DE3805361A1 - Integral filter for fluids made of a plurality of filter elements stacked one inside the other having different retention capacities and housing therefor - Google Patents
Integral filter for fluids made of a plurality of filter elements stacked one inside the other having different retention capacities and housing thereforInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Integralfilter mit spezifischer und gestufter Abscheidecharakteristik für Fluidinhaltsstoffe nach dem Obergegriff des Hauptanspruches und ein Filtergehäuse dafür.The invention relates to integral filters with specific and graduated separation characteristics for fluid components after the main claim and a Filter housing for it.
Bei Kraftstoff- und Ölfiltern ist es bekannt (DE-OS 31 03 723, DE-OS 28 40 117 und US-PS 42 53 954), Zwischenräume zwischen Filterelementen anzuordnen, um in einer ersten Filterstufe abgetrennte Stoffe, z. B. Wasser oder ein Erstfiltrat aus dem Zwischenraum abzuführen.It is known for fuel and oil filters (DE-OS 31 03 723, DE-OS 28 40 117 and US-PS 42 53 954), spaces to be arranged between filter elements in order to first filter stage separated substances, e.g. B. water or a Remove the first filtrate from the gap.
Die Begriffe Filtereinheit, Filterelement (Basis-Filterelement, Groß-Filterelement), Filtergehäuse und Filtervorrichtung werden im Text zum Stand der Technik gemäß folgender Definitionen verwendet:The terms filter unit, filter element (basic filter element, Large filter element), filter housing and filter device are in accordance with the state of the art in the text uses the following definitions:
Die Summe der filterwirksamen Einzelschichten, einschließlich der Schutzfilterschichten (Schutz bei Verarbeitung und während des Einsatzes im Gerät) und Drainageschichten, eines individuellen Filterelementes wird im Folgenden FILTEREINHEIT genannt. The sum of the filter-effective individual layers, including the protective filter layers (protection during processing and during use in the device) and drainage layers, an individual filter element is shown below FILTER UNIT called.
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-Filterelement) oder nach Zusammenfügen mehrerer Basis-Filterelemente zu Groß-Filterelementen in ein Filtergehäuse filtrationswirksam eingesetzt werden kann, wird im Folgenden FILTERELEMENT genannt.One with safety elements (e.g. backflow protection and The core of filter cartridges) equipped filter unit that processed (e.g. encapsulation of the end faces, attachment of Adapters) that they can be used directly (as a basic filter element) or after merging several basic filter elements to large filter elements in a filter housing can be used for filtration, in Hereinafter called FILTER ELEMENT.
Eines oder mehrere Filterelemente werden in einem FILTERGEHÄUSE eingesetzt und parallel geschaltet beschrieben.One or more filter elements are in one FILTER HOUSING inserted and described in parallel.
In einer Filtrationsvorrichtung werden z. B. mehrere Filtergehäuse in Serie geschaltet. Mit entsprechenden Armaturen, Peripheriegeräten und Medien- und Energiequellen wird der Filtrationsprozeß gesteuert.In a filtration device, for. B. several Filter housing connected in series. With appropriate Faucets, peripherals and media and energy sources the filtration process is controlled.
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).In the invention, it is z. B. integrated tubular filter elements for the filtration of various fluids (liquids and / or gases with various ingredients; from real to colloidal Solution via the suspension, the emulsion, the aerosol, the Smoke etc. up to the liquid or gas mixture).
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.In the case of known filter elements, the filtration target is the separation of all or certain ingredients of the fluid. Depending on the application, the permeate (filtrate) or the retentate (concentrate) or both of Interest.
Die Qualität und Quantität der Abscheidung steht im direkten Zusammenhang mit den eingesetzten Filtermedien und Filtrationsmethoden. The quality and quantity of the deposition is in the direct connection with the filter media used and Filtration methods.
Die Filtermedien können adsorptiv, absorptiv, elektrochemisch, 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, Filterschichten und gesinterte, gefräste oder anders erzeugte Filtrationskörper.The filter media can be adsorptive, absorptive, electrochemical, chemical, catalytic and mechanical (deep, Sieve effect). Such filter media are available today in various forms of use as powder, granules, Staple fiber or monofilament tangle, threads, plane filters (Round filters, sheets, rolls), filter mats, filter layers and sintered, milled or otherwise produced Filtration body.
Man unterscheidet weiterhin zwischen Tiefenfiltern und Siebfiltern. Erstere sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlußgröße nicht absolut betrachtet wird und physikalische Parameter die Separationsqualität entscheidend beeinflussen. Zu den klassischen Siebfiltern zählen neben definierten Geweben (im Gegensatz zu Vliesen) die sogenannten Membranfilter der Abscheidequalität von Mikrofiltern, Ulfrafiltern und Filter für die Reverse Osmose. Zur Klasse der "dichten" Membranfilter zählen Filter zur Gastrennung, Pervaporation, Ionenaustauschmembranen und dergleichen.A further distinction is made between depth filters and Screen filters. The former are characterized in that the Exclusion size is not considered absolutely and physical Parameters the separation quality crucial influence. The classic screen filters also include defined fabrics (in contrast to nonwovens) so-called membrane filters of the separation quality of microfilters, Ulfra filters and filters for reverse osmosis. Filters belong to the class of "dense" membrane filters Gas separation, pervaporation, ion exchange membranes and the like.
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 Filterelemente 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 Vorfiltrationsstufen eingesetzt werden und die Aufgabe haben, das Fluid so vorzureinigen, daß die Sicherheitsstufe(n) bzw. Endfiltrationsstufe(n) wirtschaftlich eingesetzt werden können. The use of this filter media has been in the past Years has grown by leaps and bounds. This applies in particular to the group of membrane filters that are so stable today that can be manufactured and processed that filter elements can be realized with sufficient filter area and combined in modular construction to form larger systems can be. These are often used in combination with Depth filter systems are used, in most Cut the depth filters be used in the or the pre-filtration stages and have the task of the fluid pre-cleaning so that the safety level (s) or final filtration level (s) be used economically can.
Durch gestufte und spezifische Vorfiltration und entsprechender Stufung in der Endfiltration läßt sich die Standzeit (Durchflußleistung bis zur irreversiblen Verblockung) und somit die Wirtschaftlichkeit des Gesamtfiltrationssystems anwendungsgezogen optimieren. Der Einsatzbereich der oben angesprochenen Filterelemente ist sehr weit gestreut. Die 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).Through staged and specific pre-filtration and corresponding The gradation in the final filtration can be Service life (flow rate until irreversible blocking) and thus the economy of the overall filtration system optimize application-specific. The The field of application of the filter elements mentioned above is very widely spread. They are essential in pharmaceutical, the electrical and semiconductor industry, the Biotechnology, medical technology, chemical Industry, the energy supply industry, environmental protection and in the food industry (dairies, Beverages, food raw materials).
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 Filterkerzen:Such tubular filter elements, also in the field referred to as filter cartridges are in a wide variety Embodiments, in pleated, wrapped form with the various graduated multi-layer filter materials known. The publications listed below on State of the art form examples of such filter cartridges:
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 471DE-OS 19 50 068
U.S. Patent No. 3,452,877
DE-AS 10 29 345
DE-OS 33 18 940
DE-OS 26 45 634
GB-OS 21 52 471
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 Feinseparation mittels Zentrifuge und ein 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 Membranfilterkerzen erfolgt. Durch unterschiedliche Dimensionierung der in Serie geschalteten Gehäuse und Variation der Gehäusebestückung kann die Anzahl der jeweils notwendigen Filtereinheiten aufeinander abgestimmt werden.For specific pre-filtration or staged Filtration is used today so that different Filtration stages discontinuous or continuous be connected in series. For example, at the production of wine often a rough or fine separation using a centrifuge and a discontinuous Finished wine and then the wine over a so-called layer filter (open system with Layered filter plates in a layered filter press or closed system with lampion-like arrangement "Plates" from layer filter units) filtered before the so-called final or sterile filtration via membrane filter cartridges he follows. Through different dimensions the series-connected housing and variation of the Housing equipment can be the number of each necessary Filter units can be coordinated.
