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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Filtereinheit zum Filtern von Gas, welche zumindest ein Filterelement
umfasst, das eine Auslassöffnung
aufweist und eine zugehörige
Filterreinigungsdüse,
welche Düse
in einem Reingasraum in einem Abstand von der Auslassöffnung angeordnet
ist und mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Primärreinigungsgas über ein
Steuerventil verbunden ist, wobei die Düse eine Düsenöffnung zum Injizieren von Primärreinigungsgas
und stromabwärts
davon eine Führungsoberfläche zum
Richten des Reinigungsgases in Richtung zu der Auslassöffnung des
Filters aufweist, wobei die Führungsoberfläche einen
Teil der äußeren Seite
eines Führungskörpers ist,
der in dem Reingasraum angeordnet ist.
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Eine Filtereinheit dieses Typs ist
bekannt aus WO 96/03195, wo die Führungsoberfläche des
Führungskörpers in
einem eher großem
Abstand von der Düse
angeordnet ist, so dass die Führungsoberfläche nur
als Luftrückführoberfläche wirkt.
Der Führungskörper ist
an das untere Ende eines Düsenrohrs angebracht,
das an eine Busröhre
angebracht ist, die eine Düsenöffnung aufweist.
Das Düsenrohr
weist Seitenöffnungen
in seinem oberen Ende zum Ziehen von Sekundärluft in den Luftstrom auf,
der von der Blasröhre
ausgestoßen
wird. Die Luft fließt
heraus durch das untere Ende des Düsenrohrs mit einer geringen
Luftgeschwindigkeit und trifft auf die Rückführungsoberfläche auf
dem Führungskörper.
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DE-Patent 197 01 983 beschreibt eine
Düse des
Schlitzringstrahltyps, wobei die Düsenöffnung ein ringförmiger Schlitz
ist, welcher radial nach innen zeigt in Richtung des Zentrums einer
Flussröhre,
welche zentral durch eine Druckgaskammer hindurchführt und
oberhalb der Filterauslassöffnung
endet. Das Steuerventil wird pneumatisch aktiviert und ist in die
Düse an
dem ringförmigen
Schlitz eingebaut. Das primäre
Reinigungsgas fließt
aus der Gaskammer durch den ringförmigen Schlitz und hinunter
entlang der Innenseite der Flussröhre, welche als Führungsoberfläche wirkt.
Das Sekundärgas
wird in die Flussröhre
durch ihre obere Öffnung
gezogen. Das Reinigungsgas passiert durch eine Venturidüse, die
in dem oberen Endbereich des Filterelements montiert ist.
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Eine etwas ähnliche Düse ist beschrieben in US-Patent
4,356,010 und in GB-Patent
1 455 281, aber in dem letzteren Dokument ist die Ringschlitzstrahldüse wie eine
Venturidüse
in dem oberen Ende des Filterelements montiert. Das Sekundärgas wird zentral
nach unten durch die obere Endöffnung
der Düse
gezogen. GB-Patent 812,244 beschreibt eine einfache Düse, die
Primärgas
nach unten durch eine Venturidüse
spritzt, so dass Sekundärgas
nach unten gezogen wird durch die untere Endöffnung der Venturidüse. GB-Patent
1,021,560 beschreibt ein Düsenrohr,
welches in der Bodenwand einer Druckgaskammer montiert ist und an
seinem oberen Ende durch ein Membranventil geschlossen ist. Wenn
das Membranventil geöffnet
wird, fließt
Primärreinigungsgas durch
das Düsenrohr
und zentral nach unten durch eine Venturidüse an dem oberen Ende des Filterelements.
US-Patent 3,729,903 beschreibt einen Ringstrahlfilter mit einem
ringförmigen
Membranventil, das in dem oberen Ende des Filterelements montiert
ist. Eine zentrale Röhre
verbindet das Filterelement mit der Reinluftkammer. Wenn das Membranventil
geöffnet
ist, wird auch Sekundärluft
nach unten durch die obere Endöffnung
der zentralen Röhre
gezogen.
