DE19815380A1 - Filterelementemodul für die Heißfluidfiltration - Google Patents

Abstract

Filterelementemodul (1; 22; 24) für Heißfluidfiltration, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A daß mehrere Filterelemente (4) an einem Tragrohr (2) befestigt sind, das einen Strömungsweg (3) für das gefilterte Reinfluid bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelementemodul für Heißfluidfiltration.

Zur Filtration von Heißfluiden werden verstärkt selbsttragende Filterelemente eingesetzt. Diese bestehen aus einem porösen Material beispielsweise einem Keramikmaterial und sind in der Regel röhrenförmig ausgebildet. Das Material solcher Filterelemente ist relativ brüchig, und da die Filterelemente beim Betrieb, beispielsweise durch die hohen Betriebstemperaturen und die bei der Gegenstromabreinigung auftretenden Belastungen, insgesamt hohen Belastungen ausgesetzt sind, hängt die Zuverlässigkeit und die Anfälligkeit der Filterelemente in einem hohen Maße von der Art der Befestigung in der Filtrationsanlage ab.

Ein grundsätzliches Problem bei Filtrationsanlagen ist es, möglichst große Filterflächen in einem möglichst kleinen Rauminhalt unterzubringen. Dazu kommt, daß durch die langjährige Verwendung von Filterschläuchen als Filterelemente traditionell bedingt für Filtrationsanlagen generell die zur Verfügung stehende Grundfläche relativ begrenzt ist, während in der Höhe mehr Platz zur Verfügung steht. Das hat bisher dazu geführt, daß die Filterelemente möglichst lang waren und beidseitig, d. h. in ihrem Kopfbereich und ihrem Fußbereich, befestigt wurden. Dabei war der Kopf eines Filterelements an einer im wesentlichen waagrecht verlaufenden Trennwand zu dem über dem Rohfluidraum gelegenen Reinfluidraum befestigt. Der Fuß eines Filterelements war gegen eine Feder abgestützt, um die beträchtlichen temperaturbedingten Längenänderungen zuzulassen. Das von der Rohfluidseite her zuströmende verschmutzte Heißfluid wird durch die Filterelemente und in den Reinfluidraum über den Filterelementen gesaugt oder gedrückt, durch den der Weitertransport erfolgt.

Die maximale Länge der Filterelemente ist bei dieser Art der Befestigung beschränkt. Folglich kann häufig der in der Höhe zu Verfügung stehende Raum nicht oder nicht optimal genutzt werden.

Diese Art der Befestigung erlaubt nur den Austausch einzelner Filterelemente. In der Praxis läuft das so ab, daß durch Abweichungen von den normalen Betriebsdrücken oder durch Messung der Reingaskonzentration der Defekt eines oder mehrerer Filterelemente festgestellt wird. Es muß dann bei außer Betrieb gesetzter Filtrationsanlage jedes einzelne Filterelement in der Anlage geprüft werden, um das oder die defekten Filterelemente zu bestimmen. Diese werden dann ausgebaut und durch funktionierende Filterelemente ersetzt. Bei der großen Anzahl der in einer Filtrationsanlage benötigten Filterelemente ist das ein zeitraubendes Verfahren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Einbau der Filterelemente in eine Heißfluidfiltrationsanlage einfacher und wartungsfreundlicher vorzusehen und so zu gestalten, daß eine variablere Raumausnutzung auch in der Höhe der Filtrationsanlage ermöglicht ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Filterelementemodul für Heißfluidfiltration, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere Filterelemente an einem Tragrohr befestigt sind, das einen Strömungsweg für das gefilterte Reinfluid bildet.

Die modulare Bauweise ermöglicht das Austauschen einer ganzen Gruppe von Filterelementen, von denen eines oder mehrere defekt sind. Eine Überwachungseinrichtung beispielsweise ein Reingassensor kann einem Filterelementemodul zugeordnet sein, so daß im Betrieb eine Überwachung der Funktionsfähigkeit der einzelnen Filterelementemodule erfolgen kann. Der gezielte Austausch eines Filterelementemoduls ist dann sehr schnell möglich, und die Ausfallzeit der Anlage ist verglichen mit dem bisherigen Prozedere äußerst gering.

