DE3889573T2 - Filterscheibe. - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft scheibenartige segmentierte Filter. Diese Filter können in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet werden, in denen der Druckabfall über die Filtermedien im Verhältnis zur Biegefestigkeit der Medien hoch ist. Insbesondere werden diese Filter verwendet, wo sehr viskoses Material, wie beispielsweise geschmolzenes Polymer, gefiltert werden muß oder wo dünne Membranfiltermedien verwendet werden, wie beispielsweise bei der Halbleiterproduktion.
- Konventionelle segmentartige Filtereinheiten weisen eine Anordnung von zwei oder mehreren individuellen Scheibensegmenten auf, die bei ihrem jeweiligen Nabenkörper auf einer zentralen gemeinsamen Filtratsammelröhre innerhalb eines Filtergehäuses gestapelt werden. Jedes Filtersegment ist aus einem zentralen Grobdrainage- und Stützgeflecht zusammengesetzt, das zwischen Filtrationsschichten und Stützmedien gesandwiched ist und seine Filteroberflächen in einem Abstand von denen der benachbarten Filtersegmenten hat, um das Einfließen des zu filternden Fluids zu gestatten. Im allgemeinen ist die zusammengebaute Segmentfiltereinheit innerhalb eines Gehäuses eingeschlossen, das mit einem Fluid bei einem relativ hohen Druck versorgt wird, während die zentrale Sammelröhre auf einem niedrigen Druck gehalten wird, so daß Fluid von dem Gehäuse durch die filternde Oberfläche strömt und durch die zentralen Sammelröhren hinausgeht.
- Jedes der Filtersegmente weist typischerweise ein Filtrationsmedium auf, das an der Oberfläche eines Filterstütz- und Drainagekerns befestigt ist, der üblicherweise aus einem gewebten, siebähnlichen Drahtgeflecht zusammengesetzt ist. Das Filtrationsmedium kann irgendeines von vielen bekannten Materialien aufweisen, wie beispielsweise ein gesintertes pulverförmiges Metallmaterial, gesintertes Fasermaterial, fein gewebte Metall- oder synthetische Materialien oder Polymermembrane. Der Filterkern dient im allgemeinen den Zwecken, die Scheibe zu versteifen, das Filtrationsmedium zu stützen und ein poröses Inneres vorzusehen, durch welches das Filtrat zu dem Nabenkörper nach dem Durchfließen des Filtrationsmediums abfließen kann. Alternativ kann der Filterkern aus einer porösen Matrix zusammengesetzt sein, die positiv durch Aufeinanderschichten von Platten gebildet wird, wie in US-Patent Nummer 3,702,659 von Raymond C. Clark beschrieben ist. Die Porosität des Kerns wird in jedem Fall im allgemeinen gleichförmig über das gesamte Innere des Filtersegments sein. Somit ist in konventionellen Filtersegmenten während des Filtrationsprozesses die anfängliche Flußgeschwindigkeit durch das Filtrationsmedium nicht über die Oberfläche der Filterelemente einheitlich, sondern ist im Gegenteil an Punkten, die näher am Nabenkörper sind, höher als an Punkten, die weit entfernt vom Nabenkörper sind.
- Wie in Fachkreisen bekannt ist, bewirkt eine ungleichförmige Flußgeschwindigkeit durch das Filtrationsmedium zu einer kürzeren Filtersegmentlebensdauer als erhalten werden könnte, wenn eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit zu allen Zeiten über der gesamten Filteroberfläche aufrecht erhalten würde, wobei ein häufigeres Entfernen und Reinigen des Filters notwendig ist. Nichtgleichmäßige Fließgeschwindigkeit durch das Filtrationsmedium führt auch zu einer höheren Verweilzeit oder Rückhaltezeit von einigem Filtrat in dem Segment. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Polymer-Schmelz-Filtrationsanwendungen, da die meisten Polymere entweder in Folge von Polymerisation oder Degradation Molekulargewichtsveränderungen erfahren, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Ungleichmäßigkeit der Verweilzeit wird in allgemeinen zu einem Produkt niedrigerer Qualität führen, das einen breiten Bereich von Molekulargewichten enthält und für viele Herstellungsanwendungen schlecht geeignet ist. In einigen Fällen kann das Molekulargewicht um 50% in einer Minute reduziert werden. Wo das Polymer während des Aussetzens an hohen Temperaturen zu crosslinking neigt, kann eine erhöhte Rückhaltezeit zu der Bildung von unerwünschten Gelen führen, die sehr schädlich sind, wo das Polymer-Harzfiltrat gegossen oder extrudiert oder zu einer Faser geblasen werden muß, wobei optische Fehler und Faserbruch verursacht werden.
- Eine andere wichtige Überlegung beim Entwurf von Filtersegmenten ist die Elimination von "abgeschirmten Stellen" ("dead spots") oder Stagnationsgebieten, wo Filterfluid, insbesondere Polymerschmelze, während eines verlängerten Aussetzens an hohe Temperatur stocken und zerfallen kann. In der obigen Bezugnahme auf Clark bietet die poröse Matrix, die durch Schichten von Platten gebildet wird, Möglichkeiten für Stocken in Spalten zwischen den geschichteten Platten und an den Endpunkten der Öffnungen der Platten. Solche Stagnationsgebiete stören auch das Reinigen des Segments, um wiederholte Benutzung der Filterscheiben zu gestatten, bevor sie endgültig außer Gebrauch gesetzt werden müssen. Stagnationsgebiete widersetzen sich der Durchdringung mit reinigenden Mitteln. In Polymeranwendungen kann irgendein degradiertes Polymer, das nach dem Reinigen in abgeschirmten Stellen zurückgehalten wird, crosslinking und die Bildung von Gelen katalysieren, wenn das Segment wieder in Gebrauch gesetzt wird.
- Die Bedeutung der Minimierung des Volumens der Flußkanäle in den Filtersegmenten bei Geringhalten des Druckverlustes ist offensichtlich. Die Gleichungen, die die Strömung von Fluiden durch Kanäle, wie derjenigen der Clark-Struktur, die in Einzelheiten ab Seite 20 erörtert werden, zeigen, daß ein Druckverlust entlang den Kanälen umgekehrt proportional der dritten Potenz der Kanaltiefe variiert. Somit wird das Ersetzen der vier löchrigen Platten mit zwei parallelen Flußpfaden durch eine einzige Platte mit einer vierfachen Dicke den Druckverlust um einen Faktor von vermindern. Solche Verminderungen beim Druckverlust in sauberen Filterscheiben gestatten eine bessere Ausnutzung der Schmutzkapazität des Filtermediums, ohne auf extrem hohe Auswechseldrücke, wie beispielsweise 10.000 psi (7,03 x 10&sup6; kg/m²), gehen zu müssen.