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Ein Merkmal, das allen Filtereinheiten
des Standes der Technik gemein ist, die oben erwähnt wurden, ist, dass die Sekundärluft eingezogen
wird durch die obere Endöffnung
einer Röhre,
die zentral des Filterelements platziert ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine sehr effiziente Filterreinigungsdüse einer einfachen
Konstruktion vorzusehen.
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In dieser Hinsicht ist die Filtereinheit
gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung ein ringförmiger Schlitz
zum Ausstoßen von
Primärreinigungsgas
mit Schallgeschwindigkeit ist, wobei der Schlitz durch den Führungskörper und durch
einen ringförmigen
Rand einer Zuführröhre für Primärreinigungsgas
begrenzt ist oder durch ein Gehäuse,
das in Verlängerung
der Zuführröhre montiert ist,
wobei der Führungskörper offen
gegenüber
Sekundärgas
in der Kammer ist.
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Wenn ein Stoß von Primärreinigungsgas aus der Düsenöffnung mit
Schallgeschwindigkeit herausgespritzt wird, fließt es entlang der äußeren Seite
des Führungskörpers und
ist in vollem und unbeschränkten
Kontakt mit der Sekundärluft
in der Reingaskammer. Verglichen mit den Düsen des Standes der Technik,
wo das Sekundärgas
durch die obere Endöffnung
der Düse
oder Seitenöffnungen
in dem oberen Ende des Düsenkörpers eingezogen
werden muss, wird mehr Sekundärreinigungsgas
durch das Primärgas
mitgezogen, welches mit hoher Geschwindigkeit auf der nach außen gerichteten
Führungsoberfläche fließt. Während Sekundärgas mitgerissen
wird, baut sich die Dicke des Luftstroms auf und der Durchmesser
des Luftstroms nimmt zu. Der größere Durchmesser
des Luftstroms erleichtert ein weiteres Mitreißen von Sekundärgas. Zusätzlich besteht
kein Hindernis für
den Aufbau eines dickeren Luftstroms, da er sich nach außen in die
freie Luft in der Reingaskammer aufbaut. Diese kombinierten Effekte
resultieren in einer Düsenkonstruktion,
bei welcher das Mitreißen
von Sekundärgas
effizienter wird, je länger
der Luftstrom entlang der Führungsoberfläche fließt und nicht
weniger effizient wird, wie in dem Fall, wenn Sekundärgas in
einer Röhre
ist und die Luftstromdicke sich in Richtung des Zentrums der Röhre aufbaut.
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In einer Ausführungsform ist der Führungskörper vor
der Zuführröhre positioniert.
Dies macht es möglich,
den Führungskörper unabhängig von
der Zuführröhre herzustellen,
da sie einfach nur in einem Abstand von dem Ende der Zuführröhre entsprechend
der gewünschten
Breite des ringförmigen Schlitzes
montiert wer den muss. Die Ausführungsform
ist weiterhin geeignet zur Nachrüstmontage
auf existierende Filtereinheiten, die Zuführröhren aufweisen.
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Um den graduellen Aufbau der Dicke
des Luftstroms zu fördern,
ist der Führungskörperabschnitt,
der in Richtung der Zuführröhre zeigt,
vorzugsweise gekrümmt,
wobei sein zentraler Bereich am dichtesten zu der Zuführröhre positioniert
ist. Die Krümmung
kann entlang des Führungskörpers variieren,
aber aus Gründen
der Herstellungseinfachheit, ist die Form vorzugsweise hemisphärisch. Es
ist auch möglich,
eine facettierte Form oder eine Form zu verwenden, die aus einem
oder mehreren konischen Abschnitten zusammengesetzt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Führungskörper integriert
mit dem äußeren Teil, der
die Düsenöffnung begrenzt.
