DE3249151C2 - Fluidfilter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluid-Filtervorrich­ tungen und im einzelnen auf solche Vorrichtungen, bei denen all­ gemein gewellte Filtermittel in Kombination mit ebenen Mitteln benutzt werden.

Bei der Erzeugung eines Fluidfilters wurde der Versuch unternom­ men, die Beladungskapazität maximal und gleichzeitig das Volu­ men des Filters selbst sowie seine Seiten- bzw. Anström-Geschwin­ digkeit minimal zu machen. Gleichzeitig ist es wünschenswert, den zum Abstützen des Filters erforderlichen Gehäuseaufbau zu verein­ fachen oder zu eliminieren. Alle diese Faktoren müssen mit einem Blick darauf betrachtet werden, die Gesamtkosten auf einem Mini­ mum zu halten.

Filter aus gefaltetem Papier mit festen Gehäusen sind lange die industrielle Norm für die meisten Filteranwendungen gewesen. Die­ se Filter erfordern jedoch relativ teure Gehäusegebilde und haben relativ kleine Filterdichten und Beladungskapazitäten.

Fluidfilter mit gewellten Schichten sind aus US-PS 3,020,977 bekannt.

Die gewellten Materialschichten sind zwischen flachen bzw. flachen Streifen mit Filterfunktion eingefügt und wirken selbst lediglich als Stützmittel bzw. Abstandshalter.

Aus der US-PS 3,112,184 ist die Herstellung keramischer Artikel bekannt, welche insbesondere als Wärmetauscher oder Isoliermittel zu verwenden sind. Dabei wird das keramische Ausgangsmaterial in Schichten aufgetragen, wobei jeweils eine glatte Schicht mit einer gewellten Schicht abwechselt. Der somit hergestellte Grünling wird nachfolgend zu dem fertigen keramischen Element gebrannt.

Die gewellten Schichten des keramischen Materials bilden jeweils durchgehende Kanäle, durch welche ein Fluid ohne Filterwirkung, durchleitbar ist, so wie dies üblicherweise bei Wärmetauschern vorgesehen ist. Es ist dabei auch be­ kannt, die Wellrichtungen der gewellten Schichten jeweils alternierend um 90 Grad zu versetzen, so daß zwei zueinan­ der rechtwinklige Fluidströme ungehindert und ohne mitein­ ander in Wechselwirkung zu treten, durch den keramischen Wärmetauscher durchgeleitet werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fluid­ filter der genannten Art zu schaffen, welcher bei hoher Festigkeit, hoher Filterdichte, guten Filterwirkungen und niedrigen Herstellungskosten eine niedrige Anströmdichte aufweist und eine orthogonale Zuordnung der eintretenden und der austretenden Strömung ermöglicht, und bei welchem die einzelnen Filterelemente sowohl eine konstruktiv tra­ gende Wirkung als auch eine Filterwirkung ausüben können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombi­ nation des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gewährleistet das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Filters, nämlich das Durchtreten der Fluidströmung aus der einen Kanalan­ ordnung durch das ebene Element in die andere Kanalanord­ nung, wobei eine orthogonale Zuordnung des ein- und austre­ tenden Fluidstromes in den aufeinander folgenden Filter­ ebenen erfolgt.

Jede Kanalanordnung wird dabei gebildet von einer gewell­ ten Filterschicht mit kanalbildender Stützwirkung, die an eine im wesentlichen ebene Schicht aus Filtermaterial angrenzt. Dabei schließen zwei gewellte Filterschichten jeweils eine ebene Schicht aus Filtermaterial ein und die Längsachsen der Wellungen der beiden gewellten Filter­ schichten verlaufen senkrecht zueinander.

Abdichtungsmittel, die auf definierten Umfangsrändern zumindest der gewellten Filterschichten aufgebracht sind, sichern den gewünschten Fluid-Eintritt oder -Austritt in den einzelnen Ebenen des Filters.

Erfindungsgemäß ist ein solcher Fluidfilter aus vier Seitenwänden sowie einer Oberseite und einer Unterseite aufgebaut.

