DE2813864A1 - Filter - Google Patents

Filter

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DE2813864A1 DE19782813864 DE2813864A DE2813864A1 DE 2813864 A1 DE2813864 A1 DE 2813864A1 DE 19782813864 DE19782813864 DE 19782813864 DE 2813864 A DE2813864 A DE 2813864A DE 2813864 A1 DE2813864 A1 DE 2813864A1
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Description

Dr.-lng. Reimar König ■ Dipl.-lng. Klaus Bergen
Cecilienallee 76 A Düsseldorf 3O Telefon 45SOOB Patentanwalts
29. März 1978
32 045 K
D.G. Kronsbein, Heinrich-Heine Allee 3
4000 Düsseldorf
"Filter"
(Zusatz zu P 27 06 017.9)
Die Erfindung "betrifft einen Filter für Druckluft und andere komprimierte Gase sowie Luft und Flüssigkeiten mit durchlässigen Stützmänteln, zwischen denen sich ein Filterelement befindet, das aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher
Porösität zusammengesetzt ist, wobei die feinpcrige Lage zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage abgedeckt ist, nach Patentanmeldung P 27 06 017.9.
Die Druckluftqualität ist insbesondere für Brauereien und
Abfüllbetriebe von großer Bedeutung. Die Umweltluft enthält unter normalen Bedingungen bis zu 140 Mo .Schmutzpartikel pro m . Zu den Schmutzpartikeln gehören Pollen, Blütenstaub,
Schimmel und wilde Hefen„ Diese Verunreinigungen werden vom Ansaugfilter eines Kompressors nicht zurückgehalten, da sie viel su klein sind. Ihre Größe beträgt zwischen 0,00001 bis 0,002 mm„ Hinzu kommt noch eine 50 bis SO^ige Luftfeuchtigkeit. Fahrend der Kompression wird die Luft zusätzlich mit
Olli
Abtrieb aus dem Kompressor angereichert. Durch ein Verdichten auf beispielsweise 4 bar wird das Ausgangsvolumen auf ein Fünftel verringert. Das heißt, es tritt eine fünffache Konzentration ein. Das gilt auch für den Sauerstoffgehalt.
Bei konstanten Temperaturen von z.B. 300C und einer 100%igen Luftfeuchtigkeit sowie der mehrfachen Sauerstoffkonzentration ergeben sich in Druckluftleitungen und Behältern ideale Wachstumsvoraussetzungen für Mikroorganismen. Das birgt für Brauereien und Abfüllbetriebe eine hohe Gefahr von Infektionen bzw. Geschmacksbeeinträchtigungen in sich.
Bei sogenannter Arbeitsluft ohne besondere Anforderungen an die Sterilität der Luft finden häufig auch oelgeschmierte Kompressoren Verwendung. Die Druckluft erfährt dann durch das Schmieroel eine zusätzliche Verunreinigung. Das Schmieroel oxidiert unter dem Einfluß des stark erhöhten Sauerstoffanteils und der Verdichtungstemperatur, die bis zu 2000C und mehr im Kompressor erreichen kann. Unter diesen Einflüssen wird das Schmieroel stark aggressiv. Das und die anderen Verunreinigungen der Druckluft tragen wesentlich zum Verschleiß in allen Druckluftanlagen bei.
Aufgrund feinster Zerstäubung bilden die Verunreinigungen Aerosole. Das heißt sie bleiben schwebend in der Druckluft und breiten sich im gesamten Druckluftnetz aus.
Dem läßt sich mit herkömmlichen Abscheidemethoden wie Zentrifugalabscheiden oder Abscheiden mit Sintermetall- oder Keramikabscheidern nur wenig entgegenwirken.
Entscheidene Kriterien für die Qualität eines Filters sind dessen Standzeit und Filterwirkung. Der Erfindung liegt daher
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die Aufgabe zugrunde die Standzeit und Filterwirkung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Filterelement Aktivkohle enthält. Die mehrlagigen Filterschichten unterschiedlicher Porosität geben dem Filterelement gegenüber anderen Filtern eine wesentlich längere Standzeit bei erhöhtem, konstantem Filtereffekt. Das ist darauf zurückzuführen, daß unterschiedlich große Partikel unterschiedlich tief in das Filter eindringen. Dabei gelangen große Partikel nicht in den Feinstfilterbereich, sondern werden vorher zurückgehalten, während kleine Partikel bis ins Innerste des Filtermediums eindringen. Dadurch ergibt sich die denkbar günstigste Korngrößenverteilung innerhalb des Filtermediums und es entsteht eine ausgezeichnete Druckluftqualität, wenn das Filter zum Beispiel zum Druckluftfiltern eingesetzt wird. Die Aktivkohle adsorbiert die Verunreinigungen des vorbeiströmenden Mediums. Darunter ist das Aufnehmen und Verdichten von Gasen oder gelösten Stoffen an der Oberfläche der Aktivkohle zu verstehen. Die Menge des Adsorbates steigt mit dem Gasdruck, so daß das erfindungsgemäß mit Aktivkohle versehene Filter in Druckluftanlagen eine besonders hohe Adsorptionsfähigkeit besitzt.
