DE2629151C2

DE2629151C2 - Rückspülbare Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE2629151C2
Application number: DE2629151A
Authority: DE
Inventors: John I. Towaco N.J. Schaeffer
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Pall Filtration and Separations Group Inc
Priority date: 1975-07-28
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1982-10-28
Also published as: US3994810A; CA1092518A; DE7620541U1; JPS5216059A; DE2629151A1; FR2319402B1; GB1547591A; BE842791A; JPS592530B2; FR2319402A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine rückspülbare Filtervorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art

Bei einer aus der US-PS 21 73 060 bekannten Filtervorrichtung dieser Art ist das Kernrohr an beiden Enden jeweils mit einer Durchgangsöffnung versehen. Die Durchgangsöffnungen dienen zum Führen der hohlen Kolbenstange und einer massiven Kolbenstange. Die hohle Kolbenstange dient ausschließlich zum Abführen der Flüssigkeit beim Rückspülen, während die massive Kolbenstange mit der Verstellvorrichtung in Arbeitsverbindung steht, und den einzigen ein Rückspülorgan bildenden Kolben verstellen läßt. In beiden Durchgangsöffnungen sind Abdichtungen erforderlich, die einem erheblichen Verschleiß unterliegen. Die Hemmung auf der massiven Kolbenstange und der hohlen Kolbenstange ist beträchtlich, was eine exakte Verstellung des Kolbens beeinträchtigt, die im übrigen durch einen doppelseitig beaufschlagbaren Kolben in einem Hydraulikzylinder bewirkt wird. Dazu kommt, daß kein Stirnende des Kernrohrs zur Zuführung des zu filtrierenden Fluids benutzbar ist, sondern daß das Fluid in das Kernrohr von der Seite her eingeleitet werden muß. Die Filtervorrichtung unterliegt damit gewissen Einschränkungen hinsichtlich ihrer Konstruktion, d.h. die gesamte Filterfläche der Filterelemente ist im Verhältnis zu den Außenabmessungen der Vorrichtung relativ klein. Die Filterelemente sind als zylindrische Hülsen ausgebildet, die radial an das Kernrohr anschließen und dort in Aufnahmen sitzen. Daraus resultiert auch der Nachteil, daß besonders beim Rückspülen mit dem Auslaßdruck das Fluid sich den Weg des geringsten Widerstandes sucht und dort verstärkt strömt, während mit Verunreinigungen stärker verschlossene Flächenbereiche der Filterelemente gar nicht gespült werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau sowie eine bauliche Zusammenfassung der für das Abführen der Flüssigkeit beim Rückspulen verantwortlichen Elemente mit den die Verstellung des Kolbens bewirkenden Elementen auszeichnet. Zudem soll die Spülleistung der zu schaffenden Filtervorrichtung größer sein, als bei der bekannten Filtervorrichtung.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Die beiden auf der hohlen Kolbenstange angeordneten Kolben verdoppeln die Rückspülleistung im Vergleich zu der bekannten Lösung, wobei jeweils mindestens zwei voneinander in einem Abstand liegenden Filterelemente zur gleichen Zeit rückspülbar sind. Es ist nunmehr eine abgedichtete Durchführung durch ein Stirnende des Kernrohres erforderlich, so daß die Hemmkräfte bei der Verstellung geringer sind, als bei der bekannten Lösung, und gleichzeitig das andere Stirnende des Kernrohres zur Zuführung des zu filtrierenden Fluids benutzt werden kann, was strömungstechnische Vorteile bringt Da die Verstelleinrichtung weitgehend in die Abführvorrichtung integriert ist, und weil in diesem Teil der Filtervorrichtung ein Unterdruck relativ zum Ablaufbereich der Filtervorrichtung erzeugbar ist, läßt sich mit der rückspülenden Flüssigkeit dieser Bereich besonders gut sauber halten, da im wesentlichen eine ständige Strömung stattfindet, die sich absetzende Verunreinigungen ständig ablöst und wegtransportiert. Zweckmäßig ist dabei, daß die rückspülende Flüssigkeit weder mit dem zu filtrierenden Fluid noch mit dem bereits filtrierten Fluid in Kontakt kommen kann. Ein weiterer, wichtiger Aspekt liegt darin, daß sich der Rückspülteil gegenüber dem Inneren des Kernrohres oder den Filterelementen einfach absperren läßt, worauf er mit einer Reinigungsflüssigkeit beaufschlagbar ist, die Verunreinigungen zuverlässig ablöst und entfernt, ohne daß diese Reinigungsflüssigkeit mit dem filtrierten Fluid oder dem zu filtrierenden Fluid in Berührung kommt

