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Die Erfindung betrifft einen Rückspülfilter zur Rei-
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nigung von Wasser und anderen Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Darunter fällt z.B.
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die mechanische Reinigung von Brunnen-, Meer- und Kreislaufwasser,
z.B. von Kraftwerken aber auch von Flüssigkeiten der chemischen und der petrochemischen
Industrie.
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Die Erfindung geht von einem bekannten Rückspülfilter aus. Die Filterkammern
bestehen hierbei aus säulenförmig übereinander angeordneten Filterscheiben, deren
Ränder Ringspalte begrenzen, in denen die Verunreinigungen der von außen radial
in den Hohlraum der Säulen bei der Filtration strömenden Flüssigkeit zurückgehalten
werden. Bei der Rückspülung dieser Filterkerzen ruft die hohe Geschwindigkeit der
in ihrer Strömungsrichtung durch das Schließen des Absperrorgans im Ablauf plötzlich
umgekehrten Flüssigkeit eine schlagartige Erweiterung der Ringspalte hervor.
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Dadurch können mit geringem Aufwand an Spülflüssigkeit auch hartnäckige
Verunreinigungen aus den Spalten entfernt werden. Eine dementsprechende Steuerung
der Menge an Rückspülflüssigkeit läßt der Rückspülkopf zu. Er wird zusammen mit
dem Absperrorgan über eine Steuerung geschaltet, deren Führungsgröße der Druckabfall
zwischen dem oberen Gehäuseinlauf und dem unteren Gehäuseauslauf ist. Deshalb wird
die Rückspülung nur eingeleitet, wenn der Filterwiderstand aller Einzelfilter ein
vorgegebenes Maß überschreitet. Ferner werden die Filterkammern einzeln über den
Spülkopf während einer kurzen Haltezeit mit dem Auslauf des Gehäuses verbunden,
wodurch der Aufwand an Rückspülflüssigkeit weiter vermindert und für die erwähnte
Schlagwirkung gesorß wird. Hierzu
dreht der Antrieb den Bealen der
FiLterkerzen so, daß jede Filterkerze über den darunter angeordneten Rückspülkopf
gelangt ut#d das Druckgefälle zwischen dem oberen Gehäuseeinlauf und dem unteren
Gehäuseablauf für die Riickspülullg ausgenutzt wird. Deshalb kann man einen Rückspülfilter
dieser Art mit dem Druckgefälle einer die zu filternden Flüssigkeit führenden Rohrleitung
betreiben, ohne die Filtration mit Ausnahme des gerade der Rückspülung unterworfenen
Filters zu unterbrechen, wobei das Gehäuse zwischen aufeinanderfolgende Rohrstrecken
einer Rohrleitung eingebaut ist.
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Der bekannte Rückspülfilter eignet sich für Verunreinigungen mit einer
Partikelgröße bis zu 50 , hält aber Verunreinigungen mit geringerer Partikelgröße
nicht mehr zurück. Folglich wird indessen gefordert, auch Partikel geringerer Größe,
z.B. bis zu 20 µ zurückzuhalten. Dieser Forderung kann bei dem bekannten Rückspülfilter
wegen der nicht beliebig herabsetzbaren Spaltgröße der Filterkerzen nicht entsprochen
werden.
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Es sind allerdings auch radial durchströmte Filterkerzen bekannt (DE-GM
74 04 861), welche mit einem amorphen, d.h. hauptsächlich körnigen Filtermaterial
gefüllt sind und daher Verunreinigungen mit einer Partikelgröße von unter 50 ß zurückhalten
können.
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Zu diesem Zweck weisen in den hohlzylindrisch ausgebildeten Filterkerzen
das Außenrohr, vorzugsweise auch das Innenrohr Schlitze auf, die zur Rohrmitte nach
oben gerichtet sind. Dadurch soll bei der Filtration das zwischen Außen- und Innenrohr
eingefüllte Filtermaterial mit einer nach unten gerichteter Strömungskomponente
zusammengepreßt werden, während es bei der Rückspülung durch eine nach oben gerichtete
Strömungskomponente aufgelockert wird, um
hartnäckige Verschmutzungen
besser austragen zu können. Die radiale Durchströmung dieser Filterkerzen verkürzt
jedoch den Weg der zu filternden Flüssigkeit durch das Filtermaterial erheblich
und in der Regel so weit, daß Verunreinigungen mit geringer Partikelgröße nicht
in ausreichendem Maße zurückgehalten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorteilhafte Arbeitsweise
eines Rückspülfilters der als bekannt vorausgesetzten Art auf einen Rückspülfilter
auszudehnen, der einen größeren Bereich von Partikelgrößen insbesondere unter 50
ß zurückhält und bei einfacher Bauweise nach einer intensiven Filterung wirksam
rückgespült werden kann.