- Man isi zusätzlichen Problemen mit konventionellen Segmentfiltern begegnet, wenn ein Betrieb unter Hochdruckbedingungen erfolgt, zum Beispiel Drücken höher als 1.800 psi (1,27 x 10&sup6; kg/m²). Diese Probleme rühren von der Deformation der Matrix des Filtrationsmediums her, die durch unzureichende Stützung des filtrierenden Mediums verursacht wird, wie in der obigen Bezugnahme auf Clark erklärt wird. Somit muß bei der Wähl des Kernmaterials für ein konventionelles Segmentfilter ein Kompromiß eingegangen werden, um ein Kernmaterial vorzusehen, das eine ausreichende Flußkapazität hat und den internen Druckabfall innerhalb des Filtersegments minimiert, jedoch eine hinreichende Festigkeit hat, um eine Verformung des Filtrationsmediums zu verhindern. Segmentartige Scheibenfilter werden oft extrem hohen Belastungen ausgesetzt, die eine bleibende Verformung der Scheiben verursachen können. Diese Belastungen rühren von hohen Druckabfällen her, die entstehen, wenn hochviskose Polymerschmelze in die ringförmigen Räume zwischen benachbarten Scheiben fließt. Der Druckabfall für Flüsse zwischen parallelen Platten ist umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen den Platten. Auf diese Weise kann eine kleine Differenz beim Abstand auf gegenüberliegenden Seiten einer Scheibe eine signifikante Differenz beim Druckabfall verursachen. In der Praxis können Variationen beim Scheibenabstand vom Nominalwert zu Druckdifferenzen führen, die eine so große Gesamtkraft wie 1.000 Pfund über einer Scheibe verursachen.
- Um eine zusätzliche Stützung an den individuellen Segmenten des Filterstapels vorzusehen und eine mögliche Verformug der Matrix des Filtermediums zu minimieren, sind Abstandshalter, die aus einem Nabenkörper bestehen, der konzentrisch mit denjenigen der Filtersegemente ist, und mit radialen Armen, die sich nach außen zum Außendurchmesser der Scheibe erstrecken, benutzt worden, um den Scheiben zu ermöglichen, einander zu stützen. Andere Vorgehensweisen benutzen ein grobes Drahtgitter zwischen anliegenden Segmenten um diesen Zweck zu erfüllen.
- In Segmententwürfen, in denen ein grobes Ableitungsstützgitter zwischen identischen Schichten von Filtrations- und Stützmedien gesandwiched ist, bildet kantenweiser Fluß durch das Drainagegitter einen signifikanten Widerstand gegenüber dem Fluß. Dieser hohe Widerstand verbreitert weiter den Bereich von Flußgeschwindigkeiten über der Segmentoberfläche, was die Schmutzkapazität des Filters, die oben erörtert, nachteilig beeinflußt.
- Somit is beim Entwurf eines konventionellen Filtersegments die Wahl eines stützenden Gitters aufgrund der widersprechenden Erfordernisse von genügender Filtratableitung durch die Filterscheiben und genügender Steifheit und Integrität, was die Wahl eines gröberen Gitters favorisiert, und den Erfordernissen einer ausreichenden Stützung für das Filtrationsmediums und der Minimierung der Gesamtdicke der Segmentfilterscheiben, um eine effiziente Nutzung des Filtergehäuseraums zu gestatten, was die Wahl eines feinen Gitters fördert, kompliziert. Konventionelle Filter haben ein Kompositum aus zwei oder mehreren gewebten Drahtgittern verwendet, um sowohl maximale Fluidableitung und maximale Stützung des Filtrationsmediums zu erreichen. Typischerweise enthalten diese Filter ein Schutzgitter, ein äußeres Filtrationsmedium, ein feines Gitterstützmedium, in perforiertes Metall unter diesem feinen Gitter mit einer offenen Fläche von 30 bis 50%, um das Gitter und filtrierende Medien zu stützen und einen Kern aus grobem Gitter, typischerweise aus 8 bis 10 Drähten pro Inch, um für eine Seitenableitung des Filtrats zu sorgen.
- Es sind Systeme entwickelt worden, um die Ableitung der Segmentfilterscheiben über das bei Verwendung von einfachen Drahtgittern geleistete zu verbessern, um sowohl eine Ableitung vorzusehen und als Stütze für das Filtrationsmedium zu dienen. Ein solches System wird in US Patent 3,702,659 von Raymond C. Clark beschrieben. Jedoch gehen die Vorteile eines vergrößerten Abflußgebiets im Konzept von Clark einher mit hohen hydraulischen Gebieten der Öffnungen in der Vielzahl von Scheiben, die verwendet werden, um den Segmentkern seiner Erfindung zu bilden, sowie mit dem verschlungenen Pfad, den das Filtrat beim Passieren durch diesen Kern zurücklegen muß, um zum Nabenkörper des Segmentfilters zu gelangen. Wie oben erörtert, erhöht das hohe hydraulische Gebiet der vier löchrigen Platten den Druckabfall um einen Faktor von 32 über dem einer einzelnen Platte. Wenn alternativ die vier Platten dick genug gemacht werden, und den Druckabfall innerhalb vernünftiger Grenzen zu halten, wird die sich ergebende Erhöhung in der Gesamtdicke der Filterscheibe die Zahl der Filtersegmente vermindern, die in ein gegebenes Gehäuse eingepaßt werden können. Wie oben beschrieben, bietet in Polymer-Schmelz-Anwendungen die Matrix, die durch ein solches Schichten von Platten gebildet wird, Gelegenheiten für Stagnationspunkte in dem Fluß von geschmolzenem Polymer und die Bildung von unerwünschten Gelen. Diese abgedeckte Stellen beeinträchtigen auch das Reinigen der Filtersegmente.
- Es können auch Probleme, die denen von Hochdruckanwendungen ähneln, in Niedrigdruckanwendungen auftreten, in denen zum Beispiel Membranfilter für Feinfiltration beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiter-Wavern, verwendet werden. Da die Flußdichte eine Funktion der Porengröße ist, werden große Zahlen von Filtersegmenten in enge Nähe zueinander gestapelt, um das erforderlich große Filtergebiet in Submikronfilteranwendungen bereitzustellen, um ausreichende Flußvolumen mit niedrigen Flußdichten zu erhalten. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des stapelartigen Filter gegenüber den durch gefaltetes Gewebe (gestützten Filtern, um diese großen filternden Oberflächen zu erhalten, ist die Abwesenheit von gewebten oder nicht-gewebten Stützen, die andernfalls zu einem gesteigerten Rückhalten von Luft führt. Mit gefaltetem Gewebe gestützte Filter benutzen feine Fasergewebe hoher Faserdichte, um eine ausreichende Stützung der dünnen Filtrationsmedien niedriger Biegefestigkeit vorzusehen. Je feiner jedoch die Faser ist, desto mehr neigt sie zum Rückhalten der Luft und desto schwerer ist es, eingeschlossene Luft zu entfernen. Die Luftrückhaltung tendiert mit dem Faseroberflächengebiet des Gewebes anzuwachsen, das bei Feinfasergeweben hoher Faserdichte naturgemäß hoch ist. Das Einfangen von Luft kann eine Ursache von Kontamination in verschiedenen Anwendungen sein, wie Dispensierung von Fotodeckmittel, wo abwechselnde Expansion und Kontraktion von Luft während aufeinander folgender Filtrat-Dispensierzyklen zu einem Verlust der Kontrolle über Menge des Fotodeckmittels, das dispensiert wird, führen kann.