Für das Filter ist durch Mahlen zerkleinerte Aktivkohle mit unterschiedlicher Korngröße geeignet. Dabei findet eine besondere Verteilung der Korngrößen statt, so daß das zu filternde Medium im Filter zunächst auf grobkörnige Aktivkohle und danach auf feinkörnige Aktivkohle trifft. Die grobkörnige Aktivkohle ist im Grobfilterbereich und die feinförnige Aktivkohle im Einfilterbereich angeordnet. Für den Grobbereich sind Korngrößen zwischen 1 und 4 mm und für den
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Feinbereich Korngrößen unter 0,1 mm geeignet. Je kleiner die Korngröße ist, desto größer ist die Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle.
Vorteilhafterweise erlaubt das nach Art einer Sandwichkonstruktion zwischen zwei konzentrischen Stützvliesen eingeschlossene Mikrofaservlies die Verwendung feinstgemahlener und bindenittelfreier Aktivkohle. Die Aktivkohle kann ohne Bindemittel vorteilhafterweise ihre maximale Adsorptionsfähigkeit in dem erfindungsgemäßen Filter entfalten. Das in Strömungsrichtung nachgeordnete Stützfaservlies wirkt vorteilhafterweise als Nachfilter. Es filtert auch feinste, von dem zu filternden Medium mitgerissene Kohlepartikel aus. Dabei scheidet das Mikrofaservlies Teilchen bis herab zu 0,01 pm aus. Die sich auch bei ölfreien Kompressoren in der Druckluft findenden ungesättigten Kohlenwasserstoffe sowie störenden Gerüche werden gleichfalls adsorbiert. Das austretende, gefilterte Medium ist praktisch rein :una. steril. Es ergibt sich eine Druckluftqualität, die besser als die Atemluft nach DIM 3183 ist. Sie ist völlig geruchs- und geschmacksneutral.
Die der feinkörnigen Aktivkohle in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums vorgeordnete grobkörnige Aktivkohle kann in Taschen angeordnet sein, zwischen denen sich jeweils ein Spalt befindet, der in der Strömungsrichtung des zu filternden Mediums an seinem Ende verschlossen ist. Der Spalt zwischen benachbarten Taschen vergrößert die Filterfläche, d.h., die Fläche, gegen die das zu filternde Medium anströmt. Je größer die Anzahl der Taschen ist, desto größer ist die Filterfläche. Dabei können die Taschen so angeordnet sein, daß die Spalte in axialer Richtung und/oder in Umfang sr ichtung verlaufen.
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Das verschlossene Spaltende zwingt das in den Spalt strömende Medium, durch die Taschen zu strömen. Es entsteht in den Taschen eine besonders starke Verwirbelung des zu filternden Mediums mit besonders langer Kontaktzeit mit der Aktivkohle. Gleichwohl ist der Strömungswiderstand gegenüber bekannten Filtern mit den gebundenen Kohlepartikeln sehr viel geringer.
Die Taschen erlauben die Verwendung bindemittelfreier Aktivkohle; sie geben der Aktivkohle den notwendigen Halt im Filter, ohne deren Adsorptionsfähigkeit zu beeinträchtigen. Dabei können die Aktivkohlepartikel so lose in den Taschen angeordnet sein, daß sich das in die Taschen strömende Medium dort optimal verteilt und die Kohlepartikel allseitig umströmt. Die lose Anordnung entsteht beispielsweise durch eine lose Schüttung.
