DE3805299C2

DE3805299C2 -

Info

Publication number: DE3805299C2
Application number: DE3805299A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr. 3414 Hardegsen De Hoffmann; Joachim 3400 Goettingen De Stinzendoerfer
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1993-06-24
Also published as: DE3805299A1

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Filter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie es durch die US-PS 43 84 474 bekannt ist.

Auf dem Gebiet der Sterilfiltration ist es bekannt, Filterelemente einzeln im Gehäuse oder mehrere Filterelemente desselben Typs in einem gemeinsamen Gehäuse nach den verschiedenen Prüfmethoden wie Bubble-Point- bzw. Blasendrucktest, Druckhaltetest, Diffusionstest, Penetrations-Drucktest (US-PS 43 84 474) auf ihre Permeabilität und damit rückschließend auf ihre Integrität zu prüfen, so daß sichergestellt ist, daß das zu filtrierende Fluid ohne Bypass durch ein integriertes Filterelement dringen kann. Generelle Prüfmethoden von Membranfiltern sind ausführlich abgehandelt durch Prof. Dr. K. H. Wallhäusser, "Die Prüfung neuentwickelter Membranfilter" in Pharma International, 3/1981 und 4/1981.

Die Komplexität derartiger Filter und die sich daraus ergebende Prüfproblematik wird nachfolgend deutlich.

Die Begriffe Filtereinheit, Filterelement (Basis-Filter element, Groß-Filterelement), Filtergehäuse und Filter vorrichtung werden im Text zum Stand der Technik gemäß folgender Definitionen verwendet:

Die Summe der filterwirksamen Einzelschichten, einschließ lich der Schutzfilterschichten (Schutz bei Verarbeitung und während des Einsatzes im Gerät) und Drainageschichten, eines individuellen Filterelementes wird im folgenden FILTEREINHEIT genannt.

Eine mit Sicherheitsgliedern (z. B. Rückstausicherung und Kern bei Filterkerzen) ausgerüstete Filtereinheit, die so verarbeitet (z. B. Verguß der Stirnseiten, Anbringen von Adaptern) wurde, daß sie direkt (als Basis-Filter element) oder nach Zusammenfügen mehrerer Basis-Filter elemente zu Groß-Filterelementen in ein Filtergehäuse filtrationswirksam eingesetzt werden kann, wird im folgenden FILTERELEMENT genannt.

Eines oder mehrere Filterelemente werden in einem FILTERGEHÄUSE eingesetzt und parallel geschaltet betrieben.

In einer Filtrationsvorrichtung werden z. B. mehrere Filtergehäuse in Serie geschaltet. Mit entsprechenden Armaturen, Peripheriegeräten und Medien- und Energiequellen wird der Filtrationsprozeß gesteuert.

Bei der Erfindung handelt es sich z. B. um integrierte rohrförmige Filterelemente für die Filtration der verschiedensten Fluide (Flüssigkeiten und/oder Gase mit diversen Inhaltsstoffen; von der echten über kolloidalen Lösung über die Suspension, die Emulsion, das Aerosol, den Rauch usw. bis hin zum Flüssigkeits- oder Gasgemisch).

Bei bekannten Filterelementen ist das Filtrationsziel jeweils die Separation aller oder bestimmter Inhaltsstoffe des Fluids. Je nach Anwendung sind das Permeat (Filtrat) oder das Retentat (Konzentrat) oder auch beide von Interesse.

Die Qualität und Quantität der Abscheidung steht im direkten Zusammenhang mit den eingesetzten Filtermedien und Filtrationsmethoden.

Die Filtermedien können adsorptiv, absorptiv, elektro chemisch, chemisch, katalytisch und mechanisch (Tiefen-, Siebwirkung) wirken. Solche Filtermedien gibt es heute in vielfältiger Verwendungsform als Pulver, Granulat, Stapelfaser oder monofiles Fasergewirr, Fäden, Planfilter (Rundfilter, Bögen, Rollenware), Filtermatten, Filter schichten und gesinterte, gefräste oder anders erzeugte Filtrationskörper.

Man unterscheidet weiterhin zwischen Tiefenfiltern und Siebfiltern. Erstere sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlußgröße nicht absolut betrachtet wird und physika lische Parameter die Separationsqualität entscheidend beeinflussen. Zu den klassischen Siebfiltern zählen neben definierten Geweben (im Gegensatz zu Vliesen) die sogenannten Membranfilter der Abscheidequalität von Mikro filtern, Ultrafiltern und Filter für die Reverse Osmose. Zur Klasse der "dichten" Membranfilter zählen Filter zur Gastrennung, Pervaporation, Ionenaustauschmembranen und dergleichen.

Die Verwendung dieser Filtermedien hat in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen. Dies gilt insbesondere für die Gruppe der Membranfilter, die heute so stabil hergestellt und verarbeitet werden können, daß Filterele mente mit ausreichender Filterfläche realisiert werden und in Modulbauweise zu größerflächigen Systemen vereinigt werden können. Diese werden häufig in Kombination mit Tiefenfiltersystemen eingesetzt, wobei in den meisten Fällen die Tiefenfilter in der oder den Vorfiltrations stufen eingesetzt werden und die Aufgaben haben, das Fluid so vorzureinigen, daß die Sicherheitsstufe(n) bzw. End filtrationsstufe(n) wirtschaftlich eingesetzt werden können.

Durch gestufte und spezifische Vorfiltration und entspre chender Stufung in der Endfiltration läßt sich die Standzeit (Durchflußleistung bis zur irreversiblen Verblockung) und somit die Wirtschaftlichkeit des Gesamtfiltrationssystems anwendungsbezogen optimieren. Der Einsatzbereich der oben angesprochenen Filterelemente ist sehr weit gestreut. Sie sind unerläßlich in der pharmazeutischen, der Elektro- und Halbleiterindustrie, der Biotechnologie, der Medizintechnik, der chemischen Industrie, der Energie liefernden Industrie, beim Umweltschutz und in der Lebensmittelindustrie (Molkereien, Getränke, Lebensmittelgrundstoffe).

Derartige rohrförmige Filterelemente, auch im Fachbereich als Filterkerzen bezeichnet, sind in den verschiedensten Ausführungsformen, in plissierter, gewickelter Form mit den verschiedensten gestuften mehrlagigen Filtermaterialien bekannt. Die nachfolgend aufgeführten Druckschriften zum Stand der Technik bilden Beispiele für derartige Filter kerzen:

DE-OS 19 50 068,
US-PS 34 52 877,
DE-AS 10 29 345,
DE-OS 33 18 940,
DE-OS 26 45 634,
GB-OS 21 52 471

Bei Flüssigkeitsfiltern für die Bierfiltration ist es bekannt (US-PS 5 75 478 und 5 47 923), mehrere Zwischenräume durch separate Leitungen zu einer Filtration in Stufen oder in Reihe anzusteuern.

