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Verfahren zur Rückspülung von Filterbetten
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(Zusatz zu Patent ....
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(Pat.Anmelduny amtl. Aktenzeichen: P 24 32 443.4) Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Entfernen von in einem Filterbett aus körnigem Material abgelagerten
Verunreinigungen durch Rückspülen mit einem Rückspülmedium, welches mit unterschiedlichen
Strömungsgeschwindigkeiten in das Filterbett eingeleitet wird (nach Patent ....
(Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen: p 24 32 443.4).
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Das Hauptpatent beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von in einem
Filterbett aus körnigem Material abgelagerten festen Verunreinigungen durch Rückspülen
mit einer Flüssigkeit, bei welchem man die Rückspülung mit wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten
durchführt, wobei die niedrigere Strömungsgeschwindigizeit über der Absetzgeschwindigkeit
der abgelagerten Verunreinigungen liegt und die höhere Strömungsgeschwindigkeit
das körnige Material des Filterbettes im Zustand einer Wirbelschicht hält.
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Gemäss dem Ilauptpatent wird also ein flüssiges Rückspülmedium mit
zwei durch die Art der abgelagerten Verunreinigungen und durch die Eigenschaften
des Filterbettes und seiner Bestandteile vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeiten
durch das Filterbett geleitet. Dieses Verfahren bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich
der Dauer des Rückspülvorgangs und der erzielten Peinigungswirkung.
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Ausgehend von dem Verfahren gemäss dem Hauptpatent liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Weiterbildung bzw. eine Verallgemeinerung des dort beschriebenen
Rückspülprinzips anzugeben, welches insbesondere auch für die Rückspülung stärkerer
Filterschichten geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren der eingangs beschriebenen
Art gelöst, welches gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass man zusätzlich
ein zweites Rückspülmedium zur Pückspülung verwendet, dass man die Strömungsgeschwindigkeit
mindestens eines der Rückspülmedien im Verlauf eines flückspülvorganges für mindestens
ein Zeitintervall auf den
Wert Null verringert und dass man Luft
als das eine Rückspülmedium und eine Flüssigkeit als das andere Rückspülmedium verwendet.
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Abweichend von dem Verfahren gemäss dem Hauptpatent wird also erfindungsgemäss
das Rückspülen des Filterbettes nicht nur mit einer Flüssigkeit durchgeführt, sondern
mit zwei Rückspülmedien, insbesondere mit einer Flüssigkeit und mit Luft, wobei
die Einleitung mindestens eines Rückspülmediums in das Filterbett zeitweise, insbesondere
periodisch, unterbrochen wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das dem Verfahren nach
dem Hauptpatent zugrundeliegende Prinzip,das Filterbett während des Rückspülens
zeitweilig nur aufzulockern und zeitteilig vollständig zu verwirbeln, in besonders
vorteilhafter Weise bei Verwendung zweier getrennt steuerbarer Rückspülmedien verwirklicht
werden kann, insbesondere, wenn Luft als eines der Rückspülmedien verwendet wird,
wobei darauf hingewieser sein soll, dass die gleichzeitige, jedoch kontinuierliche
Zufuhr von Luft und einer Flüssigkeit zum Rückspülen von Filtern bekannt ist.
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Es hat sich in vielen Fällen als günstig erwiesen, wenn man während
des Rückspülens die Flüssigkeit kontinuierlich und die Luft intermittierend in das
Filterbett einleitet.
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In anderen Fällen ist es günstig, wenn man während des Rückspülens
die Luft kontinuierlich und die Flüssigkeit intermittierend in das Filterbett einleitet.
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Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn man während des Rückspülens
in aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen zuerst das eine
dann das andere
und dann beide Rückspülmedien in das Filterbett einleitet, wobei die Einleitung
der Rückspülmedien in allen drei Fällen vom unteren Ende des Filterbettes her erfolgt.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung hat sich eine
Vorrichtung mit Einrichtungen zur Einstellung verschiedener Strömungsyeschwindigkeiten
eines zum Rückspülen verwendeten Rückspülmediums an einem Einlass eines Filterbehälters
als günstig erwiesen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die einrichtung einen
Taktgeber aufweist, über den mindestens ein Förderaggregat und/oder ein Ventil für
das Rückspülmedium steuerbar ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Zeitrelais vorgesehen ist, mit
dessen Hilfe der Taktgeber für ein vorzugsweise wählbares Zeitintervall einschaltbar
ist. Durch die Verwendung eines Zeitrelais in Verbindung mit einem Taktgeber, die
beide auf vorzugsweise experimentell ermittelte Zeit- bzw. Arbeitsintervalle eingestellt
werden, ist es möglich, den Rückspülvorgang nach Einschalten des Zeitrelais vollautomatisch
ablaufen zu lassen. Insbesondere besteht dabei auch die Möglichkeit, das im allgemeinen
erforderliche Verstellen von Ventilen an den Zulauf- und Ablaufleitungen des Filterbehälters
zu Beginn und am Ende des Rückspülvorgangs automatisch über das Zeitrelais auszulösen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
In der Zeichnung zeigen;
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung gemäss der Erfindung mit dem zu reinigenden Filter und Fig. 2 ein detailliertes
Schaltbild einer Vorrichtung gemäss der Erfindung.
