DE4125358A1 - Vorrichtung zum ausfiltern von feststoff-partikeln aus fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum ausfiltern von feststoff-partikeln aus fluessigkeiten

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausfiltern von Feststoff-Partikeln aus Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Vorrichtungen sind seit längerer Zeit bekannt und auf dem Markt.
Diese bekannten Vorrichtungen sind meistens so gestaltet, daß das Flächenfilter die Form einer Zylinder-Mantelfläche hat, wobei der Filterzylinder um seine Längsachse drehbar ist, wohingegen die Reinigungsköpfe feststehen. Wird nun zu filtrierende, Feststoff-Par­ tikel enthaltende Flüssigkeit durch den Filterzylinder hindurchgeleitet, dann setzen sich an der schmutzseitigen Oberfläche des Filterzylinders, wobei es sich im allgemeinen um die Zylinder-Außenfläche handelt, Feststoff-Partikel ab, und es bildet sich auf der Filteroberfläche ein fortlaufend weiter­ wachsender Filterkuchen. Mit dem Anwachsen des Filterkuchens steigt die Druckdifferenz zwischen Filter-Schmutzseite und Filter-Reinseite, und bei Erreichen eines vorgegebenen Druckdif­ ferenz-Schwellenwerts und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird die Rückspüleinrichtung in Tätigkeit gesetzt. Dies bedeutet, daß dem reinseitigen Reinigungskopf ein Rückspül­ fluid zugeführt wird, etwa ein Teil der nach Durchströmen des Filters bereits reinen Flüssigkeit. Das Rückspülfluid tritt durch einen Öffnungsschlitz des Reinigungskopfs aus und durchströmt den zwischen den beiden Reinigungsköpfen befindlichen Filterbereich in Gegenrichtung, löst dabei den Filterkuchen vom Filter ab und führt diesen in Form kleinerer und größerer Feststoff-Partikel über die Kammer des schmutzseitigen Reinigungskopfs in die Abführleitung ab. Durch Drehen des Filterzylinders wird dieser über seine gesamte Mantelfläche vom Filterkuchen befreit.
Der Vorteil dieser bekannten Rückspüleinrichtung besteht darin, daß der Rückspülvorgang durchgeführt werden kann, ohne dabei den eigentlichen Filterungsvorgang unterbrechen zu müssen. Dies bedeutet aber andrerseits, daß der Rückspülfluid-Strom vom entgegengesetzt gerichteten Haupt-Flüssigkeitsstrom abgebremst wird, und zwar sowohl vor als auch nach Durchdringen des Flächenfilters. Infolge dieses Verlusts an kinetischer Energie ist der vom Rückspülfluid bewirkte Reinigungseffekt häufig nicht voll befriedigend, insbesondere dann nicht, wenn die Feststoff- Partikel-Ablagerung zu einem Filterkuchen hoher Festigkeit oder Zähigkeit führt. Dieser Nachteil hat bisher den Einsatz der­ artiger rückspülbarer Filter bei solchen Anwendungsgebieten erschwert oder verhindert, bei denen stark verunreinigte Flüssigkeiten gefiltert werden sollen, etwa stark mit Metall-Par­ tikeln verschmutzten Kühlflüssigkeiten in der spanenden Metallbearbeitung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vor­ richtung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß der Rückspülvorgang beschleunigt und wirkungsvoller gemacht wird. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Strahldüsen wird sichergestellt, daß das Spülfluid mit vergleichsweise hoher kinetischer Energie den Filterkuchen anströmt und damit in der Lage ist, auch widerstandsfähige Filterkuchen in kurzer Zeit abzulösen und in Partikel zu zerteilen. Erreicht wird dies durch die Ausbildung der Feststoff-Abführleitung als Saugleitung, durch die ein Sog in Rückspülrichtung ausgeübt wird, was einerseits dazu führt, daß die Kammern beider Reinigungsköpfe flüssigkeits­ leer werden und andererseits sowohl die Ablösung des Filterku­ chens als auch die Abführung der Filterkuchenteilchen unterstützt bzw. erleichtert.