Das Tragrohr besteht beispielsweise aus einem wärmebeständigen, stabilen und nicht korrodierenden Material, beispielsweise Edelstahl. Es muß im Querschnitt nicht notwendigerweise kreisförmig sein, es sind auch ovale Querschnitte und mehreckige Querschnitte vorstellbar. Die Filterelemente sind an diesem Tragrohr so befestigt, daß ihr hohles Innere zu dem den Strömungsweg für das gefilterte Reinfluid bildenden Inneren des Tragrohrs hin offen ist. Die größere Stabilität des Tragrohrs verglichen mit den Filterelementen ermöglicht eine sehr große Länge des Tragrohrs. Infolgedessen ist es möglich, bei einem vertikalen Einbau des Tragrohrs die gesamte für die Filtrationsanlage zur Verfügung stehende Höhe problemlos zu nutzen.

Es ist bevorzugt, daß mindestens ein längliches Filterelement vorgesehen ist. Längliche, insbesondere längliche röhrenförmige Filterelemente haben den Vorteil, leicht herstellbar zu sein, und können leicht in ausreichender Zahl für eine genügend große Filterfläche nebeneinander an dem Tragrohr befestigt sein. Die Befestigung eines länglichen Filterelements im wesentlichen im rechten Winkel mit seiner Längserstreckung zu der Längserstreckung des Tragrohrs ist besonders günstig.

Besonders viele Filterelemente lassen sich an einem Tragrohr befestigen, wenn sie, betrachtet im Querschnitt durch das Tragrohr, in mehreren Radialrichtungen von diesem wegragend befestigt sind. Der Begriff Radialrichtung ist in diesem Zusammenhang nicht zwangsweise streng geometrisch zu sehen, wonach sich die Längsachsen der Filterelemente in einem Punkt schneiden würden. Damit soll vielmehr auch ein Zustand umfaßt sein, bei dem die Filterelemente von dem Tragrohr im Querschnitt betrachtet wie Stacheln eines Igels wegragen.

Besonders günstig ist es, wenn mehrere Filterelemente in einer Reihe oder in mehrere Reihen an dem Tragrohr befestigt sind. Diese Reihen können, müssen aber nicht in der Längsrichtung des Tragrohrs verlaufen. Es kann auch günstig sein, mehrere oder alle Filterelemente einer Reihe mit gleichem Abstand voneinander vorzusehen.

Es ist bevorzugt, mehrere Filterelemente in einer zueinander entgegengesetzten Anordnung an dem Tragrohr befestigt vorzusehen. Insbesondere können entgegengesetzte Reihen von Filterelementen vorgesehen sein. Auch hier ist es nicht wesentlich, daß die jeweils entgegengesetzten Filterelemente mit ihren Längsachsen entlang einer Linie vorgesehen sind. Gewisse Abweichungen beispielsweise eine Anordnung mit einem Winkel von 15° oder mehr zueinander sind tolerabel. Die entgegengesetzte Anordnung von zwei Reihen an dem Tragrohr gibt dem Filterelementemodul, wenn man seine Außenkonturen betrachtet, eine im wesentlichen flache, kastenförmige Gestalt. Filterelementemodule mit einer solchen Gestalt können ganz besonders eng und platzsparend geschachtelt werden.

Es ist insbesondere bevorzugt, daß mindestens ein Filterelement an einem Ende freitragend an dem Tragrohr befestigt ist und das jeweils andere Ende des Filterelements nicht abgestützt ist. Die einseitige Befestigung gibt den Filterelementen die freie Dehnungsmöglichkeit. Eine unproblematische Anpassung an Temperaturänderungen ist dadurch gegeben. Die Verwendung kürzerer Filterelemente, die für diese einseitige Einspannung besonders geeignet sind, hat den weiteren Vorteil der einfacheren und kostengünstigeren Herstellung dieser Filterelemente. Alternativ ist es auch möglich, die Filterelemente an beiden Enden an je einem Tragrohr zu befestigen. Dann können längere Filterelemente verwendet werden. Eine Dehnungsmöglichkeit kann beispielsweise geschaffen werden, indem eine Bewegungsmöglichkeit der beiden Tragrohre zueinander ermöglicht ist. Es ergibt sich ein leiterartiges Filterelementemodul, wenn eine Reihe von Filterelementen an beiden Enden je an einem Tragrohr befestigt ist. Dann ist es günstig den Strömungsweg durch beide Tragrohre vorzusehen und insbesondere die Strömung in den Tragrohren entgegengesetzt vorzusehen, d. h. das Filterelement, das bei dem einen Tragrohr bezogen auf den Strömungsweg betrachtet, am weitesten hinten angeordnet ist, ist bei dem anderen Tragrohr bezogen auf den Strömungsweg betrachtet am weitesten vorne angeordnet.