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Das in Fig. 1 gezeigte Filter ist insgesamt mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet und weist im Inneren eines Filterbehälters 12 ein Filterbett 14 aus
körnigeln Material auf, welches beispielsweise auf einem Siebboden 16 ruht.
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Während des normalen Betriebes wird dem Filter 10 die zu reinigende
Flüssigkeit von einer Pumpe 18 über ein während dieser Betriebsphase offenes Ventil
20 über eine Zulaufleitung 22 an seinem im J3etrieb - und in der Zeichnung - oberen
Ende zugeführt. Nachdem die zu reinigende Flüssigkeit das Filterbett 14 passiert
hat, verlässt sie den Filterbehälter 14 über eine Ablaufleitung 24 mit einem während
dieses Reinigungsbetriebes offenen Ventil 26. Die Strömungsrichtung während des
Reinigungsbetriebes ist im Bereich des Filterbettes durch einen gestrichelten Pfeil
angedeutet.
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Wenn das Filter 10 bzw. das Filterbett 14 durch Verunreinigungen aus
der über die Zulaufleitung 22 herangeführten zu reinigenden Flüssigkeit bis zu einem
vorgegebenen Grenzwert beladen ist oder gegebenenfalls auch nach Ablauf eines empirisch
ermittelten Zeitintervalls, wird eine Rückspülung des Filters vorgenommen, um die
ursprünglich vorhandene Filterwirkung wieder herzustellen.
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Zu Beginn des Rückspülvorganges wird ein Ventil 28 in einer mit der
Pumpe 18 verbundenen Pvückspülleitung 30 geöffnet, welche zum unteren Ende des Filterbehälters
12 führt. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel
die zu reinigende Flüssigkeit selbst als Rückspülmedium verwendet wird. Ferner werden
die Ventile 20 und 26 in der Zulaufleitung 22 bzw. der Ablaufleitung 24 geschlossen,
und es wird ein Ventil 32 in einer Ablassleitung 34 am oberen Ende des Filterbehälters
12 geöffnet. Die von der Pumpe 18 geförderte, als Rückspülmedium dienende Flüssigkeit
strömt nunmehr von unten nach oben durch das Filterbett, wie dies durch einen in
ausgezogenen Linien gezeichneten Pfeil angedeutet ist und verlässt den Filterbehälter
12 unter Mitnahme der im Filterbett vorhandenen Verunreinigungen über die Ablassleitung
340 Als zweites Rückspülmedium wird am unteren Ende des Filterbehälters 12 über
eine zweite Rückspülleitung 36 mit einem Ventil 38 Luft von unten in das Filterbett
14 eingeleitet. Zur Erzeugung des erforderlichen Drucks ist dabei ein Ventilator
40 oder ein anderes geeignetes Förderaggregat vorgesehen, welches die Luft über
die zweite Rückspülleitung in den Filterbehälter 12 drückt. Die Luft kann ebenfalls
über die Ablassleitung 34 abströmen oder auch über eine eigens dafür vorgesehene
Ventilanordnung (nicht dargestellt).
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Erfindungsgemäss wird nun entweder die Pumpe 18 oder der Ventilator
40 durch einen Taktgeber 42 gesteuert oder es werden beide Förderaggregate 18,40
in vorgegebener Weise von dem Taktgeber 42 gesteuert. Der Taktgeber 42 selbst wird
ferner über ein Zeitrelais 44 ein- und ausgeschaltet Am Eingang des Zeitrelais
44
ist ein Taster 46 vorgesehen, durch dessen Betätigung ein Rückspülzyklus eingeleitet
wird. Der Taktgeber 42 und das Zeitrelais 44 können von üblicher Bauart sein, wobei
als Zeitrelais vorzugsweise ein Relais mit Motor verwendet wird, wie dies durch
das Schaltungssymbol angedeutet ist.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die verschiedenen Ventile 22,26,28,32,38
vor Beginn eines Rückspülvorganges von Hand in die für das Rückspülen erforderliche
Stellung zu bringen und die Ventile nach Beendigung des Rückspülens wieder in die
für den Filterbetrieb erforderliche Stellung zurückzustellen Günstiger ist es jedoch,
wenn die erforderlichen Stellbewegungen für die Ventile ebenfalls durch das Zeitrelais
44 ausgelöst werden, wie dies bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel schematisch
angedeutet ist. Man erkennt, dass der Ausgang des Zeitrelais 44 nicht nur mit dem
Taktgeber 42 verbunden ist, sondern gleichzeitig mit einer Sammelschiene 48, von
der verschiedene Steuerleitungen 50 zu den einzelnen Ventilen 22,26, 28,32,38 abzweigen.