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Gemäß der Erfindung. wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung wird bei der Filtration die vorzugsweise körnige,
z.B. aus Sand bestehende Kammerfüllung auf dem längsten Weg in Richtung des Druckgefälles
durchströmt, worauf die Intensität der Filterwirkung beruht. Dabei kann man das
Filtermedium so wählen, daß 1das Rückhaltevermögen auf die gewünschte Partikelgröße
ausgedehnt wird. Die bei der Rückspülung eingeleitete Umkehr der Strömungsrichtung
wird in nur einer Filterkammer ohne Unterbrechung der Filtration in den anderen
Filterkammern durchgefuhrt, wobei die rückgespälte Kammerfüllung der Höhe nach aufgelockert
und durchströmt wird.
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Das dafür erforderliche Druckgefälle wird mit dem U-förmi@en Krümmer
uber die zu dem geöffneten Ablauf führenden Rohrstrecke clcm rückzuspüienden Filter
angelegt. Dadurch wird mit einer starken Durchströmung das Fil#ermateriai der jeweils
auf Rückspülung geschalteten Filterkanlmer mit der bereits gefilterten Flüssigkeit
von unten nach oben gespült und der Filterschlamm in kurzer Zeit vollständig mit
geringem Aufwand an Rückspülfüssigkeit ausgetragen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß trotz Herabsetzung der im Filterschlamm
zurückgehaltenen Partikelgrößen auch Werte unter 50µ , beisp weise bis 20 ß und
einem entsprechend feinen Filtermaterial der Aufwand an Rückspülflüssigkeit und
der Rückspülverlust auf ein Minimum herabgesetzt werden. Unter normalen Betriebsbedingungen
können Rückspülverluste erwartet werden, die weniger als 1 ffi der Durchsatzleistung
des Rückspülfilters ausmachen.
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Vorzugsweise wird erfindungsgemäß durch entsprechende Wahl der Form
der Filterkammern das für einen gegebenen Einsatzzweck vorgegebene Volumen an Filtermaterial
bestimmt. Dabei gestatten Filterkammern mit gemeinsamen, radial im Gehäuse angeordneten
Trennwänden in der Regel ein größeres Volumen an Filtermaterial als Filterkammern
aus Rohren, die in einen Gehäuseboden eingesetzt und an diesem aufgehängt sind.
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Andererseits richten sich zweckmäßige Ausführungsformen der erfindung
auf eine gedrangte Bauart des Rückspülfilters. Diese wird insbesondere dann erzielt,
wenn die Drehachse der Abtriebswelle des Getriebes mit der Mittelachse des Gehäuses
ausgefluchtet ist, und in der Mittelachse des Gehäuses sowohl die Rohrdrehverbindung
des Krümmers wie auch die Rohrstrecke angeordnet werden. Diese verläuft vorzugsweise
zwischen dem Rohrkrümmer und einer in der Mittelachse des Gehäuses ausgefluchteten
Aussparung des Gehäusebodens gerade.
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Im folgenden werden zu einem besseren Verständnis der Erfindung zwei
Ausführungsformen anhand der Figuren in der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Figur 1 schematisch und im Längsschnitt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rückspülfilters, Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1, Figur
3 in der Figur 1 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform des
erz in dungsgemäßen Rückspülfilters, Figur 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV
der Figur 3 und Figur 5 in der Figur 4 entsprechender Darstellung eine abgeänderte
Ausführungsform der Erfindung.
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Im folgenden werden zunächst die gemeinsamen Merkmale beider Ausführungsformen,
d.h. der Erfindungsgegenstand, näher erläutert.