Auf der Seite, die weg von der Auslassöffnung des Filters zeigt, erstreckt
sich der Führungskörper in
ein Gehäuse,
und eine ringförmige
Verteilungskammer für
primäres Reinigungsgas
in dem Gehäuse
endet an der Düsenöffnung,
welche ein ringförmiger
Schlitz ist, der durch einen ringförmigen Rand des Gehäuses und
den Führungskörper begrenzt
ist. Die zwei Teile können dann
als eine Einheit hergestellt sein, die eine sehr gut definierte
und genaue Breite des ringförmigen Schlitzes
aufweisen und die Montagearbeit in der Filtereinheit wird vereinfacht.
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Es ist möglich, die ringförmige Kammer
mit einer Abschrägung
in Richtung des ringförmigen Schlitzes
herzustellen und vorzugsweise ist der eingeschlossene Winkel zwischen
einer inneren Seitenwand der Verteilungskammer und der äußeren Seite des
Führungskörpers in
dem Bereich von 2 bis 45°. Auf
Grund der Abschrägung
weist die Kammer eine relativ große Breite an dem Ende auf,
das entfernt von dem Schlitz ist, was eine effiziente und gleichmäßige Verteilung
des Primärgases über die
gesamte Kammer fördert,
sogar, wenn es nur einen oder weniger Einlassanschlüsse für Primärgas zu
der Kammer gibt. An dem gegenüberliegenden
Ende der Kammer entspricht die Breite der Kammer ungefähr der Breite des
Schlitzes und dies fördert
einheitlichere Gasfließbedingungen
durch den Schlitz während
des sehr kurzen Intervalls, wenn Primärgas aus der Düse gespritzt
wird. Falls der eingeschlossene Winkel weniger ist als 2° ist, wird
nur ein vernachlässigbarer
Effekt erhalten und Winkel größer als
45° werden
nicht in irgendeiner Verbesserung der Verteilung des Gases resultieren.
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Vorzugsweise wird der Führungskörper durch
das Gehäuse
getragen, so dass die Verwendung von zusätzlichen Befestigungsmitteln
vermieden wird und sogar noch bevorzugter ist der Führungskörper permanent
an dem Gehäuse
fixiert, wie beispielsweise durch Zusammenschweißen der Teile. Dies reduziert
die Risiken des nicht-beabsichtigten Lösens des Führungskörpers während eines Filterprozesses
oder während
einer Inspektion der Filtereinheit.
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Die Effizienz der Düse hinsichtlich
der Fähigkeit
des Mitreißens
von Sekundärgas
wird in einer Ausführungsform
verbessert, wo der Führungskörper von
der Düsenöffnung einen
ersten Abschnitt aufweist, mit einem zunehmenden Durchmesser in
Richtung der Auslassöffnung
des Filterelements. Der zunehmende Durchmesser erlaubt einerseits,
dass der ringförmige
Schlitz eine vorteilhafte kurze Länge aufweist und somit eine
geeignet große
Breite für
einen bestimmten Düsenöffnungsbereich
und andererseits, dass der Fluss des Primärgases ausgebreitet wird, um
einen größeren Durchmesser
aufzuweisen und demzufolge einen größeren Bereich in Kontakt mit dem
Sekundärgas.
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In der bevorzugtesten Ausführungsform weist
der Führungskörper einen
Endabschnitt mit einem abnehmenden Durchmesser in Richtung der Auslassöffnung des
Filterelements auf. Der abnehmende Durchmesser reduziert den Kontaktbereich zwischen
dem Führungskörper und
dem Gasfluss in einer graduellen Art und Weise, so dass nur geringe Störungen durch
Wirbelströme
an dem hinteren Ende des Führungskörpers auftreten.
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In einer weiteren Entwicklung ist
der Führungskörper derartig
konstruiert, dass zwischen dem ersten Abschnitt und dem Endabschnitt
der Führungskörper einen zweiten
Abschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist.