Sowohl die Befestigung des Filterelement an einem Ende freitragend an dem Tragrohr wie auch die Befestigung an beiden Enden führt verglichen mit der bisherigen Befestigung von Filterelementen in Heißfluidfiltrationsanlagen zur Vermeidung einer Vielzahl unterschiedlicher Bauteile und bringt insgesamt betrachtet eine wesentlich einfachere und unkompliziertere Herstellung mit sich. Insbesondere ist die aufwendige Federbefestigung der Filterelemente vermieden.

Es ist ganz besonders bevorzugt, daß mindestens ein Tragrohr einen Strömungsweg für das gefilterte Reinfluid und für das zur Rückspülung verwendete Fluid, vorzugsweise nach dem Jet-Impuls Prinzip, bildet. Bei den bisherigen Heißfluidfiltrationsanlagen sind im Reinfluidraum über der Trennwand bis hin zu jedem einzelnen Filterelement Leitungen für die Rückspülung erforderlich. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Strömungswegs für das gefilterte Reinfluid und das zur Rückspülung verwendete Fluid innerhalb eines Moduls reduziert sich die Anzahl der für die Rückspülung erforderlichen Leitungen beträchtlich. Es kann beispielsweise für ein oder für mehrere Module eine Leitung für das zur Rückspülung verwendete Fluid vorgesehen sein, die im wesentlichen an beliebiger Stelle an einem Modul angeschlossen sein kann.

Vorzugsweise ist für mindestens ein Tragrohr ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung in einer Heißfluidfiltrationsanlage vorgesehen. Dabei kann es sich um eine schnell lösbare Verbindung beispielsweise in der Art eines Bajonettverschlusses handeln, die ein schnelles Austauschen eines Filterelementemoduls erlaubt. Es kann auch eine Klemmbefestigung bei der Heißfluidfiltrationsanlage vorgesehen sein, in der das Filterelementemodul zur Befestigung festgeklemmt wird.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Heißfluidfiltrationsanlage, bei der ein Filterelementemodul oder mehrere Filterelementemodule gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in einer Filterkammer vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht von oben auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelementemoduls;

Fig. 2 eine Ansicht von der Seite einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelementemoduls;

Fig. 3 eine schematische Ansicht von oben auf eine platzsparende Anordnung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelements; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anbringung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelementemoduls in einer Heißfluidfiltrationsanlage.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Filterelementemoduls. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß mit Bezug auf eines dieser Ausführungsbeispiele beschriebene Merkmale und Eigenschaften eines Filterelementemoduls bzw. seiner Anbringung in einer Heißfluidfiltrationsanlage grundsätzlich auch auf die anderen Ausführungsbeispiele zu treffen. Eine Ausnahme von dieser Regel liegt nur dann vor, wenn die Übertragbarkeit aus technischen Gründen offensichtlich nicht möglich ist.

Fig. 1 zeigt ein Tragrohr 2 mit einer sechseckigen Grundgestalt und Filterelemente 4. Das in der Zeichnung als oberstes dargestellte Filterelement 4 gezeigt mit unterbrochenen Linien die Innenkontur 6 des Filterelements 4. Ebenfalls mit unterbrochenen Linien ist die Innenkontur des Tragrohrs 2 gezeigt, die den Strömungsweg 3 in dessen Inneren definiert. Man erkennt, daß das Filterelement 4 verglichen zu seinen Gesamtabmessungen relativ dünnwandig ist. Man erkennt weiter, daß es einen Boden 8 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Boden 8 als eine ebene Platte ausgebildet. Es kann jedoch auch günstig sein, den Boden 8 abzurunden oder gekrümmt oder sphärisch auszubilden. Das gezeigte Filterelement 8 hat eine zylinderförmige Gestalt. Es kann aber ebenso rechteckig oder generell mehreckig sein.

Ein Filterelement 4 kann beispielsweise durch Kleben an dem Tragrohr 2 befestigt sein. Es kann aber auch durch andere Befestigungsmittel beispielsweise durch Schrauben oder durch Verklemmen an dem Tragrohr 2 befestigt sein. Ein Flansch an dem Filterelement 4 erleichtert das Befestigen an dem Tragrohr 2. Eine ohne übermäßigen Aufwand zu lösende Verbindung zwischen Filterelement 4 und Tragrohr 2 ermöglicht ein einfaches Austauschen eines einzelnen Filterelements 4 beim Instandsetzen bzw. Überholen eines Filterelementemoduls 1.