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 Bedingung und Wartung (Rüstzeiten, Zeitbedarf für Spülen, Benetzen, Prüfen, Sterilisieren, Reinigen). Die Gefahr von Sekundärkontamination und Prozeßstörungen und damit verbundenen Produktverlusten und/oder Produktschädigungen wächst überproportional.The disadvantage of such more specific and graded Filtration is discontinuity on the one hand and on the other the variety of systems and processes a variety of Devices, especially filter housings, which the diverse Include filter elements, required. With every additional The device or housing not only increases the space requirement but above all increase the investment costs for Devices, fittings and peripherals as well as the cost of the condition and maintenance (set-up times, time required for Rinsing, wetting, checking, sterilizing, cleaning). The Risk of secondary contamination and process disturbances and associated product loss and / or product damage grows disproportionately.
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. A first attempt at specific and staged filtration To make more economical z. B. filter cartridges in their Filter unit depth filter in front of membrane filter multilayer, are arranged flat one above the other and / or membrane filter with different separation characteristics (pore size, Cut-Off) arranged in series within an element will.
Ein Nachteil dieser Lösung ist z. B. im Falle von Plissierungen, 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) erlaubt. Zum anderen ist die Anzahl der maximal integral zusammenwirkenden Schichten schon rein fertigungstechisch begrenzt. Mit der Zahl der in einer Filtereinheit zusammenwirkenden Filterschichten 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 filterwirksamen Komponenten immer schwieriger, die Wirksamkeit der Einzelkomponente im Verband der fertigen Filtereinheit zu überprüfen und die Prüfergebnisse zu interpretieren.A disadvantage of this solution is e.g. B. in the case of pleating, that the various filter-effective layers of a Always work together in a 1: 1 ratio. It is correspondingly difficult to find filter media that optimal use of filter capacity (all Block layers alike) allowed. On the other hand is the maximum number of integrally interacting Layers already limited purely in terms of production technology. With the Number of filter layers interacting in a filter unit the risk continues to grow that if the Filter effectiveness of the filter element is already a small one Defect of a single filter layer is valuable in itself integrity material that must be discarded. Furthermore, with increasing number of filter effective Components more difficult, the effectiveness of the individual components in the association of the finished filter unit to review and interpret the test results.
Am Beispiel plissierte Membranfilter kann diese Prüfproblematik erläutert werden.This test problem can be solved using the example of pleated membrane filters are explained.
Mikrofiltersysteme insbesondere zur Sterilfiltration werden vor und nach der Filtration sog. Integritätstests unterworfen, 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 Leistungsfähigkeit von Membranfiltern bzw. Membranfilterprodukten festgestellt wird. Microfilter systems in particular for sterile filtration subjected to so-called integrity tests before and after filtration, that should ensure filtration safety. This includes the bubble point or bladder pressure test, the Pressure maintenance test and the diffusion test. These tests correlate with destructive stress tests, the so-called Bacteria challenge tests, using standardized Test germs according to standardized test method performance of membrane filters or membrane filter products is detected.
Trotz Automatisierung dieser physikalischen Integritätsprüfungen birgt diese Art der Prüfung erhebliche Unsicherheiten. Diese Unsicherheit wächst überproportional mit der Vergrößerung der Filterfläche.Despite automating these physical integrity checks this type of examination involves considerable Uncertainties. This uncertainty is growing disproportionately with the enlargement of the filter area.
Große (individuell prüfbare) Filterflächen werden heute dadurch erzeugt, daß kleine 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.Large (individually testable) filter areas are used today created by making small basic elements individually checked and then combined axially into larger units (welded, glued, sealed ...). These large filter units will be tested again subject. Defect tested or not working Filter units are discarded.
Eine weitere Flächen(Leistungs-)vergrößerung erfolgt durch Parallelschalten mehrerer solcher Groß-Filtereinheiten (z. B. Mehrfachkerzen) in Großgehäusen.Another area (performance) enlargement takes place through Connecting several such large filter units in parallel (e.g. multiple candles) in large housings.
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 zusammengesetzt ist. Bei großen Flächen wird, abgesehen davon, daß bereits bei niedrigen Ausschußraten die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist, zumindest für den Druckhalte- und Diffusionstest eine Interpretation des Testergebnisses immer schwieriger und kritischer. Apart from the large amount of testing, the big disadvantage is this concept that despite automation only one Collective measurement is carried out, d. H. between individual defects of individual filter elements in one Large or multiple housings can also not be distinguished become like between individual defects of individual Basic elements that make up a large filter element is. For large areas, apart from the fact that profitability even at low reject rates is no longer given, at least for the pressure maintenance and Diffusion test an interpretation of the test result increasingly difficult and critical.
Bei diesen Methoden wird das Volumen des durch die Filtereinheit des zu testenden Filterelements 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 gehören Temperatur, Schicktdicke, Benetzungsverhalten, die chemische Natur der Filtermedien, die chemische Natur der Medien mit der die Filtereinheit verarbeitet wird. Das Diffusionsvolumen setzt sich also aus den unterschiedlichsten Anteilen zusammen. Während durch echte Defekte hervorgerufende 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 Größenordnung sind. Dies ist auch der Grund dafür, daß eine visuelle Bestimmung des Blasen-Punktes bei Großgehäusen äußerst schwierig ist.With these methods, the volume of the filter unit of the filter element to be tested diffusing Test gas or the resulting pressure drop on the Upstream side determined. The permissible diffusion volume theoretically grows proportionally with the filter area. The Practice shows, however, that this diffusion volume also through other parameters are significantly affected. These include Temperature, thickness, wetting behavior, the chemical nature of the filter media, the chemical nature of the Media with which the filter unit is processed. The Diffusion volume is made up of a wide variety Share together. While due to real defects caused diffusion due to the order of magnitude small-area systems can be clearly recognized, this is no longer possible with large-area systems because permissible diffusion and by small but harmful Defective diffusion of the same order of magnitude are. This is also the reason why a visual determination of the bubble point in large housings is extremely difficult.
Es kann festgestellt werden, daß sich alle Vorschläge, Filterelemente in einem Großgehäuse individuell und wirtschaftlich zu prüfen, nicht durchgesetzt haben.It can be said that all suggestions, Filter elements in a large housing individually and to check economically, have not enforced.
Bei nicht bestandenem Integritätstest und nach Betriebsstörungen während der Produktion (Filtration) ist es deshalb häufig nötig, die Funktionsfähigkeit der einzelnen Filterelemente zu prüfen. Hierzu müssen meist die Filtergehäuse 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. If the integrity test is failed and after a breakdown during production (filtration) it is therefore often necessary, the functionality of the individual Check filter elements. This usually requires the filter housing emptied, the filter elements removed and individually being checked. The number of filter housings grows of course the time, personnel and cost and equally the amount of product loss and the risk product damage and secondary contamination.
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 Mitleidenschaft gezogen wird, d. h. alle Elemente dieses Gehäuses verblocken vorzeitig.Another disadvantage of in different housings Series connected filter units of known type is that in case of failure or defect of only one upstream element often the entire downstream filter housing is affected is pulled, d. H. all elements of this Housing block prematurely.