Der zweite Abschnitt verringert die relative Länge des ersten Abschnitts in
Relation zu der Gesamtlänge des
Führungskörpers, so
dass der Gasfluss schnell einen großen Durchmesser erhält durch
Fließen über den
kurzen ersten Abschnitt und dann graduell seinen äußeren Durchmesser
erhöht
durch zugesetztes Sekundärgas
während
des Flusses entlang des zweiten Abschnitts.
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Es ist möglich, den Führungskörper mit
einer longitudinalen durchgehenden Bohrung vorzusehen zum Zuführen eines
Teils des Primärreinigungsgases zu
dem hinteren Ende des Führungskörpers. Dies kann
z.B. ein Vorteil sein, wenn das Filterelement eine lange Länge und/oder
einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, da die longitudinale
Bohrung einen Teil des Primärgases
als zentralen Strahl ausstoßen
wird, der eine größere Geschwindigkeit
als der umgebende gemeinsame Fluss des gemischten Primär- und Sekundärgases aufweist.
Wenn der Reinigungsgasimpuls auf die Auslassöffnung des Filterelements trifft,
weist es eine größere Geschwindigkeit entlang
der Mittellinie des Elements auf und demzufolge dringt er bis zu
dem Boden der sogar sehr langen Filterelemente durch. Die longitudinale
Bohrung kann auch verwendet werden, um die Bildung von Wirbelströmungen an
dem hinteren Ende weiter zu reduzieren.
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Die Filtereinheit umfasst typischerweise
eine Vielzahl von Filterelementen. Jedes der Filterelemente weist
eine assoziierte Filterreinigungsdüse auf, welche mit der Quelle
von unter Druck stehenden Primärreinigungsgas
verbunden ist über
eine Zuführröhre, die
sich aus der Reingaskammer heraus erstreckt, zu dem Steuerventil.
Durch Platzieren des Steuerventils außerhalb der Reingaskammer sind nur
die Zuführröhren mit
den Düsen
in der Reingaskammer vorhanden, aber keine Ventile, Zuführröhren, Gasquellen
etc. Auf Grund der oben erwähnten Konstruktion
der Düse
gibt es keine inneren Oberflächen
in der Düse,
wo sich Ablagerungen ansammeln können.
Alle der inneren Oberflächen
werden sauber gewischt durch jeden Stoß von Primärgas und auch die Außenseite
des Führungskörpers wird
sauber gewischt. Der Vorteil dieses ist, dass die Reingaskammer
leicht in einem sauberen Zustand gehalten werden kann, was schwer
oder gar nicht bei den Konstruktionen des Standes der Technik möglich ist.
Dieser Vorteil kann weiterhin verbessert werden durch Montieren
der Zuführröhren hauptsächlich in
vertikalen Positionen.
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Die Düsenkonstruktion sieht solch
einen effektiven Stoß des
Reinigungsgases vor, dass die zuvor verwendete Venturidüse an dem
oberen Ende des Filterelements vollständig weggelassen werden kann,
so dass das Filterelementmaterial in der Nähe der Auslassöffnung frei
geöffnet
ist, um Luft aus der Düse
zu säubern.
Dies sieht einen entscheidenden Vorteil vor, dass das Reinigungsgas über die
gesamte Länge
des Filterelements wirkt, d.h. auch nahe der Auslassöffnung,
wo Filtermaterial in den vorherigen Filterkonstruktionen hinter
der Venturidüsenwand
geschützt
war.
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Die Erfindung wird im Folgenden im
weiteren Detail mit Bezug auf die rein schematischen Zeichnungen
beschrieben werden, von welchen:
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1 eine
teilweise geschnittene Ansicht einer Filtereinheit gemäß der Erfindung
darstellt,
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2 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
einer Düse
in der Filtereinheit der 1 zeigt,
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3 bis 8 Schnittansichten von weiteren Ausführungsformen
der Düse
sind, und
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9 eine
Filtereinheit gemäß der Erfindung darstellt.