Des weiteren ist ein Paar von fluidundurchlässigen planaren Gliedern als Sperrelement vorhanden, die eine bestimmte Abstandsbeziehung zueinander aufweisen.

Ferner ist ein Filterelement vorgesehen, das an seinen oberen und unteren Seiten durch die planaren Glieder gebunden ist, wobei das Element ein Filterpaket enthält, das eine erste gewellte Filterschicht mit darüber verlaufenden longitudinalen Spitzen bzw. Erhebungen und Tälern bzw. Vertiefungen, eine auf der ersten Schicht befindliche zweite Schicht, die aus einem im wesentlichen flachen bzw. ebenen Filtermittel besteht, und eine sich auf der zweiten Schicht be­ findliche dritte Schicht besitzt, die aus gewelltem Material besteht und longitudinale Spitzen bzw. Erhebungen und Täler bzw. Vertie­ fungen hat, die rechtwinklig zu den Wellungen der ersten Schicht ausgerichtet sind. Ein Abdichtungsmittel ist auf die ersten und ggf. zweiten Schichten an peripheren Rändern hiervon aufgebracht, die parallel zu der von den longitudinalen Wellungen der dritten Schicht bestimmten Achse verlaufen, um ein hierdurch erfolgendes Eintreten und Austreten von Fluid zu vermeiden, und das Ab­ dichtungsmittel ist auch auf die ggf. zweiten und dritten Schichten an den peripheren Rändern aufgebracht, die parallel zu der von den longitudinalen Wellungen der ersten Schicht bestimmten Achse ver­ laufen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Filter in dem obigen Absatz zusätzliches Abdichtungsmittel ent­ halten, das zum Abblocken eines Hindurchtretens von Fluiden dient und auf die zwei angrenzenden Seiten des Filters aufgebracht ist, so daß nur die zwei verbleibenden unabgedichteten Seiten ein Hin­ durchtreten von Fluiden in den und aus dem Filter zulassen.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Wirkung eines orthogo­ nalen Filterstroms, während sichergestellt wird, daß jedes Element des Filters eine bauliche und eine filternde Funk­ tion ausübt bzw. ausüben kann, statt entweder nur die eine oder die andere Funktion zu haben. Somit wird nach der vorliegenden Erfindung das erwünschte Resultat im Sinne maximaler Festigkeit und Filterdichte bei Reduzierung der Anström-Geschwindigkeit und der Kosten erreicht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer rechtwinkligen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Draufsicht einer in Fig. 4 dargestellten Aus­ führungsform,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Kreuz- bzw. Quer­ strom-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 in einer vergrößerten fragmentarischen Perspektive die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform und

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Ausführungsform aus Fig. 4.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen dargestellt. Diese Ausfüh­ rungsform sieht einen rechtwinkligen Fluidstrom vor, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wobei ein Filterelement 212 einen Fluid­ eintritt an der Seite 214 gemäß der Darstellung durch Pfeile 216 ermöglicht und wobei der Ausfluß an der Seite 218 gemäß der Dar­ stellung durch Pfeile 220 auftritt. Das Filterelement 212 enthält vorzugsweise eine fluidundurchlässige, entsprechende ober- und unterseitige Wand 222 sowie 224. Zwei angrenzende Seitenwände 226 und 228 sind auch vorgesehen.

Zwischen den zuvor genannten vier Wänden ist die Schichtenfolge der zu einem Filterpaket 230 geformten Filtermittel angeordnet, die am klarsten aus einer auseinandergezogenen Ansicht gemäß Fig. 2 ersichtlich sind. Die Wände 222-228 sind vorzugsweise größer als das Filterpaket 230 ausgebildet, um ein Teilgehäuse für den Filter zu bilden, was einem direkten Strom hilft. Die Wände erstrecken sich über das Filterpaket hinaus und bilden ein Teil­ gehäuse um die Seiten 214 und 218. Eine Unterteilungs- bzw. Trenn­ wand 232 ist vorzugsweise zwischen den oberseitigen sowie unter­ seitigen Wänden 222 und 224 und einem Eckenrand 215 des Filterpa­ kets 230 unter einem Winkel von vorzugsweise 135 Grad in bezug auf eine Seite des Filterpakets angeordnet, wobei ein Rand des Teilers an dem Rand 215 anliegt, welcher als Schnittstelle angren­ zender Seiten des Filterpakets 230 bestimmt ist. Dieser Untertei­ ler dient zum klaren Trennen der einlaß- und auslaßseitigen Ströme.

