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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung von Abluft mit einem Abluftkanal, in dem eine motorisch angetriebene Filtertrommel angeordnet ist, deren Außenmantel umfangsseitig luftdurchlässig ist und deren Rotationsachse quer zum Abluftkanal verläuft, wobei an der Unterseite der Filtertrommel ein Flüssigkeitsbecken angeordnet ist, in das die Filtertrommel teilweise eingetaucht ist, und die Filtertrommel bei einer Umlaufbewegung Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbecken mitnimmt, die aus einer höheren Position wieder zurück nach unten in das Flüssigkeitsbecken gelangt.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der Schrift
DE 34 14 652 A1 bekannt. Der Abluftstrom wird durch die Filtertrommel geleitet, damit die durch die Filtertrommel hindurch strömende Luft die in ihr mitgeführten störenden Kleinstpartikel wie Staub, Geruchsmoleküle und dergleichen an die von der Filtertrommel verrieselte Flüssigkeit abgeben kann, die diese dann mitnimmt. Die Reinigung von Abluft mit einer Filtertrommel ist eine Nasswäsche für Abluft.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abscheideleistung des Nasswäschers mit einer Filtertrommel zu steigern.
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Die Aufgabe wird für einen gattungsgemäßen Abluftwäscher gelöst, indem in der Filtertrommel Füllkörper angeordnet sind, die mit der Filtertrommel durch das Flüssigkeitsbecken rotieren, und die Füllkörper eine Raumform aufweisen, bei der bei einer Anlage benachbarter Füllkörper aneinander zwangsläufig noch Luftströmungskanäle zwischen benachbarten Füllkörpern offen bleiben, durch die die Abluft hindurch strömen kann.
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Die Füllkörper haben bevorzugt eine Größe, bei der der Durchmesser an der dicksten Stelle zwischen 2 und 20 cm liegt. Als ungeeignet werden Würfel oder Tetraeder angesehen, die aufgrund ihrer Planflächen dazu neigen, sich aneinander anzulegen und dadurch Strömungskanäle zu blockieren. Füllkörper, die zumindest teilweise keine Planflächen oder eine unregelmäßige Form oder gerundet gestaltete Oberflächen aufweisen, werden als geeignet angesehen. Die Oberfläche der mit Wasser benetzten Füllkörper bietet in der Summe der eingesetzten Füllkörper eine große nasse Fläche, auf der sich in der Abluft mitgeführte Schwebstoffe ablagern können, die dann in der Flüssigkeit gebunden sind und über die Rotationsbewegung der Filtertrommel in das Flüssigkeitsbecken befördert werden, wo sie von der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbecken abgewaschen und in der Flüssigkeit verbleiben.
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Die Filtertrommel kann einen Durchmesser zwischen 25 cm und 2 m aufweisen. In einer Vorrichtung können auch mehrere Filtertrommeln ineinander, hintereinander, nebeneinander und übereinander verwendet werden. Da die Abluft auf ihrem Weg durch die Filtertrommel hindurch um die Füllkörper herum strömen muss, erfährt diese dabei eine mehrfache unterschiedlich scharfe Umlenkung und wechselnde Strömungsverhältnisse, durch die sich die in der Abluft mitgeführten Schwebstoffe aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Dichte und der daraus resultierenden unterschiedlichen Flug- und Strömungsbahnen aus der Abluft entmischen. Indem die Abluft auf ihrem Weg durch den Abluftkanal durch die Filtertrommel und die Füllung mit den Füllkörpern hindurch gezwungen wird und die nassen Oberflächen die darauf abgeschiedenen Schwebstoffe effektiv binden und in das Flüssigkeitsbad abfördern, ergibt sich eine sehr effektive Abscheidung von Schwebstoffen aus der Abluft.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere dazu eingesetzt werden, die Abluft aus Stallanlagen zu reinigen. In der Abluft findet sich ein erheblicher Staubanteil, der sehr gut über eine Nasswäsche abgeschieden werden kann. In der Abluft befinden sich aber auch Geruchsmoleküle, Bakterien, Viren und andere chemische Substanzen, die über Trockenfilter kaum abgeschieden werden können. Die in der Nasswäsche verwendete Flüssigkeit bietet die Möglichkeit, Säuren, oxidative und antioxidative Mittel, Antibiotika, Tenside und andere Mittel nach Bedarf zuzudosieren, mit deren Hilfe es möglich ist, in der Abluft vorhandene Keime und Substanzen abzuscheiden und zu entschärfen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist deshalb besonders gut dazu geeignet, die Einhaltung der schärfer werdenden Emissions-Grenzwerte für die Abluft aus landwirtschaftlich genutzten Stallanlagen zu ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sehr wirtschaftlich zu betreiben. Anstelle der energieintensiven Verdüsung von Flüssigkeiten in den bisher bekannten Nasswäschern für Abluft stellt die erfindungsgemäße Anlage die Abscheidung der in der Abluft enthaltenen Schwebstoffe über die einen vergleichsweise geringen Energieaufwand erfordernde Rotation des Trommelfilters sicher. Der Trommelfilter ist weniger empfindlich gegen Betriebsstörungen, wie sie beispielsweise durch mit Prozessflüssigkeit verstopfte Düsen der herkömmlichen Nasswäscher immer wieder vorkommen. Er ist auch sehr leicht in seiner Funktion zu kontrollieren und zu warten.