Es ist zwar aus der DE-OS 23 35 214 ein selbstreinigender Filter bekannt, bei dem auf der hohl ausgebildeten Kolbenstange zwei in einem einem Vielfachen des Öffnungs-Abstandes entsprechenden Abstand stehende Kolben angebracht sind. Jedoch ist der eine dieser beiden Kolben der Betätigungskolben für die Bewegung der Kolbenstange, so daß zum Spülen der Filtereinhei-

ten nur der andere Kolben allein einsetzbar ist

Zweckmäßige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den angeschlossenen Unteransprüchen hervor.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgeaiäßen Filterapparat;

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß 2-2 in F i g. 1;

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Filterapparates; und

Fig.4 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung gemäß 4-4 in F i g. 2.

Der in Fig. 1 als bevorzugte Ausführungsform dargestellte Filterspparat 10 mit Rückspülmöglichkeit weist ein Gehäuse 12 mit einem Zulaufrohr 15 und einem Ablaufrohr 16 auf. Im Gehäuse ist mittig ein Kernrohr 50 angeordnet das an einem Boden 17 befestigt ist der das Kernrohr trägt und abdichtet Der Boden 17 ist direkt mit dem Zulaufrohr 15 am Zulauf I5a verbunden. Auf der Außenseite 51 des Kernrohres 50 sind zahlreiche Filter bzw. Filterelemente 20 neben- bzw. aufeinander angeordnet Jedes Filter weist ein gefaltetes Filtermittel 26 (siehe F i g. 2), einen Einlaß 22 auf der Innenseite 23 des Filtermittels 26 sowie einen Auslaß 24 auf der Außenseite 25 des Filtermittels auf. Dichtungen 21 sorgen für strömungsundurchlässige Verbindung zwischen den Filterelementen 20 und dem Kernrohr 50. Das Kernrohr 50 weist zahlreiche öffnungen 52 auf, die die Innenseite 53 des Kernrohres mit dessen Außenseite 51 verbinden. Die öffnungen 52 sind über die gesamte Länge des Kernrohres sowie in dessen Umfangsrichtung verteilt angeordnet Die öffnungen 52 stellen somit eine Verbindung zwischen der Innenseite 53 des Kernrohres und einer Kammer 27 auf der Außenseite 25 der Filterelemente 20 her.

Innerhalb des Kernrohres 50 sind auf dessen Innenseite 53 gleitend verschiebbar zwei Kolben 30 angeordnet, die mit einer hohlen Verbindungsstange 34 fest verbunden sind, die die Kolben in bestimmtem Abstand hält Die Verbindungsstange 34 weist einen hohlen Innenraum 36 auf und ist ihrerseits mit einer Hohlwelle 37 verbunden. In jedem Kolben 30 befinden sich in Längsrichtung verlaufende Fluiddurchlässe 40 sowie radial im jeweiligen Kolben 30 verlaufende Verbindungskanäle 38, die für eine Strömungsverbindung zwischen einer Mittelöffnung 39 im jeweiligen Kolben, dem Innenraum 36 und einer Saugkammer 33 sorgen. An der Stirnseite 31 des einen Kolbens 30 sind die Mittelöffnung 39 und das Ende des Innenraumes 36 der Verbindungsstange 34 bezüglich der Innenkammer 54 des Kernrohres 50 abgedichtet.