Bei der spezifischen Vorfiltration oder gestuften Filtration wird heute so verfahren, daß verschiedene Filtrationsstufen diskontinuierlich oder kontinuierlich hintereinandergeschaltet werden. So wird zum Beispiel bei der Herstellung von Wein häufig eine Grob- oder Fein separation mittels Zentrifuge und eine diskontinuierliche Weinschönung durchgeführt und anschließend der Wein über einen sogenannten Schichtenfilter (offenes System mit Schichtenfilterplatten in einer Schichtenfilterpresse oder geschlossenes System mit lampionförmig angeordneten "Tellern" aus Schichtenfiltereinheiten) filtriert bevor die sogenannte End- bzw. Sterilfiltration über Membran filterkerzen erfolgt. Durch unterschiedliche Dimensio nierung der in Serie geschalteten Gehäuse und Variation der Gehäusebestückung kann die Anzahl der jeweils notwendigen Filtereinheiten aufeinander abgestimmt werden.

Der Nachteil derartiger spezifischer und gestufter Filtration ist zum einen die Diskontinuität und zum anderen die System- und Verfahrensvielfalt die eine Vielzahl von Geräten, insbesondere Filtergehäusen, die die diversen Filterelemente aufnehmen, erfordert. Mit jedem zusätzlichen Gerät bzw. Gehäuse erhöht sich nicht nur der Platzbedarf sondern erhöhen sich vor allem die Investitionskosten für Geräte, Armaturen und Peripheriegeräte sowie die Kosten für die Bedienung und Wartung (Rüstzeiten, Zeitbedarf für Spülen, Benetzen, Prüfen, Sterilisieren, Reinigen). Die Gefahr von Sekundärkontamination und Prozeßstörungen und damit verbundenen Produktverlusten und/oder Produkt schädigungen wächst überproportional.

Ein erster Versuch, die spezifische und gestufte Filtration wirtschaftlicher zu machen, sind z. B. Filterkerzen in deren Filtereinheit Tiefenfilter vor Membranfilter mehrlagig, flächig übereinander angeordnet sind und/oder Membranfilter mit verschiedener Abscheidecharakteristik (Porengröße, Cut-Off) in Serie innerhalb eines Elementes angeordnet werden.

Ein Nachteil dieser Lösung ist z. B. im Falle von Plis sierungen, daß die diversen filterwirksamen Schichten einer Filtereinheit immer im Verhältnis 1 : 1 zusammenwirken. Entsprechend schwierig ist es, Filtermedien zu finden, die eine optimale Ausnutzung der Filterkapazität (alle Schichten blockieren gleichermaßen) erlauben. Zum anderen ist die Anzahl der maximal integral zusammenwirkenden Schichten schon rein fertigungstechnisch begrenzt. Mit der Zahl der in einer Filtereinheit zusammenwirkenden Filter schichten wächst weiterhin das Risiko, daß bei Prüfung der Filterwirksamkeit des Filterelementes bereits ein kleiner Defekt einer einzelnen Filterschicht wertvolles, an sich integeres Material, verworfen werden muß. Weiterhin wird es mit zunehmender Anzahl der filter wirksamen Komponenten immer schwieriger, die Wirksamkeit der Einzelkomponente im Verband der fertigen Filtereinheit zu überprüfen und die Prüfergebnisse zu interpretieren.

Am Beispiel plissierte Membranfilter kann diese Prüf problematik erläutert werden.

Mikrofiltersysteme insbesondere zur Sterilfiltration werden vor und nach der Filtration sog. Integritätstests unter worfen, die die Filtrationssicherheit sicherstellen sollen. Hierzu gehören der Bubble-Point bzw. Blasendrucktest, der Druckhaltetest und der Diffusionstest. Diese Tests korrelieren mit destruktiven Belastungstests, den sog. Bacteria-Challenge-Tests, bei denen mit standardisierten Testkeimen nach standardisierter Testmethode die Leistungs fähigkeit von Membranfiltern bzw. Membranfilterprodukten festgestellt wird.

Trotz Automatisierung dieser physikalischen Integritäts prüfungen birgt diese Art der Prüfung erhebliche Unsicherheiten. Diese Unsicherheit wächst überproportional mit der Vergrößerung der Filterfläche.

Große (individuell prüfbare) Filterflächen werden heute dadurch erzeugt, daß kleinere Basiselemente individuell geprüft und dann axial zu größeren Einheiten vereinigt (verschweißt, verklebt, dichtend gesteckt . . .) werden. Diese Groß-Filtereinheiten werden erneut einer Prüfung unterworfen. Defekt geprüfte bzw. nicht funktionsfähige Filtereinheiten werden verworfen.

Eine weitere Fläche (Leistungs-)Vergrößerung erfolgt durch Parallelschalten mehrerer solcher Groß-Filtereinheiten (z. B. Mehrfachkerzen) in Großgehäusen.

Abgesehen von dem großen Prüfaufwand ist der große Nachteil dieser Konzeption, daß trotz Automatisierung nur eine Kollektivmessung durchgeführt wird, d. h. zwischen individuellen Defekten einzelner Filterelemente in einem Groß- bzw. Mehrfachgehäuse kann ebensowenig unterschieden werden wie zwischen individuellen Defekten einzelner Basiselemente aus denen ein Groß-Filterelement zusammen gesetzt ist. Bei großen Flächen wird, abgesehen davon, daß bereits bei niederigen Ausschußraten die Wirtschaflichkeit nicht mehr gegeben ist, zumindest für den Druckhalte- und Diffusionstest eine Interpretation des Testergebnisses immer schwieriger und kritischer.

Bei diesen Methoden wird das Volumen des durch die Filter einheit des zu testenden Filterelementes diffundierenden Testgases bzw. der dadurch verursachte Druckabfall auf der Anströmseite bestimmt. Das erlaubte Diffusions-Volumen wächst theoretisch proportional mit der Filterfläche. Die Praxis zeigt aber, daß dieses Diffusionsvolumen auch durch andere Parameter wesentlich beeinflußt wird. Hierzu ge hören Temperatur, Schichtdicke, Benetzungsverhalten, die chemische Natur der Filtermedien, die chemische Natur der Medien mit der die Filtereinheit verarbeitet wird. Das Diffusionsvolumen setzt sich also aus den unterschied lichsten Anteilen zusammen. Während durch echte Defekte hervorgerufene Diffusion aufgrund der Größenordnung bei kleinflächigen Systemen eindeutig erkannt werden können, ist dies bei großflächigen Systemen nicht mehr möglich, da erlaubte Diffusion und durch geringe aber schädliche Defekte hervorgerufene Diffusion von gleicher Größen ordnung sind. Dies ist auch der Grund dafür, daß eine visuelle Bestimmung des Blasen-Punktes bei Großgehäusen äußerst schwierig ist.

