DE19608104C1 - Druckimpuls-Rückspülung von Filtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückspülung von Filtern, insbesondere von Querstromfiltern mit einem Spülmedium mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Rückspülung von Filtern ist durch die DE-OS 28 31 607 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung zur Rückspülung von Filtern mit einem Spülmedium weist einen Hydrospeicher in Form eines Membranspeichers auf. Dieser nimmt mittels eines Druckimpulses die Rückspülung vor und ist als Trennelement mit einer Membran versehen, die das Spülmedium von einem gasför­ migen Arbeitsmedium auf der Gasseite des Speichers trennt.

Durch die US-PS 4 088 576 ist eine Reinigungsvorrichtung für sog. Querstromfilter­ einheiten bekannt, wobei die Rückspülung über einen als blow back tank bezeich­ neten Speicher erfolgt, der mit zunehmender Verschmutzung für einen Rückspül­ vorgang über ein Zeitschaltglied, das ein Ventil ansteuert, zugeschaltet wird.

Eine Filtervorrichtung ist durch den Firmenprospekt "Automatische Rückspülfilter" Baureihe RF 2 bekannt. Bei dieser bekannten Filtervorrichtung tritt das zu filternde Fluid oben in ein Filtergehäuse ein und strömt durch einzelne Filterelemente des Filters von innen nach außen, wobei die Schmutzpartikel, die sich in der Flüssigkeit oder dem Fluid befinden, auf der Innenseite der Filterelemente abgeschieden werden. Die derart gereinigte als Filtrat bezeichnete Flüssigkeit wird anschließend aus dem Filtergehäuse zur weiteren Verwendung abgeführt. Mit zunehmender Verschmutzung steigt der Differenzdruck, gemessen zwischen Filterein- und Filteraustritt, wobei bei einem vorgebbaren Schwellenwert ein Reinigungsvorgang durch Rückspülen des Filters mit seinen Filterelementen ausgelöst wird.

Für einen dahingehenden Rückspülvorgang wird das Filtrat derart umgelenkt, daß es nun von der anderen Seite, also in umgekehrter Richtung durch das zu reinigende Filterelement strömt und dabei die anhaftenden Verunreinigungen von der Filteroberfläche abreinigt. Während der Abreinigung eines Filterele­ mentes werden die übrigen Filterelemente des Filters weiter mit dem verunrei­ nigten Fluid beaufschlagt und sorgen zum einen für die benötigte Rückspül­ flüssigkeitsmenge des zu reinigenden Filterelementes und zum anderen für eine kontinuierlich fortgesetzte Filtration. Mithin kommt es nicht zu einer Unter­ brechung des Filtriervorganges und somit zu hohen Filtrationsleistungen. Da es sich jedoch gezeigt hat, daß die Spülleistung mit der Flüssigkeit auf der einen Seite oft nicht genügt, die ausgefilterten Rückstände konsequent aus dem Filter oder aus dem Flüssigkeitskreislauf zu entfernen, ist in der nachveröffent­ lichten DE 195 42 578.2 eine Rückspülung des Filters mittels Druckgas, ins­ besondere in Form von Druckluft vorgeschlagen worden. Vergleichbar der Rückspülflüssigkeit wird nunmehr mittels des Druckgases der Reinigungsvor­ gang bei dem Filter durchgeführt. Das Druckgas übernimmt mit relativ niedri­ gem Druck kontinuierlich die Abreinigung des jeweiligen Filterelementes von den Verschmutzungen unter Vermeidung von Druckstößen, die mit der Druck­ versorgungseinrichtung dieser Rückspülvorrichtung nur schwer beherrschbar wären, und zum Versagen der gesamten Filtervorrichtung führen könnten. Mit der kontinuierlichen Abreinigung unter niedrigem Druck lassen sich jedoch hartnäckige Verschmutzungen nicht immer beseitigen, so daß trotz der Rück­ spülreinigung mit Druckgas von Zeit zu Zeit die verbrauchten Filter gegen neue auszutauschen sind, was die Standzeit der Filtervorrichtung verringert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, eine Vorrichtung zur Rückspülung von Filtern, insbesondere von Querstromfil­ tern, zu schaffen, mit der sich auch hartnäckige Verschmutzungen an den Filtern beseitigen lassen.

Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine separate Antriebsvorrichtung vorgesehen, die gegenüber dem Hydrospeicher über ein Schaltventil abgetrennt oder mit diesem verbunden werden kann. Aufgrund dieser Antriebsvorrichtung, die auf das Arbeitsmedium des Hydrospeichers einen Druckimpuls ausübt, der wieder­ um über das Trennelement des Hydrospeichers auf das Spülmedium bei einem Rückspülvorgang einwirkt, lassen sich kurzfristig ungedämpft sehr große Impuls­ übertragungsraten erzielen, so daß der Rückspülvorgang und mithin die Reinigung des Filters gegenüber dem vorbeschriebenen Stand der Technik verbessert ist.