Die Hohlwelle 37 ist mit einer Einrichtung 60 verbunden, die die Hohlwelle 37 sowie die Kolben 30 in bestimmter bzw. vorgeschriebener Weise innerhalb des Kernrohres 50 mittels einer Gewindewelle 62 vor- und zurückbewegen kann. Die Gewindewelle 62 ist mit der Hohlwelle 37 verbunden. Ein Deckel 70 schließt das Ende des Filterapparates 10 dichtend ab. Dieser Deckel 70 läßt allerdings eine Verschiebung der Hohlwelle 37 durch den Deckel zu. Mit dem Inneren 63 der Einrichtung 60 steht ein Auslaß 65 in der Weise in Verbindung, daß von den Kolben zum Auslaß 65 eine Fluidströmung erfolgen kann. Die Gewindewelle 62 wird von einer mit einer Antriebsquelle 61 verbundenen Übertragungseinrichtung 64 gedreht. Mit der Antriebsquelle 61 ist eine Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 verbunden, von der sich Teile auch in der Kammer 27 befinden und die automatisch die Rückspülung der Filterelemente 20 steuern kann. Allerdings kann die Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 auch weggelassen oder ausgeschaltet werden. Wenn die Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 in Betrieb ist stellt sie den Druckabfall an den Filterelementen fest und leitet den Rückspül- und Reinigungszyklus ein, wenn der Druckabfall einen bestimmten Wert erreicht

ίο Im folgenden wird die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Filterapparates erläutert Durch das Zulaufrohr 15 strömt unter Druck ein Fluid mit Feststoffteilchen ein und füllt alle Räume der Innenkammer 54. Da in der Kammer 27 ein niedrigerer Druck als im Zulaufrohr 15 herrscht strömt das die Feststoffteilchen mitführende Fluid durch die Filtermittel 26 der Filterelemente 20, wobei die Feststoffteilchen von den Filtermitteln 26 zurückgehalten werden. In die Kammer

27 tritt daher gereinigtes Fluid bzw. Filtrat ein, das aus der Kammer 27 durch das Ablaufrohr 16 abströmt Da sich auf den Filtermitteln 26 der Filterelemente 20 Feststoffteilchen ansammeln, nimmt der Druckunterschied zwischen dem Zulaufrohr 15 und der Kammer 27 zu, während gleichzeitig die Menge des durch den Filterapparat strömenden Fluids abzunehmen beginnt Bei einer bestimmten, von der Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 festgestellten Druckdifferenz bringt die Antriebsquelle 61 mittels der Übertragungseinrichtung die Kolben 30 in Stellungen neben den Filterelementen 28 und 29. Dichtende Kolbenringe 42 verhindern dann, daß weiterhin Trübe durch die Filterelemente 28 und 29 strömen kann. Die Fluiddurchlässe 40 ermöglichen jedoch, daß die Trübe unbehindert zu den übrigen Filterelementen 20 gelangt. Mittels einer beliebigen geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 66, wird dann am Rückspülauslaß 65 ein niedriger Druck erzeugt. Da die Verbindungskanäle 38, der Innenraum 36, das Innere der Hohlwelle 37, Öffnungen 43 in der Hohlwelle sowie das Innere 63 der Einrichtung 60 sämtlich in Verbindung miteinander stehen, und im übrigen abgedichtet sind, führt ein niedriger Druck am Auslaß 65 zu einer Rückströmung von Filtrat durch die Filtermittel 26 der Filterelemente

28 und 29. Diese Rückströmung bzw. Rückspülung bewirkt, daß von den Filtermitteln 26 die darin und darauf angesammelten Feststoffteilchen bzw. der Filterkuchen weggespült wird bzw. werden. Das Rückspülfluid strömt durch die Auslässe 24 der Filterelemente, die öffnungen 52 im Kernrohr 50, in die hinterschnittenen Saugkammern 33 in den Kolben, durch die Verbindungskanäle 38 und in den Innenraum 36, der über die Hohlwelle 37 und die öffnungen 43 mit dem Auslaß 65 verbunden ist. Die zum Rückspülen bzw. Reinigen der Filterelemente 28 und 29 erforderliche Zeit hängt erstens davon ab, wie verschmutzt die Filterelemente sind, zweitens von der Art des Fluids, drittens von der Art der Verunreinigungen bzw. Feststoffteilchen, viertens von der Höhe der Druckdifferenz im Filterapparat und fünftens von der gewünschten Sauberkeit der gespülten Filterelemente. Die Rückspülzeit kann mittels der Steuereinrichtung 68 reguliert werden, die auf jede beliebige Zeitdauer eingestellt werden kann. Alternativ können nicht dargestellte Druckfühler eingesetzt werden, die anzeigen, wann der gewünschte Druckabfall an den Filtermitteln während des Rückspulens erreicht wird. Diese Druckfühler können dann ein Signal auf die Steuereinrichtung 68 geben, durch das der nächste Rückspülschritt eingeleitet