Große Filterflächen werden heute immer unerläßlicher, wenn die Filtration als Separationsmethode wirtschaftlich bzw. konkurrenzfähig bestehen will.Large filter areas are becoming indispensable today, though Filtration as a separation method economically or wants to survive competitively.
Neben der Abscheidequalität bestimmen drei Kriterien die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit von Filtrationssystemen:In addition to the separation quality, three criteria determine the Economy and safety of filtration systems:
- - Standzeit- service life
- - Durchfluß pro Fläche und Zeit- Flow per area and time
- - Prüfbarkeit- verifiability
Der Problemkreis Prüfbarkeit ist mehrfach beschrieben worden.The issue of verifiability has been described several times been.
Weiterhin wurde der Problemkreis Standzeit eingehend erläutert. Anzumerken bleibt hier, daß heute vermehrt versucht wird "blockierte" bzw. nicht mehr filterwirksame 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.In addition, the problem of service life became in-depth explained. It should be noted here that increased today "blocked" or no longer effective filter is tried Regenerate filter units. this happens e.g. B. by using chemical cleaning agents naturally due to the chemical compatibility of the system is limited as well as by flushing processes with effective Flushing media in or against the direction of filtration.
Die Nachteile der Spülmethoden liegen darin, daß bei Spülung in Filtrationsrichtung nachgeschaltete Filtereinheiten oder Vorrichtungen ungebühr belastet werden können, wenn nicht apparativ aufwendig und meist auch kostspielig 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 Filterelement, welches nicht individuell angesteuert werden kann.The disadvantages of the flushing methods are that Flushing downstream filter units or devices are unduly charged can, if not expensive in terms of equipment and usually also expensive By-pass lines can be installed. On the other hand contains backwashing (against the direction of filtration) always the risk of destroying the filter element. This is particularly critical at the end point and should be before everything can be avoided if the terminal itself is not blocked but an upstream filter element, which cannot be controlled individually.
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, Gerätekosten!) auf einer Gehäuseebene.The problem area is flow per time and area of course also on the separation characteristics, the test problems and service life problems coupled. Mostly this problem due to high freely accessible area appropriate dimensioning and design of access and Processes and flow management solved. In case of This is called gas filtration for commercially available filter cartridges enlarged core inside diameter (loss of area!) and many individual units of low overall height (testability, Device costs!) On one housing level.
Der Nachteil dieser Problemlösung ist kongruent zu den obigen Ausführungen.The disadvantage of this problem solution is congruent to that above statements.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Nachteile der bekannten Filtereinheiten bzw. Filterelemente zu beseitigen, d. h. für die spezifisch abgestufte Filtration (Mehrfachfiltration) einen kompakten, den vorgegebenen Filtrationsraum in einem umgegebenden Gehäuse gut ausnutzenden und die verwendeten Filtermaterialien optimal nutzendes Integralfilter zu schaffen, welches gezielte Problemlösungen erlaubt, wirtschaftlich herstellbar und bedienungsfreundlich ist, ohne daß durch die Lösung der vorgenannten Teilaufgaben der Integralfilter gegenüber gängigen Individual-Filter- elementen nach dem Stand der Technik eine Verschlechterung bezüglich seiner möglichen Prüfbarkeit nach den verschiedensten Prüfkriterien erfährt und ohne daß eine Verschlechterung der Versorgungs- und Entsorgungsmöglichkeiten des Integralfilters damit erkauft wird.The invention is therefore based on the object simple means the disadvantages of the known filter units or to remove filter elements, d. H. for the specifically graduated filtration (multiple filtration) one compact, the given filtration space in a surrounding Housing well exploited and used Integral filter that optimally uses filter materials create that allows targeted problem solving, is economically producible and easy to use, without having to solve the subtasks mentioned above Integral filter compared to common individual filter elements according to the prior art deterioration with regard to its possible verifiability according to the most varied Undergoes test criteria and without any deterioration the supply and disposal options of the integral filter is thus bought.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst, indem nämlich mindestens zwei Filterelemente mit ihren Durchmessern so abgestuft sind, daß der vom Rohrmantel umschlossene Hohlraum des jeweils größeren Filterelementes (Hauptfilterelement) zur Aufnahme mindestens eines kleineren Filterelementes (Subfilterelement) dient und mindestens eines dieser mehreren Filterelemente ein auf Integrität geprüftes oder prüfbares Filterelement (Integritätsfilter) bildet. Dies bedeutet, daß ein vom Innenmantel umschlossener Hohlraum zur Aufnahme mindestens eines eigenständigen Grund-Filterelementes dient, welches die nächstfolgende oder parallel geschaltete Filterstufe bildet.This object is achieved by the main claim specified features solved by namely at least two filter elements with their diameters like this are graded so that the one enclosed by the tubular jacket Cavity of the larger filter element (main filter element) to accommodate at least one smaller one Filter element (subfilter element) serves and at least one of these multiple filter elements on integrity tested or testable filter element (integrity filter) forms. This means that one enclosed by the inner jacket Cavity for receiving at least one independent Basic filter element, which is the next one or filter stage connected in parallel.
Durch die Anordnung eines Filterelementes in dem Filterelement 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 eigenstandige Elemente bilden, können diese auch eigenständig beim Hersteller 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 Filterschichten so geschaltet sind, daß auch nachgeschaltete oder vorgeschaltete Elemente individuell prüfbar werden. Dabei ist es von Vorteil und ausreichend, daß innerhalb der verschiedenen Filtrationsstufen lediglich die Filterelemente einer Filtrationsstufe, vorzugsweise die sogenannte Sicherheits-Filtrationsstufe (Integritätsfilter) und hierbei flächenmäßig kleinste Filterelement, geprüft werden. Der Ausschuß und Prüfaufwand kann durch Prüfung vor dem Zusammenbau erheblich verringert werden. Durch Integration diverser spezifisch und abgestuften Filterelemente zu einem Integralfilter ist auch die Handhabung beim Ein- und Ausbau in umgebene Großgehäuse aus Edelstahl vereinfacht.By arranging a filter element in the filter element the area requirement can be different different and differently expensive filter elements actual filtration needs of the most varied Adapt media by combining different media standardized units. Since the filter elements in the individual filter stages functionally independent elements form, they can also independently at the manufacturer and also with the user within a common Housing in situ z. B. be checked for integrity if either the space between two filter elements or the internal cavity individually controlled or flowed to and the pressure conditions upstream or are controllable downstream or certain filter layers are switched so that downstream or upstream elements can be individually checked. Here it is beneficial and sufficient that within the various Filtration levels only the filter elements a filtration stage, preferably the so-called Security filtration level (integrity filter) and smallest filter element in terms of area, tested will. The committee and testing effort can be done through testing assembly can be significantly reduced. Through integration various specific and graduated filter elements to an integral filter is also the handling when and expansion into surrounding large stainless steel housing simplified.
Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:The inventive concept is in several embodiments explained with the accompanying drawing. It shows:
Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit eingesetztem Integralfilterelement nach der Erfindung, Fig. 1 shows schematically a vertical section through a filter housing integral with an inserted filter element according to the invention,
Fig. 2 eine Variante dazu, FIG. 2 is a variant of this,
Fig. 3 in schematisch vereinfachter Darstellung einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit einem Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Parallel- und Reihenschaltung der Filterelmente, Fig. 3 in a simplified schematic representation of a vertical section through a filter housing with an integral filter of four individual filter elements in parallel and series connection of the Filterelmente,
Fig. 4 in entsprechender Darstellung ein Gehäuse mit Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Reihenschaltung der Filterelemente, Fig. 4 in a representation corresponding to a housing with integral filters of four individual filter elements in series connection of the filter elements,
Fig. 5 bis 16 in schematiscch und vereinfachter Darstellung Querschnitte durch verschiedene Filterkombinationen bezügliche der Anzahl von Filterstufen, Geometrien, Material und Filtertypen und Fig. 5 to 16 in schematiscch and simplified representation of cross-sections through different filter combinations related to the number of filter stages, geometries, materials and types of filters and
Fig. 17 bis 33 schematische Vertikalschnitte durch Gehäuse und Integralfilter in mehreren Varianten für verschiedene Anwendungsfälle. Fig. 17 to 33 are schematic vertical sections through the housing and integral filter in a plurality of variations for different applications.
Ein für den Einsatz in der Getränkeindustrie unter Verwendung des erfindungsgemäßen Integralfilters F geeigneten Gehäuse aus Edelstahl besteht gemäß Fig. 1 aus der Gehäusebasis 1 mit drei Anschlüssen A 1, A 2, A 3 für die Versorgung und Entsorgung des auf Gehäusebeinen 5 abgestützten Gehäuses 1 bis 12. Das glockenförmige Gehäuseoberteil 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 Gehäuseoberteil 2 hat an seiner höchsten Stelle einen Entlüftungsstutzen 10 mit einer Ventilanordnung 11. Das Gehäuseoberteil 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 Integralfilters F die Gehäusebasis 1 auch von innen her frei zugänglich ist. Der zentral angeordnete Anschluß A 2 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 Gehäusedurchbrechung ein. Mehrere über den Umfang der Gehäusebasis 1 angeordnete Verriegelungselemente 7 können mit Verriegelungsnasen 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 A 2 bis A 3 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.A housing made of stainless steel suitable for use in the beverage industry using the integral filter F according to the invention consists, according to FIG. 1, of the housing base 1 with three connections A 1 , A 2 , A 3 for the supply and disposal of the housing 1 to which is supported on housing legs 5 12 . The bell-shaped upper housing part 2 with a reinforcing ring 8 is connected to the housing base 1 with the interposition of elastic O-ring seals 23 with the aid of clamping elements 6 distributed over the circumference. The upper part of the housing 2 has a ventilation nozzle 10 with a valve arrangement 11 at its highest point. The housing upper part 2 can be completely removed from the housing base 1 with the help of the handles 12 after loosening the tensioning elements 6 , so that the housing base 1 is also freely accessible from the inside for the fitting and removal of the integral filter F. The centrally arranged connection A 2 merges into a housing opening, which forms the actual sterile space 14 , and the integral filter F , which is described in more detail below, engages in this housing opening with a connection adapter 27 with connecting piece 15 by means of O-ring seals 23 . A plurality of locking elements 7 arranged over the circumference of the housing base 1 can be brought into engagement with locking lugs 30 on the connecting adapter 27 , so that the integral filter F is locked overall in the axial direction and is secured against backflow from the connections A 2 to A 3 . The housing 1, 2 has z. B. an inner diameter of 317 mm and an inner height of about 1300 mm, so that an integral filter of 260 mm in diameter and 1050 mm in length can be positioned in the housing.
Die beiden Filterkerzen K 1 und K 2 sind bezüglich ihrer Grundelemente mit Ausnahme ihrer Größe und Filtermaterialien im wesentlichen aus einander entsprechenden Bauelementen aufgebaut. Jede der beiden Filterkerzen K 1 und K 2 besteht aus einem ringförmigen, im Querschnitt U-förmigen Stirnadapter 21, 21′ bzw. 20, 31, 20′, 31′ dem eigentlichen rohrförmigen Filterelementen F 1 bzw. F 2 die an den Stirnseiten mittels Dichtungsmittel 22 mit den Stirnadaptern 21, 21′ und 20, 31, 20′, 31′ leckdicht verbunden sind. Gitterförmige bzw. perforierte äußere Sicherungsglieder 24 bzw. 24′ und innere Sicherungsglieder 25 bzw. 25′ geben den Filterkerzen K 1 bzw. K 2 bzw. den entsprechenden Filterelementen F 1, F 2 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, (Z 1-Z 4), die sich mit Fluid (Gas oder Flüssigkeit) während des Betriebes der Filtereinheit füllen.With regard to their basic elements, with the exception of their size and filter materials, the two filter candles K 1 and K 2 are essentially composed of corresponding components. Each of the two filter cartridges K 1 and K 2 consists of an annular, cross-sectionally U-shaped end adapter 21, 21 ' and 20, 31, 20', 31 ' the actual tubular filter elements F 1 and F 2 which on the end faces by means Sealing means 22 with the end adapters 21, 21 ' and 20, 31, 20', 31 ' are connected leak-tight. Lattice-shaped or perforated outer securing members 24 and 24 ' and inner securing members 25 and 25' give the filter cartridges K 1 and K 2 and the corresponding filter elements F 1 , F 2 the necessary radial and axial stability for the pressure and tensile loads that occur in the housing 1, 2 during the test and during the filtration process. These perforated securing members 24, 24 ' form even with the tightest arrangement of the integrated filter candle in themselves fluidic gaps Z, (Z 1 - Z 4 ), which fill with fluid (gas or liquid) during operation of the filter unit.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Stirnadapter 20, 31 der äußeren Filterkerze K 1 zweiteilig aufgebaut, d. h. der ringförmige Stirnadapter 20 ist mit Hilfe einer aufgeschweißten Verschlußplatte 31 oder mit Hilfe eines Verschlußadapters oberseitig verschlossen. Das Verschlußelement 31 (Verschlußadapter) kann auch als Einfüllöffnung für nicht dargestellte Filterhilfsmittel dienen, welche in den Zwischenraum Z 1 zwischen der Filterkerze K 1 und K 2 einlagerbar sind. Entsprechend hat der Stirnadapter 20′ ein Verschlußelement 31′.In this exemplary embodiment, the end adapter 20, 31 of the outer filter candle K 1 is constructed in two parts, that is to say the annular end adapter 20 is closed on the upper side with the aid of a welded-on closure plate 31 or with the aid of a closure adapter. The closure element 31 (closure adapter) can also serve as a filling opening for filter aids, not shown, which can be stored in the space Z 1 between the filter candle K 1 and K 2 . Accordingly, the front adapter 20 'has a closure element 31' .
Die beiden Filterkerzen K 1 und K 2 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.The two filter cartridges K 1 and K 2 can of course have the same overall height and a common closure plate 31 , centering elements and grooves for receiving welding or adhesive also making assembly and integration easier here.
Der Anschlußadapter 27 hat auf seiner den Filterkerzen K 1, K 2 zugewandten Oberseite ein Zentrierungselement 29, das in den Zwischenraum Z 1 hinreicht und die Zentrierung und Montage der Filterkerzen K 1, K 2 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 A 1 eingeführtes Fluid bestimmungsgemäß nur durch das Filterelement F 1 in den Zwischenraum Z 1 und von dort aus durch das Filterelement F 2 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.The connection adapter 27 has on its upper side facing the filter cartridges K 1 , K 2 a centering element 29 which extends into the space Z 1 and facilitates the centering and assembly of the filter cartridges K 1 , K 2 with the connection adapter 27 . The end adapters 21, 21 ' are leak-tightly connected by gluing, mirror welding or ultrasonic welding in the zone indicated at 28 with the connection adapter 27 , so that fluid introduced into the turbidity chamber 13 of the housing via the connection A 1 is intended only through the filter element F 1 in the Gap Z 1 and from there through the filter element F 2 in the core 14 ' and from there into the sterile room 14 can penetrate. Instead of the permanent connection, a connection with an adapter with O-ring seals is also possible.
