DE2144264C3

DE2144264C3 - Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit sowie Filter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2144264C3
Application number: DE2144264A
Authority: DE
Inventors: Charles Thonex Genf Doucet (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1980-11-13
Also published as: US3794179A; GB1351955A; CH532409A; BE771870A; FR2107102A5; DE2144264A1; NL7111921A; CA992002A; DE2144264B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 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, 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 schwaimnartiges 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 Verschlammungsgrades 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 Drahtgewebes 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 Druckverlust 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 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

so 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 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 kreisringformige 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 Verschlammung 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 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 Fall 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 erläutert

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt der Ausführungsform des Filters;

Fig.2 einen Schnitt im vergrößerten Querschnitt entlang der linie A-A nach F i g. 1.

Das gezeigte Filter umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem Einlaßflansch 2 für die zu Filtrierende Flüssigkeit, einem Filtratauslaßflansch 3 für die gefilterte Flüssigkeit, einem Spülauslaßflansch 4 und einem Filterrohr 5 im Inneren des Gehäuses 1.

Ein auf dem Flansch 4 befestigter Schieber 9 verschließt den Spülauslaß 4' des Gehäuses 1. Dieser Schieber £ 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.

Das Filterrohr 5 ist durch einen Spaltfilter gebildet, der auf dem Einlaßflansch 2 mit Hilfe eines Ringes 6 befestigt ht Dieses Filterrohr wird durch Drähte 7 gebildet, die sich Rippe an Rippe in Bildungsrichtung des Zylinders erstrecken. Die Drähte 7 weisen einen 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. 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 Abständen entlang des / /linders 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 fa5 Filtrierung der Flüssigkeit dienen. Strömungsabwärts von jedem Schlitz vergrößert sich der Abstand zwischen den Drähten 7, wie es aus F i g. 2 hervorgeht und es wird daher nichts festgehalten. Es ergfln sich somit eine Filtrierwirkung in der Hefe.

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 ä«o 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 Oberfläcne 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 Ausführangsform kann dieses Filterrohr horizontal sein.

Zur Verbesserung der Reinigung der nitrierenden 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 Riter 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 automatisch eine Spülung der filtrierenden Oberfläche durch den Hauptstrom erreicht, d. h. durch die Flüssigkeit, die nicht abgeleitet wird.

Man kann in gleicher Weise das filter periodisch reinigen, ohne seine Verschlammung abzuwarten, und zwar beispielsweise mit Hilfe eines Zeitgebers, der die vorgegebenen Reinigungs-Zeiten und -Perioden festlegt. Die Reinigungszeit ist sehr kurz, in der Praxis einige Sekunden, während die Filtrierperioden relativ

ίο lang sein können, weil sie durch die Länge des Filterrohres bestimmt sind.

Die Charakteristik des beschriebenen Filters beruht auf dem Querschnitt des Filierrohres, die in Abhängigkeit von der momentanen Durchflußmenge bestimmt

is ist, um die notwendige Geschwindigkeit zu erzielen, während die Länge des Filterrohres in Abhängigkeit von den Filtrierzeiten zwischen den Reinigungen durch Spülung der nitrierenden Oberfläche berechnet ist Die Länge des Filterrohres liegt zwischen dem fünf- bis zwanzigfachen Durchmesser des Filterrohres. Gute Ergebnisse wurden mit seiner Länge erzielt die gleich dem zehnfachen Durchmesser ist

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil des beschriebenen Fälters, bei dem das Filterrohr im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat wie die Zuleitung, die es speist, darin, daß es unwichtig ist welche Fremdkörper dem Filter zugeführt werden, ohne dadurch eine Verstopfung oder Zerstörung des Filterrohres hervorzurufen. Wenn das Filter z. B. einen Fisch auffängt, wird dieser ohne Gefahr in dem Filterrohr während der Filterperiode eingeschlossen und dann zum Zeitpunkt der Spülung in gleicher Weise ohne Gefahr an das Äußere des Filters abgegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ί. 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 Grund 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 IU 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 v/ird, 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 Mar.tellinien des Filters erstrecken.