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Füllkörper kugel- und/oder eiförmig gestaltet. Bei der vorgeschlagenen Ei- beziehungsweise Kugelform ergeben sich gerundete Oberflächen der Füllkörper, die bei einer Rotation der Filtertrommel aufeinander reiben, woraus sich hohe Selbstreinigungskräfte der Füllkörper ergeben. Durch die gerundeten Formen wird auch vermieden, dass Füllkörper mit ihren Oberflächen flächig aneinander haften und auf diese Weise Luftströmungskanäle vollständig blockieren können. Die zwischen den ei- oder kugelförmigen Füllkörpern zwangsläufig verbleibenden Freiräume erlauben es der Abluft, ohne vollständige Blockaden der Strömungskanäle die Füllkörperlage unter annähernder Beibehaltung der Durchströmungsrichtung zu durchströmen. Dadurch bleibt auch der Druckverlust und damit einhergehend der Energieaufwand, der für die Abluftwäsche eingesetzt wird, auf einem noch akzeptablen Level.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Füllkörper in einer umfangsseitig die Filtertrommel umfassenden Füllkörperkammer in einer Packlage angeordnet und der Innenraum der Filtertrommel ist leer. Eine Packlage kann eine Mindestdicke von 10 cm aufweisen, so dass in einer Packlage in Strömungsrichtung der Abluft mehrere Füllkörper hintereinander zu umströmen sind. Durch die den Umfang der Filtertrommel umfassende Füllkörperkammer und den leeren Innenraum der Filtertrommel wird der Abluftstrom einerseits zweifach durch die Packlage der Füllkörper gezwungen, durch den leeren Innenraum der Filtertrommel kann sich der Abluftstrom nach der Passage der ersten Packlage aber zunächst wieder vergleichmäßigen, bevor er die zweite Packlage durchströmt. Der Druckverlust, der sich aus der vollständigen Durchströmung der Abluft durch die mit der umfangsseitigen Füllkörperkammer versehenen Filtertrommel ergibt, wird dadurch begrenzt. Durch die vergleichmäßigte Anströmung der zweiten Packlage nach der Durchströmung des leeren Innenraums der Filtertrommel wird zudem das Abscheideergebnis verbessert.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung taucht die Filtertrommel mit ihrem äußeren Radius so tief in das Flüssigkeitsbecken ein, dass die Raumhöhe der Füllkörperkammer an zumindest einer Stelle vollständig in der im Flüssigkeitsbecken stehenden Flüssigkeit geflutet ist. Durch die zumindest kurzzeitige vollständige Flutung der Füllkörperkammer im Flüssigkeitsbecken kann die Flüssigkeit angelagerte Schwebstoffe von allen Füllkörpern ablösen und abführen, so dass die Füllkörper für die nächste Umdrehung der Filtertrommel weitgehend gereinigt sind. Ein zunehmendes Anbacken von Schwebstoffen an Füllkörperzonen innerhalb der Füllkörperkammer und eine daraus resultierende zunehmende Verstopfung von Durchströmungskanälen zwischen den Füllkörpern wird so vermieden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Raumvolumen der Filtertrommel in Umfangsrichtung in mehrere Füllkörperkammern unterteilt. Bei der Unterteilung des Raumvolumens der Filtertrommel in mehrere Füllkörperkammern in Umfangsrichtung ergeben sich bei einer Rotation der Filtertrommel Umlenkungen im Luftstrom der Abluft, die zu einer effektiven Abscheidung von Schwebstoffen führen. Insbesondere, wenn die in Umfangsrichtung unterteilten Füllkörperkammern nicht ganz mit Füllkörpern gefüllt sind, ergeben sich größere Spalte im Raumvolumen der Filtertrommel, die sich aufgrund der Rotation der Filtertrommel und der rotationsbedingt ständigen Veränderung der Lage der Füllkörper in den Füllkörperkammern aber ebenfalls ständig verändern und schnell wieder schließen. Dadurch wird die Strömungsrichtung der Abluft ständig verändert, und es ergeben sich gute Abscheideraten. Die Unterteilung der Füllkörperkammern in Umfangsrichtung kann auch mit einem leeren Innenraum der Filtertrommel kombiniert werden, allerdings ist dann eine weitgehende oder vollständige Füllung der Füllkörperkammern empfehlenswert, um eine unbehinderte Durchströmung der Filtertrommel mit der Abluft zu vermeiden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung füllt die Filtertrommel den Querschnitt des Abluftkanals vollständig oder nahezu vollständig aus. Dadurch wird vermieden, dass Abluft an der Filtertrommel vorbei strömen kann, ohne die Füllkörper passiert zu haben.