Zur Versorgung und Entsorgung des Zwischenraumes Z 1 zwischen der Filterkerze K 1 und K 2 mit Prüfmedien (Gas oder Flüssigkeit), Spülmedien, Reinigungsmedien, Sterilisationsmedien, Filterhilfsmitteln ist dieser Zwischenraum Z 1 mittels eines Adapterstutzens 32 mit dem Anschluß A 3 verbunden. Sämtliche Anschlüsse bzw. Zuleitungen sind üblicherweise mit Absperrventilen 11 ausgestattet, um eine individuelle Regelung zu ermöglichen.To supply and dispose of the space Z 1 between the filter candle K 1 and K 2 with test media (gas or liquid), flushing media, cleaning media, sterilization media, filter aids, this space Z 1 is connected to the connection A 3 by means of an adapter piece 32 . All connections or supply lines are usually equipped with shut-off valves 11 in order to enable individual regulation.
Für bestimmte Einsatzfälle bei der Filtration von Flüssigkeiten kann es notwendig sein, den Zwischenraum Z 1 in den Trübraum 13 zu entgasen. Zu diesem Zweck ist in dem Verschlußelement 31 ein hydrophober Belüftungsfilter B 1 angeordnet oder das Filterelement weist einen hydrophoben, gasdurchlässigen Flächenanteil auf.For certain applications in the filtration of liquids, it may be necessary to degas the intermediate space Z 1 into the turbid space 13 . For this purpose, a hydrophobic ventilation filter B 1 is arranged in the closure element 31 or the filter element has a hydrophobic, gas-permeable surface portion.
Will man auf den relativ groß gehaltenen Zwischenraum Z 1 verzichten, so können unter Verwendung modifizierter Stirnadapter 20, 31, 21 die Filterkerze K 2 direkt mit dem Adapter der Filterkerze K 1 leckdicht verbunden werden. Dabei kann entweder die Plissierhöhe des Filterelementes F 1 oder F 2, daß heißt die Faltentiefe und damit die Filterfläche vergrößert werden, so daß sich die Außenfläche des Filterelementes F 2 unter Wegfall seines äußeren Sicherungsgliedes 24′ direkt an das innere Sicherungsglied 25 der Filterkerze K 1 anlegen kann. Die Einzelprüfbarkeit vor und nach dem Zusammenbau der Filterkerze K 2 bleibt dennoch voll erhalten, da ein kleinerer Freiraum durch die perforierten Stützglieder 24, 25 selbst erhalten bleibt.If you want to do without the relatively large space Z 1 , the filter cartridge K 2 can be directly connected to the adapter of the filter cartridge K 1 in a leak-tight manner using modified end adapters 20, 31, 21 . In this case, either the pleating height of the filter element F 1 or F 2 , that is to say the pleat depth and thus the filter area, can be increased so that the outer surface of the filter element F 2 directly to the inner securing element 25 of the filter candle K 1, with its outer securing element 24 'being eliminated can put on. The individual testability before and after the assembly of the filter candle K 2 is still fully retained, since a smaller free space is retained by the perforated support members 24, 25 themselves.
Die in Fig. 2 dargestellte Variante entspricht im Aufbau der Ausführung nach Fig. 1. Abweichend ist der Anschluß A 3 des Gehäuses in Form eines Rohres 17 in einem Freiraum zwischen Integralfilter F und Innenseite des Gehäuseoberteils 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.The variant shown in Fig. 2 corresponds in construction to the embodiment of Fig. 1. Deviating from the connection A 3 of the housing in the form of a tube 17 in a space between the integral filter F and the inside of the upper housing part 2 to its upper free space and with a flexible pipe section 17 ' and coupling piece 18 with an adapter 32' of the integral filter F releasably connected. When the upper part 2 is removed, this can be locked to the housing base 1 via a type of bayonet lock 7, 30 and connected to the coupling piece 18 .
Die Filterkerze K 1 ist in sich aus zwei plissierten Filterelementen F 1 etwa gleicher großer Filterfläche aufgebaut. Der dabei gebildete Zwischenraum Z ist in dieser Ausführungsform nicht separat ansteuerbar.The filter candle K 1 is made up of two pleated filter elements F 1 of approximately the same size filter area. The space Z formed in this case cannot be controlled separately in this embodiment.
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 Bezugszeichen versehen. Es handelt sich hierbei um eine vier mechanisch miteinander verbundenen und zu einer Einheit integrierten Filterkerzen K 1 bis K 4 mit den Filterelementen F 1-F 4, welche paarweise strömungstechnisch in Reihe geschaltet sind und beide Paare 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 Bedart an großer Filterfläche. The filter device shown schematically in FIG. 3, consisting of the housing and integral filter F, corresponds correspondingly to the device as shown and described in FIG. 1. Corresponding parts are provided with corresponding reference symbols. These are four filter cartridges K 1 to K 4 mechanically connected to one another and integrated into one unit with the filter elements F 1 to F 4 , which are connected in series in terms of flow technology and both pairs are connected in parallel in terms of flow technology. This is an integral filter F , which can preferably be used for gas filtration, and in view of a small number of filter stages, but requires a large filter area.
Auch hier können selbstverständlich die Filterkerzen K 1 bis K 4 dieselbe Bauhöhe haben, um den zur Verfügung stehenden Raum optimal auszunutzen. Diese zeichnerische Darstellung wurde lediglich zur Verdeutlichung der verschiedenen Variationsmöglichkeiten gewählt. Die Filterkerzen K 2 und K 3 sind dabei die auf Integrität geprüften bzw. in situ prüfbaren Elemente, wenn wie dargestellt überströmt wird.Here too, of course, the filter cartridges K 1 to K 4 can have the same overall height in order to make optimum use of the space available. This graphic representation was only chosen to illustrate the different possible variations. The filter cartridges K 2 and K 3 are the elements tested for integrity or can be checked in situ if the flow is overflow as shown.
Auch die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 werden bezüglich ihrer Größe nach filtrationstechnischen Erfordernissen gewählt.The spaces Z 1 to Z 3 are also selected with regard to their size according to filtration requirements.
Die sinngemäß aufgebaute Filtervorrichtung mit Integralfilter F gemäß Fig. 4 zeigt ein Integralfilter F aus vier ineinander gesteckten Filterkerzen K 1 bis K 4, welche strömungstechnisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 und der Hohlkern 14′ über den Anschlußadapter 27 durch Anschlüsse A 1 bis A 5 mit Medien der verschiedensten Art versorgbar und entsorgbar und filtrationstechnisch ansteuerbar sind.The mutatis mutandis constructed filter device with integral filter F of FIG. 4 shows an integral filter F of four nested cartridges K 1 to K 4, which are fluidly connected in series, wherein the interspaces Z 1 to Z 3 and the hollow core 14 'through the terminal adapter 27 can be supplied and disposed of with a wide variety of media through connections A 1 to A 5 and controlled by filtration technology.