Das Tragrohr 2 ist in seinem Inneren hohl und bildet darin den Strömungsweg 3 für das gefilterte Reinfluid. Die Wandstärke des Tragrohrs 2 ist so bemessen, daß es ausreichend stabil ist, die Filterelemente 4 für alle Betriebsbedingungen abzustützen. Das Filterelementemodul 1 kann in eine Filtrationsanlage an einer Trennwand 10 (s. Fig. 4) zwischen Rohfluidseite 12 und Reinfluidseite 14 hängend eingebaut werden. Die Rückspülung zum Abreinigen der Filterelemente 4 kann über eine Rückspülleitung 16 durch den Strömungsweg im Inneren des Tragrohrs 2 erfolgen, wie in Fig. 4 für die zwei Tragrohre 2 gezeigt. Ebenso ist ein stehender Einbau oder ein liegender Einbau des Filterelements in die Filtrationsanlage möglich. Statt direkt an der Trennwand 10 befestigt zu sein, kann das Filterelement auch über einen Schlauch an die Reinfluidseite 14 angeschlossen sein.

Die Fig. 2 zeigt ein Filterelementemodul 1 ebenfalls mit einem Tragrohr 2 und Filterelementen 4. In dieser Ausführungsform sind die Filterelemente 4 an dem Tragrohr 2 in einer Reihe mit im wesentlichen gleichem Abstand angeordnet. Man erkennt an einem Ende des Tragrohrs 2 einen Befestigungsflansch 18 zum Anschluß an die Reinfluidseite 14. In der Zeichnung ist das Filterelementemodul 1 liegend mit den Filterelementen 4 nach unten ragend dargestellt. Das Tragrohr 2 dieses Filterelementemoduls 1 weist einen separaten Anschluß 20 für Rückspülfluid auf. Hier ist die Zuleitung des Rückspülfluids zu dem Tragrohr 2 von der Reinfluidableitung separat. Dennoch bildet das Tragrohr 2 den Strömungsweg 3 für das gefilterte Reinfluid und für das Rückspülfluid.

Auf der rechten Seite der Fig. 2 ist ein weiteres Filterelementemodul 22 gezeigt. Die Filterelementemodule 1; 22 sind steckbar ausgebildet und können je nach Einsatzzweck variable Gesamtlängen bilden. Das Tragrohr 2 eines Filterelementemoduls 1; 22 am Ende einer solchen Reihe von Filterelementemodulen 1; 22 ist entweder auch an die Reinfluidseite 18 der Filtrationsanlage angeschlossen oder aber beispielsweise durch einen Deckel verschlossen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Filterelementemoduls 1, mit dem eine sehr große Filterfläche pro genutztem Volumen erzielt werden kann. Die Filterelemente 4 sind in zwei Reihen in einer zueinander entgegengesetzten Anordnung an dem Tragrohr 2 befestigt. Zwischen den Filterelementen 4 und benachbarten Filterelementen 4 oder benachbarten Tragrohren 2 muß jeweils nur so viel Platz zur Verfügung stehen, daß ein Strömen von Rohfluid zu dem betreffenden Filterelement 4 nicht behindert ist. Eine optimale Nutzung des zur Verfügung stehenden Raumes kann man erhalten, wenn man spezielle Filterelementemodule 24 am Rand vorsieht. Der Strömungsweg 3 im Tragrohr 2 eines derartigen Rand-Filterelementemoduls 24 ist vorzugsweise nur etwa halb so groß wie der Strömungsweg 3 eines "normalen" Filterelementemoduls 1, um in den Filterelementemodulen 1; 24 und insbesondere in den Filterelementen 4 dieser Module jeweils gleiche Strömungsverhältnisse zu schaffen.

Das in der Fig. 4 gezeigte Filterelementemodul 1 weist zwei Tragrohre 2 auf, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die einzelnen Filterelemente 4 sind in einer Reihe mit etwa gleichem Abstand zwischen den beiden Tragrohren 2 befestigt. Die Tragrohre 2 selbst sind an einer Trennwand 10 zwischen der Rohfluidseite 12 und der Reinfluidseite 14 der Filtrationsanlage befestigt. Es ist zwar in der Fig. 4 nicht explizit gezeigt, eines der beiden Tragrohre 2 ist jedoch an der Trennwand 10 nicht festgelegt, sondern in Längsrichtung der Filterelemente 4 verschiebbar gelagert. Durch diese Art der Befestigung ist ein Längenausgleich der Filterelemente 4 möglich, der infolge der großen Temperaturunterschiede erforderlich ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dienen beide Tragrohre 2 als Strömungsweg 3 für das gefilterte Reinfluid und für das zur Rückspülung verwendete Fluid. Rückspülleitungen 16 sind jeweils über den Anschlüssen der Tragrohre 2 an der Trennwand 10 befestigt. Sie weisen Düsen 26 auf, durch die das Rückspülfluid in das Innere der Tragrohre 2 eingelassen wird.