- Wenn Membranmaterialien, wie beispielsweise Teflon und andere Polymere, für Feinfiltration verwendet werden, zum Beispiel ein Mikron oder weniger, müssen sie sehr dünn sein, um den Druckabfall für eine gegebene Flußrate vernünftig niedrig zu halten. Diese dünnen Membranmaterialien haben eine geringe Biegefestigkeit, die weiter mit Anstiegen bei der Temperatur und begleitenden Verminderungen beim Elastizitätsmodul des Materials abnimmt. Somit ist es sehr wichtig, für die Membran eine ausreichende Stützung vorzusehen, um ihr Kollabieren bei dem Betriebsdruck zu verhindern, während noch eine ausreichende Einrichtung zur Ableitung des Filtrats vorgesehen und der Lufteinschluß minimiert wird. Es sind Vorrichtungen vorgeschlagen worden, diese Funktionen bereit zu stellen, wie die im US Patent Nummer 4,501,663 von Merrill beschriebene. In diese Vorrichtung werden Stützung und Ableitung durch kreisförmige, um die Scheibenmitte herum konzentrische Kanäle vorgesehen, die in den zentralen Auslaß durch eine Anzahl von radialen Schlitzen drainiert werden. Die relativ große Distanz, die das Filtrat entlang dem ringförmigen Kanal vor dem Erreichen eines Schlitzes in den von dem Nabenkörper am weitesten entfernten Gebieten zurücklegen muß, führt zu einern größern Druckabfall als in einem System mit einer besser optimierten Flußverteilung. Gesichtspunkte der Flußverteilung sind insbesondere in Fluiden niedriger Viskosität kritisch, wie zum Beispiel Gasflußanwendungen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Filtersegment einer Segmentfiltereinheit bereit gestellt, das eine Ableitungs- und Stützplatte, die eine zentrale Öffnung und eine obere und eine untere Oberfläche aufweist und mit offenen und durchlaufenden Schlitzen gebildet ist, die sich im allgemeinen von der zentralen Öffnung zu der äußeren Kante des Filtersegments hin erstrecken, ein oberes Filtermedium, das über der oberen Oberfläche der Platte angeordnet ist und ein unteres filterndes Medium, das unter der unteren Oberfläche der Platte angeordnet ist, wobei das obere filternde Medium und das untere filternde Medium aneinander entlang der äußeren Kante der Ableitungs- und Stützplatte angebracht sind, hat, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Nabenkörper sich um die zentrale Öffnung der Ableitungs und Stützplatte herum erstreckt, wobei sich die durchlaufenden Schlitze von dem zentralen Nabenkörper und dem oberen filterenden Medium und dem unteren filterenden Medium erstrecken, wobei sie mit dem zentralen Nabenkörper verbunden sind.
- Mit der Hilfe eines Computermodels kann die Schlitzbreitenverteilungs- und Mittellinienkonfiguration optimiert werden, um einen im wesentlichen gleichmäßigen Fluß durch das Filtrationsmedium zu erreichen und die Polymer-Verweilzeit in der Filterscheibe zu minimieren. Für Hochdruckanwendungen kann ein Stützabstandshalter mit gewölbten Armen, in die sich in einer im allgemeinen radialen Richtung und mit einem Radius erstrecken, der ähnlich zu dem der Schlitze ist, aber in einer Richtung entgegen der der Schlitze gekrümmt ist, zwischen benachbarten Filterscheiben benutzt werden. Eine Biegung der Arme in einer Richtung, die der Schlitze entgegengesetzt ist, erhöht nicht nur die Filterscheibensteifheit sondern minimiert auch eine mögliche Verstopfung der Schlitze in dem Stützabstandshalter.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Filtersegment bereit, das einen niedriger Strömungswiderstand hat, frei von Staupunkten ist, Gelegenheiten für Lufteinschluß minimiert, trotzdem eine gute Stützung für das Filtrationsmedium bereitstellt, sogar bei hohen Betriebsdrücken oder wo ein Membranfiltermedium einer sehr geringen Biegefestigkeit verwendet wird. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Filtersegment bereit, das entworfen werden kann, um eine im wesentlichen gleichmäßige Strömung durch alle Punkte auf der Oberfläche des Filtrationsmediums zu erzielen, um die Schmutzrückhaltekapazität des Filters zu maximieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das hydraulische Gebiet bei einem Minimum gehalten werden, während eine geringe Gesamtdicke der Filterscheibe vorgesehen wird. Weil die Strömungspfade direkt und frei von Hemmnissen gehalten werden, sorgt die vorliegende Erfindung weiter für leichtes Reinigen der Filter.
- Die Verwendung von geschlitzten Kernplatten gemäß der vorliegenden Erfindurg stellt höhere Strömungsraten für einen gegebenen Druckabfall als eine konventionelle Filtersegmentscheibe oder alternativ einen geringeren Druckabfall für eine gegebene Volumenströmungsrate bereit, als mit einer solchen konventionellen Filtersegmentscheibe erzielt werden kann. Weiter kann bei einem geeigneten Entwurf der Kernplattenschlitze eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über die Oberfläche des Filtrationsmediums des Segments erhalten werden, im Gegensatz zu derjenigen eines konventionellen Segments. Dies führt zu einer höheren Schmutzkapazität als in Fall des konventionellen Segments. Die Verwendung des Stützabstandshalters aus bogenförmigen Teilen gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet eine weitere Verbesserung dieser Vorteile, wobei die einzelnen Filterscheiben mit einer Stützung versehen und mögliche Verstopfung der Stützplattenschlitze minimiert werden.
- Die Verwendung der geschlitzten Kernplatten gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet die Benutzung von Filterscheiben mit reduzierter Dicke, was wiederum mehr Filterscheiben und somit ein größeres Filtrationsgebiet innerhalb eines gegebenen Gehäuses zu packen erlaubt.
- Andere Ziele, Vorteile und Aspekte der Erfindung werden auf das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche und auf Grund der Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen deutlich werden.
- Figur 1 ist eine perspektivische Schnittansicht einer Filtersegmentscheibe, die die geschlitzte Stütz- und die Ableitungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
- Figur 2 ist eine perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Filtersegments gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine geschlitzte Stütz- und Ableitungsplatte mit einer mit Rillen versehenen Oberfläche.