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 Z 1 bis Z 3 und weitere durch Belüftungsfilter B 1 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 Umfangsrichtung versetzt angeordneten Anschluß ausgestattet sein, so daß ein 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.All flow directions indicated by arrows in FIGS. 1 to 4 are of course reversible or freely selectable according to the respective filtration and test conditions. If necessary, the spaces Z 1 to Z 3 and others can be vented through ventilation filter B 1 according to FIG. 1 and controlled by pipe connections 17, 17 ' , so that a certain axial overflow can also be achieved. The circumferential intermediate space Z can be equipped with an upper connection and a connection arranged offset in the circumferential direction, so that a kind of tangential flow of the introduced medium is forced. By helical flow director, which can also act as spacers, this flow guide can be enhanced - see Figures 27 and 31 to 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 A 3 für den Adapteranschluß 32 durch den Sterilraum bis auf die Außenseite 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 Z 1 ansteuerbar. Large housings for receiving more than one filter element are known for. B. by DE-PS 33 35 938. To accommodate an integral filter according to FIG. 1, the connection A 3 for the adapter connection 32 is passed through the sterile room to the outside of the housing. The candle stubs 15 of all filter candles open into the common sterile room. Each integral filter F can therefore be controlled via the associated nozzle A 3 , 32 and space Z 1 .
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 Modifikation aufgebaut. Fig. 5 und 6 zeigen dabei Stufungen bezüglich der Kerzendurchmesser. 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 Filtermaterialien. Fig. 12 und 13 zeigen mehreckige Rohrmäntel in plissierter Form. Fig. 14 und 16 zeigen Varianten bezüglich 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 (Integritätsfilter) in der letzten Stufe.The cross sections of the individual filter candles shown schematically in FIGS. 5 to 16 are constructed structurally analogous to the integral filter F described above according to FIG. 1 or the modification described. Fig. 5 and 6 show this gradations with respect to the cartridge diameter. FIGS. 7 and 8 show variants with respect to a plurality of filtration steps. FIGS. 9 and 10 show variations in a filter stage with respect to the arrangement of a plurality of identical filter candles. Fig. 11 shows variations of several filter levels with respect to the filter materials. FIGS. 12 and 13 show polygonal tube shells in pleated form. FIGS. 14 and 16 show variants with respect to the matching of surface and filter material in the various stages. Similarly, the variants relate to filter cartridges with different materials in the individual filter stages, with different filter material combinations in individual filter stages, with different pore sizes and tested or untested filter elements (integrity filters) in the last stage.
Die in den Fig. verwendeten Kurzbezeichnungen haben die nachfolgende Bedeutung.The abbreviations used in Figs. Have the following meanings.
Fig. 5 K 1 - (Filter)-Kerze 1
und
Fig. 6 K 2 - Kerze 2
Fig. 7 TF - Tiefenfilter
Fig. 8 K 3 - Kerze 3
Fig. 9 K 2 a - Kerze 2a innerhalb einer Stufe
Fig. 10 K 2 b - Kerze 2b;
K 2 c - Kerze 2c;
FH - Filterhilfsmittel im Zwischenraum Z
Fig. 7 TF-M Tiefen-Filter-Material in Zwischenraum
Z 1
Fig. 9, 10 FH Filterhilfsmittel
Fig. 11 K 1 TF - Kerze 1, Tiefen-Filter;
TF-M 1 - Tiefen-Filter-Material 1;
K 2 TF - Kerze 2, Tiefen-Filter;
TF-M 2 - Tiefen-Filter-Material 2;
K 3 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 Fig. 5 K 1 - (filter) candle 1 and
Fig. 6 K 2 - Candle 2
Fig. 7 TF depth filter
Fig. 8 K 3 - candle 3
Fig. 9 K 2 a - candle 2 a within a stage
Fig. 10 K 2 b - candle 2 b ; K 2 c - candle 2 c ; FH - filter aids in the space Z
Fig. 7 TF-M depth filter material in the space Z 1
Fig. 9, 10 FH filter aids
Fig. 11 K 1 TF - candle 1, depth filter; TF-M 1 - depth filter material 1; K 2 TF - Candle 2, depth filter; TF-M 2 - depth filter material 2; K 3 MF - candle 3, membrane filter
Fig. 14 TF I - depth filter I and
Fig. 15 TF II - depth filter II
Fig. 16 TF / MF I - depth filter / membrane filter I tested; TF / MF II coarse depth filter / membrane filter II coarse
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 zukünfiger Filtermaterialien möglich. Die innerste Filterkerze kann auch aus einem Bündel von Kapillarmembranen, die mit entsprechenden stirnseitigen Adaptern ausgestattet sind, gebildet sein.Like the systematic breakdown that does not claim raises to completeness, shows are with the invention the most diverse combinations of those on the market today filter materials and future filter materials possible. The innermost filter cartridge can also be made a bundle of capillary membranes that match with end adapters are equipped, be formed.
Die Begriffe Tiefenfilter, Membranfilter, Ultrafilter, Mikrofilter haben die in der Fachliteratur definierte Bedeutung. Unter Filterhilfsmittel sind insbesondere Kieselgur, Perlite, Asbest, Zellstoff, Ionenaustauschmedien, Trockenmittel, katalytisch wirkende Medien und Aktivkohle zu verstehen.The terms depth filter, membrane filter, ultrafilter, Microfilters have the one defined in the specialist literature Importance. Among filter aids are in particular Diatomaceous earth, perlite, asbestos, cellulose, ion exchange media, Desiccant, catalytic media and Understand activated carbon.
Unter Wirkstoffen und katalytischen Stoffen sind auch Hefen und andere Mikroorganismen sowie den jeweiligen speziellen Filtrationsprozeß fördernde Stoffe zu verstehen, die entweder in den Zwischenraum Z 1 zwischen zwei Filterkerzen eingelagert werden oder aber zwischen zwei Filterschichten einer Filterkerze oder als Immobilien innerhalb einer Filtermembran angeordnet sind und den Filtrationsprozeß günstig beeinflussen. Active substances and catalytic substances are also to be understood as yeasts and other microorganisms and substances which promote the respective special filtration process, which are either stored in the space Z 1 between two filter candles or are arranged between two filter layers of a filter candle or as real estate within a filter membrane and the like Affect filtration process favorably.
Nachfolgend sind einige praktische Ausführungsbeispiele für spezielle Probenlösungen beschrieben.Below are some practical examples for special sample solutions described.
Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 beschreiben.The arrangement of the described candle corresponds to FIG. 1. The radius and area relationships can be described with FIG. 5.
Es handelt sich um einen Integralfilter F zur Herstellung von partikel- und kolloidarmen Wasser geringer Leitfähigkeit, wie es z. B. im Labor, in der chemischen Industrie und als Vorstufe in der Halbleiterindustrie benötigt wird. K 1 enthält z. B. Filterschichten aus Glasfaserfiltern zur Abscheidung von Kolloiden.It is an integral filter F for the production of low-particle and colloidal water of low conductivity, as z. B. in the laboratory, in the chemical industry and as a preliminary stage in the semiconductor industry. K 1 contains z. B. filter layers of glass fiber filters for the deposition of colloids.
Der Zwischenraum Z 1 ist gefüllt mit einem Ionenaustauscher- Medium (FH), das applikationsspezifisch wählbar ist. Eine In-Situ-Regeneration ist ebenso möglich, wie der Austausch über den Anschluß A 3.The space Z 1 is filled with an ion exchange medium (FH) , which can be selected depending on the application. In-situ regeneration is also possible, as is the exchange via connection A 3 .
K 2 wirkt als Partikelfänger und enthält Polypropylen- Filter-Vliese. K 2 acts as a particle catcher and contains polypropylene filter fleeces.
K 1 und K 2 können vor dem Zusammenbau individuellen Prüfungen unterzogen werden. K 1 and K 2 can be individually tested before assembly.
Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 oder Fig. 6 beschreiben.The arrangement of the described candle corresponds to FIG. 1. The radius and area relationships can be described with FIG. 5 or FIG. 6.
Für die Klarfiltration von Spirituosen reichen häufig Tiefenfiltermedien wie Glasfasermedien, Kieselgur, Papierfilter und dgl. aus. Befindet sich aber die Filteranlage in einer Abfüllinie, so kommt es bei Prozeßunterbrechungen, Druckstößen usw. häufig zu Kolloiddurchbrüchen, die zur Trübung des Filtrats führen. In automatisierten Anlagen wird die Trübung des Filtrats permanent optisch kontrolliert. Jede Störung führt zur Abschaltung der Abfüllanlage. Anfahr- und Abschaltvorgänge bewirken jedoch bei Tiefenfiltern aber immer die Gefahr von "Durchbrüchen". Der diese Tiefenfilter enthaltenden Kerze K 1 wird deshalb innerhalb des integralen Filterelements in der Filterkerze K 2 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 Siebfiltereinheiten enthalten bevorzugt Mikrofilter (Membranfilter) im Porengrößenbereich um 1 µm.Depth filter media such as glass fiber media, diatomaceous earth, paper filters and the like are often sufficient for the clear filtration of spirits. However, if the filter system is in a filling line, colloid breakthroughs often occur in the event of process interruptions, pressure surges, etc., which lead to clouding of the filtrate. The turbidity of the filtrate is permanently checked optically in automated systems. Every fault leads to the bottling plant being switched off. However, start-up and shutdown processes always cause the risk of "breakthroughs" with depth filters. Of this depth filter candle containing K 1 is therefore a real screen filter downstream within the integral filter element in the filter cartridge K 2 which allows no breakthrough of clouding substances even when pressure surges. The area of this candle is dimensioned such that it does not represent the limiting factor for the flow per time even with partial blocking. Such real screen filter units preferably contain microfilters (membrane filters) in the pore size range around 1 µm.
Die Klärschärfe kann durch Einbringung z. B. von Kieselguren (FH) in den Zwischenraum Z 1 zusätzlich erhöht werden. Insbesondere die Membranfilterkerze K 2 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 Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben.The clarity can be brought in by z. B. of diatomaceous earth (FH) in the space Z 1 can also be increased. In particular, the membrane filter cartridge K 2 can be subjected to an integrity test before assembly (ex situ). Testing in the housing in situ is also possible. This can e.g. B. done collectively by means of a pressure maintenance test in a large housing that contains several integral filters. The minimized filter area of the safety and test element already ensures excellent safety.
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 Z 1. However, with a suitable pressure control, the integral filters can also be individually controlled and checked without the housing having to be emptied. Only the space Z 1 is emptied.
Weiterhin führt das Trüb-Laufen einer Kerze K 1 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 2. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 2-Kerzen integer sind.Furthermore, running a candle K 1 cloudy only leads to individual blocking of this integral filter by blocking K 2 . The other integral filters in a large housing continue to filter without interference. Downstream candle housings are not loaded due to defects, as long as all K 2 candles are integer.
Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 beschreiben.The arrangement of the described candle corresponds to FIG. 1. The radius and area relationships can be described with FIG. 5.
Bestimmte Flüssigkeiten, z. B. Bier, enthalten trotz Vorklärung und Vortfiltration in der sog. Sterilisationsstufe (Kaltsterilisation durch Abscheidung mediumschädigender 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.Certain liquids, e.g. B. beer, despite Pre-clarification and pre-filtration in the so-called sterilization stage (Cold sterilization by separation of medium damaging Microorganisms using microfilters) "colloidal proportions" that economic filtration is hardly possible conventionally. This applies e.g. B. also for the Serum filtration, if applicable, mycoplasmas in the area Separate 0.1 µm.
Eine Möglichkeit besteht darin, durch Hintereinanderschalten mehrerer, hinsichtlich ihrer Abscheidungscharakteristik ähnlicher Filter stufenweise eine Keimreduzierung zu bewirken, ohne daß die "ersten" Filterelemente frühzeitig verblocken. Hierbei wird häufig mit mehreren hintereinander geschalteten Filtergehäusen gearbeitet und bei Verblockung bzw. Teilverblockung von "Erst-Filterstufen" die Bestückungen der Gehäuse ausgetauscht bzw. die verblockte Stufe entfernt und alle anderen um eine Stufe vorgerückt oder die verblockte Stufe ausschließlich durch eine neue Bestückung ersetzt. One way is by cascading several, with regard to their deposition characteristics Similar filters gradually reduce germs to effect without the "first" filter elements early block. This is often done with several in a row switched filter housings worked and at Blocking or partial blocking of "first filter stages" the equipment of the housing exchanged or the blocked Level removed and everyone else by one level advanced or the blocked stage exclusively through replaced with a new assembly.
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 Sterilisationszyklen ausgesetzt als andere, andere Elemente werden, weil teil- oder ganz verblockt einem permanenten Differenzdruck ausgesetzt. Beides führt zu (teilweise latenten) Schädigungen, die die Filtrationssicherheit stark mindern. Enthalten das großflächige Filterelement K 1 und das kleinflächige, den Durchfluß pro Zeit nicht limitierende, Filterelement K 2 bzw. Integritätsfilter K 2 hinsichtlich ihrer Abscheidecharakteristik ähnliche Filterelemente, so kann ohne die oben beschriebenen Nachteile eine wirtschaftliche "homogene" Serienfiltration erfolgen. Verblockte Filterelemente werden verworfen. Insbesondere die Membranfilterkerze K 2 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 K 2 geprüft werden, so muß K 1 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder der Zwischenraum Z 1 über ein im Verschlußelement 31 integrierten Belüftungsfilter B 1 be- bzw. entlüftbar sein.This leads to mixed configurations that can no longer be defined and often contradicts legal provisions that only allow one-time use. Mixed assembly, ie some filter elements are exposed to sterilization cycles far more often than others, other elements are exposed to a permanent differential pressure because they are partially or completely blocked. Both lead to (sometimes latent) damage, which greatly reduces filtration safety. Contain the large-area filter element K 1 and the small area, the flow per time not limiting, the filter element K 2 and integrity filter K 2 with regard to their deposition characteristics similar filtering elements, so an economical can be performed "homogeneous" series filtration without the above described disadvantages. Blocked filter elements are discarded. In particular, the membrane filter cartridge K 2 can be subjected to an integrity check before assembly. Testing in the housing in situ is also possible. This can e.g. B. done collectively by means of a pressure maintenance test in a large housing that contains several integral filters. If only the membrane filter cartridges are tested K 2, then K 1 must contain hydrophobic edge zones or pleats or the gap Z 1 may be integrated in the loading through a closure member 31 breather filter B 1 or vented.
Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 2 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 Z 1. The minimized filter area of the safety and test element K 2 already provides excellent safety. However, with a suitable pressure control, the integral filters can also be individually controlled and checked without the housing having to be emptied. Only the space Z 1 is emptied.
Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K 1 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 2. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtriert störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 2-Kerzen integer sind.Furthermore, a defect in a candle K 1 only leads to individual blocking of this integral filter by blocking K 2 . The other integral filters of a large housing continue to filter without interference. Downstream candle housings are not loaded due to defects, as long as all K 2 candles are integer.
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 individuell prüfbare Sicherheitselement K 4, getrennt von den eigentlich filterwirksamen Elementen vor dem Zusammenbau und in situ prüfbar ist. Dies ist mittels der Integralfilter möglich.The arrangement of the described candle corresponds to FIG. 4. Example 4 differs from Example 3 in that solutions should be filtered which contain colloids and / or particles with a highly differentiated size distribution. For this, a diverse stage filtration is necessary. This is only economically feasible if the individually testable safety element K 4 can be tested separately from the actually filter-effective elements before assembly and in situ. This is possible using the integral filter.
