DE1486822A1 - Vorrichtung zum Filtrieren von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

Patentanwalt . 3353 lad Gond*r*h»im/Harz, 2. MärZ 1906

• ■ L· η μ λ. Braun«thwelger Straße 22

Dipl.-Ing. Horst Rös. _T*fc«, o-Anw». s« Dipl.-Ing. Peter Koeel Telegramm-Adresse: Siedpatent Gandereheim Patentanwalt· >

U86822

Sumimoto Scientific Institute Co., Ltd. Patentgesuch vom 2. März 1966

Sumimoto Scientific Institute Co., Ltd. 25-36, Nishi Shimbashi 3-chome, Minato-ku, Tokyo/Japan

Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten

t Die Erfindung betrifft die Filtrierung von Flüssigkeiten und hat insbesondere eine verbesserte Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit in einem Behälter zum Gegenstand.

Die Flüssigkeit in einem Behälter wird auf herkömmliche Art und tfeise an der Bodenöffnung abgelassen. Die in einem Behälter gespeicherte Flüssigkeit enthält oftmals Verunreinigungen oder Feststoffe, bei denen es sich im allgemeinen um schwerere Substanzen handelt, die sich im Laufe der Zeit am Boden des Behälters absetzen. Werden die abgesetzten Feststoffe zusammen mit der Flüssigkeit vom Boden des Behälters abgezogen, so verursachen sie eine Verstopfung der die Flüssigkeit führenden Leitungen oder Ventile sowie eine Beschädigung der Pumpen oder sonstigen Maschten, denen die Flüssigkeit zugeführt wird. Trinkwasser in einem Behälter enthält bisweilen schädliche Feststoffteilchen, die nicht in den Mund gelangen dürfen. Demgegenüber mögen bei gewissen chemischen Prozessen entweder die abgeklärte Flüssigkeit oder die der Flüssigkeit entzogenen Feststoffteilchen das gewünschte Produkt sein. Die Filtrierung einer in einem Behälter gespeicherten Flüssigkeit ist eines der wichtigsten Probleme, die in der Industrie und für unser Leben gelöst werden müssen.

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% U868Z2

Die Feststoffteilchen in einer Flüssigkeit werden durch Verwendung eines Filtermediums entfernt, das die Flüssigkeit durchläßt, die Feststoffteilchen jedoch zurückhält. Die zu filternde Flüssigkeit geht durch das Filtermedium, wenn sie durch eine Antriebskraft beaufschlagt wird. Diese Kraft kann durch Schwerkraft, Zentrifugalwirkung, Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit über dem Filter oder Anwendung von Vakuum unterhalb des Filters oder durch eine Kombination derartiger Einwirkungen erzeugt werden.

Der Schwerkraftfilter ist die älteste und einfachste Ausführung. In einem Behälter ist jedoch selten Platz für die Anordnung dicker Filterschichten. Zentrifugen mit einer ein poröses Filtermedium enthaltenden Schale können als Filter angesprochen werden, in denen die Schwerkraft durch eine um ein Vielfaches der Schwerkraft größere Zentrifugalkraft ersetzt wird, wobei der Einbau von Zentrifugen in Flüssigkeitsbehältern jedoch schwierig ist.

Druck- oder Saugfilter werden in der Industrie normalerweise gegenüber Schwerkraftfiltern bevorzugt. Die durch Druckoder Saugwirkung erzeugte Antriebskraft ist wesentlich größer als die Schwerkraft, so daß höhere Filtriergeschwindigkeiten möglich sind. Druck- oder Saugfilter haben jedoch den Nachteil, daß sie herstellungsmäßig teuer sind und stets mit der Druck- oder Vakuumquelle verbunden sein müssen.

Herkömmliche Filter sind so konstruiert, daß die ganze Flüssigkeit durch Krafteinwirkung gegen das Filtermedium gepreßt wird. Hierdurch dürften unnötigerweise auch die schwereren Feststoffe abgefiltert werden, die durch Ausfällung aus einem reinen ausfließenden Mittel abgeschieden wurden. Ist das Filtermedium mit einer Schicht weicher Partikel bedeckt, so wird die Filtrierungsgeschwindigkeit verringert.