- Figur 3 ist eine perspektivische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform dem Filtersegmentscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Stützplatte und einen Stützabstandshalter aufweist.
- Figur 4 ist eine perspektivische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Filtersegmentscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung, gekennzeichnet durch Schlitze, die sich in eine größere Anzahl von Schlitzen bei ihre Ausbreitung in Richtung der äußeren Kante der Stützplatte verzweigen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine beispielhafte Filtersegmentscheibe in Figur 1 veranschaulicht. Die beispielhafte Filtersegmentscheibe 1 ist min einer zentralen Stütz- und Ableitungsplatte 2 konstruiert, die eine zenrale Öffnung 10 und im allgemeinen radial orientierte Schlitze 3 hat. Ein Ableitungsgitter 4 ist sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Seite der Ableitungs- und Stützplatte 1 vorgesehen und stützt das Filtermedium 5, 6, das eine innere Schicht, die aus einer porösen Metallmembran 5 besteht, und eine äußere Schicht, umfaßt, die eine poröse Metallfaser 6 beinhaltet. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die oberen und unteren Außenflächen des Segments mit einem Schutzgitter 7 versehen. Die oberen and unteren Filtermedien, die aus der porösen Metallmembran 5 und der porösen Metallfaser 6 bestehen, sind miteinander bei der äußeren Kante einer Scheibe 8 durch eine Schweißwulst versiegelt. Ein geschlitzter Nabenkörper 20 ist aus 2 ringförmigen Abschnitten gebildet, die sich oberhalb und unterhalb der Stütz- und Ableitungsplatte 2 befinden und, die die im Zentrum der Platte gebildete Öffnung 10 umgeben. Die filternden Medien 6, 5 sind mit dem äußeren Abschnitt deren Nabenstücke 9 durch eine Schweißwulst versiegelt. Die Nabenabschnitte 9 sind mit einer erhöhten flachen Oberfläche 1 gebildet, so daß, wenn mehrere Filtersegmentscheibenelemente 1 mit den flachen Oberflächen 11 der Naben von benachbarten Segmenten mit Kontakt gestapelt und durch eine zentrale Ableitungsröhre oder eine ähnlichen Einrichtung zur Lagebestimmung (nicht gezeigt) in Ausrichtung behalten werden, die Oberflächen der filtrierenden Medien von anliegenden Filtersegmentscheiben 1 mit Abstand voneinander angeordnet sind. Während einer Filtrieropetation wird wenn mehrere Filtersegmentscheiben 1 einmal auf der zentralen Ableitungsröhre gestapelt und in ein Filtergehäuse (nicht gezeigt) plaziert werden, das zu filternde Fluid in das Gehäuse mit einem hoher Druck eingeführt und ein niedrigerer Druck wird in der Ableitungsröhre beibehalten, so daß das Fluid durch das schützende äußere Gitter 7, die poröse Metallfaser 6 und die poröse Metallmembran 5 und in das Ableitungsgitter 4 hineingelangt. Das Filtrat wandert dann durch das Ableitungsgitter 4 zu dem nähesten Schlitz 3 der Filterkernplatte, durch den es, ohne Behinderung, zu der zentralen Öffnung 10 strömen kann, wo es in die Ableitungsröhre eindringt, um aus der Filtereinheit zu strömen. Während das beispielhafte Filtersegment von Figur 1 als kreisförmige Grundrißform gezeigt wird, kann die Filtersegmentscheibe 1 in jeder praktischen Form gemacht werden, beispielsweise eliptisch oder polygonal. Der Durchmesser einer solchen Scheibe in kreisförmiger Grundrißform kann in jeder geeigneten Größe hergestellt werden, einschließlich der meist benutzten Industriegrößen von 7, 8 3/4, 10 und 12 inch (bzw. 17,8; 22,2; 25,4; und 30,5 cm) Außendurchmesser. Solche Filtersegmentscheiben sind vorherrschend in den Standardgrößen 7 inch (17,8 cm) und 12 inch (30,5 cm) hergestellt worden. Grenzdruckdifferentiale über den Filter reichen in Arbeitsvorgängen, die zum Beispiel die Filtration von geschmolzenen Polymeren einschließen, im allgemeinen von 800 psi (5,6 x 10&sup5; kg/m²) bis über 5.000 psi (3,5 x 10&sup6; kg/m²). In Membranfiltrationsanwendungen werden die Druckdifferentiale viel niedriger sein, zum Beispiel in Halbleiterfertigungsanwendungen im Bereich von 100 psi (7,03 x 10&sup4; kg/m²) und niedriger. In Filtrierungsarbeitsvorgängen in denen eine konstante Volumenströmung aufrecht erhalten wird, wird die Bildung eines Filterkuchens durch Verurreinigungen, die von der Flüssigkeit entfernt werden die gefiltert wird, die Erhöhung des Druckdifferentials quer über den Filter von einem anfänglich niedrigen Wert zu höheren Werten über die Zeit verursachen, bis eine praktische Grenze erreicht ist. Die Filtersegmente werden dann entfernt und für einen erneuten Gebrauch gereinigt.
- In der beispielhaften Ausführungsform hat die geschlitzte Stütz- und Ableitungsplatte 2 eine kreisförmige Grundrißform, die eine zentrale Öffnung 10 und Schlitze 3 in Verbindung mit der zentralen Öffnung 10 hat, die sich von der Öffnung 10 zu der äußeren Kante 8 der Platte 2 hin erstrecken. Während die Schlitzbreiten und Mittellinien irgendeine geeignete Konfiguration haben können, ist es vorzuziehen, daß sie gebildet, werden um die Filterleistung durch Schaffung eines in wesentlichen gleichmäßigen Druckdifferentials über das filternde Medium 5, 6 zu maximieren, somit eine gleichmäßige Fluidströmung über die filternde Oberfläche des Filtersegments 1 aufrechtzuhalten. Um diese bevorzugte maximierte Filterleistung zu erreichen, könen sowohl der lokale Winkel zwischen der Schlitzmittellinie und dem lokalen Radius, der sich vom Zentrum der Kernplatte erstreckt, als auch die lokale Schlitzbreite als Funktion der Distanz entlang das Schlitzes 3 von der zentralen Öffnung 10 variiert werden. Die geschlitzte Platte kann durch ein Form- oder Gießverfahren hergestellt oder aus flachem Plattenmaterial spanabhebend hergestellt werden und kann aus einer Anzahl von zusammenarbeitenden Elementen bestehen.
