DE2144264B2 - Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit sowie Filter zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit sowie Filter zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit in ein
Bnde eines im wesentlichen zylindrischen Filters eingeleitet wird, dessen entgegengesetztes Ende während
des Filtriervorganges geschlossen gehalten wird während es während der Reinigung des Filters geöffnet
wird, sowie auf ein Filter zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Bei einem bekannten Verfahren sowie einem Filter dieser Art (US-Patentschrift 33 53 678) wird das
Filterelement durch ein poröses oder schwammartiges Bauteil wie z.B. ein Drahtgewebe gebildet Dieses
Filterelement weist einen verglichen mit dem Durchmesser des Filterelementes kleinen Einlaß auf, so daß
ίο die Strömungsgeschwindigkeit in dem Filter relativ
gering ist und feine, das Filterelement noch durchlaufende Teilchen sich am Boden des das Filterelement
umgebenden Gehäuses absetzen können. Durch die niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
ergibt sich eine gleichmäßige Beaufschlagung der gesamten Länge des Filterelementes mit den Verunreinigungen
und bei Erreichen eines vorgegebenen Verschlammungsgi ades des Filterelementes wird der
Spülauslaß geöffnet um die Verunreinigungen herauszuspülen. Auf Grund der geringen Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit und insbesondere auf Grund der Eigenart des verwendeten Filterelementes in Form
eines Dn-htgewebes ergibt sich jedoch keine einwandfreie
Reinigungswirkung, so daß es nach einer gewissen Betriebszeit immer noch erforderlich ist, das Filterelement
aus dem Gehäuse zu entfernen und getrennt zu renigen. Weiterhin ist bei diesem bekannten Filter der
Druckverlust längst des Filters nicht konstant, da bei zunehmender Verschlammung des Filters der Druck-
jo verlust wächst, was für viele Anwendungen unerwünscht
ist.
Die Reinigung eines Filterelementes durch Spülung wird zwar bei anderen Filtern bekannter Art (US-Patentschrift
14 77 986 und deutsche Auslegeschrift
J5 12 23 343) durch Verwendung von Spaltfiltern verbessert, bei denen das Filterelement aus einzelnen
beispielsweise rechteckigen Stäben besteht, die an der Filteroberfläche einen geringeren Abstand als an ihrer
Auslaßseite aufweisen, so daß Verschmutzungen, die in das Filterelement selbst eindringen, durch das filtrierte
Wasser selbst aus dem Filterelement entfernt werden. Bei diesen Filtern tritt jedoch nach wie vor das Problem
auf, daß der Druckverlust längs des Filters von dem Verschlammungsgrad des Filters abhängt, da diese
Filter als Druckfilter mit, verglichen mit dem Durchmesser des Filterelementes, relativ kleinen Einlaßquerschnitten
arbeiten, damit sich eine gleichmäßige Beaufschlagung des Filterelementes ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterverfahren sowie ein Filter anzugeben, bei dem eine definierte Art des Aufbaus der Ablagerungen erzielt wird, damit letztere leicht ausgespült werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterverfahren sowie ein Filter anzugeben, bei dem eine definierte Art des Aufbaus der Ablagerungen erzielt wird, damit letztere leicht ausgespült werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß ein Filter mit Oberflächenfiltereinwirkung verwendet wird, und daß die Flüssigkeit in das Innere
des Filters mit einer derart großen Geschwindigkeit eingeleitet wird, daß auf Grund der kinetischen Energie
der Flüssigkeit der Filtriervorgang im wesentlichen
ω durch einen kreisringförmigen Filtrierbereich in der
Nähe des geschlossenen Endes beginnt und daß sich der kreisringförmige Filtrierbereich entsprechend der fortschreitenden
Verstopfung des Filters ausgehend von dem geschlossenen Ende in Richtung auf das Eingangsende
verschiebt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt einen konstanten Durchfluß und eine konstante dem kreisringförmigen
Filtrierbereich entsprechende filtrierende
Oberfläche und damit einen konstanten Druckverlust, wobei sich dieser Druckverlust nur dann erhöht, wenn
der kreisringförmige Filtrierbereich den Eingang des Filters erreicht hat, was die vollständige Reinigung der
filtrierenden Oberfläche durch öffnung des Ablasses an dem dem Einlaß gegenüberliegenden Ende auslöst
Durch die hohe Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit in das Innere des Filters eingeleitet wird, ergibt sich eine
definierte Art des Aufbaus der Ablagerungen oder der Verschlamnung ausgehend von dem dem Einlaß
entgegengesetzten Ende des Filters, so daß diese Ablagerungen sehr leicht ausgespült werden können.