Besonders gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn die Erfindung in Verbindung mit einer Filtervorrichtung gemäß der deutschen Patentanmeldung P....... vom gleichen Tage angewendet wird, weil dann die dort vorhandenen Trennstege den aus den beiden Kammern der Reinigungsköpfe bestehenden Raum gegen die Umgebungsflüssig­ keit abdichten.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 die Filtervorrichtung im Vertikalschnitt und
Fig. 2 schematisch und im vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt nach der Linie II-II von Fig. 1.
In einem nicht näher dargestellten Schmutzwasserbehälter 10 ist eine Filtertrommel 11 untergebracht. Die Filtertrommel 11 ist in einem Rahmen 12 drehbar um ihre horizontale Längsachse gelagert und mittels einer horizontalen Welle 13 antreibbar. Das im Behälter 10 befindliche Schmutzwasser strömt durch die als Filter ausgebildete Mantelfläche 14 der Trommel 11 hindurch in das Trommelinnere, wobei dann das im Trommelinneren befindliche Reinwasser über den Reinwasser-Ablauf 15 abgeführt wird. Die Filter-Mantelfläche 14 kann dabei ein gelochtes Blech, ein mit Schlitzen versehenes Blech, ein Metallgewebe oder eine Kom­ bination derartiger Filterelemente sein.
Parallel zur Welle 13 erstreckt sich beidseits der Filter-Mantel­ fläche 14 eine Rückspüleinrichtung, die aus zwei Reini­ gungsköpfen 16 und 17 besteht. Dabei ist der eine Reinigungskopf 16 im Trommelinneren untergebracht und umschließt eine Spülkammer 16a, die sich zur Filter-Mantelfläche 14 hin öffnet. In der Kammer 16a sind zwei Reihen von Strahldüsen 18a und 18b angeord­ net, die auf das Flächenfilter 14 hin gerichtet sind. Die Strahldüsen 18a, 18b werden über eine Druckkammer 19 mit Rückspülfluid gespeist. Der andere Reinigungskopf 17 ist an der Trommelaußenseite angeordnet und umschließt eine Abführkammer 17a, die sich ebenfalls zur Filtertrommelfläche hin öffnet. Die Abführkammer 17a ist an eine Auslaufleitung 20 angeschlossen, die ihrerseits mit der Saugseite einer - nicht gezeichneten - Flüssigkeitspumpe verbunden ist, so daß die Abführleitung 20 eine Saugleitung darstellt.
Vom Filtertrommelmantel 14 stehen Trennstege 21 ab, die parallel zur Trommelwelle 13 über die gesamte Axiallänge der Trommel 11 verlaufen und einen Abstand voneinander einhalten, der in etwa gleich ist der Öffnungsweite der Kammern 16a, 17a der beiden Reinigungsköpfe 16, 17. Die Höhe der Trennstege 21 ist zumindest gleich, vorzugsweise aber größer als der zulässigen Dicke des Filterkuchens entspricht. Die beiden sich über die gesamte Trommellänge erstreckenden Reinigungsköpfe 16, 17 weisen außerdem jeweils in Trommelumfangrichtung abstehende Flansche 22a, 22b bzw. 23a, 23b auf, die jeweils bis zum nächstfolgenden Trennsteg 21 reichen und damit der Rückspüleinrichtung beidseits benach­ barte Dichtkammern 24a und 24b bilden, wie dies deutlich aus Fig. 2 hervorgeht. Schließlich ist mit 25 eine Leitung zum Be- und Entlüften der Kammer 16a bezeichnet.