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Ein Druckgefäß 1 bildet das Gehäuse des Rückspülfilters und weist
einen senkrecht stehenden zylindrischen Teil 2 mit einer strichpunktiert wiedergegebenen
Mittelachse 3 auf, der mit einem angeflanschten domartigen Deckel 4 oben und unten
mit einem gewölbten Gehäuseboden 5 abgeschlossen ist. Unterhalb der miteinander
verschraubten Flansche 6 von Deckel 4 und Zylinder 2 verläuft radial ein Stutzen
7 mit einem Anschlußflansch 8 für eine Rohrleitung, welche eine zu filtrierende
Flüssigkeit führt. Die Strömungsrichtung
ist durch den Pfeil 9
angedeutet. Ebenfalls radial, jedoch gegenüber dem Gehäusestutzen 7 um einen lIalbkreis
versetzt ist unten im Gehause ein den Gehäuseablauf bildender Stutzen 10 angeordnet,
der ebenfalls einen Anschlußflansch 11 aufweist, mit dem er einer die gefilterte
Flüssigkeit gemäß dem die Strömungsrichtung angebenden Pfeil 12 abführende Rohrstrecke
angeflanscht werden kann. Das Gehäuse ruht auf einem Fuß 13, durch den eine Rohrleitung
herausgeführt ist, die einen Ablauf 14 für den Filterschlamm bildet. Diese Leitung
hat ein Rohr 15, in das ein Absperrorgan 16, z.B. ein Schieber, eingeschaltet ist,
der einen elektrischen Antrieb 17 aufweist. Die Richtung des Ablaufes ist durch
den Pfeil 18 angedeutet. Das Rohr 15 ist bei 19 an einen Krümmer 20 angeflanscht,
der seinerseits bei 21 an den Gehäuseboden 5 angeflanscht ist und mit einer Aussparung
22 im Gehäuseboden fluchtet, die ihrerseits mit einer Rohrstrecke 23 ausgefluchtet
ist, deren Achse mit der Mittelachse 3 des Gehäuses zusammenfällt.
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Am oberen Ende der Rohrstrecke 23 befindet sich im Gehäuse elne liohrdrehverbindung
24, die nur schematisch dargestellt ist und zur Lagerung eines U-förmigen Krümmers
25 mit einem nach unten gerichteten Rohrschenkel 26 dient. Dieser Krümmer bildet
einen schwenkbaren Rücksi#ülkopf 27, und ein anderer Schenkel 28 schwenkt über einem
Zwischenboden 29, dessen Rand mit dem Zylindermantel des teiles 2 verbunden ist,
so daß sich ein oberer die zu filtrierende Flüssigkeit aufnehmender Gehäuseraum
30 ergibt, in den der den Gehäuseeinlauf bildende Stutzen 7 mündet,
Darunter
liegt ein die gefilterte Flüssigkeit aufnehmender unterer Gehäuseraum 31, in den
der den Gehäuseauslauf bildende Stutzen 10 mündet.
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Die Verbindung dieser gegeneinander abgedichteten Gehäuseräume 30
und 31 bilden Filterkammern, die bei 32 bis 39 in Figur 2 dargestellt sind. Jede
Filterkammer ist mit einem amorphen, d.h. vorzugsweise körnigen Filtermaterial 40
gefüllt und wird bei der Filtration der über den Stutzen 7 eintretenden Flüssigkeit
von oben nach unten in Richtung des Pfeiles 41 der Figur 1 durchströmt. Bei der
Rückspülung wird dagegen die Strömungsrichtung umgekehrt und verläuft in Richtung
des staichpunktiert wiedergegebenen Pfeiles 42 der F#gur 1.
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Der Schenkel 26 des KrUmmerai25 trägt außen einen Wellenstumpf 43,
der bei 44 drehfest mit der Abtriebswelle 45 eines Getriebes 46 verbunden ist, dessen
Antriebswelle von der Welle eines Elektromotores 47 angetrieben ist. Das Getriebe
sitzt auf einer Konsole 48, die auf dem Gehäusedom, d.h. auf dem angeflanschten
Deckel 4 befestigt ist.
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Gemäß der Ausfahrungsform nach den Figuren 1 und 2 weisen die Filterkammern
32 bis 39 radiale lrennwände 50 auf, die jeweils zwei benachbarten Filterkammern,
z.B. 38 und 39 gemeinsam sind. Folglich ergibt sich eine der Anzahl der Filterkammern
entsprechende Anzahl von Trennwänden 50. Die Trennwände reichen von dem Mantel des
Gehäusezylinders 2 bis zu einem Zentralrohr 51, in dem konzentrisch das Rohr der
Rohrstrecke angeordnet ist. In dem
Zwischenboden 29 befinden sich
über jeder Filterkammer 32 bis 39 zwei segmentförmige, d.h. den Umrissen der einer
Draufsicht entsprechenden Filterflächen folgende oder kreisförmige Aussparungen
53, welche mit der Öffnung 54 des Schenkels 28 des Krümmers 25 ausgefluchtet werden
können. Der Umriß der Schenkelöffnung 54 des Krümmers 25 entspricht vorzugsweisecgdem
Umriß der Aussparungen 53, mit denen sie zusammenwirkt, der Länge und Linienführung
nach. Dabei sorgt ein Endflansch 55 des Schenkels 28 für eine Abdichtung auf dem
Zwischenboden 29.
