hier möglich. Neben dem beschriebenen dreilagigen Aufbau besteht auch die Möglichkeit eines Aufbaus mit zwei bis fünf Lagen, wobei vorzugsweise die Maschenweite in Durchströmungsrichtung 24 gesehen von grob nach fein zu erfolgen hat.
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Für das bereits angesprochene Spiegelschweißverfahren werden im Bereich der oberen Endkappe 26 als auch im Bereich der unteren Endkappe 28 in den Strömungsraum 14 zwei gleich ausgebildete Zentrierringe 30 eingesetzt, die mit Durchgangslöchern 32 versehen sind. Der in Blickrichtung auf die
2 gesehen obere Zentrierring 30 ist mit seiner oberen freien Stirnseite wiederum mittels Spiegelschweißens an der oberen Endkappe 26 festgelegt und die in dem Zentrierring 30 eingebrachten Durchgangslöcher 32 dienen dem Durchgang von aufsteigenden Gasblasen aus dem Strömungsraum 14 zwischen den beiden Filtermedien 16, 18. Ebenso ist der in Blickrichtung auf die
2 gesehen untere Zentrierring 30 mit seiner unteren freien Stirnseite mit der unteren Endkappe 28 spiegelverschweißt. Hierfür weist der jeweilige Zentrierring 30 innenumfangsseitig einen ringförmigen Festlegesteg 34 auf, ebenso vergleichbar außenumfangsseitig einen ringförmigen Festlegesteg 36. Die dahingehenden Stege 34, 36 nehmen in etwa mittig zwischen sich einen Bodenabschnitt 38 des jeweiligen Zentrierringes 30 auf, in den die Durchgangslöcher 32 eingebracht sind. Die Durchgangslöcher 32 erstrecken sich in diskreten Abständen voneinander entlang des Bodenabschnittes 38, der parallel zu der Ausrichtung der Endkappen 26, 28 verläuft. Nach außen hin stützt sich der jeweilige Festlegesteg 34, 36 an oberen Teilen des Außenumfanges des ersten Filtermediums 16 sowie am Innenumfang des zweiten Filtermediums 18 ab. Die beiden Zentrierringe 30 sind der Einfachheit halber gleich ausgestaltet, wobei der in Blickrichtung auf die
2 gesehen untere Zentrierring 30 nicht zwingend die Durchgangslöcher 32 für den Abtransport von Gasblasen aufweisen muss. Jedenfalls sind die oberen und unteren freien Stirnseiten der beiden Festlegestege 34, 36 eines jeden Zentrierringes 30 mit der zugehörigen Endkappe 26 bzw. 28 gleichfalls spiegelverschweißt. Anstelle des angesprochenen Spiegelschweißens können auch andere Schweißverfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise Durchstrahlschweißverfahren mittels Laserlicht, wie dies beispielhaft in den Dokumenten
DE 10 2007 013 178 A1 und
DE 10 2010 005 541 A1 der Schutzrechtsinhaberin aufgezeigt ist. Auch UItraschall-Schweißverfahren können zum Einsatz kommen; ebenso ist das Herstellen von Klebstoffverbindungen denkbar. Die beiden Stege 34, 36 weisen jeweils nach außen hin in Richtung der Filtermedien 16, 18 Paare von vorspringenden Zentrierstegen 39 auf, die in die flexibel nachgiebigen Filtermedien 16, 18 zumindest teilweise eindringen können, um insoweit die Positionierung der Stege 34 für den Schweißvorgang innerhalb des Filters zu erleichtern respektive zu ermöglichen. Die Zentrierstege 39 sind ringförmig ausgebildet einstückiger Bestandteil des jeweiligen Festlegesteges 34, 36.