Herkömmliche Filter haben desweiteren die nachteilige Eigenschaft, daß sich die Filteraggregate aufgrund des auf die kleinen Poren des Filtermediums einwirkenden hohen Druckes schnell mit den Feststoffteilchen zusetzen, so daß sie häufig zum Säubern des Filters ausgewechselt werden müssen. Die Schwerkraft bzw. die Antriebskraft bewirkt die Ablagerung eines Filterkuchens auf dem Filtermedium. Ist der Filterkuchen gelatineartig oder sind die Teilchen eher weich und verdichtbar als fest, so kann der Filterkuchen sich verschließen, d. h. können 9098 16/0550 ^:

die Poren im Kuchen sich zusetzen und die Filtrierung stoppen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß bei Filtrierung einer kolloidalen Lösung mittels einer großen Antriebskraft es oftmals viele Teilchen gibt, die durchmessermäßig größer als die Poren des Filtermediums im Filtrat sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Hydrogel der Flüssigkeit in den Hydrosolzustand übergeht, wenn es unter hohem Druck die Poren des Mediums passiert, so daß die gefilterten kolloidalen Teilchen koagulieren und sich so vergrößern. Geschieht dies, so erfüllt die Filtrierung nicht ihren Zweck.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer verbesserten Filtervorrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter. Die Erfindung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Filterhphlkörper mit einer Vorrichtung zur schwimmenden Lagerung des Filterkörpers in der zu filtrierenden Flüssigkeit, wobei das reine ausfließende Mittel durch die kleinen Poren des Filtermediums eintritt dergestalt, daß das Filtrat vom Filterkörper abgezogen wird, während die Feststoffteilchen sich durch Schwerkraft am Boden des Behälters absetzen, ohne daß sie sich auf der Oberfläche des Filtermediums ablagern. Der Durchsatz bzw. die Filtrierung der Flüssigkeit ist vom Druckgefälleunterschied zwischen der Flüssigkeit im Behälter und dem Filtrat im Filterkörper abhängig. Erfindungsgemäß kann die Flüssigkeit gefiltert werden, ohne daß eine so große Antriebskraft entsteht, daß das Filtermedium durch die Feststoffteilchen verstopft werden könnte.

Durch die Erfindung wird ein schwimmender Filter geschaffen, der auf eine bestimmte Tiefe in der Flüssigkeit eingetaucht ist und sich automatisch entsprechend dem Ansteigen und Absinken des Flüssigkeitsspiegels auf- und abbewegt dergestalt, daß die Filterfläche unabhängig von einer Veränderung des Flüssigkeitsspiegels auf bestimmten Abmessungen ge-Q Halten wird.

co Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer FiI-

^ tervorrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter ist gekennzeich-

^* net durch einen Filterhohlkörper mit einer Vorrichtung zur Ver-

cn längerung und Verkürzung des Körpers ohne Veränderung der

Maschenweite des Mediums entsprechend dem Ansteigen jHid,Ab~- sinken des Flüssigkeitsspiegels.

noch weitere Zielsetzung der Erfindung ist die Schaf-

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fung einer verbesserten Vorrichtung zur kontinuierlichen Filtrierung großer Flüssigkeitsmengen mit einem hohen Gehalt an schwebenden Feststoffen.

Desweiteren hat die Erfindung die Schaffung einer großen Filterfläche für die im Behälter gespeicherte Flüssigkeit zum ι .. Gegenstand dergestalt, daß der hydrostatische Druck auf beiden Seiten des Filters wenigstens annähernd ausgeglichen wird, so daß ein freier Durchgang des Filtrates in den und aus dem vom Filtermedium umschlossenen Raum durch die Molekularbewegung der Flüssigphase möglich ist. Durch Wahl eines geeigneten Mediums können äußerst wirksame Filter für die Filtrierung kolloidaler Lösungen geschaffen werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Schwimmfilter mit einer Vorrichtung zur Übertragung einer Schwingung oder intermittierender -Stöße auf den Filter zum Abschütteln der Teilchen geschaffen, die an den Poren des Filtermediums haften oder diese verschließen, um so kontinuierlich oder intermittierend eine freie Oberfläche für die Flüssigkeit wiederherzustellen.