Die Taschen bestehen aus Geweben mit Kunststoffasern, die sich leicht verschweißen lassen. Die Schweißnähte liegen vorteilhafterweise zugleich am Ende eines jeden Spaltes bzw. an den Randbereichen des Filters. Auf diese Weise wird die Durchlässigkeit des Gewebes nicht von den Schweißnähten beeinträchtigt und das bei geeigneter Auswahl und Schichtung der Fasern mit dem Schweißen verbundene Schließen aller vorher offenen Poren zwischen den Fasern zum Schließen der Spaltenden zwischen den Taschen und zum Erzeugen dichter Randstreifen an dem Filterelement genutzt. Die dichten Randstreifen erleichtern das Abdichten des Filterelementes an seinen Berührungsstellen mit dem Filtergeh-äuse.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filters in Patronenbauweise, teilweise aufgebrochen;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch das Filter;
Fig. 3 ein weiteres erfindungsgemäßes Filter in einem schematischen Querschnitt;
Fig. 4 und 5 Einzelheiten des Filters nach Fig. 3; und
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Anwendung der Filter nach Fig. 1 Ms 5.
Das erfindungsgemäße Patronefilter besitzt einen oberen Deckel 1 und einen unteren Deckel 2, zwischen denen sich ein Hohlzy-linder befindet. Alle metallischen Teile bestehen aus rostfreiem Stahl oder Aluminium und die Abdichtungen aus einem temperaturbeständigem Dichtmaterial„ Der obere Deckel 1 ist mit einer zentrischen Durchgangsöffnung mit einem Außengewinde 3 versehen, das sich koaxial zur Patrone erstreckt und dem Einsetzen der Patrone in die Zulaufleitungen 15 eines Gehäuses 16 dient. Ein zwischen dem oberen Deckel 1 und dem Außengewinde 3 befindlicher, umlaufender Dichtungsring 4 sorgt dafür, daß der das zu filternde Medium zuführende, in den Innenraum der Patrone mündende Gehäusebereich 17 von dem die Patrone umgebenden, das gefilterte Medium enthaltenden Gehäusehohlraum 18 dichtend getrennt ist.
In Fig. 2 symbolisiert der Pfeil a den Zulauf des zu filternden Mediums, das gereinigt auf der Außenseite - durch die Pfeilspitzen e symbolisiert - aus der Patrone austritt.
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Der Trennung des Gehäusebereiches 17 von dem Gehäusehohlraum 18 dient auch eine Bördelung am unteren Deckel 2. Die Bördelung befindet sich am Außenumfang und im Zentralbereich; sie ist derart nach innen geformt, daß sich der Hohlzylinder des Filterelementes in eine umlaufende Rinne 5 stellen läßt. Die gleiche umlaufende Rinne befindet sich mit umgekehrter Auswölhung im Deckel 1. Der obere Deckel 1 und der untere Deckel 2 sind durch Klebemittel 6 dicht mit dem Hohlzylinder verbunden.
Der Hohlzylinder besteht nach Fig» 1 und 2 aus konzentrischen Materialringen. Der innerste Materialring ist ein Edelstahlstützmantel 7 aus einem Drahtgeflecht oder einem gestanzten, mit einem Muster von Durchtrittsöffnungen versehenen und gebogenen Blech. Ein solches Blech entsteht beispielsweise durch Stanzen von dicht aneinanderliegenden und im wesentlichen in Umfangsrichtung des Stützmantels 2 verlaufenden Schlitzen oder Löchern und anshließendes Strecken des Blechs. Es wird dann als Streckmetall bezeichnet.
Der innerste Edelstahlstützmantel 7 ist außen von einem Stützfaservlies 9a umgeben. Es folgt ein Mikrofaservlies 8, das seinerseits von einem Stützfaservlies 9b umschlossen ist. Alles ist von einem weiteren, in gleicher Weise wie der innere Edelstahlstützmantel gefertigten äußeren Edelstahlstützmantel 7 umgeben. Demzufolge befinden sich die Stützfaservliese 9a und 9b zwischen den Edelstahlstützmanteln 7 und das Mikrofaservlies 8 zwischen den Stützfaservliesen 9a und 9b. Die Stützfaservliese 9a und 9b bestehen aus hydrophoben Nylonfasern und sind gleichfalls bindemittelfrei, aber nicht so feinporig wie das Mikrofaservlies 8.
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-ßr-
Das Mikrofaservlies setzt sich aus hydrophoben, ohne Bindemittel geschichteten Glasfasern zusammen. Beim Schichten oder nachträglich wird f einst gemahlene Aktivkohle zwischen die Glasfasern gebracht. In dieser Zusammensetzung hat das Mikrofaservlies 8 im unbenutzten Zustand ein Hohlvolumen von 80%.