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Das außerhalb der Filtertrommel 11 befindliche Schmutzwasser wird am Filter­ trommelmantel 11 gefiltert, daß heißt, es dringt nur Reinwasser durch den Filtertrommelmantel 14 hindurch in das Innere der Filtertrommel 11, wo es dann über die Reinwasserleitung 15 abgeführt wird, wohingegen der Schmutz, also die in der Flüssig­ keit enthaltenen Feststoff-Partikel, an der äußeren Oberfläche des Filtertrommelmantels 14 zurückgehalten werden und sich dort unter Bilden eines Filterkuchens ablagern. Dieser Filterkuchen ist, bis zu einer bestimmten Dicke, erwünscht, weil dadurch der Filterungseffekt verbessert wird. Ab einer bestimmten Dicke des Filterkuchens jedoch wird der Durchfluß des Reinwassers so stark behindert, daß eine Entfernung des Filterkuchens erforderlich ist. Festgestellt wird dies durch Messung des Differenzdrucks zwischen dem Druck im Trommelinnenraum und dem Druck außerhalb der Trommel, und bei Erreichen eines vorgegebenen Differenzdrucks tritt die Rückspüleinrichtung in Betrieb. Das bedeutet, daß die Trommel 11 durch die Welle 13 in Drehung versetzt (bzw. wei­ tergedreht), durch Einschalten der erwähnten Flüssigkeitspumpe die Kammern 16a und 17a von Flüssigkeit befreit und unter Druck stehendes Rückspülfluid über die Zuführleitung 19 den Düsen 18a, 18b zugeführt wird. Die aus den Düsen 18a, 18b austretenden, gegen den Filtermantel 14 gerichteten Rückspül-Strahlen heben den zwischen den beiden Reinigungsköpfen befindlichen Bereich des Filterkuchens ab und lösen diesen in Feststoff-Partikel auf, wobei dann diese Feststoff-Partikel zusammen mit dem Rückspül­ fluid über die Leitung 20 abgesaugt werden. Nach Abreinigen dieses Filterbereichs gelangt infolge der Drehung der Trommel 11 der nächstfolgende zwischen zwei Trennstegen 21 befindliche Filterkuchenabschnitt zwischen die beiden Reinigungsköpfe 16, 17. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die gesamte Trommelfläche abgereinigt ist; anders ausgedrückt, die Trommel wird solange gedreht und Spülfluids solange zugeführt, bis der Differenzdruck auf einen vorgegebenen unteren Schwellenwert abgesunken ist. Während dieses Reinigungsvorgangs läuft jedoch der eigentliche Filterungsvorgang weiter, mit Ausnahme des durch die Reinigungs­ köpfe 16, 17 und ihre Flansche 22, 23 momentan abgedeckten Bereichs.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rückspüleinrichtung kann diese - im Gegensatz zu den üblichen Rückspüleinrichtungen - unabhängig vom Systemdruck der Filtervorrichtung arbeiten, weil die beiden Kammern 16a, 17a gegenüber der umgebenden Flüssigkeit abgedichtet sind, wobei diese Abdichtung durch die Trennstege 21 betrachtlich verbessert wird. Infolge dieser Unabhängigkeit vom Systemdruck, kann die Rückspüleinrichtung sowohl bei Unter­ druckfiltern als auch bei anderen Filtersystemen zum Einsatz kommen. Dabei sind der Druck des zugeführten Rückspülfluids und der Unterdruck der Abführleitung 20 so zu wählen und gegenein­ ander abzustimmen, daß einerseits die kinetische Energie der aus den Düsen 18a, 18b austretenden Rückspülfluid-Strahlen ausreicht, eine schnelle Ablösung des Filterkuchens zu bewirken, und andererseits die Kammer 16a und die schmutzseitige Abführkammer 17a im wesentlichen flüssigkeitsfrei bleiben. Letzteres bedeutet, daß die an die Leitung 20 angeschlossene Flüssigkeitspumpe in ihrer Leistung so zu dimensionieren ist, daß die über die Düsen 18a, 18b eingespritzte Rückspülflüssigkeitsmenge und in die Kammern 16a und 17a trotz Abdichtung eindringende Leckflüssigkeit sofort abgeführt werden. Handelt es sich bei dem Rückspülfluid um Druckluft, ist selbstverständlich nur für die schnelle Absaugung der Leckflüssigkeit zu sorgen.