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1 stellt
eine Filtereinheit 1 gemäß der Erfindung dar, welche
zum Separieren von Produktpartikeln aus einem Prozessgas eingesetzt
wird, welches z.B. aus einer Sprühtrocknungsvorrichtung,
einer Fließbettvorrichtung,
einer Trocknungsvorrichtung, einer Agglomerationsvorrichtung oder ähnlichem
kommt, wobei Luft oder Gas in der Behandlung von Partikeln oder
staubähnlichen
Produkten verwendet wird oder von anderen industriellen Prozessen,
wie beispielsweise Abgas reinigung. Die Produkte können z.B.
Nahrungsmittel, Milchprodukte, Pharmazeutika, Färbemittel, chemische Produkte
etc. sein. Das Prozessgas kann z.B. erwärmte Luft oder Trocknungsgas
oder Spezialgaszusammensetzungen sein, die inert gegenüber den
Produkten, die in dem Gerät
behandelt werden, sind.
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Ein Beispiel des allgemeinen Umrisses
eines Filtergehäuses
ist in 9 angegeben.
Das Gehäuse
ist zusammengesetzt aus einem vertikal angeordneten zylindrischen
oberen Abschnitt 2, der mit einem nach unten verjüngten unteren
Abschnitt 3 verbunden ist. Ein Einlass 4 für Prozessgas,
welches ein Produkt, das wegzufiltern ist, mit sich trägt ist in
dem unteren Teil des zylindrischen Abschnitts 2 angeordnet
und ein Auslass 5 für
gefiltertes sauberes Gas ist in dem oberen Teil des Abschnitts 2 angeordnet.
An dem Boden des unteren Abschnitts 3 ist eine Auslassöffnung 10 angeordnet
zur Extrahierung des zurückbehaltenen
Produktes.
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Eine horizontale Platte 6 ist
in dem oberen Teil des zylindrischen Abschnitts 2 angeordnet
und unterteilt das Gehäuse
in eine obere Reingaskammer 8 und eine untere Einlassseite 9.
Die Platte 6 weist eine Anzahl von Löchern auf, in welchen verlängerte röhrenförmige Filterelemente 7 ungefähr vertikal
aufgehängt
sind, mit nach oben zeigenden Auslassöffnungen 10, welche
gefiltertes Gas zu der Reingaskammer 8 liefern. Die Filterelemente 7 können z.B.
beutelförmig
sein und sind aus einem Filterwandmaterial hergestellt, das ein
im Wesentlichen weiches Material sein kann, wie beispielsweise Filz, Polymermaschen
oder Bindungen, die durch einen Korb in dem Inneren des Beutels
gehalten werden oder das Filterwandmaterial kann ein selbsttragendes
im Wesentlichen steifes poröses
Material sein, wie beispielsweise Metallfasern oder keramische Fasern.
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Die Anzahl der Filterelemente in
der Filtereinheit hängt
von der gewünschten
Filterkapazität ab.
Der kleinste Filter weist ein einzelnes Filterelement 7 auf.
Anlagen zum Behandeln, Handhaben oder Herstellen von Pharmazeutika
verwenden typischerweise kleinere Filtereinheiten, welche z.B. 2
bis 25 Filterelemente aufweisen und Anlagen für Nahrungsmittel, Milchprodukte
und Chemikalien ver wenden typischerweise sehr große Filtereinheiten
mit vielen Hunderten von Filterelementen in einer einzigen Filtereinheit.
Das einzelne Filterelement kann typischerweise eine Länge in dem
Bereich von 1 bis 8 m aufweisen und einen Durchmesser in dem Bereich von
8 bis 30 cm, vorzugsweise ungefähr
20 cm.
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Während
eines Betriebs der Filtereinheit 1 tritt Prozessgas, das
ein Produkt trägt
in die Einheit durch Einlass 4 ein und fließt in den
Bereich um die Filterelemente. Das Gas fährt fort durch die Wände der
Filterelemente 7 und fließt nach oben zu der oberen
Auslassseite 8 für
sauberes gefiltertes Gas und schließlich tritt es durch den Auslass 5 aus.