Die Stützfaservliese 9a und 9b besitzen verschiedene Aufgaben. Sie dienen als Vorfilter gegenüber dem Mikrofaservlies 8 und zusammen mit den Stützmänteln 7 als sichere Abstützung für das Mikrofaservlies 8 in jeder Strömungsrichtung des zu filternden Mediums. Dabei hält die mit den Edelstahlstützmänteln 7, den Stützfaservliesen 9a und 9b und dem Mikrofaservlies 8 gegebene Sandwichkonstruktion auch erheblichen Drücken stand. Außerdem erlaubt die Anordnung der Stützfaservliese 9a und 9b und der Edelstahlmäntel 7 auf beiden Seiten des Mikrofaservlieses 8 eine wirkungsvolle, beispielsweise der Reinigung des Filterelementes dienende Strömungsumkehr.
Sofern das Filter zum Abscheiden von OeI aus Druckluft verwendet wird, bietet- ein zusätzlicher, den äußeren Edelstahlmantel 7 umgebender Schaumstoffmantel 10 eine weitere Gewähr dafür, daß Aerosole ausgefiltert werden.
Beim Filtern von Druckluft strömt die verunreinigte und zu filternde Druckluft zunächst durch das innere Stützfaservlies 9a. Dort werden Mikroorganismen und andere Teilchen bis herab zu einer Größe von 0,005 bis 0,001 mm zurückgehalten. Die feineren Teilchen bis herab zu 0,00001 mm verfangen sich im Mikrofaservlies 8.
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Nach Fig. 3 bis 5 ist der Hohlzylinder zwischen den Deckeln 1 und 2 innen mit einer zusätzlichen Filterschicht versehen, zu der segmentähnliche Taschen 19 aus Nylongewebe gehören.
Die Taschen 19 bestehen beispielsweise aus zwei übereinandergelegten Gewebebahnen. Die untere Gewebebahn liegt glatt auf, während die obere Gewebebahn in Schlingen gehalten ist und mit jeder der unteren Gewebebahn zugewandten Schlingenspitze durch in die Schlingen greifende, sich über die ganze Gewebebahnbreite erstreckende Schweißbalken mit der unteren Gewebebahn verschweißt wird. Die Schweißnähte 20 erstrecken sich in Längsrichtung der die Taschen 19 bildenden Schlingen und quer zur Längsrichtung der Gewebebahnen. Anschließend werden die obere und die untere Gewebebahn an einem Rand miteinander verschweißt. In das andere, offene Ende der Taschen 19 am gegenüberliegenden Rand der Gewebebahnen läßt sich dann grob gemahlene oder grob gestoßene Aktivkohle einfüllen. Nach Füllen der Taschen 19 werden die offenen Taschenenden in gleicher Weise wie die durch die Schweißnaht 21 verschlossenen Taschenenden durch eine Schweißnaht 22 verschlossen. Das zum Schweißen der Nähte 21 und 22 notwendige Andrücken der Ränder der oberen Gewebebahn gegen die untere Gewebebahn bewirkt ein Abschrägen der Taschenenden.
An die Stelle der in Schlingen zu bringenden oberen Gewebebahn kann auch eine Gewebebahn mit vorgefertigten Taschen bzw. können auch einzelne vorgefertigte Taschen treten, die im zunächst oben offenen Zustand mit grobkörniger Aktivkohle gefüllt und dann mit einer aufgelegten Gewebebahn verschweißt werden.
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Alle für die Taschen 19 vorgesehenen Gewebebahnen sind ■bindemittelfrei und können aus lediglich durch auf "besonderes Schichten miteinander in Eingriff gebrachten Fasern bestehen.
Die fertigen Taschen 19 werden bei der Montage zusammengerollt und in den inneren Edelstahlstützmantel 7 des Hohlzylinders gesteckt. Die Taschen 19 liegen dann mit ihrer in Fig. 4 unteren Gewebebahn an dem inneren Edelstahlstützmantel 7 an und schließen in axialer Richtung mit dem Edelstahlstützmantel 7 ab. Das heißt, die durch die Schweißnähte 21 und 22 gebildeten Ränder der Taschen 19 verlaufen mit den Rändern des inneren Edelstahlstützmantels 7 bündig, so daß die Deckel 1, 2 den Hohlzylinder mitsamt den durch die Schweißnähte 21 und 22 gebildeten Rändern der Taschen 19 umgreifen können.