Die Filter nach der Erfindung können aus jeweils für die zu filternde Flüssigkeit geeigneten Werkstoffen hergestellt werden. Bevorzugt wird ein dünnes Sperrmittel wie z. B. ein Filtertuch, ein Filtersieb, eine poröse Metallfolie oder ein geflochtenes Drahtsieb von entsprechender Maschenweite verwendet. Die öffnung im Sperrmittel müssen nicht immer kleiner ^: als die aus der Flüssigkeit abzuscheidenden Teilchen sein. . Durch Verwendung von zwei oder mehr Lagen eines derartigen Sperrmittels kann die Flüssigkeit wirksam gefiltert werden. Für die Filtrierung einer kolloidalen Lösung lassen sich halbundurchlässige Membranen (z. B. Tierblasen) oder Zellophanfolien verwenden.

^₀ Die Form eines Filters nach der Erfindung ist nicht ent o scheidend, doch ist die Schaffung eines zylindrischen Filter-

cp -

ob körpers von großem Durchmesser vorteilhaft. Zu diesen zylin- ^ drischen Körpern gehören sowohl geometrische Zylinder als ^ auch Prismen. Die wesentlichen Punkte sind die Schaffung ei ui ner möglichst großen Filterfläche und die elastische bzw. cn

ο flexible Ausstattung des Filterkörpers, ohne daß die Maschenweite verändert wird.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der

Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform des Filters zur kontinuierlichen Filtrierung von einem Behäter zugeführter Flüssigkeit,

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht eines Filters zur Behandlung der in einem großen unterirdischen Behälter gespeicherten Flüssigkeit,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, die jedoch eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Filtervorrichtung zeigt.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen stehenden zylindrischen, geschlossenen Behälter 10 mit einer Leitung 11 zur Zuführung einer Flüssigkeit zum Behälter auf. Der Behälter kann von jeder gewünschten Größe und Form sein, wobei als typisches Beispiel der Boden des Behälters die Form eines die Wand 10a bildenden Sumpfes hat, in dem sich abgesetztes Material sammelt, das von Zeit zu Zeit über ein Rohr 10b mit einem darin vorgesehenen Steuerventil 10c abgezogen werden kann.

Eine senkrechte Welle 12 ist im Behälter 10 zwischen dessen Boden und Decke fest angeordnet. Im senkrechten Abstand von der Welle 12 befindet sich ein zylindrischer Balg 13, dessen untere Endplatte 14 wasserdicht auf der Welle befestigt ist. Das obere Ende des Balges 13 ist wasserdicht mit der Unterseite eines runden Schwimmers 15 verbunden, der die Welle 12 umgibt. Der Schwimmer 15 hält den Balg in seiner senkrechten Lage. Demgemäß erfolgt|eine Dehnung oder Zusammenziehung des Balges 13 entsprechend dem Ansteigen und Absinken des Flüssigkeitsspiegeis.

Jer Balg 13 besteht aus einem für die Filtrierung der Flüssigkeit im Behälter 10 geeigneten Filtermedium. Es ist zu beachten, daß sich der Balgfilter 13 entsprechend dem Ansteigen und Absinken des Flüssigkeitsspiegels dehnt und zusammeno zieht, die Poren des,Filters jedoch die vorbestimmte Maschenoo weite behalten. Auf diese Weise geht nur die reine Flüssig- ^ keit durch den Balgfilter 13, der die Feststoffteilchen zu- ^- rückhält. Die Feststoffteilchen setzen sich am Boden des Be-

cn hälters 10 ab.
cn

° Die in den Balgfilter 13 eintretende reine Flüssigkeit wird durch das Rohr Ιό abgeführt, das durch die untere Endplatte 14 des Balges zur Außenseite des Behälters 10 führt.