Aus Fig. 2 ist die bevorzugte Reihenfolge der Filterelemente er­ sichtlich. Das Filterpaket 230 enthält zumindest eine gewellte Schicht des Filtermittels 234, eine auf der Oberseite der Schicht 234 angeordnete ebene Schicht des Filtermittels 236 und eine auf der Oberseite der Schicht 236 befindliche dritte Schicht aus ge­ welltem Filtermittel 238, wobei die Wellungen der Schichten 238 und 234 im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufen. Die Ausrichtung kann auch kleiner als 90 Grad sein und dennoch das erwünschte Resultat hervorrufen, wobei jedoch die Herstellung komplizierter wird. Die Kombination von ebenen und gewellten Blättern des Mittels erzeugt hohle Kanäle oder Nuten bzw. Rinnen. Ein Abdichtungsmittel wird in der nachfolgenden Weise zu den Nu­ ten hinzugefügt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Entgegenge­ setzte Ränder 240 und 242 längs der Schicht 234 werden mit einem fluidundurchlässigen Sperrmaterial beschichtet, das das Eintre­ ten oder Austreten von Fluiden durch diesen Stoff verhindert. Das Abdichtungsmaterial, beispielsweise ein heißschmelzender Klebstoff, wird am Rand 244 aufgebracht, um an bei­ den Seiten der Schicht 234 Kanäle zu verschließen.

An der Schicht 238 werden die Ränder 246 und 248 in der gleichen Weise wie die Ränder 240 und 242 abgedichtet. In ähnlicher Weise werden die Kanäle an beiden Seiten des Blattes 238 längs des Ran­ des 250 in der gleichen Weise wie diejenige des Randes 244 abge­ dichtet. Diese Abdichtungsreihenfolge wird für die entsprechende Zahl er­ wünschter Schichten wiederholt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die ebene Schicht 236 kann oder kann nicht abgedichtet werden, wenn die entsprechenden Ränder der gewellten Schichten 234 und 238 abgedichtet sind. Es ist wahrscheinlich, daß die Schicht 236 an ihrem Umfangsrand zusammen mit ihren angrenzenden gewellten Schichten aus rein praktischen Gründen bezüglich der Größe ab­ gedichtet wird, wobei jedoch keine Notwendigkeit für das Abdich­ tungsmittel besteht, da das Fluid nicht in einem praktischen Maße durch den Filter über diesen Rand gelangt.

Der erzeugte Strom ist durch Pfeile 252 dargestellt, wobei das Fluid beispielsweise in den Kanal 254 eintritt, an einem Ende 250 durch das Dichtungsmittel abgeblockt ist und austreten muß, indem es durch eine Schicht 236 gelangt, die zwischen zwei Schichten von gewelltem Filtermittel ruht. Das Fluid kann dann durch einen Kanal 256 austreten, der rechtwinklig zu dem Kanal 254 ausgerich­ tet ist. Somit verlaufen die Eintritts- und Auslaßströme recht­ winklig, ohne daß eine Notwendigkeit für zusätzliche Gehäusevor­ richtungen zum Erreichen dieser Strömungsumrichtung bzw. -umlen­ kung besteht.

Die Fig. 3, 4 und 5 offenbaren eine Kreuzstrom-Ausführungs­ form dieser Erfindung. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Form mittels der Pfeile 310 den Fluidstrom innerhalb des Filterele­ ments 312. Bei dieser Ausführungsform kann das Fluid durch zwei gegenüberliegende Seitenwände eintreten und rechtwinklig in je­ der Richtung als Filterfluid durch die übrigen Seitenwände aus­ treten.