Damit das Öffnen und Schliessen der einzelnen Ventile in der für den Betrieb der
Anlage richtigen Reihenfolge erfolgt, können dabei zwischen den einzelnen Leitungen
50 und der Sammelschiene 48 geeignete Verzögerungs- oder Zeitglieder 52 vorgesehen
sein, wobei es im allgemeinen genügen dürfte, für die gruppenweise Ansteuerung der
Ventile ein oder zwei Zeitglieder 52 vorzusehen, zumal bei Wahl eines geeigneten
Taktgebers 42 die Möglichkeit besteht, das Anlaufen der Pumpe 18 und/oder des Ventilators
40 gegenüber dem Einschalten des Zeitrelais 44 zu verzögern.
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Sobald das Zeitrelais 448eingeschaltet ist und-die Ventile sich
in
der richtigen Stellung befinden, können die Pumpe 18 und/oder der Ventilator 40
dann unter Steuerung durch den Taktgeber 42 zyklisch ein- und ausgeschaltet werden,
bis die am Zeitrelais 44 einstellbare Zeit für einen Rückspülvorgang abgelaufen
ist.
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Danach kann vorzugsweise automatisch wieder auf den normalen Filterbetrieb
zurückgeschaltet werden, so dass der gesamte Rückspülvorgang nach Betätigung des
Tasters 46 vollautomatisch abläuft. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit,
den Taster 46 durch eine Schaltuhr zu ersetzen, beispielsweise dann, wenn das Filter
10 in einem kontinuierlichen Betrieb mit relativ konstanten Daten bezüglich der
Verschmutzung der zu reinigenden Flüssigkeit arbeitet. Diese Bedingungen können
beispielsweise bei der Trinkwasseraufbereitung vorliegen. In anderen Fällen, beispielsweise
bei Filtern für Schwimmbäder, erscheint es günstiger, den Rückspülvorgang je nach
Bedarf von Hand einzuleiten, da bei derartigen Anlagen die Belastung des Filters
mit Schmutzstoffen pro Zeiteinheit erheblich schwanken kann.
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Die vorstehende Erläuterung der Erfindung anhand der stark schematisierten
Darstellung gemäss Fig. 1 macht deutlich, dass im Einzelfall, ausgehend von dem
Grundgedanken einer unterschiedlich starken Auflockerung des Filterbetts 14 während
des Rückspülens, zahlreiche Steuerungsmöglichkeiten bestehen, wobei u.a. auch die
Möglichkeit besteht, über das Zeitrelais 44 und/ oder den Taktgeber 42 weitere Einrichtungen
zu steuern, beispielsweise eine Solepumpe (nicht dargestellt) zum Regenerieren eines
Ionenaustauschers im Filterbett 14.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt die Einzelheiten einer Vorrichtung bzw.
einer Steuerschaltung gemäss der Erfindung zum Rückspülen
eines
Filters. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist die Pumpe 18, welche einen
Drehstromantrieb besitzt, unabhängig von Taktgeber 42 und Zeitrelais 44 über einen
Schalter 54 ein-und ausschaltbar. Der Schalter 54 liegt in Serie mit einem Relais
56 an einer Steuerspannung von beispielsweise 220 V zwischen einer Leitung R01 (Phase)
und einer Leitung MP (Mittelpunktsleiter). Das Relais 56 schaltet über Kontakte
57 die drei Phasen RST für die Pumpe 18 bzw. den Pumpenmotor. über einen weiteren
Kontakt 58 schaltet das Relais 56 eine Kontrolllampe 59, die parallel zu dem Relais
56 angeordnet ist.
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Zwischen den Leitungen R011 Mp liegt an der Steuerspannung ferner
die Reihenschaltung eines Tasters 60 und eines zweiten Relais 61. Bei Betätigung
des Tasters 60 spricht das zweite Relais 61 an und schliesst seinen Arbeitskontakt
62, der in Serie zu dem Zeitrelais 44 und einem Ruhekontakt 63 desselben liegt,
welcher nach Ablauf des an dem Zeitrelais 44 eingestellten Zeitintervalls öffnet.