Im montierten Zustand weisen die Taschen 19 zwischen jeweils zwei benachbarten Taschen 19 einen entlang der zugehörenden Schweißnaht 20 und in axialer Richtung des Hohlzylinders verlaufenden Spalt auf, der die Anströmfläche für das zu filternde Medium vergrößert.
Die grobkörnige Aktivkohle in den Taschen 19 stellt eine
erste Adsorptionsstufe für das anströmende, zu filternde Medium dar. Die zweite Adsorptionsstufe ist das Mikrofaservlies 8 mit der feinstgemahlenen Aktivkohle.
Nach Fig. 6 findet das Filter gemäß Fig. 1 und 2 bzw. 3 T5is 5 in einer Filterkombination mit einem in gleicher
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Weise wie das Filter nach Fig. 1 und 2, aber ohne Aktivkohlezusatz aufgebauten Filterelement 23 Verwendung. Das Filterelement 23 bildet für das zu reinigende Medium eine erste Filterstufe, in der OeI, Wasser und Schmutz ausgeschieden werden. Die mit komprimierter Luft anfallende Wassermenge ist ganz erheblich, denn nach einer Druckluftkompression und einer Drucklufttemperatur von beispielsweise 500C hinter dem Nachkühler und einer im Druckluftnetz stattfindenden Abkühlung auf 100C entsteht ein Wasseranfall von 72 g/nr Luft. Bei einer Kompressorleistung von 300 πΡ/h und einem Druck von 4 bar werden so 4,3 1 Wasser stündlich ins Druckluftnetz gefördert.
Das von dem Filterelement 23 abgeschiedene Wasser und OeI entweicht durch einen unten am Filtergehäuse 16 angeordneten, automatischen Kondensatablaß 24.
Dem Filter mit dem Filterelement 23 ist ein Filter mit Aktivkohle nach Fig. 1 und 2 bzw. nach den Fig. 3 bis nachgeschaltet. Der nachgeschaltete Aktivkohlefilter adsorbiert alle Oeldämpfe und Gerüche. Die beim Filtern von Druckluft danach aus der Filterkombination austretende Druckluft ist völlig steril und frei von korrosiven Bestandteilen.
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Claims (18)

  1. D.G. Kronsbein, Heinrich-Heine Allee 3,
    4000 Düsseldorf
    Patentansprüche;
    ilter für Druckluft und andere komprimierte Gase so-
    Luft und Flüssigkeiten mit durchlässigen Stützmänteln, zwischen denen sich ein Filterelement befindet, das aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher Porösität zusammengesetzt ist, wobei die feinporige Lage zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage abgedeckt ist, nach Patentanmeldung P 27 06 017.9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (8,19) Aktivkohle enthält.
  2. 2. Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine abnehmende Korngröße der Aktivkohle in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums.
  3. 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feinporige Lage (8) feinstgemahlene Aktivkohle enthält.
  4. 4. Filter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die grobporige Lage (19) grobkörnige Aktivkohle enthält.
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    ORIGINAL INSPECTEB
  5. 5. Filter nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die grobkörnige Aktivkohle in Taschen (19) angeordnet ist.
  6. 6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine lose Schüttung der grobkörnigen Aktivkohle.
  7. 7. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch bindemittelfreie Aktivkohle.
  8. 8. Filter nach,einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mehrere Taschen (19), zwischen denen sich jeweils ein in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums an seinem Ende (20) verschlossener Spalt befindet,,
  9. 9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (19) in axialer und/ oder radialer Richtung des Filters verlaufen.
  10. 10. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (19) aus bindemittelfreiem Gewebe bestehen.
  11. 11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe der Taschen (19) aus Kunststoffasern besteht.
  12. 12. Filter nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch zwischen den Taschen (19) verschweißte Kunststoff asern.
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    - 14 -
  13. 13. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
    Taschen (19) in axialer Richtung mit einem überstehenden Rand (21,22) versehen sind.
  14. 14. Filter nach den Ansprüchen 11 und 13, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Fasern am Taschenrand (21,22) verschweißt sind.
  15. 15. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 14, gekennzeichnet durch ein Mikrofaservlies mit mindestens 60%igem Hohlvolumen für die feinporige Lage (8) des Filtermediums.
  16. 16. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
    Filtermedium aus hydrophoben Fasern besteht.
  17. 17» Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle metallischen Teile aus rostfreiem Stahl oder Aluminium bestehen.
  18. 18. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein vorgeschaltetes weiteres Filterelement (23) mit einem Kondensatablaß (24).
    KAhk
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