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand zwischen dem Außenumfang der Filtertrommel und dem Beckenboden maximal der vierfachen Eindringtiefe der Filtertrommel in das Flüssigkeitsbecken. Mit dieser definierten Rotation der Filtertrommel im Flüssigkeitsbecken soll sichergestellt werden, dass sich auf dem Boden des Flüssigkeitsbeckens unterhalb der Filtertrommel kein Sediment ansammeln kann. Die durch die Rotation der Filtertrommel erzeugte Flüssigkeitsströmung schiebt bei einer Rotationsbewegung der Filtertrommel die im Flüssigkeitsbecken befindliche Flüssigkeit vor sich her und führt diese mit. Durch diese definierte Rotation über dem Boden des Flüssigkeitsbeckens kann die im Flüssigkeitsbecken befindliche Flüssigkeit nicht so einfach an der Filtertrommel vorbei zurückströmen. Zwar lässt sich eine gewisse Rückströmung nicht vermeiden, diese ist allerdings als starke Strömung gewollt, da sie eventuell dort ansetzendes Sediment mitnimmt und mobilisiert. Wenn die Flüssigkeit angehoben wird, drückt sie mit ihrem Gewicht in die Hohlräume zwischen den Füllkörpern und strömt durch diese hindurch. Durch das Eigengewicht infolge des Anhebens erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der an den Füllkörpern vorbei strömenden Flüssigkeit. Dadurch werden die Oberflächen der Füllkörper intensiver gereinigt, und die in der Flüssigkeit enthaltenen Schwebstoffe werden durch die intensiveren Strömungen in der Schwebe gehalten. Ein Absetzen der Schwebstoffe zu einem schwer zu entfernenden Sediment wird so vermieden. Da die Anlage für eine Sedimententfernung gestoppt werden müsste, hilft die definierte Rotation maßgeblich, die Wartungszyklen zu verlängern. Durch die intensive und ständige Durchspülung der Filtertrommel im Bereich der Füllkörper stellt sich eine sehr homogene und dauerhaft gleichmäßige Verteilung der Schwebstoffe in der im System befindlichen Flüssigkeit ein.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Filtrationskreislauf für die im System befindliche Flüssigkeit auf und die Flüssigkeit ist mittels eines von einer Kontrollvorrichtung gesteuerten Ventils zyklisch dem Filtrationskreislauf zuführbar. Die Filtration und Abscheidung der Schwebstoffe aus der Flüssigkeit kann über das Ventil verschmutzungsabhängig und automatisiert erfolgen. Insbesondere dann, wenn die Schwebstoffe nahezu vollständig in der Flüssigkeit mobilisiert gehalten werden, kann der Verschmutzungsgrad der Flüssigkeit und die im Flüssigkeitsbecken angesammelten Schwebstoffe über einen Sensor ziemlich genau beobachtet werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind im Abluftkanal stromabwärts hinter dem Trommelfilter Sprühdüsen angeordnet. Mit den Sprühdüsen können Chemikalien oder andere Flüssigkeiten wie Wasser in den Abluftstrom gesprüht werden, durch die die Abluft zusätzlich aufbereitet wird.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Abluft mit einem Sauggebläse durch die Filtertrommel gesaugt. Das Gebläse wird dadurch weniger mit Schmutz befrachtet, die Geräuschbelastung im Bereich vor der Filtertrommel ist geringer, beispielsweise in einem Stallgebäude.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Luftstrom in einem Abschnitt des Abluftkanals hinter der Filtertrommel in einem nach oben gekrümmten Bogen umgelenkt. Durch die Umlenkung des Abluftstroms nach oben können nochmals im Abluftstrom befindliche spezifisch schwerere Schwebstoffe und Tropfen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbecken nach unten abgeschieden werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind im Inneren der Filtertrommel Schaufeln angeordnet, die bei der Rotation der Filtertrommel Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbecken mitnehmen. Dadurch kann der Mitnahmeeffekt der Flüssigkeit und die Benetzung der Füllkörper weiter verstärkt werden.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen jeweils für sich, aber auch in beliebiger Kombination mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs und den übrigen Ausgestaltungen kombinierbar ist, soweit dem keine technischen Hindernisse entgegen stehen.
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Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Die beigefügte 1 zeigt eine Vorrichtung 2, in der ein Abluftkanal 4 ausgebildet ist. Die Strömungsrichtung der Abluft durch den Abluftkanal 4 ist durch Pfeile angedeutet.