Es kann festgestellt werden, daß sich alle Vorschläge, Filterelemente in einem Großgehäuse individuell und wirtschaftlich zu prüfen, nicht durchgesetzt haben.

Bei nicht bestandenem Integritätstest und nach Betriebs störungen während der Produktion (Filtration) ist es deshalb häufig nötig, die Funktionsfähigkeit der einzelnen Filterelemente zu prüfen. Hierzu müssen meist die Filter gehäuse entleert, die Filterelemente ausgebaut und einzeln geprüft werden. Mit der Zahl der Filtergehäuse wächst natürlich der Zeit-, Personal- und Kostenaufwand und gleichermaßen die Menge an Produktverlust und die Gefahr der Produktbeschädigung und Sekundärkontamination.

Ein weiterer Nachteil von in verschiedenen Gehäusen in Serie geschalteten Filtereinheiten bekannter Art ist, daß bei Ausfall oder Defekt nur eines vorgeschalteten Elements häufig das gesamte nachgeschaltete Filtergehäuse in Mit leidenschaft gezogen wird, d. h. alle Elemente dieses Gehäuses verblocken vorzeitig.

Große Filterflächen werden heute immer unerläßlicher, wenn die Filtration als Separationsmethode wirtschaftlich bzw. konkurrenzfähig bestehen will.

Neben der Abscheidequalität bestimmen drei Kriterien die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit von Filtrationssystemen:

- Standzeit
- Durchfluß pro Fläche und Zeit
- Prüfbarkeit

Der Problemkreis Prüfbarkeit ist mehrfach beschrieben worden.

Weiterhin wurde der Problemkreis Standzeit eingehend erläutert. Anzumerken bleibt hier, daß heute vermehrt versucht wird "blockierte" bzw. nicht mehr filter wirksame Filtereinheiten zu regenerieren. Dies geschieht z. B. durch Einsatz chemischer Reinigungsmittel, der natürlich durch die chemische Kompatibilität des Systems limitiert ist sowie durch Spülvorgänge mit wirksamen Spülmedien in oder entgegen der Filtrationsrichtung.

Die Nachteile der Spülmethoden liegen darin, daß bei Spülung in Filtrationsrichtung nachgeschaltete Filter einheiten oder Vorrichtungen ungebühr belastet werden können, wenn nicht apparativ aufwendig und meist auch kost spielig By-Pass-Leitungen installiert werden. Andererseits birgt die Rückspülung (entgegen der Filtrationsrichtung) immer die Gefahr einer Zerstörung des Filterelementes. Dies ist besonders kritisch an der Endstelle und sollte vor allem vermieden werden können, wenn die Endstelle selbst nicht verblockt ist sondern ein vorgeschaltetes Filter element, welches nicht individuell angesteuert werden kann.

Der Problemkreis Durchfluß pro Zeit und Fläche ist natürlich auch an die Abscheidecharakteristik, die Prüfproblematik und Standzeitproblematik gekoppelt. Meist wird diese Problematik durch hohe frei zugängliche Fläche bei entsprechender Dimensionierung und Gestaltung von Zu- und Abläufen sowie der Strömungsführung gelöst. Im Falle der Gasfiltration heißt dies bei handelsüblichen Filterkerzen vergrößerter Kerninnendurchmesser (Flächenverlust!) und viele Einzeleinheiten geringer Bauhöhe (Prüfbarkeit, Gerätkosten!) auf einer Gehäuseebene.

Der Nachteil dieser Problemlösung ist kongruent zu den obigen Ausführungen.

Ausgehend vom Stand der Technik nach der US-PS 43 84 474 und der darin beschriebenen Prüftechnik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Filtration von Fluiden in Bereichen mit erhöhten Anforderungen an die Sicherheit und Integrität der Filterelemente, insbesondere für den Pharma- und Getränkebereich ein Filter zu schaffen, welches sich auch bei der Verwendung von Filtermaterialien mit unterschiedlichen Trenneigenschaften innerhalb eines großflächigen, kompakten Filters (Integralfilter) mit vertretbarem Prüfaufwand aussagefähig auf Permeabilität und Integrität prüfen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Haupt anspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Anordnung eines Filterelementes in dem Filter element läßt sich der Flächenbedarf der unterschiedlich gearteten und unterschiedlich teueren Filterelemente dem tatsächlichen Bedarf bei der Filtration der verschiedensten Medien anpassen und zwar durch Kombination verschiedener standardisierter Baueinheiten. Da die Filterelemente in den einzelnen Filterstufen funktionsmäßig eigenständige Ele mente bilden, können diese auch eigenständig beim Her steller und auch beim Benutzer innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses in situ z. B. auf Integrität geprüft werden, wenn entweder der Zwischenraum zwischen zwei Filterelementen oder der innere Hohlraum individuell angesteuert bzw. angeströmt und die Druckverhältnisse stromaufwärts oder stromabwärts kontrollierbar sind oder bestimmte Filter schichten so geschaltet sind, daß auch nachgeschaltete oder vorgeschaltete Elemente individuell prüfbar werden. Dabei ist es von Vorteil und ausreichend, daß innerhalb der ver schiedenen Filtrationsstufen lediglich die Filterelemente einer Filtrationsstufe, vorzugsweise die sogenannte Sicherheits-Filtrationsstufe (Integritätsfilter) und hierbei flächenmäßig kleinste Filterelemente, geprüft werden. Der Ausschuß und Prüfaufwand kann durch Prüfung vor dem Zusammenbau erheblich veringert werden. Durch Inte gration diverser spezifisch und abgestuften Filterelemente zu einem Integralfilter ist auch die Handhabung beim Ein- und Ausbau in umgebende Großgehäuse aus Edelstahl vereinfacht.

Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit eingesetztem Integralfilter element nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Variante dazu,

Fig. 3 in schematisch vereinfachter Darstellung einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit einem Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Parallel- und Reihenschaltung der Filterelemente,

Fig. 4 in entsprechender Darstellung ein Gehäuse mit Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Reihenschaltung der Filterelemente,

Fig. 5 bis 16 in schematisch und vereinfachter Darstellung Querschnitte durch verschiedene Filterkombi nationen bezüglich der Anzahl von Filterstufen, Geometrien, Material und Filtertypen und

Fig. 17 bis 33 schematische Vertikalschnitte durch Gehäuse und Integralfilter in mehreren Varianten für ver schiedene Anwendungsfälle.