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Die untere Endkappe 28 weist einen nach unten hin vorspringenden hohlzylindrischen Ringstutzen 40 auf mit einer Dichteinrichtung 42 in Form eines O-Rings, der in einer Außenumfangsnut des Ringstutzens 40 aufgenommen ist. Dergestalt lässt sich der Filter als Ganzes in einem Behältergehäuse 43 nach den 8 und 9 zur Umgebung hin abgedichtet festlegen und die Zufuhr des gashaltigen Prozessfluides kann über den hohlen Durchgangskanal des Ringstutzens 40 auf die zentrale Innenseite 44 des Filters erfolgen, die als Einströmraum konzipiert nächstliegend von dem Stützkörper 20 nebst erstem Filtermedium 16 umfasst ist. Die Dichteinrichtung 42 mit O-Ring kann für den Erhalt eines sortenreinen Aufbaus aber auch entfallen und durch eine nicht dargestellte Klemmverbindung ersetzt werden. Von dieser Innenseite 44 aus gelangt das Prozessfluid entlang der Durchströmungsrichtung 24 nach Passieren des ersten Filterelementes 10 in den Strömungsraum 14 und von dort aus gesehen über das zweite Filterelement 12 mit dem nachfolgenden weiteren Stützkörper 22 auf die Außenseite 45 des Filters, was dem Inneren des Behältergehäuses 43 im Rahmen einer Behälteraufnahme für den jeweiligen Filter entspricht und noch anhand der 8 und 9 näher erläutert werden wird.
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Die obere Endkappe 26 weist koaxial zu der Ausrichtung der oberen Durchgangslöcher 32 im Zentrierring 30 Auslassöffnungen 46 auf, die wie dies insbesondere die 4 zeigt, mit ihrem einen freien Ende in den Strömungsraum 14 oberhalb des Zentrierringes 30 ausmünden und mit ihrem anderen freien Ende in einen Ringspalt 48, der ausgehend von der Innenseite der insoweit geschlossenen oberen Endkappe 26 auf die Außenseite 45 des Filters ausmündet. Zur Bildung des umlaufenden Ringspaltes 48 (nicht dargestellt) ist ein oberer Kappenbereich 50 von einem unteren Endkappenbereich 52 der oberen Endkappe 26 unter Bildung eines radial nach außen vorspringenden Absatzes abgesetzt. Anstelle eines gemeinsamen Ringspaltes 48 für alle Auslassöffnungen 46 im Deckelbereich der Endkappe 26 ist vorzugsweise jedoch, wie dargestellt, jede Auslassöffnung 46 über einen eigenen Strömungskanal 49, wie insbesondere in 1 dargestellt, mit der Außenseite 45 des Filters verbunden. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, den jeweiligen Strömungskanal 49 relativ eng auszuführen und der freie Durchmesser der Auslassöffnungen 46 ist kleiner gewählt als der freie Durchmesser der Durchgangslöcher 32 im Zentrierring 30. In jedem Fall gelangen dergestalt im Strömungsraum 14 aufsteigende Gasblasen über die Durchgangslöcher 32 im oberen Zentrierring 30 und über die Auslassöffnungen 46 in die einzelnen Strömungskanäle 49 der oberen Endkappe 26, um dergestalt sie aus dem Prozessfluid und aus dem Filter zur Umgebung hin in Form der Filteraußenseite 45 abführen zu können.
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Bei der koaxialen Anordnung von zwei Filterstufen mit einer Durchströmung von innen nach außen sowie mit einer Anströmung von unten über den Ringstutzen 40, kann anstelle des bisherigen Medienaufbaus auch ein sortenreiner Aufbau der Filtermedien 16, 18 aus Metallmaterialien, insbesondere aus Edelstahl oder Titan, erfolgen.
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Bei der dahingehenden Ausführungsform ist die innere Filterstufe in Form des ersten Filtermediums 16 ein dreilagiger, plissierter Aufbau aus Edelstahl. Dieser Aufbau ersetzt den voluminösen Meltblown-Aufbau aus der vorstehend aufgezeigten Polypropylen-Variante. Die Maschenweite der beiden äußeren Lagen in Richtung auf den Strömungsraum 14 hin gesehen ist wiederum relativ grob mit Werten zwischen 200 bis 1000 µm. Die Maschenweite der nachfolgenden inneren Lage ist demgegenüber relativ fein und weist Werte zwischen 0,1 bis 500 µm auf. Neben dem Werkstoff Edelstahl kann auch ohne Weiteres Titan zum Einsatz kommen. Die Faltendichte des plissierten Filtermaterials beträgt 4 bis 8 Falten pro Quadratzentimeter und als Webarten kommen beispielsweise Köper-, Atlas-, Glattgewebe usw. zum Einsatz Auch ist wiederum ein Aufbau mit 2 bis 5 Lagen denkbar; auch hier sollte die Maschenweite in Durchströmungsrichtung 24 gesehen von grob nach fein gehen. Ersatzweise können wiederum Sinterfilter mit ähnlichen Entgasungseigenschaften eingesetzt werden.