Während das
Gas die Filterwände
durchläuft,
wird Produkt, welches durch das Prozessgas getragen wird, durch die
Filterelemente 7 zurückgehalten.
Das zurückgehaltene
Material wird teilweise auf den Filterelementen zurückgelassen
und teilweise tropft es hinunter und sammelt sich in dem unteren
Abschnitt 3. Das angesammelte Produkt kann dann durch die
Auslassöffnung 32 extrahiert
werden.
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Die oben erwähnte Filtereinheit ist eine
separate externe Einheit, die mit einem Gasauslass für partikelbelastetes
Prozessgas in einer Anlage verbunden ist. Alternativ kann die Filtereinheit
auf eine gut bekannte An und Weise in einer Verarbeitungseinheit
integriert sein, die das partikelbelastete Gas herstellt, wie beispielsweise
eine Spraytrocknungsanlage oder eine Fließbettanlage.
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Die Auslassöffnung 10 ist ungefähr auf der Höhe der Platte 6 und
zeigt nach oben, so dass während
eines Filterns ein Fluss von filtriertem Gas vertikal nach oben
in die Reingaskammer 8 strömt. Während die Filtration fortfährt, sammeln
sich einige der herausgefilterten Partikel oder Staub auf der Außenseite
des Filterelements und müssen
weggereinigt werden, um das Aufbauen von Staubkuchen zu vermeiden.
Ein Reinigen wird während
eines kontinuierlichen Betriebes der Filtereinheit bewirkt durch
Anwenden von Rückfluss-Gasreinigen
unter Hochdruck.
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Eine Filterreinigungsdüse 11 ist
in einem Abstand A oberhalb der Auslassöffnung 10 positioniert. Die
Düse stößt einen
Stoß von
Reinigungsgas nach unten in das Filterelement in Intervallen, die
an den laufenden Filtrationsprozess angepasst sind. Der strahlartige
Stoß von
umgekehrt fließenden
Reinigungsgas stellt einen sehr schnellen Druckanstieg im Inneren
des Filterelements her, so dass die Filterwand nach außen beschleunigt
wird. Der Impuls des Reinigungsgases hat eine sehr kurze Dauer,
wie beispielsweise von 0,10 Sekunden bis 0,50 Sekunden, typischerweise
ungefähr
0,2 Sekunden und die Filterwand wird daher direkt zurückgedrückt auf
die Filtrationsposition durch den Gasdruckunterschied über den
Filter. Insbesondere für
nicht steife Filtermaterialien ist das Ergebnis der Reinigungswirkung
demzufolge hauptsächlich
mechanischer Natur, da die Partikel oder der Staub auf dem Filterelement
geschüttelt oder
locker getreten werden durch die Bewegung des Filtermaterials.
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Ein Druckbehälter 12 enthält unter
Druck gesetztes Primärreinigungsgas
mit einem Druck in dem Bereich von 3 bis 10 barg, vorzugsweise von
4 bis 6 barg. Eine Gaszuführvorrichtung 13,
wie beispielsweise ein Kompressor, führt Druckluft oder ein anderes
Gas mit einem gegebenen Druck zu. Die Einstellung des Druckes hängt von
der Länge
des Filterelements und der Größe der Düse 11 ab.