Ein für den Einsatz in der Getränkeindustrie unter Ver wendung des erfindungsgemäßen Integralfilters F geeigne tes Gehäuse aus Edelstahl besteht gemäß Fig. 1 aus der Gehäudebasis 1 mit drei Anschlüssen A1, A2, A3 für die Versorgung und Entsorgung des auf Gehäusebeinen 5 abge stützten Gehäuse 1 bis 12. Das glockenförmige Gehäuse oberteil 2 mit einem Verstärkungskranz 8 ist unter Zwischenlage von elastischen O-Ringdichtungen 23 mit Hilfe von über den Umfang verteilt angeordneten Spannelementen 6 dichtend mit der Gehäusebasis 1 verbunden. Das Gehäuse oberteil 2 hat an seiner höchsten Stelle einen Entlüftungs stutzen 10 mit einer Ventilanordnung 11. Das Gehäuse oberteil 2 kann mit Hilfe der Handgriffe 12 nach Lösen der Spannelemente 6 ganz von der Gehäusebasis 1 entfernt werden, so daß für die Bestückung und Entfernung des Inte gralfilters F die Gehäusebasis 1 auch von innen her frei zugänglich ist. Der zentral angeordnete Anschluß A2 geht in eine Gehäusedurchbrechung über, die den eigentlichen Sterilraum 14 bildet und der nachfolgend näher beschriebene Integralfilter F greift mit einem Verbindungsadapter 27 mit Stutzen 15 mittels O-Ringdichtungen 23 in diese Gehäuse durchbrechung ein. Mehrere über den Umfang der Gehäusebasis 1 angeordnete Verriegelungselemente 7 können mit Verriege lungsnasen 30 am Verbindungsadapter 27 in Eingriff gebracht werden, so daß der Integralfilter F insgesamt in axialer Richtung verriegelt ist und gegen einen Rückstau aus den Anschlüssen A2 bis A3 gesichert ist. Das Gehäuse 1, 2 hat z. B. einen Innendurchmesser von 317 mm und eine Innenhöhe von etwa 1300 mm, so daß ein Integralfilter von 260 mm Durchmesser und 1050 mm Länge im Gehäuse positioniert werden kann.

Die beiden Filterkerzen K1 und K2 sind bezüglich ihrer Grundelemente mit Ausnahme ihrer Größe und Filtermate rialien im wesentlichen aus einander entsprechenden Bau elementen aufgebaut. Jede der beiden Filterkerzen K1 und K2 besteht aus einem ringförmigen, im Querschnitt U-förmigen Stirnadapter 21, 21′ bzw. 20, 31, 20′, 31′ dem eigentlichen rohrförmigen Filterelement F1 bzw. F2 die an den Stirn seiten mittels Dichtungsmittel 22 mit den Stirnadaptern 21, 21′ und 20, 31, 20′, 31′ leckdicht verbunden sind. Gitter förmige bzw. perforierte äußere Sicherungsglieder 24 bzw. 24′ und innere Sicherungsglieder 25 bzw. 25′ geben den Filterkerzen K1 bzw. K2 bzw. den entsprechenden Filterele menten F1, F2 die nötige radiale und axiale Stabilität für die Druck- und Zugbelastungen, die während der Prüfung und während des Filtrationsvorganges im Gehäuse 1, 2 auftreten. Diese perforierten Sicherungsglieder 24, 24′ bilden aber auch bei engster Anordnung der integrierten Filterkerze in sich strömungstechnisch Zwischenräume Z, (Z1-Z4), die sich mit Fluid (Gas oder Flüssigkeit) während des Betriebes der Filtereinheit füllen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Stirnadapter 20, 31 der äußeren Filterkerze K1 zweiteilig aufgebaut, d. h. der ringförmige Stirnadapter 20 ist mit Hilfe einer aufge schweißten Verschlußplatte 31 oder mit Hilfe eines Verschlußadapters oberseitig verschlossen. Das Verschluß element 31 (Verschlußadapter) kann auch als Einfüllöffnung für nicht dargestellte Filterhilfsmittel dienen, welche in den Zwischenraum Z1 zwischen der Filterkerze K1 und K2 ein lagerbar sind. Entsprechend hat der Stirnadapter 20′ ein Verschlußelement 31.

Die beiden Filterkerzen K1 und K2 können natürlich dieselbe Bauhöhe und eine gemeinsame Verschlußplatte 31 haben, wobei auch hier Zentrierungselemente und Nuten für die Aufnahme von Schweiß- oder Klebemittel die Montage und Integration erleichtern.

Der Anschlußadapter 27 hat auf seiner den Filterkerzen K1, K2 zugewandten Oberseite ein Zentrierungselement 29, das in den Zwischenraum Z1 hinreicht und die Zentrierung und Montage der Filterkerzen K1, K2 mit dem Verbindungsadapter 27 erleichtert. Die Stirnadapter 21, 21′ werden durch Klebung, Spiegelschweißung oder Ultraschallschweißung in der bei 28 angedeuteten Zone mit dem Anschlußadapter 27 leckdicht verbunden, so daß in den Trübraum 13 des Gehäuses über den Anschluß A1 eingeführtes Fluid bestimmungsgemäß nur durch das Filterelement F1 in den Zwischenraum Z1 und von dort aus durch das Filterelement F2 in den Kern 14′ und von dort aus in den Sterilraum 14 dringen kann. Anstelle der dauerhaften Verbindung ist auch eine Verbindung durch Adapter mit O-Ringdichtungen möglich.

Zur Versorgung und Entsorgung des Zwischenraumes Z1 zwischen der Filterkerze K1 und K2 mit Prüfmedien (Gas oder Flüssigkeit), Spülmedien, Reinigungsmedien, Sterilisations medien, Filterhilfsmitteln ist dieser Zwischenraum Z1 mittels eines Adapterstutzens 32 mit dem Anschluß A3 ver bunden. Sämtliche Anschlüsse bzw. Zuleitungen sind üblicherweise mit Absperrventilen 11 ausgestattet, um eine individuelle Regelung zu ermöglichen.

Für bestimmte Einsatzfälle bei der Filtration von Flüssig keiten kann es notwendig sein, den Zwischenraum Z1 in den Trübraum 13 zu entgasen. Zu diesen Zweck ist in dem Verschlußelement 31 ein hydrophober Belüftungsfilter B1 angeordnet oder das Filterelement weist einen hydrophoben, gasdurchlässigen Flächenanteil auf.