Hydrospeicher sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt und werden unterschieden in Blasen-, Membran- und Kolbenspeicher. Die Wirkungsweise dieser Speicher basiert grundsätzlich darauf, daß die Kompressibilität eines Gases zur Flüssigkeitsspeicherung ausgenutzt wird. Dabei dient grundsätzlich Stickstoff als Energieträger. Die hydropneumatischen Speicher bestehen aus einem Flüssigkeits- und einem Gasteil mit einem dazwischen angeordneten gasdichten Trennelement. Der Flüssigkeitsteil steht üblicherweise mit einem hydraulischen Kreislauf in Verbindung, wobei beim Ansteigen des Druckes im Kreislauf das Gas auf der Gasseite komprimiert wird. Analog kann bei einem Druckabfall auf der Flüssigkeitsseite das verdichtete Gas expandieren und die gespeicherte Flüssigkeit wird dadurch wieder in den Kreislauf verdrängt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Flüssigkeitsteil des Hydrospei­ chers an die Filtratseite des Filters angeschlossen, wobei das Spülmedium aus dem aus dem Filter stammenden Filtrat bestehen kann, das auf der Flüssigkeits­ seite des Hydrospeichers in diesen eingespeist wird oder alternativ aus einem Fremdmedium, das vor dem Rückspülvorgang auf die Flüssigkeitsseite des Hydrospeichers in diesen eingebracht wird. Unter der Wirkung des "vor­ gespannten" Hydrospeichers läßt sich dann schlagartig die Rückspülung des Filters vornehmen und es sind sehr hohe Druckspitzenwerte erreichbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der die jeweilige Rückspülung vornehmende Hydrospeicher mit einem Trenn­ element versehen, das das Spülmedium von einem Arbeitsmedium trennt, auf das eine den Druckimpuls erzeugende Antriebsvorrichtung einwirkt. Bei der dahingehenden Ausgestaltung ist die Gasseite des Hydrospeichers an eine Antriebsvorrichtung angeschlossen, beispielsweise in Form einer Hydraulikpum­ pe, eines mechanischen Antriebes, eines Kompressors oder eines üblichen Druckluftnetzes. Durch das Trennelement des jeweiligen Hydrospeichers ist eine Medientrennung zwischen dem Rückspülantriebsfluid und dem eigentli­ chen Spülmedium, beispielsweise in Form des Filtrates erreicht und die An­ triebsvorrichtung kann über das Arbeitsmedium auf der Gasseite des Hydrospei­ chers den Druckimpuls an das jeweilige Spülmedium weitergeben. Das Arbeits­ medium auf der Gasseite des Hydrospeichers kann dabei auch aus einer inkom­ pressiblen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder dergl., gebildet sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an eine Verrohrung und in Fluidrichtung hinter einem letzten, die Rückspülung vornehmenden Hydrospeicher mindestens ein weiterer der Filtratspeicherung dienender Hydrospeicher angeordnet, wobei die unterschied­ lich verwendbaren, im Aufbau aber im wesentlichen gleich ausgebildeten Hydrospeicher über ein Schaltventil voneinander trennbar sind. Aufgrund dieser Anordnung ist eine unterbrechungsfreie Lieferung von Filtrat an einen Verbrau­ cher auch während eines Rückspülvorganges möglich, wobei die Versorgung der jeweilige der Filtratspeicherung dienende Hydrospeicher übernimmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der einzigen Figur näher erläutert, die in prinzipieller Darstellung anhand einer Art Schalt­ bild das Zusammenwirken der Komponenten der Rückspülvorrichtung zeigt.

In der Figur ist mit F1 ein Querstromfilter bezeichnet, dessen Filtermedium tangential überströmt ist. Auf der Eingangsseite E des Querstromfilters F1 wird das verschmutzte zu filtrierende Fluid zugeführt und auf der Ausgangsseite A findet die sogenannte Retentatabfuhr statt. An den Filter F1 ist eine Verrohrung 10 angeschlossen, die der Filtratabfuhr, also der Abfuhr des mit dem Quer­ stromfilter F1 gereinigten Fluids dient. Anstelle des Querstromfilters F1 kann auch ein übliches Filterelement, beispielsweise in Form eines sogenannten dead-end-Filters treten (nicht dargestellt), über dessen Ausgangsseite unmittelbar die Filtratabfuhr erfolgt. Auch können mehrere hintereinander geschaltete Filter oder Filterelemente (nicht dargestellt) entsprechend an die Rückspülvorrichtung angeschlossen, von dieser einzeln oder gemeinsam rückgespült werden.