wird. Wenn dann die Filterelemente 28 und 29 nach einer vorgegebenen Zeitdauer fertiggespült worden sind, bewirkt die Steuereinrichtung 68, daß die Antriebsquelle 61 die Kolben 30 zu den nächstfolgenden Filterelementen 20 verschiebt, so daß diese Filterelemente gespült und gereinigt werden. Auf diese Weise können nacheinander durch Wiederholung der Spülzyklen alle Filterelemente des Filterapparates 10 gereinigt werden, während die Verunreinigungen bzw. Feststoffteilchen gleichzeitig aus dem Filterapparat abgezogen ι ο werden, so daß der Filterapparat 10 kontinuierlich weiterarbeiten und filtrieren kann, während die Filterelemente, die gerade gereinigt werden, an ihrer Stelle im Filterapparat bleiben. Wenn giftige Stoffe, beispielsweise Acrylverbindungen, filtriert werden, werden die OSHA-Anforderungen vollständig erfüllt, ohne daß zusätzliche und teuere Sicherheitseinrichtungen erforderlich sind.

Es ist festgestellt worden, daß die Filtermittel 26 aus beliebigem, porösem Filtermaterial bestehen können, das die Druckdifferenz des jeweiligen Filterapparates aushalten kann. Beim Filtrieren von Polymeren hat es sich als günstig erwiesen, ein Metallfaden-Tiefenfilter zu verwenden, dessen Metallfäden einen Durchmesser von ungefähr 1 μ bis ungefähr 50 μ haben, wobei das gesamte Filtermittel gesintert ist. Ein solches Material wird von der Fluid Dynamics Division der Brunswick Corporation unter dem Warenzeichen »DYNALLOY« vertrieben.

Um einen zu starken Druckabfall beim Rückspülen der Filterelemente 20 zu vermeiden, hat es sich als sinnvoll erwiesen, eine Zwischenkammer zwischen den Rückspülwegen vorzusehen. Daher ist zwischen den Filterelementen 20 bzw. deren Einlassen 22 und der Außenseite 51 des Kernrohres 50 eine Zwischenkammer 56 ausgebildet Ferner hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Verbindungskanäle 38 im Kolben und die Öffnungen 52 im Kernrohr 50 gegeneinander zu versetzen. Über die Verbindungskanäle 38 ist die Mittelöffnung 30 mit der den Kolben 30 umgebenden Saugkammer 33 verbunden. Da die Breite bzw. Höhe der Saugkammer 33 wesentlich größer als der Durchmesser der Öffnungen 52 ist, braucht die Verschiebung der Kolben 30 zwischen den Öffnungen an verschiedenen Längspositionen des Kernrohres nicht sehr genau zu erfolgen. Da somit die Verschiebung der Kolben keine sehr große Genauigkeit erfordert, ist die Herstellung des Filterapparates 10 weniger kostspielig als andere, vergleichbare Vorrichtungen.

Der Filterapparat 10 hat sich mit Filtermitteln aus gesinterten Metallfäden als gut geeignet zum Filtrieren von Polymeren bei hohen oder höheren Temperaturen erwiesen. Zu diesen Polymeren können Acrylverbindungen, Polyester und Äthylenverbindungen gehören, wobei die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Filterapparates allerdings nicht auf diese Materialien beschränkt ist. Der erfindungsgemäße Filterapparat kann zum Filtrieren von Fluiden in einem weiten Viskositätsbereich benutzt werden, der beispielsweise für Polymere von ungefähr 200 poise bis ungefähr 5000 poise geht. Wenn andere, weniger viskose Fluide filtriert werden, kann der Viskositätsbereich von ungefähr 1 poise bis 200 poise gehen.