Ein und die gleiche Düsengröße können verwendet
werden für mehrere
verschiedene Längen
von Filterelementen durch geeignetes Variieren des Einstellens des
Druckes, so dass ein höherer
Druck verwendet wird für längere Elemente
und umgekehrt. Diese Einstellung des Druckes kann mit der in Betriebnahme
des Filters durchgeführt
werden. Die Gaszuführvorrichtung
kann auch eines Typs sein, der eine Einstellung des Gasdruckes während des
Betriebs erlaubt, um Variationen bei den Filterbedingungen Rechnung
zu tragen. Falls die Filtereinheit anfängliche Zeichen einer nicht adäquaten Reinigung
zeigt, z.B. auf Grund der Filtrierung von klebrigeren Produkten,
kann der Druck graduell erhöht
werden, bis ein stabiles zufriedenstellendes Reinigen wiederhergestellt
ist. Und falls sich die Filtrationsbedingungen ändern, so dass sie weniger hart
werden, ist es möglich,
graduell den Druck des Primärreinigungsgases
auf den niedrigsten Druck zu reduzieren, was ein zufriedenstellendes
und stabiles Filterreinigen vorsieht und somit Kompressorarbeit spart.
Gleichzeitig mit dem Einstellen oder Regeln des Druckes können auch
die Impulsintervalle und/oder die Dauer eines jeden Impulses eingestellt oder
geregelt werden.
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Jede individuelle Düse 11 ist
mit dem Druckbehälter 12 verbunden
durch eine Zuführröhre 14, welche
ein Steuerventil 15 enthält. Dieses Ventil kann mechanisch
aktiviert werden, ist aber vorzugsweise elektronisch aktiviert und
gesteuert durch eine Filtersteuereinheit, wie beispielsweise ein
programmierter Mikroprozessor (nicht gezeigt). Es ist möglich, eine Vielzahl
von Düsen
durch ein einziges Steuerventil zu steuern, so dass Gruppen von
Filterelementen beim gleichen Betrieb gereinigt werden, aber jede Düse weist
vorzugsweise ihr eigenes Steuerventil auf, so dass die Filter individuell
gereinigt werden können.
Die Filter werden in einer zyklischen An und Weise eine nach der
anderen gereinigt. Typischerweise wird ein Filter pro 60 Sekunden
gereinigt und der Zyklus ist derartig geplant, so dass das nächste Filterelement,
das zu reinigen ist, entfernt von oder zumindest nicht angrenzend
an das Filterelement, das gerade gereinigt wurde, ist.
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Die Konstruktion und Wirkung der
Düse 11 werden
nun detaillierter beschrieben. Die bevorzugteste Ausführungsform
ist in 2 dargestellt.
Ein Gehäuse 16 ist
in Verlängerung
des unteren Endes der Zuführröhre 14 montiert,
das Gehäuse
ist tassenförmig
mit einer Endwand 17, welche mit einer zentralen Bohrung
versehen ist, die durch eine kreisförmige Reihe von Durchgangsbohrungen 18 umgeben ist,
von welchen nur eine in 2 sichtbar
ist.
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Ein Führungskörper 19 weist einen
nach oben gerichteten Hahn 20 auf, welcher in die zentrale Bohrung
des Gehäuses 16 eingefügt worden
ist und in Position durch eine Schweißnaht an der Oberseite des
Hahnes fixiert ist. Eine ringförmige
Gasverteilungskammer 21 ist vorhanden zwischen dem Führungskörper und
einer inneren Seitenwand 22 des Gehäuses 16. Die ringförmige Kammer
verjüngt
sich in Richtung einer Düsenöffnung,
die als ringförmiger Schlitz 23 an
dem unteren Rand des Gehäuses
geformt ist. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff Schlitz
einen Schlitz und auch einen Zwischenraum oder einen Spalt von etwas
größerer Breite
als ein Schlitz. Die Breite des Schlitzes wird unter Berücksichtigung
der Schlitzlänge
und des Druckes des Primärgases
ausgewählt.
Bei einem Gasdruck von ungefähr
6 barg und einer Schlitzlänge
von ungefähr
11 cm, ist eine Schlitzbreite von ungefähr 1 mm geeignet.
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Der Führungskörper weist einen konischen ersten
Abschnitt 24 mit einem zunehmenden Durchmesser auf, gefolgt
durch einen zweiten Abschnitt 25, welcher zylindrisch ist
und den maximalen Durchmesser Dm des Führungskörpers aufweist, gefolgt durch
einen konischen Endabschnitt 26 mit abnehmendem Durchmesser
in der nach unten gerichteten Richtung in Richtung der Auslassöffnung 10.