An einem Abzweigpunkt 64 zwischen dem Zeitrelais 44 und seinem Ruhekontakt 63 ist
einerseits eine zweite Kontrollampe 65 angeschlossen, deren anderer Anschluss mit
der Leitung Mp verbunden ist und andererseits der Taktgeber 42, und zwar mit zwei
Anschlüssen 6G und 67.
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Zwei weitere Anschlüsse 68 und 69 des Taktgebers sind direkt bzw.
über ein drittes Relais 70 mit der Leitung Mp verbunden.
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Der Taktgeber 42 besitzt einen Schaltkontakt 71, welcher in der in
Fig. 2 gezeigten Stellung die Anschlüsse 67 und 69 miteinander verbindet, so dass
das dritte Relais 70 an der Steuerspannung liegt. Der Schaltkontakt 71 des Taktgebers
42 wird für einstellbare Schaltintervalle alternierend zwischen der eingezeichneten
Stellung und einer zweiten Stellung,in der er den Anschluss 67 mit einem weiteren,
nicht beschalteten Anschluss
72 des Taktgebers 42 verbindet, hin-
und hergeschaltet.
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Wenn das dritte Relais 70 bei der gezeichneten Stellung des Schaltkontaktes
71 erregt ist, verbinden seine Arbeitskontakte 73 den Ventilator 40 bzw. den als
Drehstrommotor ausgebildeten Motor desselben mit den drei Phasen RST der Speisespannung.
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Nach dem Betätigen des Tasters 60 wird also der Ventilator für ein
an dem Zeitrelais 44 eingestelltes Zeitintervall mit einem von dem Taktgeber 42
vorgegebenen Takt für vorgegebene Arbeitsintervalle ein- und ausgeschaltet, wobei
während dieser Arbeitsintervalle das zu reinigende Filterbett 14 durch die von der
Pumpe 18 geförderte Flüssigkeit und durch die von dem Ventilator 40 in den Filterbehälter
12 eingeleiteten Luft durchströmt wird. Die Arbeitsintervalle des Taktgebers 42
und die Schaltzeit des Zeitrelais 44 werden entsprechend den jewelligen Erfordernissen
vorzugsweise empirisch eingestellt.
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Ausser den bereits beschriebenen Schaltkreiselementen enthält die
Schaltung gemäss Fig. 2 zusätzlich einen Hauptschalter 74, über den die drei Phasenleitungen
RST mit dem Netz verbindbar sind. Ferner sind für den Motor der Pumpe 18 und den
Motor des Gebläses 40 Sicherungsanordnungen 75 bzw. 76 vorgesehen, welche elektrothermisch
betätigt sind und auf Üb erstrom ansprechen, sowie ein Schaltschloss aufweisen.
Eine elektrothermische Sicherung 77 liegt ferner zwischen dem Phasenleiter R und
einem Anschluss 7, der über die Serienschaltung zweier weiterer thermischer Sicherungen
78,79 und einer dritten Kontrollampe 80 mit einem Anschluss 8 des Mittelpunktleiters
MP verbunden ist. Die Steuerspannung für die im unteren Teil der Fig. 2 dargestellte
eigentliche Steuerschaltung wird von den beiden Anschlüssen der dritten Kontrollampe
80 abgegriffen.
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Ausgehend von dem anhand der Fig. 1 erläuterten Prinzip der Erfindung
und der Schaltung gemäss Fig. 2 lassen sich für den Einzelfall zahlreiche weitere
Steuerschaltungen entwickeln, um beispielsweise nicht nur den Ventilator 40, sondern
auch die Pumpe 18 intermittierend ein- und auszuschalten und damit für den Rückspülvorgang
zu aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen zu gelangen, in denen zunächst Flüssigkeit,
dann Luft und dann Luft und Flüssigkeit in das Filterbett 14 eingeleitet werden.
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Ferner bietet eine geeignet ausgelegte Steuerschaltung die Möglichkeit,
die Motoren für die Pumpe 18 und das Gebläse 40 in der.Stern-Dreieck-Schaltung anlaufen
zu lassen. Ausserdem kann die Steuerschaltung, wie bereits eingangs erläutert, auch
dem Umschalten von Ventilen im Leitungssystem des Filters dienen.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, daß unter einem Ventilator in
der vorliegenden Anmeldung ein Luftförderaqgreqat verstanden werden soll, welches
einen relativ hohen ueberdruck erzeugt, insbesondere ein Kompressor oder ein starkes
Gebläse, wie z.B. ein Seitenkanaleblase.