Bei einem Fiiterapparat i0 mit 26 Filterelementen 20 aus DYNALLOY-Material wurde Acrylmaterial mit einer Temperatur im Bereich von 65°C bis 77°C und einer Viskosität im Bereich von 200 bis 250 poise am Zulaufrohr 15 bei einem Druck von 17,57 kp/cm² zugeführt. Der höchstzulässige Druckabfall am Filterapparat betrug 7,03 kp/cm²; der Filterapparat arbeitete jedoch auch noch mit einem Druck von 14,06 kp/cm² am Ablaufrohr 16. An den Filterelementen 20 herrschte somit eine Druckdifferenz von 3,51 kp/cm², und in der Kammer 27 herrschte ein Druck von 14,06 kp/cm². Wegen dieses hohen Drucks in der Kammer 27 wurde die Pumpe 66 nicht benutzt. Der Auslaß 65 der Einrichtung 60 wurde auf atmosphärischem Druck gehalten. Zum Rückspülen der Filterelemente 20 stand somit ein Druck von 14,06 kp/cm² bzw. der dadurch verursachte Überdruck zur Verfügung. Es zeigte sich, daß dies vollständig ausreichte, um die Filterelemente innerhalb sehr kurzer Zeit zu reinigen, und daß der Reinigungszyklus lediglich periodisch durchzuführen war. Dieses Beispiel zeigt, daß der Druckabfall zur Kammer 27 bestimmt, ob die Pumpe 66 eingesetzt wird oder nicht

Bei einer abgewandelten Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Filterapparates können die Kolben 28 und 29 solchen Abstand voneinander haben, daß zu einer bestimmten Zeit jeweils nur ein Filterelement gereinigt wird, statt daß zwei Filterelemente gleichzeitig gereinigt werden, so daß zum Rückspülen eine geringere Filtratmenge benötigt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ί. Rückspülbare Filtervorrichtung, mit einem Gehäuse mit einem Zulauf für zu filterndes und einem Ablauf für gefiltertes Fluid, mit einem im Gehäuse befestigten Kernrohr, in das der Zulauf mündet und auf dem außen in gleichmäßigen Axialabständen Filterelemente angeordnet sind, mit in Längsrichtung in gleichen Abständen angebrachten Öffnungen im Kernrohr, von denen jeweils mindestens eine in ein Filterelement mündet, mit mindestens einem im Kernrohr auf einer hohlen und aus dem Gehäuse abgedichtet herausgeführten Kolbenstange befestigten und im Kernrohr abgedichtet verschiebbaren Kolben, in dem radiale Kanäle zum Inneren der Kolbenstange angeordnet sind, und mit einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Verstellvorrichtung für den Kolben die mit diesem starr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kolbenstange (34,37) mindestens zwei in einem einem Vielfachen des Offnungs- (52) Abstandes entsprechenden Abstand stehende Kolben (30, 31) angebracht sind, daß die Verstelleinrichtung (60, 62) dicht am Gehäuse (12) festgelegt und gleichzeitig zum Abführen rückgespülter Verunreinigungen mit Einrichtungen (65, 66) zum Erzeugen einer negativen Druckdifferenz zur Ablaufseite (27,16) der Filterelemente (20) versehen ist und von der den Kolben dicht mit ihr verbindenden Kolbenstange (34, 37) durchsetzt wird.
2. Rückspülbare Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (61,64,62) ein Gewindespindeltrieb ist, dessen Spindelmutter im aus dem Gehäuse (12) ragenden Ende (37) der Kolbenstange (34, 37) angeordnet ist.
3. Rückspülbare Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im aus dem Gehäuse (12) ragenden Ende (37) der Kolbenstange (34, 37) Durchgangsöffnungen (43) angeordnet sind, die in die Abführvorrichtung (60) führen.
4. Rückspülbare Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben (30) axiale Durchlässe (40) für das zu filtrierende Fluid aufweist.