- Eine bevorzugte Schlitzkonfiguration kann durch die Anwendung von bekannten Gleichungen der Fluidströmung bestimmt werden, wobei Parameter des filternden Mediums 5, 6 und des Ableitungsgitters 4 zusammen mit Eigenschaften des zu filternden Fluids in einem numerischen Computerprogramm in einem iterativen Ausprobierprozeß verwendet werden, um die gewünschten optimalen Filtierleistungscharaktaristika zu ermitteln. In diesem Optimierungsprozeß kann das Verhältnis von Ableitungsschlitzgebiet zum lokalen Oberflächengebiet des Filtermediums innerhalb eines engen Umfangselements bei einem gegebenen Abstand vom Filtersegmentmittelpunkt durch Erhöhen der lokalen Breite von Schlitz 3 sich vergrößern, wobei der Winkel zwischen der Schlitzmittellinie und dem lokalen Radius des Filtersegments oder die Zahl der Schlitze vergrößert wird.
- In der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 1 sind die Schlitze 3 mit einem konstanten Querschnitt und bogenförmiger Grundrißform und durch einen Winkel getrennt von beinahe 9 bei ihrem Schnittpunkt mit der Plattenöffnung 10 gezeigt. Im allgemeinen wird, wie in der beispielhaften Ausführungsform, die Breite der Schlitze 3 konstant gehalten, um den Herstellungsprozeß zu vereinfachen, und die Schlitze 3 werden somit im Grundriß bogenförmig sein, um eine optimalere gleichmäßigere Druckverteilung über die Oberfläche des filternden Mediums zu erreichen. Die Zahl der Schlitze 3 kann größer oder kleiner sein als in der Darstellung. Sie können sich linear in einer im allgemeinen radialen Richtung erstrecken und können eine variierende Breite entlang ihrer Länge besitzen, falls dies gewünscht ist. In einer alternativen Ausführungsform können, wie in Figur 4 gezeigt die Schlitze 3 in eine große Anzahl von Schlitzen 23 verzweigen, während sie sich in Richtung der äußeren Kante der Stützplatte erstrecken. Die geschlitzte Platte 2 der beispielhaften Ausführungsform kann aus einem metallischen Material hergestellt werden, wie nichtrostendem Stahl, Keramikmaterial, Kunststoff oder irgendeinem anderen Material mit geeigneter Steifheit und anderen Eigenschaften und das kompatibel mit dem zu filternden Fluid ist. Die allgemeine und lokale Dicke kann variieren, aber ihre Wirkung auf das lokale Strömungsgebiet der Schlitze, wie durch die Plattendicke und Schlitzbreite definiert, muß bei der Bestimmung einer optimalen Schlitzbreitenverteilung in Rechnung gestellt werden.
- Eine Einrichtung, die dem Filtrat das Abfließen aus dem Filtrationsmedium ermöglicht, ein Ableitungsgitter 4 im Fall der beispielhaften Ausführungsform nach Figur 4, ist auf der oberen und unteren Oberfläche der geschlitzten Platte 2 vorgesehen. Eine Ableitungseinrichtung, wie diese Schicht eines Ableitungsgitters 4, ist für die ordnungsgemäße Wirkung des beispielhaften Filtersegments 1 notwendig, um dem Filtrat zu ermöglichen, von der Niedrigdruckseite des Filtermediums 5, 6 in eine Richtung seitwärts zu fließen, um die Kanäle zu erreichen, die durch die Schlitze 3 in der geschlitzten Platte 2 gebildet werden. Das Ableitungsgitter 4 kann aus irgendeinem Material bestehen, das kompatibel mit dem zu filtrierenden Fluid und ausreichend porös, um dem Filtrat zu ermöglichen, ohne weiteres zu den Schlitzen 3 zu strömen, und ausreichend fest ist, um die Filtermedien 5, 6, beispielsweise ein gewebtes Metall mit einer Feinheit von 30 x 30 Litzen pro inch mit einem Drahtdurchmesser von 0,016 inch (0,04 cm) und einer Dicke von ungefähr 0,032 inch (0,08 cm) zu stützen. Die Ableitungseinrichtung kann auch aus einer groben Metallfaser gebildet werden, die gesintert wird, um ein Fasermedium mit den gewünschten Ableitungs- und Stützcharakteristika zu erzeugen. Beispielhaft können Fasern mit einem Durchmesser im Bereich von 0,001 inch (0,003 cm) bis 0,016 inch (0,04 cm) verwendet werden. Im allgemeinen sollten sie auf eine geeignete Länge vorgeschnitten werden, sie können aber fortlaufend sein, wenn sie im Luftstrom aufgebracht werden. Eine bevorzugte Form eines Faserableitungsmediums könnte aus einer Faser mit 0,5 inch (1,27 cm) bis 1,0 inch (2,54 cm) Länge und einem Drahtdurchmesser von 0,004 inch (0,01 cm) bis 0,012 inch (0,03 cm) gesintert werden, um ein Faserableitungsmedium mit einer Dicke von 0,030 inch (0,08 cm) zu erzeugen.
- Die Ableitungs- und Stützeinrichtung kann ebenso eine Textur oder Rillen der Plattenoberfläche aufweisen. In einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Figur gezeigt ist, sind Rillen 14 auf beiden Oberflächen 12, 13 der geschlitzten Stütz- und Ableitungsplatte 2 gebildet, um Durchgänge vorzusehen durch die das Filtrat von der Niedrigdruckseite des Filtermediums 5, 6, zu den durch die Schlitze 3 geformten Kanälen strömen kann. Somit dient die Stütz- und Ableitungsplatte nicht nur als Stützeinrichtung für das Filtermedium, sondern stellt auch eine Ableitungseinrichtung vom Filtermedium zu den Schlitzkanälen und der Einrichtung zur Ableitung zu dem Nabenkörper zur Verfügung. Beispielsweise können Ableitungscharakteristika, die ähnlich derjenigen sind, die durch ein gewebtes Metallgitter einer Feinheit von 30 x 30 Litzen pro inch mit einem Drahtdurchmesser von 0,016 inch (0,04 cm) bereitgestellt werden, mit einer gerillten Platte durch Vorsehen von 22 Rillen pro inch entlang des Plattenradius erzielt werden, wobei jede 0,010 inch (0,03 cm) tief und 0,030 inch (0,08 cm) breit ist. Die Rillen 14 können leicht spanabhebend auf der Plattenoberfläche 12, 13 hergestellt werden oder, wenn die Platte aus Kunststoff oder anderem verformbaren Material gebildet ist, während eines Plattenformungsprozesses gebildet werden. Die Rillen können in der Form von konzentrischen Kreisen oder einem durchlaufenden Spiralmuster gemacht sein. Im Fall einer metallischen Platte können spiralförmige Rillen durch Legen eines spiralförmig geformten Drahtes über die Platte und Verbinden der Anordnung, beispielsweise durch Sintern, vorgesehen werden. Gerillte metallische Platten könnten als die Stütz- und Ableitungseinrichtung in Segmentfiltern verwendet werden, die beispielsweise ein poröses nichtrostendes Stahlfiltermedium aufnehmen, wie es von der Pall Corporation hergestellt und unter der Marke PSS vermarktet wird. Die gerillten, metallischen Stütz- und Ableitungsplatten, die oben beschrieben sind, werden insbesondere für Hochdruckanwendungen, wie Polymerschmelzenfiltration geeignet sein.