In Fluidrichtung des Filtrats, unmittelbar hinter dem Querstromfilter F1 ist ein Hydrospeicher S1 mit seiner Fluidseite an die Verrohrung 10 angeschlossen. Ein im Innern des Hydrospeichers S1 angeordnetes Trennelement 12, beispiels­ weise in Form einer elastisch verformbaren Membran oder eines innerhalb des Hydrospeichers S1 längs verfahrbaren starren Kolbens, trennt das Spülmedium von einem auf der Gasseite des Hydrospeichers S1 angeordneten Arbeitsmedi­ um. Eine mit A1 bezeichnete Antriebsvorrichtung beispielsweise in Form einer Hydraulikpumpe kann auf das oberhalb des Trennelementes 12 angeordnete Arbeitsmedium in Form eines inkompressiblen Fluids, beispielsweise in Form von Wasser, einwirken. Zwischen der druckführenden Verbindung der An­ triebsvorrichtung A1 und dem Hydrospeicher S1 ist ein Schaltventil V1 ange­ ordnet, das in Abhängigkeit seines Schaltzustandes die druckführende Verbin­ dung absperrt oder freigibt.

An die Verrohrung 10 und in Fluidrichtung hinter dem die Rückspülung vor­ nehmenden Hydrospeicher S1 ist ein weiterer, nunmehr der Filtratspeicherung dienender Hydrospeicher S2 angeordnet, der ebenfalls über seine Flüssigkeits­ seite an die Verrohrung 10 angeschlossen ist. Die unterschiedlich einsetzbaren Hydrospeicher S1, S2 sind über ein weiteres Schaltventil V2 fluidführend miteinander verbindbar. An die Verrohrung 10 und in Fluidrichtung hinter dem der Filtratspeicherung dienenden Hydrospeicher S2 ist ein Verbraucher (nicht dargestellt) als Filtratabnehmer angeschlossen. Zwischen diesem Verbraucher und in Fluidrichtung hinter dem Hydrospeicher S2 ist wiederum in der Ver­ rohrung 10 ein Ventil, diesmal in Form eines Drosselventiles V3 angeordnet und der Hydrospeicher S2 weist in der Zeichnung auf seiner Gasseite eine zur Umgebung hin öffnende Ventileinheit V4 auf. Auch der Hydrospeicher S2 ist vergleichbar dem Trennelement 12 des Hydrospeichers S1 mit einem Trenn­ element 12 versehen. Zwischen der Ventileinheit V4 und der Oberseite des Hydrospeichers S2 mündet in die dahingehende druckführende Verbindungs­ stelle der zu einer Druckquelle führende Anschluß 14 ein, die aus der Antriebs­ vorrichtung A1 gebildet sein kann oder der Anschluß 14 führt zu einem übli­ chen Druckluftnetz oder einer sonstigen Druckversorgungsstelle (nicht darge­ stellt). Wie noch näher ausgeführt werden wird, kann die Ventileinheit V4 mit dem Anschluß 14 alternativ an die Stelle des Drosselventiles V3 treten. Aus zeichnerischen Vereinfachungsgründen wurden jedoch beide Lösungen in der prinzipiellen Schaltdarstellung gemeinsam dargestellt.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand ihrer Funktion des besseren Verständnisses wegen näher erläutert.

Die Rückspülung wird zum Zeitpunkt t0 eingeleitet, wobei das Schaltventil V2 geschlossen ist. Nach Inbetriebnahme der Antriebsvorrichtung A1 und an­ schließendem Öffnen von Schaltventil V1 fördert der mit der Antriebsvorrich­ tung A1 erzeugte und bis zum Zeitpunkt t1 wirkende Druckimpuls das auf der Fluidseite des Hydrospeichers S1 bevorratete Spülmedium in Form des Filtrats impulsartig und in umgekehrter Richtung über die Verrohrung 10 durch das Filtermedium des Querstromfilters F1. Bei einem inkompressiblen Arbeitsmedi­ um auf der Gasseite des Hydrospeichers S1 erfolgt eine optimale Impulsüber­ tragung. Wird ein gasförmiges Arbeitsmedium gewählt, so verhindert die Medientrennung über das zugeordnete Trennelement 12 einen unerwünschten Gaseintrag auf die Filtratseite. Anstelle der Spülung mit Filtrat kann eine Rück­ spülung mit einem Fremdmedium vorgesehen sein, das dann jedoch vor dem Rückspülvorgang erst noch auf die Fluidseite des Speichers S1 über eine ge­ eignete Vorrichtung in diesen einzubringen ist.