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Die äußere Filterstufe in Form des zweiten Filtermediums 18 besteht gleichfalls aus einem dreilagigen, plissierten Aufbau aus Edelstahl mit vergleichbaren Maschenweiten außen und innen, wie vorstehend angegeben. Vorzugsweise beträgt hier die Faltendichte 0,1 bis 6 Falten pro Zentimeter und auch sonst kommen die vorstehend beschriebenen Webarten zum Einsatz. Eine Beschichtung des Gesamt-Filters oder nur der Einzelgewebe 16, 18 kann zu einer weiteren Verbesserung der Entgasungseigenschaften führen, insbesondere wenn die Beschichtung mit Koaleszenz fördernden Werkstoffen erfolgt. Auch lassen sich dergestalt die eingesetzten Werkstoffe für die Filtermedien 16, 18 passivieren, um dergestalt Elektronen- und Eisen-lonen-Freisetzungen zu verhindern. Was die Funktionsweise eines zweistufigen Entgasungsfilters anbelangt, der sortenrein metallisch aufgebaut ist, entspricht dies der vorstehend vorgestellten Lösung. Anstelle der vorgestellten Schweißverfahren können die metallischen Filtermedien 16, 18 mit den jeweils zugehörigen Endkappen 26, 28 auch verklebt oder im Rahmen einer metallischen Verbindungstechnik miteinander vercrimpt werden (nicht dargestellt). Für einen verbesserten Entgasungsvorgang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Faltendichte für das erste Filtermedium 16 entsprechend groß zu wählen und für das äußere Filtermedium 18 entsprechend gering.
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Die zweite Ausführungsform nach den 3 sowie 6 und 7 wird im Folgenden nur noch insofern erläutert als sie sich wesentlich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unterscheidet. Insbesondere werden für dieselben Bauteile dieselben Bezugszeichen wie vorstehend angegeben eingesetzt und die hierzu getroffenen Ausführungen gelten demgemäß auch für die weitere zweite Ausführungsform. Anstelle des vorstehend beschriebenen Zentrierringes 30 wird für die zweite Ausführungsform ein einfach umlaufender Positionierring 54 eingesetzt, der sich mit vorgebbarer axialer Erstreckung jeweils auf der Innenumfangsseite des zweiten Filtermediums 18 abstützt und zwar jeweils zu seinen freien Endbereichen hin. Der jeweilige Positionierring 54 weist wiederum außenumfangsseitig Paare von Zentrierstegen 39 auf, die auf der Innenumfangsseite des zweiten Filtermediums 18 zumindest partiell in dieses eingreifen, um derart die Lagefestlegung des Positionierringes 54 am jeweiligen Endbereich des zweiten Filtermediums 18 sicherzustellen. Dergestalt lässt sich das Spiegelschweißverfahren mittels den beiden Positionierringen 54 sinnfällig unterstützen.
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Wie insbesondere die 7 zeigt, ist das zweite Filterelement 12 mit seinem äußeren Stützkörper 22 sowie dem zweiten Filtermedium 18 und dem unteren Positionierring 54 mit einer eigenständigen Ringkappe 56 verbunden, insbesondere verschweißt, die sich in der in 7 gezeigten Einbaulage auf einem flanschartigen Vorsprung 58 der unteren Endkappe 28 bodenseitig abstützt. Dergestalt steht die Ringkappe 56 überstandsfrei auf Teilen der unteren Endkappe 28 auf. Zur Abdichtung ist im Bereich des stufenartigen Überganges zwischen dem Vorsprung 58 und der sonstigen unteren Endkappe 28 in eine radial nach außen hin offene Ringnut 60 derselben eine weitere Dichteinrichtung 62 eingebracht, die das Innere des Filters gegenüber der Umgebung in Form der Filter-Außenseite 45 abdichtet. Ebenso wie auf die erste Dichteinrichtung 42 am Ringstutzen 40 kann auch auf die weitere Dichteinrichtung 62 verzichtet werden, sofern an der jeweiligen Verbindungsstelle eine nicht dargestellte Klemmverbindung zum Einsatz kommen sollte, die mittels einer Schweiß- oder Klebstoffverbindung zusätzlich gesichert sein kann.