Will man auf den relativ groß gehaltenen Zwischenraum Z1 verzichten, so können unter Verwendung modifizierter Stirnadapter 20, 31, 21 die Filterkerze K2 direkt mit dem Adapter der Filterkerze K1 leckdicht verbunden werden. Dabei kann entweder die Plissierhöhe des Filterelementes F1 oder F2, das heißt die Faltentiefe und damit die Filter fläche vergrößert werden, so daß sich die Außenfläche des Filterelementes F2 unter Wegfall seines äußeren Sicherungs gliedes 24′ direkt an das innere Sicherungsglied 25 der Filterkerze K1 anlegen kann. Die Einzelprüfbarkeit vor und nach dem Zusammenbau der Filterkerze K2 bleibt dennoch voll erhalten, da ein kleinerer Freiraum durch die perforierten Stützglieder 24, 25 selbst erhalten bleibt.

Die in Fig. 2 dargestellte Variante entspricht im Aufbau der Ausführung nach Fig. 1. Abweichend ist der Anschluß A3 des Gehäuses in Form eines Rohres 17 in einem Freiraum zwischen Integralfilter F und Innenseite des Gehäuseober teils 2 bis in dessen oberen Freiraum geführt und mit einem flexiblen Rohrstück 17′ und Kupplungsstück 18 mit einem Adapterstutzen 32′ des Integralfilters F lösbar verbunden. Dieser kann bei abgenommenem Oberteil 2 über eine Art Bajonettverschluß 7, 30 mit der Gehäusebasis 1 verriegelt und mit dem Kupplungsstück 18 verbunden werden.

Die Filterkerze K1 ist in sich aus zwei plissierten Filter elementen F1 etwa gleicher großer Filterfläche aufgebaut. Der dabei gebildete Zwischenraum Z ist in dieser Ausfüh rungsform nicht separat ansteuerbar.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Filtervorrichtung aus Gehäuse und Integralfilter F entspricht sinngemäß der Vorrichtung wie sie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben ist. Entsprechende Teile sind mit entsprechenden Bezugs zeichen versehen. Es handelt sich hierbei um eine vier mechanisch miteinander verbundenen und zu einer Einheit integrierten Filterkerzen K1 bis K4 mit den Filterele menten F1-F4, welche paarweise strömungstechnisch parallel geschaltet sind. Es handelt sich hierbei um einen Integralfilter F, welcher bevorzugt für die Gasfiltration einsetzbar ist und zwar im Hinblick auf eine geringe Anzahl von Filterstufen jedoch mit Bedarf an großer Filterfläche.

Auch hier können selbstverständlich die Filterkerzen K1 bis K4 dieselbe Bauhöhe haben, um den zur Verfügung stehenden Raum optimal auszunutzen. Diese zeichnerische Darstellung wurde lediglich zur Verdeutlichung der verschiedenen Variationsmöglichkeiten gewählt. Die Filterkerzen K2 und K3 sind dabei die auf Integrität geprüften bzw. in situ prüf baren Elemente, wenn wie dargestellt überströmt wird.

Auch die Zwischenräume Z1 bis Z3 werden bezüglich ihrer Größe nach filtrationstechnischen Erfordernissen gewählt.

Die sinngemäß aufgebaute Filtervorrichtung mit Integral filter F gemäß Fig. 4 zeigt ein Integralfilter F aus vier ineinander gesteckten Filterkerzen K1 bis K4, welche strömungstechnisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Zwischenräume Z1 bis Z3 und der Hohlkern 14′ über den Anschlußadapter 27 durch Anschlüsse A1 bis A5 mit Medien der verschiedensten Art versorgbar und entsorgbar und filtrationstechnisch ansteuerbar sind.

Alle in den Fig. 1 bis 4 durch Pfeile angegebenen Strömungsrichtungen sind selbstverständlich entsprechend den jeweiligen Filtrations- und Prüfbedingungen umkehrbar bzw. frei wählbar. Bedarfsweise können die Zwischenräume Z1 bis Z3 und weitere durch Belüftungsfilter B1 gemäß Fig. 1 entlüftet und durch Rohranschlüsse 17, 17′ angesteuert werden, so daß auch eine gewisse axiale Überströmung erreicht werden kann. Der umlaufende Zwischenraum Z kann mit einem oberen und einen in Unfangsrichtung versetzt an geordneten Anschluß ausgestattet sein, so daß eine Art Tangentialströmung des eingebrachten Mediums erzwungen wird. Durch spiralförmige Strömungsleiter, die auch als Abstandshalter wirken können, kann diese Strömungsführung noch verstärkt werden - siehe Fig. 27 und Fig. 31 bis 33.

Großgehäuse zur Aufnahme von mehr als einem Filterelement sind bekannt z. B. durch DE-PS 33 35 938. Zur Aufnahme eines Integralfilters nach Fig. 1 ist der Anschluß A3 für den Adapteranschluß 32 durch den Sterilraum bis auf die Außen seite des Gehäuses hindurch geführt. Die Kerzenstutzen 15 aller Filterkerzen münden im gemeinsamen Sterilraum. Jeder Integralfilter F ist daher über den zugeordneten Stutzen A 3, 32 und Zwischenraum Z1 ansteuerbar.

Die in den Fig. 5 bis 16 schematisch dargestellten Querschnitte der einzelnen Filterkerzen sind konstruktiv analog dem vorstehend beschriebenen Integralfilter F gemäß Fig. 1 bzw. den beschriebenen Modifikationen aufgebaut. Fig. 5 und 6 zeigen dabei Stufungen bezüglich der Kerzen durchmesser. Fig. 7 und 8 zeigen Varianten bezüglich mehrerer Filtrationsstufen. Fig. 9 und 10 zeigen Variationen innerhalb einer Filterstufe bezüglich der Anordnung mehrerer identischer Filterkerzen. Fig. 11 zeigt Variationen mehrerer Filterstufen bezüglich der Filtermate rialien. Fig. 12 und 13 zeigen mehreckige Rohrmäntel in plissierter Form. Fig. 14 bis 16 zeigen Varianten bezüg lich der Abstimmung von Fläche und Filtermaterial in den verschiedenen Stufen. Gleichermaßen betreffen die Varianten Filterkerzen mit verschiedenen Materialien in den einzelnen Filterstufen, mit verschiedenen Filtermaterialkombinationen in einzelnen Filterstufen, mit verschiedenen Porengrößen und geprüfter oder ungeprüfter Filterelemente (Integritäts filter) in der letzten Stufe.