Fig. 4 zeigt die Lage der Schichten des Filtermittels relativ entsprechend zu den oberseitigen und unterseitigen Fluid-Sperren 314 und 316. Bevorzugt werden die oberen und unteren Sperren größer als das Filterpaket ausgeführt, um ein Mittel zum Leiten des Luftstroms in dem Filter vorzusehen. Vier Unterteilungs- bzw. Trennwände 318 sind zwischen den oberen und unteren Sperren 314 und 316 unter einem Winkel von 135 Grad und in Anlage mit jeder Ecke des Filterpakets in einer ähnlichen Weise wie die Wand 232 in Fig. 1 eingesetzt, mit dem Unterschied, daß hier die Trenn­ wände an allen vier Rändern des Paketes angewendet sind, wie es in der Figur dargestellt ist. Diese Wände eliminieren die Notwen­ digkeit für ein separates Gehäuse zum Trennen des Fluid-Einlasses und -Auslasses.

Der Aufbau bzw. die Gruppierung der Schichten des Filtermittels bei dieser Ausführungsform ähnelt demjenigen, wie er in der vor­ herigen Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, mit dem Unterschied bezüglich der nachfolgend erläuterten Punkte.

Dieses Filterpaket 320 ist in Fig. 5 in einer vergrößerten fragmentarischen Perspektive und in Fig. 6 in einer auseinan­ dergezogenen Perspektive dargestellt. Das Filterpaket 320 ist vorzugsweise rechtwinklig und hat vier Seiten 311, 313, 315 und 317, wobei keine dieser Seiten bezüglich eines Eintretens oder Austretens von Fluiden vollständig abgedichtet ist.

Wie bei der vorherigen Ausführungsform sind eine erste Schicht von gewelltem Filtermittel 322, eine zweite Schicht von im we­ sentlichen ebenem Mittel 324 und eine dritte Schicht von gewell­ tem Mittel 326 vorhanden, dessen Wellungen rechtwinklig zu den­ jenigen der Schicht 322 ausgerichtet sind.

Die Ränder und Kanäle des Filterpakets sind wie folgt abgedich­ tet. An der Seitenwand 311 sind die Nuten oder rohrförmigen Ka­ näle der gewellten Schicht 322 des Mittels unabgedichtet geblie­ ben. Die Schicht 326 (und wahlweise 324) ist am Rand 311 mit Dichtungsmaterial 340 beschichtet oder injiziert, um ein Eintre­ ten oder Austreten durch diese freiliegenden Seiten der Kanäle zu vermeiden. Bezüglich der Einzelheiten siehe Fig. 5. Die Rei­ henfolge der Abdichtung am Rand 311 wird so oft wiederholt, wie Schichten vorhanden sind. An der zur Seite 311 gegenüberliegenden Seite 315 wird genau dasselbe Abdichtungsmuster aufgebracht, so daß die von den Schichten 322 und 324 gebildeten Kanäle zu beiden Seiten 311 und 315 hin offen sind.

An der Seite 317 ist die Schicht 322 gemäß Darstellung längs ih­ res Randes abgedichtet, so daß kein Fluid durch diesen Abschnitt der Schicht und wahlweise längs der angrenzenden ebenen Schicht 324 eintreten oder austreten kann. Die gewellte Schicht 326 des Mittels ist an diesem Ende in bezug auf die von den Schichten 326 und 324 gebildeten Kanäle unabgedichtet.

An der Seite 313 wird genau dieselbe Abdichtungsausbildung ange­ wendet, wie sie an der Seite 317 benutzt wird, so daß Nuten an jeder Seite der Schicht 326 an beiden Enden offen sind. Diese Abdichtungsreihenfolge wird für so viele Schichten des Filter­ mittels wiederholt, wie sie in diesem Paket vorhanden sind.

Wenn ein Filterpaket 320 zusammengesetzt wird, sieht es so aus, wie es in Fig. 5 in einer vergrößerten Teilansicht dargestellt ist.