- In der beispielhaften Ausführungsform nach Figur 1 besteht das Filtermedium 5, 6 aus zwei Schichten, einer innere Schicht 5, die aus einer porösen Metallenmembran besteht, und einer äußeren Schicht 6, die aus einer porösen Metallfaser besteht. Beispielhaft kann die poröse Metallmembran eine mit der Anwendung vereinbare Porenbemessung haben, typischerweise nicht geringer als die Porenbemessung der porösen Metallfaser.
- Für die Anwendung bei der Filtration von geschmolzenem Polymer kann die poröse Metallfaser typischerweise eine absolute Porenbemessung von 1 bis 60 um haben. Die poröse Metallmembran 5 wird im beispielhaften Filtersegment 1 unterhalb der porösen Metallfaser 6 verwendet, um die flachest mögliche Stütztoberfläche unter der Metallfaser 6 vorzusehen, um ein Verformen oder einen Ansfall der porösen Metallfaser-Filterschicht zu verhindern, und sichert die Aufrechterhaltung einer hohen Filtrationseffektivität, wenn die poröse Metallfaser beschädigt sein sollte. Alternativ kann ein fein gewebtes Metallgewebe substituiert werden oder diese Schicht kann eliminiert werden, abhängig von den erwarteten Betriebsbedingungen.
- Es ist zu beachten, daß irgendein Filtermedium, das für eine besondere Anwendung geeignet ist, durch die poröse Metallfaser 6 und die poröse Metallmembran 5 der beispielhaften Filtersegmentscheibe 1 substituiert werden. Beispielsweise kann ein gesintertes partikelförmiges poröses nichtrostendes Stahlmedium verwendet werden, wie das durch die Pall Corporation unter der Marke PSS vermarktete. Wenn korodierende Elemente durch Filtration entfernt werden müssen, kann ein keramisches Filtrationsmedium bevorzugt sein. Ein konisch zulaufendes Filtermedium mit einem äußeren Abschnitt mit einer abgestuften Porengröße und einem inneren Abschnitt mit einer konstanten Porengröße kann verwendet werden, im eine längere Lebensdauer des Filtersegments vorzusehen. Ein äußerer Abschnitt mit kontinuierlich abgestufter Porengröße würde am bevorzugtesten sein. Für einige Niedrigdruckanwendungen kann ein Membranfiltermaterial, wie beispielsweise Teflon oder ein anderes Polymer, verwendet werden.
- In dem beispielhaften Filtersegment von Figur 1 ist ein äußeres Schutzgitter 7 vorgesehen, um einen Abrieb der porösen Metallfaser 6 des Filtermediums 5, 6, während der Handhabung des Filtersegments 1 zu vermeiden. Ein Fasermedium, das aus gesinterten, groben Metallfasern gebildet ist, ähnlich den für die Verwendung in der Ableitungsschicht oben beschriebenen, aber nur beispielsweise 0,010 inch (0,03 cm) dick, kann als stromaufwärtiges Schutzmedium für Fasermetallfilter an Stelle eines Drahtgitters verwendet werden. Das Vorhandensein eines äußeren Schutzgitters 7 ist für die Filterfunktion der Filterscheibe 1 nicht wesentlich.
- In dem beispielhaften Filtersegment nacn Figur 1 ist die Scheibe bei ihrer äußeren Kante 8 durch eine Schweißwulst versiegelt, die die obere und untere poröse Metallmembran 5, die porösen Metallfaserschichten 6 und die äußeren Schutzgitter 7 verbindet. Die Filterschichten 5, 6 und die Schutzgitter 7 werden dann mit den Nabenabschnitten 9 verschweißt. Die gesamte Filtersegmentscheibe 1 wird durch diese Schweißstellen und weiter durch den äußeren Druck innerhalb des Filtergehäuses während des Filtrationsprozesses in fixierter Beziehung zusammengehalten.
- Eine dritte beispielhafte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Figur 3 gezeigt. Diese Ausführungsform weist einen externen Stützabstandshalter 15 auf und ist insbesondere für Hochdruckanwendungen geeignet, wo Verformung des Filtermediums von größter Bedeutung ist und es gewünscht ist, die Scheibenelemente des Stapels miteinander zu verbinden, um eine zusätzliche Stützung für die einzelnen Elemente vorzusehen und die Starrheit des Stapels zu verbessern. Diese Ausführungsform weist einen externen Stützabstandshalter 15 auf, der in Kontakt mit dem Schutzgitter 7 des Segmentfilters 8 liegt und, wenn die Scheibensegmente auf einem gemeinsamen Nabenkörper gestapelt sind, und auch das äußere Schutzgitter einer benachbarten Scheibe kontaktiert. Der Stützabstandshalter weist einen äußeren Ringteil 16 und einen inneren Positionierring 17 auf, die durch bogenförmige, radiale Teile 18 verbunden sind. Die bogenförmigen, radialen Teile 18 besitzen einen Bogenradius, der ähnlich dem der Schlitze 3 der geschlitzten Ableitungs- und Stützkernplatte 2 ist, haben jedoch eine der Schlitze 3 entgegengesetzte Krümmung, um eine mögliche Vetstopfung der Kernplatteschlitze durch die radialen Teile zu minimieren, wenn der Filterstapel zusammengebaut ist. In der beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform nach Figur 3 besteht der äußere Ringteil 16 zum Beispiel aus einem 0,035 inch (0,09 cm) dicken und 0,125 inch (0,32 cm) breiten Flachdraht. Die bogenförmigen, radialen Teile 18 und der innere Positionierring 17 werden dann aus einem einzigen, durchlaufenden 0,070 inch- (0,18 cm) Draht gebildet, beim Außendurchmesser scharf abgeknickt, um die fernen Enden 19 der radialen, bogenförmigen Teile 18 zu bilden, und völlig umgebogen, um das radiale, bogenförmige Teil 18 zu bilden. Der Draht wird in einer Reihe von Schleifen zwischen den bogenförmigen Teilen gekrümmt, um den Umfang des inneren Positionierrings 17 zu definieren. Die scharf abgeknickten Teile bei dem Ende 19 der radialen, bogenförmigen Teile 18 beim Außendurchmesser werden auf eine Dicke von 0,035 inch (0,09 cm) abgeflacht und an das äußere Ringteil 16 punktgeschweißt. Wenn die Filtersegmentscheibe 8 mit anderen Scheibenelementen auf einen gemeinsamen Nabenkörper gestapelt wird, stellt der Stützabstandshalter eine Stützung zwischen benachbarten Scheibenfilterelementen bereit.