Die Leitung 25 sorgt für eine Entlüftung und - bei Auftreten eines Unterdrucks in der Kammer 16a - für eine Belüftung, wobei im Falle eines geschlossenen Systems in die Leitung 25 ein - nicht gezeichnetes - Rückschlagventil einzusetzen ist.
Selbstverständlich sind gegenüber dem dargestellten und erläuter­ ten Ausführungsbeispiel zahlreiche Abwandlungen möglich. Dies gilt zunächst einmal für die Raumform des Flächenfilters, das nicht zylindrisch sondern auch in anderer Weise gewölbt oder aber plan sein kann. Handelt es sich bei dem Filter, wie beim Ausführungsbeispiel, um ein Trommelfilter, dann kann die Strömungsrichtung auch von innen nach außen gewählt sein und die Trommelachse auch senkrecht stehen. Über die verschiedenen Ausbildungsmöglichkeiten für den Filtertrommelmantel ist bereits gesprochen worden. Weiterhin ist es nicht zwingend erforderlich, daß die Filtertrommel mit Trennstegen versehen ist, jedoch sorgen diese bei Vorhandensein für eine besonders gute Abdichtung der Rückspülzone gegenüber der umgebenden Flüssigkeit. Vorteilhafter­ weise sind die Reinigungsköpfe wie beim Ausführungsbeispiel ortsfest, und die erwähnte Relativbewegung wird vom sich drehenden Filtertrommelmantel bewirkt; es ist aber auch möglich, die Reinigungsköpfe über ein ortsfestes Filter zu führen. Die Zahl und Ausbildung der Strahldüsen 18a, 18b ist den jeweiligen Anforderungen anzupassen, und zwar unter Berücksichtigung des vorhandenen Rückspülfluid-Drucks. Dabei sei hier noch erwähnt, daß das Rückspülfluid auch Druckluft sein kann.
Wenn vorab von "Schmutzwasser" gesprochen wird, so soll damit keine Beschränkung der Anwendung der Vorrichtung erfolgen; selbstverständlich kann das "Schmutzwasser" auch mit Metall­ partikeln (Spänen) versetzte Kühlflüssigkeit sein, wie sie insbesondere in der Metallindustrie verwendet wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Ausfiltern von Feststoff-Partikeln aus Flüssigkeiten,
mit einem flächigen, den Flüssigkeitsraum in eine Schmutz- und eine Reinseite teilenden Filter und
mit einer ein Ablösen des auf dem Flächenfilter abgelagerten Filterkuchens bewirkenden Rückspülvorrichtung, die aus zwei beidseits des Flächenfilters angeordneten, einander gegenüber­ stehenden Reinigungsköpfen besteht, deren jeder eine zum Flächenfilter hin offene Kammer umschließt, wobei die Kammer des Reinigungskopfs der Flächenfilter-Reinseite an eine Zuführleitung für Rückspülfluid, diejenige des Reinigungskopfs der Flächenfil­ ter-Schmutzseite an eine Feststoff-Abführleitung angeschlossen ist,
und wobei zum Abreinigen der Gesamtfläche des Flächenfilters dieser und die Rückspüleinrichtung relativ zueinander verschieb­ bar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kammer (16a) des Reinigungskopfs der Flächenfil­ ter-Reinseite an die Rückspülfluid-Zuführleitung (19) ange­ schlossene und auf das Flächenfilter (14) gerichtete Strahldüsen (18a, 18b) angeordnet sind und
daß die Feststoff-Abführleitung (20) des Reinigungskopfs (17) der Flächenfilter-Schmutzseite eine Saugleitung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (18a, 18b) gesondert mit Rückspülfluid ver­ sorgbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16a) des Reinigungskopfs (16) der Flächen­ filter-Reinseite an eine gegebenenfalls mit einem Rückschlagven­ til ausgerüstete Be- und Entlüftungsleitung angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Flächenfilters (14) gemäß der deutschen Patentanmeldungen P...... und P...... vom gleichen Tag.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Reihe von Strahldüsen vorgesehen ist.
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