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Die gegenüberliegenden Kammerenden sind mit einem kegelförmigen Lochblech
56 verschlossen, welches das Filtermaterial in der Kammer zurückhält. Das Filtermaterial
kann aus jeder Kammer über einen Stutzen 57 in die Kammer eingebracht bzw. aus dieser
entleert werden. Die über dem den Gehäuseauslauf bildenden Stutzen 10 angeordnete
Filterkammer 39 ist derart verkürzt, daß sie oberhalb der Öffnung des Stutzens 10
endet. Zur besseren Ausnutzung sind die restlichen Filterkammern entsprechend nach
unten verlängert.
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Von diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel
nach Figur 3 durch die Form der Filterkammern. Diese bestehen aus Rohren 64 bis
67, welche mit oberen Flanschen 65 auf den die Aussparungen 53 des Zwischenbodens
29 umgebenden Rändern abgestützt und damit am Zwischenboden 29 aufgehängt sind.
Die Flansche 65 sind mit dem Zwischenboden 29 verschraubt.
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Die Rohre sind identisch, d.h. weisen eine übereinstimmende Länge
auf und sind ihrerseits mit kegelförmigen Böden 66 versehen.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist am Beispiel der rohrfö a
gen Filterkammern nach Figur 3 deren maximaler Querschnitt angedeutet. Dabei gibt
die gestrichelte Linie die Stellung der Schenkelöffnung 54 des Kruirmer#s 25 wieder,
wenn das Filter mit allen Rmoern in Betrieb gehalten wird und die Rückspülung unterbrochen
ist.
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Die Wirkungsweise der RüclcsI)ülfilter gemäß den dargestellten Ausführungsformen
ist folgende: Das zu filternde Medium tritt durch den Gehäuseeinlaufstutzen 7 in
das Gehäuse 1 ein, durchströmt die Filterkammern 32 bis 39 bzw. 59 bis 64 und tritt
gereinigt durch den den Gehäuseablauf bildenden Stutzen 10 aus.
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Die Verunreinigungen werden in dem die Kamm erfüllung bildenden Filtermaterial
zurückgehalten und bewirken einen allmählichen Anstieg des Differenzdruckes, der
sich mit Manometern feststellen läßt, die jeweils an den Stutzen 7 und 10 angebracht
werden können.
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Sobald der eingestellte maximal zulässige Differenzdruck erreicht
ist, wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Differenzdruckschalters der Rückspülvorgang
ausgelöst und ohne Unterbrechung der Filtration durchgeführt.
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Der aus dem Getriebe 46 und dem Motor 47 bestehende Antrieb verschwenkt
dabei den Rückspülkopf 27 nacheinander für eine kurze Haltezeit über jeweils eine
Filterkammer bei gleichzeitig über dem Motor 17 geöffnetem Absperrorgan 16. Durch
die Druckdifferenz zwischen SySWfl0- und Außcnc#-uck, d.h. das zwischen dem Ablauf
14 und dem unteren Raum 31 des Gehäuses bestehende Druckgefälle werden die Kammern
einzeln in Richtung des Pfeiles 42, d.h. in umgekehrter Richtung zu der mit dem
Pfeil 41 wiedergegebenen Paralleldurchströmung der Kammern von dem gefilterten Eigenmedium
durchströmt und dabei freigespült. Der hierbei gelöste Filterschlamm
wird
durch das Rohr 15 abgeführt.
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Nach einer vollen Umdrehung des Rückspülkopfes 27 ist der Rückspülvorgang
beendet und das Absperrorgan 16 wird über den Motor 17 automatisch geschlossen.
Die nächst Rückspülung wird erst dann eingeleitet, wenn während des weiteren Betriebes
der eingestellte maximal zulässige Differenzdruck erneut erreicht wird. Dadurch
sind die Rückspülverluste stark vermindert.
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Die dargestellten Rückspülfilter sind in Druckbereichen zwischen 1,5
bis 10 bar einsetzbar, jedoch sind auch höhere Druckstufen bei entsprechenden Ausführungen
des Filtergehäuses möglich. Für die Installation solcher Rückspülfilter sind lediglich
Rohrleitungsanschlüsse sowie eine Strom- bzw. Drubkluftzufuhr bei pneumatischem
Betrieb erforderlich.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Öffnungen 54
des freien Schenkels 28,des Krümmers 25 und die der Aussparungen 53 in dem Zwischenboden
29 größer als der lichte Querschnitt des anderen Schenkels 26, an dem die Rohrdrehverbindung
24 zur Rohrstrecke 23 sitzt. Dadurch ist es möglich, bei gedrängt er Bauart während
des Rückspülvorganges nahezu den gesamten Querschnitt der Filterkammer zu durchströmen.
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