- Es wurde ein analytisches, numerisches Computermodell entwickelt, das bekannte Gleichungen der Fluidströmung zum Zwecke der Optimierung der zentalen Kernschlitzkonfiguration der Schlitze 3 in der Zentralplatte 2, wie oben erörtert, verwendet. In dem Computermodell wird die Strömung durch poröse Medien und das Ableitungsgitter wiedergegeben durch die Beziehung:
- P1 = Q u KM/A
- wobei,
- P1 = Mediendruckabfall bar
- Q = Strömungsvolumen durch Medien, Milliliter/Minute
- u = Viskosität, Zentipoise
- KM = Medienwiderstand, bar cm² Minute/(ml. cp)
- A = Fläche des Mediums, cm²
- Seitliche Strömung durch das Ableitungsgitter zu dem Kanal, der durch den Kernplatteschlitz gebildet wird, wird in dem Modell wiedergegeben durch die Beziehung:
- P2 = Q u h KE/b
- P2 = Randströmungsdruckabfall, bar
- Q = Randströmungsvolumen durch Gitter Milliliter/Minute
- u = Viskosität, Zentipoise
- h = Distanz der Randströmung, cm
- KE = Randströmungswiderstand, bar Minute/(ml, CP)
- b = Breite des Kanals der Randströmung, cm
- Für das Modell wird angenommen, daß die Strömung innerhalb der Kanäle, die durch die Schlitze in der Zentralplatte gebildet werden, durch eine Parallelplattentheorie beherrscht wird, gemäß der Beziehung:
- P3 = 1,998 x 10&supmin;&sup9; Q u l KS/w h³
- wobei,
- P3 = Schlitzströmungs-Druckabfall, bar
- Q = Strömungsvolumen durch Schlitz, Milliliter/Minute
- u = Viskosität, Zentipoise
- l = Schlitzlänge, cm
- w = Schlitzbreite, cm
- h = Schlitztiefe, cm
- KS = Schlitzwiderstandsfaktor
- Die Verweilzeit von Fluid in dem Segment wurde in dem Modell berechnet durch die Verwendung der Beziehung:
- T1(J,K) = A(J,K) b k/Q(J,K)
- T2(K) = AS(K) W/Q(K)
- wobei:
- T1(J,K) = Verweilzeit des Fluids in dem J-Umfangselement, gebunden durch das K-Radialelement zwischen einem Paar von Schlitzen in der Scheibe, Minuten
- A(J,K) = Gebiet des Elements, für das die Verweilzeit T1(J,K) brechnet wird, cm²
- b = Dicke des Stützdrahtgitters, inch
- k = % offenes Gebiet in dem Stützdrahtgitter
- Q(J,K) = Strömungsvolumen durch das Element, für das die Verweilzeit T1(J,K) berechnet wird, ml/Minute
- T2(k) = Verweilzeit des Fluids im K-Radialelement eines Schlitzes, Minuten
- AS(K) = Gebiet des Schlitzelements, für das die Verweilzeit T2(K) berechnet wird, cm²
- W = Schlitzbreite, cm
- Q(K) = Strömungsvolumen durch das Schlitzelement, für das die Verweilzeit T2(K) berechnet wird, Kubikmilliliter/Minute
- Das Modell kann in einem Computerprogramm verwendet werden, um verschiedene, mögliche Konfigurationen von Schlitzen für den Kern eines Filtersegments unter gegebenen Bedingungen zu studieren. Die Leistungskurven werden berechnet und auf iterative Weise verglichen, um die optimale praktische Schlitzkonfiguration für eine ins Auge gefaßte Anwendung zu erhalten.
- Das Modell kann auch dazu verwendet werden, die Leistung einer Filtersegmentscheibe, wie der der beispielhaften Ausführungsform nach Figur 1, mit der Leistung einer standardmäßigen Filtersegmentscheibe zu vergleichen die die geschlitzte, zentrale Schlitzableitungs- und Stützplatte der vorliegenden Erfindung nicht aufweist. Die Leistung des beispielhaften Filters wurde mit der eines konventionellen Filtersegments unter der Annahme verglichen, daß ein konstantes Strömungsvolumen über die Lebensdauer des Filtersegments aufrecht erhalten wurde, d.h., bis das Druckdifferential, das benötigt wird, das Strömungsvolumen aufrecht zu erhalten, einen vorbestimmten Abschaltwert erreicht. Das Computermodell bestätigte, daß im allgemeiner niedrigere Differentialdrücke benötigt werden, um die Strömung von Filtrat im Fall einer Filtersegmentscheibe, die die vorliegende Erfindung benutzt, während des Filtrationsprozesses einzuleiten und aufrechtzuerhalten, im Gegensatz zu dem konventionellen Filtersegment. Folglich ist eine längere Periode an Filtrationszeit verfügbar, bevor das Abschalt-Druckdifferential erreicht wird, bei dem es unzweckmäßig wird, den Filterbetrieb fortzuführen, wenn eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das bedeutet, daß eine größere Schmutzlast im Falle der vorliegenden Erfindung vor dem Abschalten erreicht wird, was eine größere Filterkapazität für Filtersegmente zur Folge hat, die die geschlitzte Ableitungs- und Stützplattenkonstruktion verwenden.
- Computersimulationen haben gezeigt, daß in einigen Fällen bei Hochdruckfiltration der Reindruckabfall der geschlitzten Ableitungsstützscheibe um etwa 30% niedriger als der des konventionellen Gitterableitungs- Scheibenfiltersegments ist. Daneben kann die Strömungsgeschwindigkeit über die Filtersegmentoberfläche im wesentlichen gleichmäßig gemacht is werden, gegenüber Variationen von bis zu 77% über die Oberfläche von konventionellen Gitterableitungsscheiben.
- Das Modell wurde dazu verwendet, um Polymerschmelzenanwendungen zu studieren und die Verweilzeit von Polymerschmelzen zu vergleichen, die vom entferntesten Punkt dem geschlitzten Stützableitungssegments zu seinem Nabenkörper wandern, entsprechend dem konventionellen Gitter- Stütz-Ableitungssegment. Es wurde festgestellt, daß die merkmale Verweilzeit im Fall des geschlitzten Stützableitungssegments halb so groß war wie diejenige, wenn ein konventionelles Gitter-Stütz-Ableitungssegment benutzt wurde. Dies ist ein bedeutender Vorteil, wenn das Polymer zum Ausfallen oder crosslinking während eines ausgedehnten Aussetzens an hohe Temperaturen neigt und eine hohe Verweilzeit zu einer schlechten Produktqualität und der Bildung von Gelen führen kann.