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Demgemäß ist bodenseitig der äußere Stützkörper 22 sowie das zweite Filtermedium 18 zusammen mit dem unteren Positionierring 54 mit der Oberseite der Ringkappe 56 verschweißt, insbesondere spiegelverschweißt. Des Weiteren ist das innere Stützrohr 20 an seiner Unterseite zusammen mit der Unterseite des zugehörigen Filtermediums 16 mit der Oberseite der eigentlichen unteren Endkappe 28 verschweißt, insbesondere spiegelverschweißt. Entsprechend ist das obere Ende von äußerem Stützkörper 22 mit dem zugehörigen zweiten Filtermedium 18 und dem oberen Positionierring 54 mit der unteren, ebenen Stirnseite der oberen Endkappe 26 verschweißt. Auch bei der dahingehenden Ausführungsform münden wiederum die Auslassöffnungen 46 in der oberen Endkappe 26 in den Strömungsraum 14 ein.
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Unterschiedlich gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist jedoch, dass das erste Filterelement 10 eine eigene Abschlusskappe 64 aufweist, die als flache Ringscheibe ausgebildet einen spaltförmigen Durchgriffsraum 66 freilässt, gebildet aus der Oberseite der Abschlusskappe 64 und der benachbarten Unterseite der oberen Endkappe 26. Dergestalt ist der hohlzylindrische Strömungsraum 14 an seinem oberen Ende über den Durchgriffsraum 66 medienführend verbunden. Dergestalt ist auch ein Toleranzausgleich zwischen den beiden Filterelementen 16, 18 ermöglicht. Für den gesamten Aufbau des Filters nach der zweiten Ausführungsform werden wiederum dieselben Materialien eingesetzt wie vorstehend beschrieben. Die Verbindungen der einzelnen Filterkomponenten miteinander zwecks Erhalt eines Gesamtfilters ist unter Einsatz der genannten Werkstoffe nebst dem angesprochenen Spiegelschweißverfahren besonders kostengünstig umsetzbar und insgesamt im Hinblick auf die festen Schweißverbindungen ist der Filter als leicht recyclebares Wegwerferzeugnis konzipierbar. Betrachtet man die Filter nach den 2 und 3 von außen, ergibt sich die Darstellung nach der 1.
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Wie die 8 und 9 zeigen, sind insgesamt sechs Filter wie vorstehend beschrieben in ein Behältergehäuse 43 eingesetzt, mit einem vom Gehäuse 43 entfernbaren Deckelteil 68 zwecks Entnahme verbrauchter Filter und deren Tausch gegen Neuelemente. Das Deckelteil 68 ist mit einem Niederhalter 70 versehen, um die einzelnen Filter bestehend aus erstem und zweitem Filterelement 10, 12 in Position zu halten. Hierfür drückt bei geschlossenem Deckelteil 68 der Niederhalter 70 von oben her die einzelnen Filter über den jeweiligen Ringstutzen 40 auf eine Trenn- oder Adapterplatte 72 mit entsprechend konzipierten Ringausnehmungen 74. Das Behältergehäuse 43 respektive der Behälter weist darüber hinaus bodenseitig einen Eingang 76 für gashaltiges Prozessfluid auf sowie einen Ausgang 78 für das im Behälter 43 abgeschiedene Gas und einen weiteren Ausgang 80 für das von dem Gas befreite Prozessfluid, wobei der jeweilige Filter ausgehend von dem Eingang 76 des Behälters 43 von innen nach außen durchströmt ist. Das abgeschiedene Gas wird oberhalb eines Fluidlevels 82 im Behälter 43 an den einen Ausgang 78 im Behälter 43 weitergeleitet. Unterhalb dieses Fluidlevels 82 im Behälter 43 angesammelte Prozessfluid gelangt hingegen über den weiteren Ausgang 80 aus dem Behälter 43 hinaus.