Die Flüssigkeitsströmung bzw. die Filtrierungsgeschwindigkeit wird durch die Entleerungsrate in Rohr 16 entsprechend dessen Durchmesser reguliert, so daß es ratsam ist, eine große Oberfläche beim Balgfilter 13 vorzusehen. Auf diese Weise gestattet die Durchsatzleistung des Balgfilters 13 relativ zum Durchmesser des Rohres Io eine besonders wirksame Filtrierung der behandelten Flüssigkeit.

Durch die dargestellte Anordnung wird reine Flüssigkeit aus dem Rohr 16 abgezogen. Handelt es sich bei dem Behälter um einen Trinkwasserbehälter, so erhält man aus dem Rohr 16 stets reines Wasser. Wird der Behälter 10 als Kraftstoffbehälter für einen Verbrennungsmotor benutzt, so wird dessen Kraftstoffpumpe immer geklärter Kraftstoff zugeführt. Falls der erfindungsgemäße Behälter in einem Schmiersystem wie z. B. einem Schmierölspender eingesetzt wird, dient der Filter dazu, Fremdstoffe aus dem Öl zu entfernen. Der erfindungsgemäße Behälter wird auch bei der Herstellung von Chemikalien bei gewissen Prozessen verwandt, um das flüssige Filtrat und den festen Filterkuchen zurückzugewinnen. Das Flüssigfiltrat wird dem Rohr 16 entnommen, während der Filterkuchen und die Ausfällprodukte kontinuierlich aus dem unteren Rohr 10b ausgestoßen werden.

In Fig. 2 der Zeichnung dienen gleiche Bezugsziffern zur Bezeichnung der gleichen Teile wie in Fig. 1. Der Behälter dieser zweiten Ausfiihrungsform ist jedoch als unterirdischer Speichertank für eine Tankstelle vorgesehen. Eine senkrechte Hohlwelle 12» verläuft nach unten durch die obere Wandung des Behälters 10 in den Behälter. Der untere Endabschnitt der Welle 12^f trägt die untere Endplatte 14 eines Balgfilters 13 dergestalt, daß die Platte 14 in einem Abstand von der unteren Wandung des Behälters 10 gehalten wird. Am oberen Ende des Balgfilters 13 ist ein Schwimmer 15 vorgesehen, der die Welle 12' umgibt und dazu dient, den Balgfilter in seiner dargestellten aufrechten Stellung zu halten. Somit wird geklärter Kraftstoff vom Speicherbehälter 10 durch die Hohlwelle 12' gepumpt. Bei ·, der aufgezeigten Anordnung würden Meßinstrumente für den Kraftstoff nicht durch den Staub beschädigt, der in den Speicherbehälter 10 gelangt sein könnte. Der Verbraucher erhält also immer reinen Kraftstoff.

In Fig. 3 der Zeichnung dienen gleiche Bezugsziffern wiederum zur Bezeichnung der gleichen Teile wie in den Fig. 1

und 2. Diese dritte Ausführungsform wird bevorzugt zur Behandlung großer Flüssigkeitsmengen mit einem hohen Gehalt an Verunreinigungen oder zur Behandlung von kolloidalen Lösungen verwendet. Der Behälter 10 gemäß Fig. 3 ist mit einer Vielzahl von Balgfiltern 13, 13 mit der unteren Endplatte 14 bzw. der oberen Endplatte 17 ausgestattet. Die untere Endplatte 14 eines jeden Balgfilters 13 besitzt ein Loch, das mit einem feststehenden Verteiler 16» am Boden des Behälters in Verbindung steht, während die obere Endplatte 17 in jedem Balgfilter durch ein Stangenteil 18 fest mit einem Schwimmer 15* verbunden ist. Der Behälter 10 besitzt mehrere Träger 19, 19,

die jeweils lose einen Schwimmring 20 tragen. Die Ringe 20, sind zur Verankerung des Schwimmers 15* durch Seile 21, 21 eingerichtet. Durch die dargestellte Anordnung erhält man eine große Filtrierungsflache, wobei das in jeden Balgfilter strömende Filtrat gesammelt und durch den Verteiler 16* ausgetragen wird. Die Balgfilter 13, 13 gemäß dieser Ausführungsform sind zusammen mit dem Schwimmer 15* quer zueinander beweglich, wenn eine seitliche Kraft von Hand oder auf einem geeigneten mechanischenWege angewendet wird. Diese seitliche Kraft erzeugt eine Schwingung, durch die die Feststoffteilchen oder kolloidalen Partikel abgeschüttelt werden, die in den Poren des Filters sitzen. Auf diese tfeise kann eine unverschlossene Oberfläche an den Balgfiltern 13, 13 gewährleistet werden.