- Die Computersimulationen haben ebenso gezeigt, daß die Dicke der Filtersegmente durch Verwendung der geschlitzten Ableitungsstützscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden kann. Zum Beispiel kann in einem Fall das 10 x 10 x 0,031 inch (25,4 x 25,4 x 0,08 cm) Gitter, etwa 0,060 inch (0,15 cm) dick, das in einer konventionellen 7- inch (17,8 cm) Scheibe verwendet wird, durch eine 0,048 inch (0,12 cm) dicke geschlitzte Platte ersetzt werden. Das ist eine Verminderung um 0,012 inch ( 0,03 cm) in der typischen 0,187 inch (0,47 cm) Dicke einer solchen konventionellen 7 inch- (17,8 cm) Scheibe. Dies ermöglicht mehr Scheiben und folglich mehr Filtrationsgebiet, in ein gegebenes Gehäuse zu packen. Während ein beispielhaftes Filtersegment das die vorliegende Erfindung verkörpert, gezeigt worden ist, ist es natürlich selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Modifikationen können, insbesondere, im Lichte hier vorangegangenen Lehren, von Fachleuten gemacht werden. Zum Beispiel können die Schlitze der Zentralkernplätte so gehalten werden, daß sie sich linear und radial von der Zentralöffung erstrecken und von einer kleineren zu einer größeren Breite oder von einer größeren zu einer kleineren Breite konisch zulaufen, wie sie sich nach außen erstrecken. Es ist deswegen mit den beigefügten Patentansprüchen beabsichtigt, jede solche Modifikation abzudecken, die wesentlicht Merkmale dieser Erfindung beinhaltet.
Claims (11)
1. Filtersegment einer Segmentfiltereinheit, die eine Ableitungs-
und Stützplatte (2) mit einer zentralen Öffnung (10) und mit
einer unteren und einer oberen Oberfläche und mit im
allgemeinen von der zentralen Öffnung (10) in Richtung zu einem
äußeren Rand des Filtersegmentes sich erstreckenden freien und
durchlaufenden Schlitzen (3), einem oberen Filtermedium (5, 6),
das über der oberen Oberfläche der Platte (2) angeordnet ist,
und einem unteren filternden Medium (5, 6), das unterhalb der
oberen Oberfläche der Platte 2 angeordnet ist, wobei das
obere filternde Medium (5, 6) und das untere filternde Medium
(5, 6) entlang des äußeren Randes der Ableitungs- und
Stützplatte (2) aneinander ungefügt sind, wodurch sich ein zentraler
Nabenkörper (9) um die zentrale Öffnung (10) der Ableitungs-
und Stützplatte (2) herum erstreckt, wobei sich die
durchlaufenden Schlitze (3) von dem zentralen Nabenkörper (9) und dem
oberen filternden Medium (5, 6) und dem unteren filternden
Medium (5, 6) erstrecken, die mit dem zentralen Nabenkörper
(9) verbunden sind.
2. Filtersegment gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ableitungs- und Stützplatte (2) einen
äußeren Rand (8) hat, wobei sich die Schlitze durchlaufend von
der Öffnung zu dem Rand (8) hin erstrecken, wobei das
Segment zusätzlich durch eine Ableitungseinrichtung zum
Zusammenwirken mit den filternden Medien (5, 6) zum Ableiten und
Stützen der filternden Medien (5, 6) und zum Gestatten von
Strömung eines Filtrats zu den Schlitzen (3) gekennzeichnet ist.
3. Filtersegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das obere und das untere
filternde Medium (5, 6) jeweils eine innere Schicht (5) und eine
äußere Schicht (6) aufweisen, wobei die innere Schicht (5)
näher an der Ableitungs- und Stützplatte (2) als die äußere
Schicht liegt, und wobei die innere Schicht eine poröse
Metallmembran aufweist und die äußere Schicht ein poröses
Metallfasermaterial aufweist.
4. Filtersegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien
der Schlitze (3) im Grundriß gebogen sind.
5. Filtersegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der lokale
Radius und die Breite jedes Schlitzes (3) mit dem Abstand von der
zentralen Öffnungen (10) derart variieren, daß die Gesamtfläche
der Schlitze in der Ebene der Platte in einem konstanten
Verhältnis zu dem Filteroberflächengebiet für jeden Filterabschnitt
ist.
6. Filtersegment nach einem der Anspruche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der lokale
Radius und die Breite jedes Schlitzes mit dem Abstand von der
zentralen Öffnung (10) derart varriieren, daß die Gesamtfläche
der Schlitze in der Ebene der Platte in einem konstantem
Verhältnis zu dem Filteroberflächengebiet für jeden Filterabschnitt
ist.
7. Filtersegment nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeithnet, daß der lokale
Radius und die Breite jedem Schlitzes (3) mit dem Anstand von der
zentralen Öffnung (10) derart variieren, daß eine im
wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über der
Filteroberfläche aufrecht erhalten wird, wenn ein Fluid von der
filterenden Einheit filtriert wild.
8. Filtersegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine
Filtratsableitungseinrichtung, die Rillen (14) in der Oberfläche (12, 13) der
Ableitungs- und Stützplatte (2) aufweist.
9. Filtersegment nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen Stütz-Abstandshalter (15), der über der
filtrierenden Oberfläche liegt, mit einem den zentralen Nabenkörper
umgebenden inneren Teil (17), einem im allgemeinen dem
äußeren Rand benachbarten Teil (10) und einem verbindenden
Teil (18), das mit dem inneren Teil an einem ersten Ende
verbunden ist und mit dem äußeren Teil an einem zweiten
Ende verbunden ist.
10. Filtersegment nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlitze bogenförmig sind und der
Abstandshalter eine Vielzahl der verbindenden Teile (18)
aufweist, wobei jedes verbindende Teil einen gebogenen
Radiusabschnitt, ähnlich dem der Schlitze enthält, wobei die
verbindenden Teile aus einem einzigen ununterbrochenen Draht gebildet
sind und, wobei der Draht an dem zweiten Ende jedes
verbindenden Teils scharf gebogen ist, damit es parallel zu sich ist
und den gebogenen Abschnitt des verbindenden teils aus zwei
Drahtbreiten bildet, wobei sich die gebogenen Abschnitte der
verbindenden Teile in eine Richtung krümmen, die
entgegengesetzt zur Krümmung der Schlitze ist, wobei das äußere Teil (16)
aus Flachdraht gebildet ist, und, wobei der scharf gebogene
Abschnitt det verbindenden Teile abgeflacht und mit einer
flachen Seite des äußeren Teils verbunden ist.
11. Filtersegment nach einer der Ansprüche 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ableitungseinrichtung ein oberes Ableitungsgitter, das zwischen
der oberen Oberfläche der Ableitungs- und Stützplatte (2) und
dem oberen filternden Medium angeordnet ist, und ein unteres
Ableitungsgitter, das zwischen der unteren Oberfläche der
Ableitungs- und Stützplatte (2) und dem unteren filternden Medium
angeordnet ist, aufweist.
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