Die in den Figuren verwendeten Kurzbezeichnungen haben die nachfolgende Bedeutung

Fig. 5: K1 (Filter-)Kerze 1 und

Fig. 6: K2 Kerze 2,

Fig. 7: TF Tiefenfilter,

Fig. 8: K3 Kerze 3,

Fig. 9: K2a Kerze 2a innerhalb einer Stufe,

Fig. 10: K2b Kerze 2b, K2c Kerze 2c, FH Filterhilfsmittel im Zwischenraum Z,

Fig. 7: TF-M Tiefen-Filter Material in Zwischen raum Z1,

Fig. 9, 10: FH Filterhilfsmittel,

Fig. 11: K1 TF Kerze 1, Tiefen-Filter, TF-M1 Tiefen-Filter-Material 1, K2 TF Kerze 2, Tiefen-Filter, TF-M2 Tiefen-Filter-Material 2, K3 MF Kerze 3, Membran-Filter,

Fig. 14: TF I Tiefen-Filter I und

Fig. 15: TF II Tiefen-Filter II,

Fig. 16: TF/MF I Tiefen-Filter/Membran-Filter I geprüft, TF/MF II grob Tiefen-Filter/Membran-Filter II grob.

Wie die systematische Aufgliederung, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, zeigt, sind mit der Erfindung die verschiedensten Kombinationen der heute auf dem Markt befindlichen Filtermaterialien und zukünftiger Filtermate rialien möglich. Die innerste Filterkerze kann auch aus einem Bündel von Kapillarmembranen, die mit entsprechenden stirnseitigen Adaptern ausgestattet sind, gebildet sein.

Die Begriffe Tiefenfilter, Membranfilter, Ultrafilter, Mikrofilter haben die in der Fachliteratur definierte Bedeutung. Unter Filterhilfsmittel sind insbesondere Kieselgur, Perlite, Asbest, Zellstoff, Ionenaustausch medien, Trockenmittel, katalytisch wirkende Medien und Aktivkohle zu verstehen.

Unter Wirkstoffen und katalytischen Stoffen sind auch Hefen und andere Mikroorganismen sowie den jeweiligen speziellen Filtrationsprozeß fördernde Stoffe zu verstehen, die ent weder in den Zwischenraum Z1 zwischen zwei Filterkerzen ein gelagert werden oder aber zwischen zwei Filterschichten einer Filterkerze oder als Immobilien innerhalb einer Filtermembran angeordnet sind und den Filtrationsprozeß günstig beeinflussen.

Nachfolgend sind einige praktische Ausführungsbeispiele für spezielle Probenlösungen beschrieben.

Beispiel 1

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 beschreiben.

Es handelt sich um einen Integralfilter F zur Herstellung von partikel- und kolloidarmen Wasser geringer Leit fähigkeit, wie es z. B. im Labor, in der chemischen Industrie und als Vorstufe in der Halbleiterindustrie benötigt wird. K1 enthält z. B. Filterschichten aus Glasfaserfiltern zur Abscheidung von Kolloiden.

Der Zwischenraum Z1 ist gefüllt mit einem Ionenaustauscher- Medium (FH), das applikationsspezifisch wählbar ist. Eine In-Situ-Regeneration ist ebenso möglich, wie der Austausch über den Anschluß A3. K2 wirkt als Partikelfänger und enthält Polypropylen- Filter-Vliese. K1 und K2 können vor dem Zusammenbau individuellen Prüfungen unterzogen werden.

Beispiel 2

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 oder Fig. 6 beschreiben.

Für die Klarfiltration von Spirituosen reichen häufig Tiefenfiltermedien wie Glasfasermedien, Kieselgur, Papier filter und dgl. aus. Befindet sich aber die Filteranlage in einer Abfüllinie, so kommt es bei Prozeßunterbrechungen, Druckstößen usw. häufig zu Kolloiddurchbrüche, die zur Trübung des Filtrats führen. In automatisierten Anlagen wird die Trübung des Filtrats permanent opisch kon trolliert. Jede Störung führt zur Abschaltung der Abfüll anlage. Anfahr- und Abschaltvorgänge bewirken jedoch bei Tiefenfiltern aber immer die Gefahr von "Durchbrüchen". Der diese Tiefenfilter enthaltenden Kerze K1 wird deshalb innerhalb des integralen Filterelements in der Filter kerze K2 ein echter Siebfilter nachgeschaltet, der auch bei Druckstößen keinen Durchbruch von Trübungsstoffen erlaubt. Diese Kerze ist flächenmäßig so dimensioniert, daß sie auch bei Teilverblockung für den Durchfluß pro Zeit nicht den limitierenden Faktor darstellt. Solche echte Siebfilter einheiten enthalten bevorzugt Mikrofilter (Membranfilter) im Porengrößenbereich um 1 µm.

Die Klärschärfe kann durch Einbringung z. B. von Kiesel guren (FH) in den Zwischenraum Z1 zusätzlich erhöht werden. Insbesondere die Membranfilterkerze K2 kann vor dem Zusammenbau (ex situ) einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Groß gehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben.

Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z1.

Weiterhin führt das Trüb-Laufen einer Kerze K1 nur zur individuellen Verblockung dieses Intergralfilters durch Verblockung von K2. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachge schaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K2-Kerzen integer sind.

Beispiel 3

Bestimmte Flüssigkeiten, z. B. Bier, enthalten trotz Vorklärung und Vorfiltration in der sog. Sterilisations stufe (Kaltsterilisation durch Abscheidung mediumschädi gender Mikroorganismen mittels Mikrofilter) noch so viel "kollidale Anteile", daß eine wirtschaftliche Filtration herkömmlich kaum möglich ist. Dies gilt z. B. auch für die Serumfiltration, wenn es gilt, Mycoplasmen im Bereich 0,1 µm abzutrennen.

Eine Möglichkeit besteht darin, durch Hintereinander schalten mehrerer, hinsichtlich ihrer Abscheidungscharak teristik ähnlicher Filter stufenweise eine Keimreduzierung zu bewirken, ohne das die "ersten" Filterelemente früh zeitig verblocken. Hierbei wird häufig mit mehreren hinter einander geschalteten Filtergehäusen gearbeitet und bei Verblockung bzw. Teilverblockung von "Erst-Filterstufen" die Bestückungen der Gehäuse ausgetauscht bzw. die ver blockte Stufe entfernt und alle anderen um eine Stufe vorgerückt oder die verblockte Stufe ausschließlich durch eine neue Bestückung ersetzt.