K 1 bis K 3 bilden die großflächigen, zahlreichen Membranfilterstufen (Abscheidestufen) enthaltenden filterwirksamen Elemente, während K 4 das flächenminimierte Prüf- bzw. Sicherheitselement darstellt. In den Zwischenräumen F 1 bis F 3 können applikationsspezifisch bestimmte Filtermedien eingebracht werden, K 2 und K 3 können je nach Applikation entfallen. K 1 to K 3 form the large-area filter-effective elements containing numerous membrane filter stages (separation stages), while K 4 represents the area-minimized test and safety element. In the spaces F 1 to F 3 , application-specific filter media can be introduced, K 2 and K 3 can be omitted depending on the application.
Insbesondere die Membranfilterkerze K 4 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 K 4 geprüft werden, so muß K 1 bis K 4 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 über ein im Verschlußelement 31 integrierten Belüftungsfilter B 1 be- bzw. entlüftbar sein. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 4 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 Z 3 vor dem Prüfelement. Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K 1 bis K 3 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 4. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 4-Kerzen integer sind.In particular, the membrane filter cartridge K 4 can also be subjected to an integrity check before assembly (ex situ). Testing in the housing in situ is also possible. This can e.g. B. done collectively by means of a pressure maintenance test in a large housing that contains several integral filters. If only the membrane filter cartridges K are tested 4, so K 1 to K must contain 4 hydrophobic edge zones or pleats or the spaces Z 1 to Z 3 may be integrated in the loading through a closure member 31 breather filter B 1 or vented. The minimized filter area of the safety and test element K 4 already provides excellent safety. However, with a suitable pressure control, the integral filters can also be individually controlled and checked without the housing having to be emptied. Only the space Z 3 in front of the test element is emptied. Furthermore, a defect in a candle K 1 to K 3 only leads to individual blocking of this integral filter by blocking K 4 . The other integral filters in a large housing continue to filter without interference. Downstream candle housings are not loaded due to defects, as long as all K 4 candles are integer.
Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 6 beschreiben.The arrangement of the described candle corresponds to FIG. 1. The radius and area relationships can be described with FIG. 6.
Das hier beschriebene integrale Filterelement enthält eine Mikrofiltereinheit und Ultrafiltereinheit. Dieses integrale Filterelement wird entgegen der normalen Filtrationsrichtung betrieben. Die Filtereinheiten sind entsprechend geschaltet.The integral filter element described here contains one Microfilter unit and ultrafilter unit. This integral Filter element becomes against the normal direction of filtration operated. The filter units are corresponding switched.
Mit diesem Integralfilter läßt sich hochreines Spülwasser für die Mikrochip-Herstellung erzeugen. Kerze K 1 enthält die Mikrofiltereinheit. Kerze K 2 enthält die, wegen der verminderten Durchlässigkeit flächenmäßig wesentlich größere Ultrafiltereinheit. K 1 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 A 1 kann das Mikrofiltrat über den Gehäusestutzen und über vorgeschaltete Filterelemente sowie K 2 rezirkuliert werden. Hierdurch bleibt das System immer im Gleichgewicht, Wachstum von Mikroorganismen wird verhindert und auch ein gewisser Cross-Flow-Reinigungs-Effekt für die Oberfläche der Ultrafiltereinheit kann angenommen werden.This integral filter can be used to produce high-purity rinse water for microchip production. Candle K 1 contains the microfilter unit. Candle K 2 contains the ultrafilter unit, which is much larger in area due to the reduced permeability. K 1 serves for the separation of microorganisms, while the ultrafilter unit is intended to separate even smaller particles or molecules up to pyrogens. If there is little or no decrease (low consumption) of the ultrafiltrate via connection A 1 , the microfiltrate can be recirculated via the housing connector and via upstream filter elements and K 2 . As a result, the system always remains in balance, growth of microorganisms is prevented and a certain cross-flow cleaning effect for the surface of the ultrafilter unit can also be assumed.
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 K 2 geprüft werden, so wird das Prüfmedium (Preßluft beim Druckhaltetest) über den Innenkern der Integralfilter zugeführt. Durch minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 2 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die K 1- und K 2- Elemente der Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z 1.Both membrane filter elements can be subjected to an integrity check before assembly. A check in the housing is also possible. This can e.g. B. done collectively by means of a pressure maintenance test in a large housing that contains several integral filter elements. If only the K 2 membrane filter cartridges are to be tested, the test medium (compressed air during the pressure maintenance test) is fed through the inner core of the integral filter. The minimized filter area of the safety and test element K 2 already provides excellent safety. However, with suitable pressure control, the K 1 and K 2 elements of the integral filter can also be individually controlled and checked without the housing having to be emptied. Only the space Z 1 is emptied.
Weiterhin führt der Defekt einer Kerze K 2 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 1. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 1-Kerzen integer sind. Furthermore, the defect of a candle K 2 only leads to individual blocking of this integral filter by blocking K 1 . The other integral filters in a large housing continue to filter without interference. Downstream candle housings are not loaded due to defects, as long as all K 1 candles are integer.
Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 3. Die Radien- und Flächenverhältnisse sind so gewählt, daß K 1 und K 4, K 2 und K 3 jeweils gleiche Größenordnung haben.The arrangement of the described candle corresponds to Fig. 3. The radius and area ratios are chosen so that K 1 and K 4 , K 2 and K 3 each have the same order of magnitude.
Die Filtermedien bzw. Filtereinheiten von K 1 bis K 4 sind permanent hydrophob (z. B. PTFE. Polypropylen). K 1 und K 2 sowie K 4 und K 3 sind in Serie geschaltet. Die Zwischenräume Z 1 und Z 2 zwischen K 1 und K 2 und K 4 und K 3 sind frei oder z. B. mit Trocknungsmedien oder Aktivkohle gefüllt. Natürlich können die Elemente K 2 und K 3 und somit auch die Zwischenräume entfallen, wenn das Hauptaugenmerk auf großer Filtrationsfläche liegt.The filter media or filter units from K 1 to K 4 are permanently hydrophobic (e.g. PTFE. Polypropylene). K 1 and K 2 as well as K 4 and K 3 are connected in series. The spaces Z 1 and Z 2 between K 1 and K 2 and K 4 and K 3 are free or z. B. filled with drying media or activated carbon. Of course, the elements K 2 and K 3 and thus the gaps can be omitted if the main focus is on a large filtration area.
Die Einzelstückprüfung von K 2 bis K 3 vor dem Zusammenbau spart Kosten und erhöht die Sicherheit. Zur In-Situ-Prüfung vergleiche die vorhergehenden Beispiele.The single item test from K 2 to K 3 before assembly saves costs and increases safety. For the in-situ test, compare the previous examples.
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.The element is still constructed so that it is in both Flow directions can be operated equally, that all flow channels are optimally coordinated are and the formation of condensation zones entirely is excluded.
Die nachfolgenden schematisiert aufgelisteten Ausführungsbeispiele 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 Chromotographie- Kerzen deutlich. The following schematically listed exemplary embodiments in connection with the schemes of integral filter and housing according to FIGS. 17 to 33 make the versatile variants of the inventive concept in the form of particle prefilter, colloid prefilter, prefilter micro final filter, microfilter, ultrafilter filter. , Pervaporation and chromotography candles clearly.
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EP0824957A1 (en) | Filter element for liquids |
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