Das Filter zur Durchführung dieses Verfahrens löst die eingangs genannte Aufgabe dadurch, daß das Filter
durch ein Filterrohr mit Oberflächenwirkung gebildet is
ist und daß die Durchmesser von dem Einlaß und dem Filterrohr im wesentlichen gleich sind.
Auf diese Weise ergibt sich keine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Filterrohr, wie dies
bei den bekannten Filtern der FaJI ist
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher r>
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Axi^lschnitt der Ausführungsform des Filters;
Fig. 2 einen ScH'iitt im vergrößerten Querschnitt Ji)
entlang der Linie Α-Λ nach F i g. 1.
Das gezeigte Filter umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem Einlaßflansch 2 für c''e zu filtrierende Flüssigkeit, einem
Filtratauslaßflansch 3 für die gefilterte Flüssigkeit, einem Spülauslaßfla'lsch 4 und einem Filterrohr 5 im r>
Inneren des Gehäuse 1.
Ein auf dem Flansch 4 befestigter Schieber 9 verschließt den Spülauslaß 4' des Gehäuses 1. Dieser
Schieber 9 verhindert das Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Spülauslaß 4' und zwingt diese Flüssigkeit,
durch das Filterrohr 5 hindurchzulaufen, so daß sie über den Flansch 3 austritt. Weiterhin hält der Schieber 9
Gegenstände mit relativ großen Abmessungen fest und stellt die Spülung der filtrierenden Oberfläche sicher,
wie dies noch ausführlicher beschrieben wird. 4 1S
Das Filterrohr 5 ist durch einen Spaltfilter gebildet, der auf dem Einlaßflansch 2 mit Hilfe eines Ringes 6
befestigt ist. Dieses Filterrohr wird durch Drähte 7 gebildet, die sich Rippe an Rippe in Bildungsrichtung
des Zylinders erstrecken. Die Drähte 7 weisen einen w Querschnitt von im allgemeinen dreieckiger Form auf,
wobei die Basen strömungsaufwärts die filtrierende Oberfläche bilden und wobei die diesen Basen
gegenüberliegenden Ecken strömungsabwärts in bezug auf die Strömung liegen, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist. Ss
Die filtrierende Oberfläche kann als glatt angenommen
werden, weil die zwischen den Drähten 7 liegenden Schlitze nur in der Größenordnung von einigen Mikron
liegen.
Stützringe 8 für die Drähte 7 sind unter gleichen t>o
Abständen entlang des Zylinders des Filterrohres 5 angeordnet.
Dieses Filterrohr 5 weist eine Oberflächenfilterwirkung auf: d. h., daß lediglich die Schlitze zwischen den
Basen der dreieckigen Querschnitte der Drähte 7 zur μ Filtrierung der Flüssigkeit dienen. Strömungsabwärts
von jedem Schlitz vergrößert iich der Abstand zwischen den Drähten 7, wie es aus F i g. 2 hervorgeht und es wird
daher nichts festgehalten. Es ergibt sich somit eine Filtrierwirkung in der Tiefe.
Das Filterrohr 5 wird periodisch oder bei Bedarf dadurch gereinigt, daß der Reinigungsschieber 9
geöffnet wird, was ein schnelles Ausströmen und eine Spülung der glatten filtrierenden Oberfläche bewirkt
Diese Betätigung kann entweder manuell oder automatisch sein, wie es im folgenden beschrieben wird.
Es wurde festgestellt, daß sich bei einem senkrechten
Filterrohr und bei einem Einströmen des zu filtrierenden Strömungsmediums, beispielsweise Wasser, durch das
obere Ende des Rohres mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 m/s am unteren Ende des Rohres ein
kreisringförmiger Filtrierbereich oder eine Filterzone ausbildet, d. h., die Zone, in der das Wasser tatsächlich
das Filterrohr durchläuft wobei der übrige Teil des Filterrohres nicht durch das zu Filtrierende Wasser
durchlaufen wird und nur als Führungsmittel dient. Diese Erscheinung ist durch die kinetische Energie des
das verschlossene Ende des Filterrohres erreichenden Wassers bedingt, die sich teilweise in einen Druck
umwandelt, der das Durchlaufen des Wassers durch die filtrierende Oberfläche bewirkt.