Dies führt zu nicht mehr definierbaren Mischbestückungen und widerspricht häufig rechtlichen Bestimmungen, die nur eine einmalige Benutzung erlauben. Mischbestückung, d. h. manche Filterelemente werden weit häufiger Sterilisations zyklen ausgesetzt als andere, andere Elemente werden, weil teil- oder ganz verblockt einem permanenten Differenz druck ausgesetzt. Beides führt zu (teilweise latenten) Schädigungen, die die Filtrationssicherheit stark mindern. Enthalten das großflächige Filterelement K1 und das kleinflächige, den Durchfluß pro Zeit nicht limitierende, Filterelemente K2 bzw. Integritätsfilter K2 hinsichlich ihrer Abscheidecharakteristik ähnliche Filterelemente, so kann ohne die oben beschriebenen Nachteile eine wirtschafliche "homogene" Serienfiltration erfolgen. Verblockte Filterelemente werden verworfen. Insbesondere die Membranfilterkerze K2 kann vor dem Zusammenbau einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K2 geprüft werden, so muß K1 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder der Zwischenraum Z1 über ein im Verschlußelement 31 inte grierten Belüftungsfilter B1 be- bzw. entlüftbar sein.

Durch die minimierte Filterfläche der Sicherheits- und Prüfelemente K2 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne das das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z1.

Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K1 nur zur indivi duellen Verblockung dieses Integralfilters durch Ver blockung von K2. Die anderen Integralfilter eines Groß gehäuses filtriert störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K2-Kerzen integer sind.

Beispiel 4

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 4. Beispiel 4 unterscheidet sich von Beispiel 3 dahingehend, daß Lösungen filtriert werden sollen, die Kolloide und/oder Partikel mit stark differenzierter Größenverteilung enthalten. Hierzu ist eine vielfältige Stufenfiltration nötig. Wirtschaftlich ist dies nur möglich, wenn das in dividuell prüfbare Sicherheitselement K4, getrennt von den eigentlich filterwirksamen Elementen vor dem Zusammen bau und in situ prüfbar ist. Dies ist mittels der Inte gralfilter möglich.

K1 bis K3 bilden die großflächigen, zahlreichen Membran filterstufen (Abscheidestufen) enthaltenden filterwirk samen Elemente, während K4 das flächenminimierte Prüf- bzw. Sicherheitselement darstellt. In den Zwischenräumen F1 bis F3 können applikationsspezifisch bestimmte Filtermedien eingebracht werden, K2 und K3 können je nach Applikation entfallen.

Insbesondere die Membranfilterkerze K4 kann aber auch vor dem Zusammenbau (ex situ) einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K4 geprüft werden, so muß K1 bis K4 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder die Zwischenräume Z1 bis Z3 über ein im Verschlußelement 31 integrierten Belüftungs filter B1 be- bzw. entlüftbar sein. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K4 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integral filter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z3 vor dem Prüfelement. Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K1 bis K3 nur zur individuellen Ver blockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K4. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K4-Kerzen integer sind.

Beispiel 5

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 6 beschreiben.

Das hier beschriebene integrale Filterelement enthält eine Mikrofiltereinheit und Ultrafiltereinheit. Dieses integrale Filterelement wird entgegen der normalen Filtrations richtung betrieben. Die Filtereinheiten sind entsprechend geschaltet.

Mit diesem Integralfilter läßt sich hochreines Spülwasser für die Mikrochip-Herstellung erzeugen. Kerze K1 enthält die Mikrofiltereinheit. Kerze K2 enthält die wegen der verminderten Durchlässigkeit flächenmäßig wesentlich größere Ultrafiltereinheit. K1 dient zur Abscheidung von Mikroorganismen, während durch die Ultrafiltereinheit noch kleinere Partikel oder Moleküle bis hin zu Pyrogenen abgeschieden werden sollen. Bei keiner oder geringer Abnahme (geringem Verbrauch) des Ultrafiltrats über Anschluß A1 kann das Mikrofiltrat über den Gehäuse stutzen und über vorgeschaltete Filterelement sowie K2 rezirkuliert werden. Hierdurch bleibt das System immer im Gleichgewicht, Wachstum von Mikroorganismen wird ver hindert und auch ein gewisser Cross-Flow-Reinigungs-Effekt für die Oberfläche der Ultrafiltereinheit kann angenommen werden.

Beide Membranfilterelemente können vor dem Zusammenbau einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere integrale Filterelemente enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K2 geprüft werden, so wird das Prüf medium (Preßluft beim Druckhaltetest) über den Innen kern der Integralfilter zugeführt. Durch minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K2 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die K1- und K2- Elemente der Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z1.

Weiterhin führt der Defekt einer Kerze K2 nur zur indivi duellen Verblockung dieses Integralfilters durch Ver blockung von K1. Die anderen Integralfilter eines Groß gehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K1-Kerzen integer sind.

Beispiel 6

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 3. Die Radien- und Flächenverhältnisse sind so gewählt, daß K1 und K4, K2 und K3 jeweils gleiche Größenordnung haben.

Die Filtermedien bzw. Filtereinheiten von K1 bis K4 sind permanent hydrophob (z. B. PTFE. Polypropylen). K1 und K2 sowie K4 und K3 sind in Serie geschaltet. Die Zwischenräume Z1 und Z2 zwischen K1 und K2 und K4 und K3 sind frei oder z. B. mit Trocknungsmedien oder Aktivkohle gefüllt. Natürlich können die Elemente K2 und K3 und somit auch die Zwischenräume entfallen, wenn das Hauptaugenmerk auf großer Filtrationsfläche liegt.

Die Einzelstückprüfung von K2 bis K3 vor dem Zusammen bau spart Kosten und erhöht die Sicherheit. Zur In-Situ-Prüfung vergleiche die vorhergehenden Beispiele.

Das Element ist weiterhin so aufgebaut, daß es in beide Strömungsrichtungen gleichermaßen betrieben werden kann, daß alle Strömungskanäle optimal aufeinander abgestimmt sind und die Bildung von Kondenswasserzonen gänzlich ausgeschlossen ist.

Die nachfolgenden schematisiert aufgelisteten Ausführungs beispiele in Verbindung mit den Schemata von Integralfilter und Gehäuse gemäß Fig. 17 bis 33 machen die vielseitigen Varianten des Erfindungsgedankens in der Form von Partikel- Vorfilter-, Kolloid-Vorfilter-, Vorfilter-Mikroendfilter-, Mikrofilter-, Ultrafilter-, Pervaporations- und Chromoto graphie-Kerzen deutlich.