Bei den gezeichneten Ausführungsbeispielen hatten die Filterelemente 4 durchweg einen rohrförmigen bzw. hohlzylindrischen Querschnitt. Es wird darauf hingewiesen, daß man stattdessen insbesondere einen Filterelementequerschnitt vorsehen kann, bei dem die kreisförmige Konfiguration ersetzt ist durch eine zick-zack-förmig entlang des Umfangs verlaufende Konfiguration, wodurch sich die Oberfläche des Filterelements 4 bedeutend vergrößert. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist entweder ein Rechteckrohr mit relativ kleiner Breite und relativ großer Höhe, oder eine Konfiguration, bei welcher statt der glatten Seitenwände der Rechteckrohre ein Zick-Zack-Verlauf im Querschnitt vorgesehen ist. Dann kann man sich vorstellen, daß mehrere, waagrechte, übereinander verlaufende Filterelemente 4 (wie sie insbesondere in Fig. 4 gut zu sehen sind) durch ein Filterelement 4 mit hochrechteckigem Querschnitt bzw. hochrechteckig mit Zick-Zack- Seitenwänden ersetzt sind.

Bei der Erfindung können die Filterelemente aus geeignetem, auch bekanntem, Material bestehen. Es ist jedoch besonders bevorzugt, als Material ein neuartiges Material einzusetzen, bei dem anorganische Feststoffteilchen, insbesondere mit inneren Leerräumen, durch einen Binder auf Wasserglasbasis (z. B. handelsübliches Wasserglas als Gemisch von Natriumwasserglas und Kaliumwasserglas mit etwas unter 50% Feststoffanteil, Rest-Wasser) zusammengehalten sind. Eine andere bevorzugte Alternative des Binders ist ein Siliconkautschuk-Siliconharz- Zweikomponentensystem, wie ELASTOSIL LR 3013/50/70 der Firma Wacker Chemie und SILOPREN LSR 20/80 der Firma Bayer AG; diese Systeme sind einsetzbar, wenn das Niveau der Temperaturbeanspruchung weniger hoch ist. Als anorganische Teilchen mit inneren Leerräumen sind Schaumglasteilchen oder Blähtonteilchen besonders bevorzugt. Die anorganischen Teilchen haben vorzugsweise zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2 bis 2 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm. Vorzugsweise haben die Filterelemente an ihrer Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht, vorzugsweise aus Fasern, mit kleinerer Porengröße als unterhalb der Oberflächenfiltrationsschicht.

Claims (10)

1. Filterelementemodul (1; 22; 24) für Heißfluidfiltration, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (4) an einem Tragrohr (2) befestigt sind, das einen Strömungsweg (3) für das gefilterte Reinfluid bildet.

2. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein längliches Filterelement (4) vorgesehen ist.

3. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, im Querschnitt durch das Tragrohr (2) betrachtet, in mehreren Radialrichtungen wegragend Filterelemente (4) vorgesehen sind.

4. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (4) in einer Reihe oder in mehreren Reihen an dem Tragrohr (2) befestigt sind.

5. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (4) in einer zueinander entgegengesetzten Anordnung an dem Tragrohr (2) befestigt sind.

6. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Filterelement (4) an einem Ende freitragend an dem Tragrohr (2) befestigt ist und das jeweils andere Ende des Filterelements (4) nicht abgestützt ist.

7. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Tragrohre (2) vorgesehen sind und mindestens ein Filterelement (4) je mit einem Ende an dem einen Tragrohr (2) und mit dem anderen Ende an dem anderen Tragrohr (2) befestigt ist.

8. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Tragrohr (2) einen Strömungsweg für das gefilterte Reinfluid und für das zur Rückspülung verwendete Fluid bildet.

9. Filterelementemodul (1; 22; 24) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens ein Tragrohr (2) Befestigungsmittel (18) zur lösbaren Befestigung in einer Heißfluidfiltrationsanlage vorgesehen sind.

10. Heißfluidfiltrationsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterelementemodul (1; 22; 24) oder mehrere Filterelementemodule (1; 22; 24) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in einer Filterkammer vorgesehen sind.