Ein mögliches Strömungsmuster für diesen Filter ist in Fig. 4 dargestellt, wobei Pfeile 350 das Eintreten von Fluiden von zwei Seiten zeigen, während Pfeile 352 das Austreten der Fluide von den übrigen, zum Pfeil 350 rechtwinkligen zwei Seiten darstellen. Obwohl dieses Strömungsmuster vorgeschlagen wird, ist festzustel­ len, daß in Abhängigkeit von der Anwendung des Filters alterna­ tive Strömungsmuster möglich sind. Zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind zusammen mit den Einzelheiten bezüg­ lich des Aufbaues und der Funktion der Erfindung in der vorste­ henden Beschreibung ausgeführt. Die Offenbarung ist jedoch nur beispielhaft, und es können Detailänderungen, insbe­ sondere bezüglich der Größe, der Form, des Aufbaues von Teilen, innerhalb des dargelegten Prinzips der Erfindung vorge­ nommen werden.

Claims (8)

1. Fluidfilter mit vier Seiten, bestehend aus

• a) einem Paar fluidundurchlässiger Sperrelemente (222, 224) die in einer zueinander beabstandeten Lagebeziehung zur Ausbildung einer oberen und unteren Sperrschicht angeordnet sind;
• b) einem an seinen oberen und unteren Seiten mit den Sperrelementen (222, 224) zu verbindenden bzw. zu verklebenden Filterelement (212), welches ein Filter­ paket (230) enthält, das folgende abwechselnd aufeinander angeordnete Teile aufweist:
• - eine erste gewellte Filterschicht (322) als kanal­ bildendes Stützmittel mit einer Wellungen aufweisenden Oberfläche von lon­ gitudinalen Spitzen bzw. Erhebungen und Tälern bzw. Vertiefungen,
• - eine auf der ersten Schicht (322) befindliche zweite Schicht (324) aus einem im wesentlichen ebenen bzw. glatten Filtermittel,
• - eine sich auf der zweiten Schicht (324) befindende dritte Schicht (326), die in gleicher Weise wie die erste gewellte Filterschicht aufgebaut ist und deren Wellungen orthogonal zu den Wellungen der ersten Schicht (322) angeordnet sind,
• c) Abdichtungsmitteln (340), die zum Verhindern eines Fluid-Eintritts oder -Austritts auf die erste Schicht (322) an den Umfangsrändern hiervon aufgebracht sind, die parallel zu der von den longitudinalen Wellungen der ersten Schicht (322) bestimmten Achse verlaufen, und in analoger Weise zum Verhindern eines Fluideintritts oder -Austritts Abdichtungsmittel (340) auf die dritte Schicht (326) an den Umfangs­ rändern hiervon aufgebracht sind, die parallel zu der von den longitudinalen Wellungen der dritten Schicht (326) bestimmten Achse verlaufen.

2. Fluidfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterpaket (230) vier Seitenwände (222, 224, 226, 228) hat und zum Abblocken eines Durchgangs von Fluiden dienende Sperrmittel enthält, die auf zwei angrenzende Seitenwände (226, 228) des Fil­ terpakets (230) aufgebracht sind, so daß nur zwei verblei­ bende Seiten einen Durchgang von Fluiden in den und aus dem Filter zulassen.

3. Fluidfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmittel eine fluid­ undurchlässige Beschichtung enthält.

4. Fluidfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungsmittel eine fluidundurchlässige Beschichtung enthält, die auf das Filterelement (212) aufgebracht ist.

5. Fluidfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmittel planare Glie­ der enthält, die an den zwei angrenzenden Seitenwänden befestigt sind.

6. Fluidfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die fluidundurchlässigen Glieder (222, 224, 226, 228) über das Filterpaket (230) hinausgehend erstrecken und zumindest ein Teiler- bzw. Trennglied (232) enthalten, dessen einer Rand an der Schnittstelle von angrenzenden Seitenwänden (222, 224,) anliegt, wobei sich das Teilerglied (232) zwischen den fluidundurchlässigen Gliedern (222, 224, 226, 228) und in Kontakt mit diesen befindet, wodurch die Einlaß- und Auslaßseiten des Filters getrennt bzw. unterteilt werden.

7. Fluidfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennglied (232) unter etwa 135 Grad in Bezug auf jede der angrenzenden Seiten ausgerichtet ist, mit denen es sich in Anlage befindet.

8. Fluidfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausführung der gewellten Schichten (322, 326) poröse Materialien einsetzbar sind.