Die oben erwähnte Filterzone hat somit die Form eines relativ dünnen »virtuellen Ringes« an dem Einlaß
des Filterrohres entgegengesetzten Ende. Die Höhe dieses Ringes liegt zwischen 1 bis 4 cm, beispielsweise
ungefähr 2 bis 3 cm, und seine Oberfläche ist konstant und relativ dünn, und zwar derart, daß die Geschwindigkeit
des Wassers in Querrichtung zur filtrierenden Oberfläche erhöht wird. Unter diesen Bedingungen
durchlaufen die feinen Verunreinigungen, die nicht direkt an der Schwelle der filtrierenden Oberfläche
festgehalten werden, vollständig die Wand des Filterrohres und aufgrund dieser Geschwindigkeit kann sich
keine Verstopfung in der Tiefe, d. h. strömungsabwärts von der Wand des Filterrohres ergeben.
Wenn sich eine Masse oder ein Film von Verunreinigungen oberflächlich auf der Basis (und damit einem
Teil des Ringes) abgelagert hat, verschiebt sich dieser entlang des Filters, d. h. in Richtung auf den Filtereinlaß,
wobei immer die gleiche Charakteristik (und insbesondere die Höhe) aufrecht erhalten wird, die lediglich eine
Funktion des Durchflusses ist. Es ist hierzu festzustellen, daß im Gegensatz zu anderen Filtern sich keine
Erhöhung des Druckabfalls und keine Verringerung des Durchflusses ergibt, weil die Filterzone immer gleich
bleibt und sich nur längs des Filters verschiebt.
Diese natürliche Verschiebung der Filterzone entlang
des Filterrohres stellt (durch seine Filtriergeschwindigkeit) die wirksame Reinigung der Dicke der filtrierenden
Wand sicher, und zwar beispielsweise mit einer Ausscheidung der durch Oberflächenspannung, Flokkung
oder Anwachsen in der Dicke der Wand selbst gebildeten Teilchen und dieses über die gesamte Länge
des Filters, also auf seiner gesamten Oberfläche.
Wenn die Filterzone das obere Ende des Filterrohres, d. h. die Höhe der Einlaßöffnung erreicht, ist die
gesamte Oberfläche (und nicht die Dicke) des Filterrohres ausgefüllt. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt
eine bekannte Vorrichtung, beispielsweise durch eine programmierte Fernsteuerung, die Öffnung des Reinigungsschiebers
und die Spülung des Filters bewirkt die vollständige Reinigung dieses Filters durch eine
Oberflächenspülung. Die Wirksamkeit dieser Spülung wird durch den Aufbau des Filterrohres erhöht, das
Drähte aufweist, die dünne Schlitze entlang der Bildungslinien ergeben, und zwar in Richtung der
Spülung. Dies vermeidet störende Wirbel im Bereich der Mikroschlitze und bewirkt gleichzeitig ein Hindurchdringen
der Spülflüssigkeit auf die andere Seite der filtrierenden Oberfläche. In gleicher Weise ist es
möglich, die zu filtrierende Flüssigkeit senkrecht von unten nach oben in dem Filterrohr zu füllen. Bei einer
abgeänderten Ausführungsform kann dieses Filterrohr horizontal sein.
Zur Verbesserung der Reinigung der filtrierenden Oberfläche führt man gemäß einer abgeänderten Form
des Verfahrens oberhalb dieser Oberfläche am oberen Teil des Filterrohres Luft, ein Gas oder eine Flüssigkeit
nachfolgend auf die zu filtrierende Flüssigkeit derart zu, daß man eine Spülemulsion erzielt, beispielsweise eine
Luft-Wasser-Emulsion. Diese Luftzufuhr erfolgt am Umfang des Filterrohres zum Zeitpunkt der Spülung. Zu
diesem Zweck verwendet man Preßluft, pulsierende Luft oder Umgebungsluft, die durch den Unterdruckeffekt
angesaugt wird, der zum Zeitpunkt der öffnung des Schiebers 9 auftritt. Ein (nicht dargestelltes) Rückschlagventil
bewirkt in diesem Fall automatisch die Luftzufuhr.
Das beschriebene Filter ist ein elementares Filter, d. h. mit einem einzigen Filterrohr. Man kann gleichermaßen
ein Filter vorsehen, das mehrere Filterrohre in einem einzigen Gehäuse oder in mehreren Gehäusen verwendet.
Anstelle des Schiebers 9 kann eine andere Vorrichtung zum Verschließen der Auslaßöffnung vorgesehen
sein.