Claims

1. Mit fluiden Prüfmitteln auf Integrität prüfbares rohrförmiges Filter für Fluide, dessen Enden durch Endkappen leckdicht eingefaßt sind und mit diesen an ein mit Anschlüssen ausgestattetes Gehäuse anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (F) durch mehrere rohrförmige, koaxiale Filterelemente (F1 bis F4) mit abgesetzten Querschnitten gebildet ist, die mit ihren Wänden jeweils zum Nachbarrohr hin Filtersektionen unterteilende, umlaufende Fluidräume (21, Z1 bis Z3) bilden, in die Durchlässe (A1 bis A8; B1, B2) für fluides Prüfmittel münden, welche durch in den Endkappen (20, 21, 27,31, 31′) angeordnete und aus dem Gehäuse (1, 2) herausführende Anschlüsse (A1 bis A8) und/oder durch hydrophobe Gasfilter (B1, B2) gebildet sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente als Filterkerzen (K1, K2; K3, K4; K2a, K2b, K2c) gemeinsam Filterstufen bilden und strömungstechnisch parallel angeordnet sind.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterkerzen (K1 bis K4) strömungstechnisch in Reihe angeordnet sind.

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (Z1 bis Z3) zwischen ineinandergreifenden Filterkerzen (K1 bis K4, K2a K2b, K2c) wahlweise eingelagerte filterwirksame Mittel, Wirkstoffe, Katalysatoren und/oder Wärmetauschermedien aufweist oder mit solchen beschickbar ist.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (F1, F2) innen- und außenseitig durch perforierte Sicherungsglieder (24, 24′, 25, 25′) eingeschlossen ist.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierten Sicherungsglieder (24, 24′, 25, 25′) auf den Mantelflächen der Filterelemente (F1, F2) entsprechend dem vom Fluidstrom bestimmten Druckgefälle jeweils die Stützglieder des Filterelementes der benachbarten Filterstufe bilden.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Filterstufen bildenden Filterkerzen (K1, K2, K3, K4) durch an ihren Stirnseiten angeordnete Adapter (21, 21′, 27, 31) unlösbar zu einer Baueinheit verbunden sind.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Filterstufen bildenden Filterkerzen (K1, K2, K3, K4) durch an ihren Stirnseiten angeordnete Adapter (20, 20′, 21, 21′) lösbar miteinander verbunden sind.

9. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Filterkerzen (K1 bis K4) im Querschnitt als Rundrohr oder Mehreckrohr ausgebildet sind.

10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper der Filterkerzen (K1, K2, K3, K4) aus mehreren Filterschichten kombiniert ist.

11. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper der Filterelemente (F1, F2, F3, F4) aus plissierten Filterschichten gebildet ist.

12. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper der Filterelemente (F1, F2, F3, F4) aus gewickelten Filtermaterialien gebildet ist.

13. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Filterschichten aus Glasfaser filtern zur Abscheidung von Kolloiden in einer strom aufwärts gelegenen ersten Filterstufe (K1), einem nachfolgenden, im Zwischenraum (Z1) zwischen der ersten und zweiten Filterstufe (K2) angeordnetem Ionen austauschermedium (FH) und einer Filterstufe (K2) als Partikelfänger aus Polypropylen-Filter-Vlies.

14. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zur Klarfiltration (z. B. von Spirituosen), gekennzeichnet durch Tiefenfiltermedien aus Glasfaserfiltern, Kiesel gur und/oder Papierfiltern in einer stromaufwärts gelegenen ersten Filterstufe (K1), einer nachfolgenden Siebfiltereinheit (K2) in Form von Membranfiltern mit einer Porengröße um 1 µm.

15. Filter nach Anspruch 1 aufnehmendes Gehäuse aus einem glockenförmigen Oberteil und einer Gehäusebasis, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit dem Filter (F) kuppelbare und ansteuerbare Gehäusean schlüsse (A2, A3, A4, A5) für Versorgung/Entsorgung des Filters (F) mit Prüfmittel, Sterilisationsmittel, zu filtrierendem Fluid, Filterspülmittel und Füllstoffen und mindestens zwei Gehäuseanschlüsse (A1 und 10) zur Versorgung/Entsorgung eines vom Filter (F) abtrennbaren Gehäuseraumes (13) vorgesehen sind.

16. Filter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanschlüsse (A2, A3, A4, A5) für die Versorgung/ Entsorgung des Filters (F) im Basisteil (1) angeordnet sind.

17. Filter nach Anschluß 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß für den umlaufenden Zwischenraum (Z1 bis Z3) mit dem einen Ende und ein weiterer Gehäuseanschluß mit dem anderen Ende des Filters (F) kuppelbar ist.

18. Filter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß (A2) für die Hauptentsorgung/Versorgung des Filters (F) in der Gehäusebasis (1) angeordnet und ein Anschluß (A3) für die wahlweise Ansteuerung eines Zwischenraumes (Z1) des Filters (F) von der Gehäusebasis (1) aus durch ein zwischen der Außenseite des Filters (F) und der Innenseite des Gehäuseoberteils (2) geführtes Rohr (17, 17′) gebildet ist, welches an seinem in den oberen Freiraum (13) des Gehäuses (1, 2) geführten Ende ein Kupplungstück (18) zum Adaptieren mit einem am oberen Rohrende (17′) des Filters (F) liegenden Anschluß (32′) für den Zwischenraum (Z1) kuppelbar ist.

19. Filter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusebasis (1) konzentrisch zum Hauptanschluß (A2) für den zugeordneten Filter (F) mit Verriegelungselementen (30) des Filters (F) korrespondierende Verriegelungselemente (7) zur axialen Sicherung und gegebenenfalls gegen ungewolltes Ver drehen des Filters (F) angeordnet sind.

20. Filter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß (A2) für die Hauptentsorgung/Versorgung des Filters (F) etwa im Zentrum des letzteren in der Gehäusebasis (1) angeordnet und um dieses Zentrum herum mit dem Anschlußadapter (15, 27) des Filters (F) Verriegelungselemente (7, 30) zur axialen Sicherung und gegebenenfalls Verdrehsicherung des Filters (F) angeordnet sind.

21. Filter nach den Ansprüchen 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung von Pervaporationsprozessen das Gehäuse (1, 2) aufheizbar ist bzw. eine Wärmetauschereinrichtung hat.

22. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im umlaufenden Zwischenraum (Z1 bis Z3) von außerhalb des Gehäuses (1, 2) beheizbare oder kühlbare Stäbe, Platten oder Spiralen angeordnet sind.

23. Filter nach Merkmalen der vorstehenden Ansprüche und Beispiele zum Massenaustausch durch Diffusion, Filtration, Adsorption, Pervaporation und Chromatographie.