Während der in der Regel nur kurzzeitigen Rückspülung übernimmt dann der über das Schaltventil V2 von der Rückspülung abgekoppelte Hydrospeicher S2 die weitere Filtratlieferung an den angeschlossenen Verbraucher, so daß, wie dies in Blickrichtung auf die Figur gesehen ganz rechts dargestellt ist, die Fördermenge Q an den Verbraucher über die Zeit konstant bleibt. Der Hydro­ speicher S2 wird während des eigentlichen Filterbetriebes entweder durch die Stauwirkung des Drosselventils V3, wobei dann die Ventileinheit V4 entfallen kann oder durch Filtratrückstaudruck bei geöffneter Ventileinheit V4 automa­ tisch mit dem Filtrat befüllt. Der Druck im Hydrospeicher S2 liegt dabei um den vom Drosselventil V3 erzeugten Druckabfall höher als der Filtratdruck. Dieser Differenzdruck dient als eine Art Antrieb für die Filtratlieferung während des Rückspülvorganges bei geschlossenem Schaltventil V2.

Sollte dieser Druck nicht ausreichen oder aus anderen Gründen die Filtratstau­ ung durch das Drosselventil V3 unerwünscht sein, so kann durch Verwenden der Ventileinheit V4 die Speicherbefüllung bei einem Gegendruck im Bereich des Umgebungsdruckes durchgeführt werden. Während des Rückspültaktes wird dann die Ventileinheit V4 geschlossen und Druckluft oder beispielsweise von der Antriebsvorrichtung A1 stammendes Antriebsmedium wird über den Anschluß 14 auf die Gasseite des Hydrospeichers S2 gebracht, um den zur Filtratlieferung nötigen Förderdruck im Speicher S2 zu erhalten. Der impuls­ artige innerhalb der Zeit t0-t1 wirkende Druckstoß der Antriebsvorrichtung A1 für einen Rückspülvorgang ist in Blickrichtung auf die Figur gesehen ganz oben in einem Diagramm dargestellt, bei dem der Impulsdruck über der Zeit aufge­ tragen ist.

In Abhängigkeit vom Anwendungsfall und der Baugröße der rückzuspülenden Filter, insbesondere der Querstromfilter F1 können mehrere vergleichbare Hydrospeicher S1 und S2 in Funktionsgruppen voneinander getrennt entlang der Verrohrung 10, gegebenenfalls auch in mehreren Parallelzweigen zuein­ ander angeordnet sein. Mit der Vorrichtung läßt sich somit in kürzester Zeit, mit einem geringen baulichen Aufwand eine vollständige Abreinigung des jeweiligen Filters auch bei hartnäckigen Verschmutzungen erreichen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Rückspülung von Filtern, insbesondere von Querstromfil­ tern (F1) mit einem Spülmedium, das in mindestens einem Hydrospeicher (S1) bevorratbar ist, der mittels eines Druckimpulses die Rückspülung vornimmt und mit einem Trennelement (12) versehen ist, das das Spülme­ dium von einem Arbeitsmedium trennt, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Arbeitsmedium eine den Druckimpuls erzeugende Antriebsvorrichtung (A1) einwirkt, zwischen der und dem jeweiligen Hydrospeicher (S1) ein Schaltventil (V1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ vorrichtung (A1) aus einer Hydraulikpumpe oder einem mechanischen Antrieb oder einem Kompressor oder einem Druckluftnetz gebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige die Rückspülung vornehmende Hydrospeicher (S1) an die Filtratseite des jeweils rückzuspülenden Filters (F1) über eine Verroh­ rung (10) angeschlossen ist und daß das Spülmedium aus dem Filtrat des Filters (F1) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ver­ rohrung (10) und in Fluidrichtung hinter einem letzten die Rückspülung vornehmenden Hydrospeicher (S1) mindestens ein weiterer der Filtratspei­ cherung dienender Hydrospeicher (S2) angeordnet ist und daß die unter­ schiedlich einsetzbaren Hydrospeicher (S1, S2) über ein weiteres Schalt­ ventil (V2) voneinander trennbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ver­ rohrung (10) und in Fluidrichtung hinter einem letzten der Filtratspeiche­ rung dienenden Hydrospeicher (S2) ein Verbraucher angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbraucher und in Fluidrichtung hinter dem letzten der Filtratspei­ cherung dienenden Hydrospeicher (S2) in der Verrohrung (10) ein Ventil, insbesondere ein Drosselventil (V3) angeordnet ist, und/oder daß minde­ stens ein Teil dieser Hydrospeicher (S2) mit einer zur Umgebung öffnen­ den Ventileinheit (V4) versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige zur Umgebung hin öffnende Ventileinheit (V4) an eine Druckquelle an­ schließbar ist oder daß im abgesperrten Zustand der Ventileinheit (V4) die Druckquelle auf den Inhalt des jeweiligen der Filtratspeicherung dienen­ den Hydrospeichers (S2) einwirkt.