Bei einer anderen Form dieses Verfahrens wird das Filterrohr in einer sich bewegenden Flüssigkeit
angeordnet und es wird ein Teil dieser Flüssigkeit quer durch das Filterrohr abgeleitet und es wird automalisch
eine Spülung der filtrierenden Oberfläche durch dei Hauptstrom erreicht, d. h. durch die Flüssigkeit, die nich
abgeleitet wird.
Man kann in gleicher Weise das Filter periodiscl
Man kann in gleicher Weise das Filter periodiscl
ϊ reinigen, ohne seine Verschlammung abzuwarten, um
zwar beispielsweise mit Hilfe eines Zeitgebers, der dl· vorgegebenen Reinigungs-Zeiten und -Perioden fest
legt. Die Reinigungszeit ist sehr kurz, in der Praxi einige Sekunden, während die Filtrierperioden relati'
ίο lang sein können, weil sie durch die Länge de
Filterrohres bestimmt sind.
Die Charakteristik des beschriebenen Filters beruh auf dem Querschnitt des Filterrohres, die in Abhängig
keit von der momentanen Durchflußmenge bestimm
!■> ist, um die notwendige Geschwindigkeit zu erzieler
während die Länge des Filterrohres in Abhängigkei von den Filtrierzeiten zwischen den Reinigungen durcl
Spülung der filtrierenden Oberfläche berechnet ist. Dl· Länge des Filterrohres liegt zwischen dem fünf- bi
zwanzigfachen Durchmesser des Filterrohres. Guti Ergebnisse wurden mit seiner Länge erzielt, die gleicl
dem zehnfachen Durchmesser ist.
Schließlich besteht ein weiterer Vorteil des beschrie benen Filters, bei dem das Filterrohr im wesentliche!
den gleichen Durchmesser hat wie die Zuleitung, die e
speist, darin, daß es unwichtig ist, welche Fremdkörpe dem Filter zugeführt werden, ohne dadurch eini
Verstopfung oder Zerstörung des Filterrohres hervor zurufen. Wenn das Filter z. B. einen Fisch auffängt, win
dieser ohne Gefahr in dem Filterrohr während de Filterperiode eingeschlossen und dann zum Zeitpunk
der Spülung in gleicher Weise ohne Gefahr an da Äußere des Filters abgegeben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit in ein Ende eines im wesentlichen
zylindrischen Filters eingeleitet wird, dessen
entgegengesetztes Ende während des Filtriervorganges geschlossen gehalten wird, während es
während der Reinigung des Filters geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter
mit Oberflächenfilterwirkung verwendet wird, und daß die Flüssigkeit in das Innere des Filters mit einer
derart großen Geschwindigkeit eingeleitet wird, daß auf Grand der kinetischen Energie der Flüssigkeit
der Filtriervorgang im wesentlichen durch einen kreisringförmigen Filtrierbereich in der Nähe des
geschlossenen Endes beginnt und daß sich der kreisringförmige Filtrierbereich entsprechend der
fortschreitenden Verstopfung des Filters ausgehend von dem geschlossenen Ende in Richtung auf das
Eingangsende verschiebt
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einführung der zu filtrierenden Flüssigkeit
in das Innere des Filters mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 6 m pro Sekunde.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einführung der Flüssigkeit mit einer
Geschwindigkeit von ungefähr 3 m/sec.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die auf die zu
filtrierende Flüssigkeit folgende Einführung von Luft, eines Gases oder einer Flüssigkeit oberhalb der
zu filtrierenden Oberfläche derart, daß eine Spülemulsion erzielt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter
in einer sich in Bewegung befindlichen Flüssigkeit angeordnet wird, daß ein Teil dieser Flüssigkeit
durch die Oberfläche des Filters hindurch abgeleitet wird und daß die Spülung automatisch durch die
Hauptströmung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Reinigung des oder
aufeinanderfolgend jedes der Filter eine Vorrichtung mit programmierter Fernsteuerung erfolgt.
7. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens
einem im wesentlichen zylindrischen Filter in einem zylindrischen Gehäuse, das an seinem einen
Ende einen Einlaß und an seinem anderen Ende einen absperrbaren Spülauslaß sowie einen Filtratauslaß
hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter durch ein Filterrohr (5) mit Oberflächenwirkung
gebildet ist und daß die Durchmesser von dem Einlaß (2, 6) und dem Filterrohr (5) im wesentlichen
gleich sind.
8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filter durch ein Spaltfilter mit
Drähten gebildet ist, die sich in Längsrichtung entlang der Mantellinkn des Filters erstrecken.
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