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Im Abluftkanal 4 befindet sich eine Filtertrommel 6, die mit ihrem Außenmantel 8 und ihrer Baubreite den Querschnitt des Abluftkanals 4 nahezu dichtend nach oben und zur Seite ausfüllt. Ein Abluftstrom, der durch den Abluftkanal 4 hindurchströmt, muss zwangsläufig durch die Filtertrommel 6 hindurch strömen. Die Filtertrommel 6 ist in eine Richtung rotierend motorisch angetrieben, wie es durch den kleinen Pfeil an der Rotationsachse 10 angedeutet ist.
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Im unteren Bereich der Filtertrommel 6 befindet sich das Flüssigkeitsbecken 12, in dem eine Flüssigkeit vorgehalten ist. Die Filtertrommel 6 ist in das Flüssigkeitsbecken 12 teilweise eingetaucht, bei einer Umlaufbewegung nimmt die Filtertrommel 6 Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbecken 12 mit.
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Innerhalb des Raumvolumens der Filtertrommel 6 sind zeichnerisch nicht näher dargestellte Füllkörper angeordnet. Um eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Füllkörper über den Umfang der Filtertrommel 6 zu erreichen, sind in der Filtertrommel 6 voneinander durch Trennwände abgetrennte Füllkörperkammern 14 ausgebildet. Die Füllkörperkammern 14 können – wie durch die vollen Striche gezeigt – durch in radialer Richtung von der Rotationsachse 10 ausgehende Trennwände voneinander getrennt sein, oder es ist – wie durch den gestrichelten Kreis dargestellt – nur eine einzige am Außenumfang umlaufende Füllkörperkammer 14 ausgebildet, oder es findet sich eine Kombination dieser Möglichkeiten oder eine sonstige Abwandlung, die vom Ausführungsbeispiel abweicht. Die Anordnung und Größe der Füllkörperkammern 14 sowie die Zahl und Form der darin angeordneten Füllkörper bestimmt zusammen mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abluftstroms maßgeblich die Abscheiderate der im Abluftstrom mit bewegten Schwebeteilchen an den Oberflächen der Füllkörper und in der im System bewegten Flüssigkeit.
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Im Ausführungsbeispiel reicht die Filtertrommel 6 mit ihrem äußeren Radius so tief in das Flüssigkeitsbecken 12, dass die durch den Doppelpfeil angedeutete Raumhöhe der durch den gestrichelten Kreis angedeuteten Füllkörperkammer 14 an zumindest einer Stelle vollständig in der im Flüssigkeitsbecken 12 stehenden Flüssigkeit geflutet ist. Beim Eintauchen in die im Flüssigkeitsbecken 12 vorgehaltene Flüssigkeit werden die Oberflächen der Füllkörper mit der Flüssigkeit benetzt. Wenn dann die Filtertrommel 6 weiter rotiert, werden die soeben noch im Flüssigkeitsbecken 12 befindlichen Füllkörper daraus nach oben hervorgehoben. Dabei tropft Flüssigkeit von den Füllkörpern ab, wodurch in den Durchströmungskanälen zwischen den Füllkörpern eine Art Tropfenvorhang gebildet wird, der zusätzlich Schwebeteilchen aus dem Abluftstrom abscheidet und in der Flüssigkeit bindet. Durch das Anbringen von Schaufeln im Inneren der Filtertrommel, die bei deren Rotation Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbecken mitnehmen, kann der Mitnahmeeffekt der Flüssigkeit und die Benetzung der Füllkörper weiter verstärkt werden.
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Wenn die Füllkörper bei der weiteren Rotation der Filtertrommel 6 wieder in die im Flüssigkeitsbecken 12 vorgehaltene Flüssigkeit eintauchen, werden dabei die in der anhaftenden Flüssigkeit gebundenen Schwebstoffe von den Füllkörpern abgespült. Indem die Filtertrommel 6 mit ihrem Außenmantel 8 nahezu bündig über den Boden des Flüssigkeitsbeckens 12 rotiert, wird die Flüssigkeit durch die freien Kanäle zwischen den Füllkörpern in der Filtertrommel 6 gespült, und auch die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbecken 12 wird kräftig aufgerührt und durchgespült, so dass eine Sedimentation der Schwebteilchen vermieden wird.
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Die Abluft wird im Ausführungsbeispiel mit einem Sauggebläse 16 durch die Filtertrommel 6 gesaugt. Der Luftstrom wird dabei in einem Abschnitt des Abluftkanals 4 hinter der Filtertrommel 6 in einem nach oben gekrümmten Bogen umgelenkt.
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Die vorstehende gegenständliche Beschreibung dient der Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Einem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, das Ausführungsbeispiel auf eine ihm als geeignet erscheinende Weise abzuwandeln, um es an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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