Der Balgfilter nach der Erfindung kann mit einer Lage oder Vorsicht eines Filterhilfsmittels bedeckt werden, oder aber es wird das Filterhilfsmittel der Flüssigkeit zugegeben, wenn der Filterkuchen besonders verdichtbar, gelatineartig oder schleimig ist und dazu neigt, den Filter zuzusetzen.

Es ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein äußerst wirksamer Filtrierapparat von kompakter Bauart geschaffen wird, der durch «Vahl eines geeigneten Filtermediums eine vollstandiu-, ge Filtrierung der Flüssigkeit sicherstellt. Die einzigen be- ° weglichen Teile sind der Schwimmer und "der Balgfilter, die billig hergestellt und gewartet werden können.

⁰^ Erfindungsgemäß wird verhindert, daß die Flüssigkeit in ο einem Behälter irgendwelche Verunreinigungen oder Feststoffen

teilchen mitführt, die in der Flüssigkeit schwimmen. Die er-

° findungsgemä^e Filtrierung erfolgt ohne eine so große Antriebskraft, als daii sich der Filter zusetzen und die Filtrierung stoppen Könnte, so da3 der Filter eine lange Lebensdauer lia~.

Obwohl nur drei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sind andere Ausführungsformen, Abwandlungen und Anpassungen möglich ohne daß der Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche verlassen wird.

Patentanwalt· Dlpl.-Ing. Hellmuth Kos«« Dipl.-In?. Horst Rd f · D'. I. Ug. 'eier Kosel

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Filtrierung von Flüssigkeiten in einem Behälter, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Filterhohlkörper mit Vorrichtungen zum Tragen und zum Halten der Filterhohlkörper_% in aufrechter Stellung in der zu filternden Flüssigkeit sowie mit Vorrichtungen zum Ableiten des Inhalts der Hohlkörper aus dem Behälter.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schwimmeranordnung mit einem oder mehreren darunter befindlichen Filterhohlkörpern, die sich ohne Veränderung der Porengröße im Filtermedium ausdehnen und zusammenziehen können.

3.Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteriiohlkörper elastisch sind und die Schwimmeranordnung Vorrichtungen umfaßt, die dem oder den Körpern eine Schwingung oder eine Stoßwirkung erteilt.

4· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Balg aus einem Filtermedium, dessen unteres Ende geschlossen und im Abstand vom Boden des Behälters gehalten ist, und durch eine mit dem oberen Ende des Balges verbundene Schwimmeranordnung.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Filterbalg eine Entnahmeleitung geführt ist, deren Einlaßöffnung am unteren Ende des Balges liegt und deren Auslaßöffnung außerhalb des Behälters liegt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterbalg einer Hohlwelle in aufrechter Stellung gehalten ist und diese Hohlwelle als Entnahmeleitung für den Balginhalt dient.

7· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vostehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zylindri-ο sehen Balgen aus einem Filtermedium, deren oberen und unte- ^ ren Enden wasserdicht abgeschlossen sind durch einen Vertei- ^ ler, der mit dem Innenraum eines jeden Balges in Verbindung "^ steht durch einen mit dem oberen Ende eines jeden Balges ver-

on bundenen Schwimmer und durch Vorrichtungen zur Verankerung des

Q Schwimmers, um die Balge in ihrer aufrechten Stellung in de.r zu filternden Flüssigkeit zu halten, wobei die Verankerungavorrichtungen Mittel aufweisen, um dem Schwimmer eine Schwingung bzw. eine Stoßwirkung au erteil