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Für eine parallele Anströmung des jeweiligen Filters von unten her über die Öffnungen in Form der Ringausnehmungen 74 in der Adapter- oder Trennplatte 72 im Behälter 43 gemäß der Darstellung nach der 8 vertikal ausgerichtet. Insbesondere ist der jeweilige Filter über das Fluidlevel 82 nach oben hin hinausgeführt und erstreckt sich zwischen der Trenn- oder Adapterplatte 72 und dem Niederhalter 70. Für eine verbesserte Abfuhr des Prozessfluides respektive des Prozesswassers ist zwischen den einzelnen Filtern ein Sauganschluss 84 vorgesehen, der oberhalb der Trenn- oder Adapterplatte 72 und unterhalb des Fluidlevels 82 im Behälter 43 seitlich ausmündet und insoweit an den weiteren Ausgang 80 für das Prozessfluid angeschlossen ist. Dergestalt ist es ohne weiteres möglich, 3 bis 30 Entgasungsfilter in einem Tank in Form des Behälters 43 unterzubringen. Die Anzahl der eingesetzten Filter kann in Abhängigkeit vom zu behandelnden Volumenstrom gewählt werden. Bedeutsam ist die parallele Anströmung der Entgasungsfilter von unten her über die Trenn- oder Adapterplatte 72. Der Behälter 43 respektive das Behältergehäuse ist bevorzugt aus Edelstahl gebildet und weist eine innere Beschichtung zur Passivierung und zum Korrosionsschutz auf.
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Die von erstem Filtermedium 16 und zweitem Filtermedium 18 durch Koaleszenz und auftriebsbedingtes Abscheiden abgeschiedenen Gasblasen gelangen über den Strömungsraum 14 von der Prozessfluidseite auf die Gasseite, welche oberhalb des Fluidlevels 82 im Behälter 43 liegt. Das im Strömungsraum 14 gesammelte Gas gelangt dann wie bereits dargelegt über die Kanalführungen in der oberen Endkappe 26, die oberhalb des Fluidlevels 82 angeordnet sind auf die Gasaustragsseite des Behälters 43 mit dem Gasanschluss 78. Insgesamt erfolgt eine nacheinander geschaltete Durchströmung der beiden Filterstufen in Form von erstem Filterelement 10 und zweitem Filterelement 12 mit zugehörigen Filtermedien 16, 18 mit gashaltigem Prozessfluid. Die erste Filterstufe in Form des ersten Filterelementes 10 führt dann zu einer ersten Koaleszenz bzw. einer Vorabscheidung der Gasblasen (Luft/Wasserstoff/Sauerstoff). Die zurückgehaltenen Gasblasen koaleszieren und steigen nach oben, ebenso die vergrößerten Gasblasen nach der Durchströmung der Filterstufen 10, 12 im Ringspalt zwischen der ersten 10 und der zweiten Stufe 12 gebildet durch den Strömungsraum 14. Nach Passieren der angegebenen Entgasungsöffnungen in der oberen Endkappe 26 gelangen die Gasblasen über die Fluidoberfläche, also über den in der Höhe variierenden Fluidlevelbereich 82 nach der 8. Die bis dahin noch nicht abgeschiedenen Luftblasen werden von der äußeren zweiten Entgasungsstufe in Form des zweiten Filterelementes 12 zurückgehalten, koaleszieren insoweit und steigen dann ebenfalls auftriebsbedingt nach oben, oberhalb des Fluidlevels 82. Die angesprochene Filteranordnung unter Einsatz entsprechender Behältergeometrien lassen sich für beliebige Entgasungsvorgänge für Prozessfluide verwenden und sind nicht auf Prozesswässer, wie sie bei der Wasserstoffelektrolyse entstehen, eingeschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021001631 A1 [0002]
- DE 102007013178 A1 [0021]
- DE 102010005541 A1 [0021]