Die drei Abschnitte bauen die äußere Seite
des Führungskörpers auf.
Diese äußere Seite
ist offen für
das Gas, das in der Reingaskammer 8 vorhanden ist, was
bedeutet, dass die äußere Seite
nach außen
zeigt in dieses Gas, so dass das Gas einen direkten unbeschränkten Zugriff
auf den Führungskörper und
seine direkten Umgebungen hat.
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Wenn das Steuerventil 15 einen
Stoß von Primärreinigungsgas
freigibt, fließt
das Gas nach unten durch die Zuführröhre 14 und
durch Bohrungen 18, in die Verteilungskammer 21.
Auf Grund des kleinen Fließbereichs
des ringförmigen
Schlitzes, wird das Primärgas
durch den ringförmigen
Schlitz mit Schallgeschwindigkeit (320 m/s) ausgestoßen. Der Führungskörper ist
vor dem ringförmigen
Schlitz positioniert und leitet das Gas in einen Fluss großen Durchmessers
um. Der Gasfluss folgt der Kontur des Ventilkörpers und während der Fluss entlang des Körpers fortschreitet,
wird mehr und mehr Sekundärgas
in den Gasfluss hereingezogen oder mitgerissen, was eine ständige Zunahme
in der Dicke des Gasflusses bewirkt. In 2 ist die Grenze zwischen dem Gasfluss
und dem mehr oder weniger stationären Gas in Kammer 8 gekennzeichnet
durch die unterbrochene Linie B. An der Grenze wird das stationäre Gas in
den Gasfluss des Sekundärgases
hineingerissen, was durch Pfeil C dargestellt ist. Das Zuführen des
Sekundärgases in
den Gasfluss ist hocheffektiv, erstens, da der Führungskörper schnell den Fluss des
Primärgases
ausbreitet auf einen großen Durchmesser,
zweitens, da der Gasfluss frei fortfahren kann, auf einen noch größeren Durchmesser
aufzubauen, und drittens, da die Sekundärluft in direktem Kontakt mit
dem Gasfluss entlang der gesamten Länge des Flussweges in Kammer 8 ist.
Am unteren Endabschnitt 26 bewirkt der sogenannte Coanda-Effekt,
dass das Primärgas
etwas nach innen entlang der konischen äußeren Oberfläche des
Führungskörpers fließt.
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Die Menge des Primärgases und
sein Druck und somit die kinetische Energie des Reinigungsgasimpulses
ist vorzugsweise derartig, dass der Reinigungsgasfluss ausreichend
kräftig
ist, um eine Druckzunahme am Boden des Filterelementes zu bewirken,
aber keine Druckzunahme an der Oberseite des Filters von solch einer
Größenordnung,
dass das Filterwandmaterial beschädigt wird. Der Abstand A von
dem hinteren Ende des Führungskörpers zur Auslassöffnung 10 ist
ausgewählt,
so dass der Durchmesser des nach unten gerichteten Gasflusses D
an der Auslassöffnung
größtenteils
mit dem Durchmesser der Auslassöffnung übereinstimmt.
Wie oben beschrieben, ist die Reinigungswirkung hauptsächlich mechanischer
Natur und nicht abhängig
von dem umgekehrten Gasfluss durch das Filtermaterial.
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Der Führungskörper ist vorzugsweise ein Körper einer
Umdrehung mit einer Längsachse,
die sich koaxial mit der longitudinalen Mittelachse des Filterelements
erstreckt, so dass der Gasfluss präzise in das Filterelement durch
den Führungskörper geführt wird.
Es ist jedoch möglich,
den Führungskörper asymmetrisch
zu konstruieren oder zu platzieren und auch schräg hinsichtlich des Filterelements.
Dies kann ein Vorteil sein, wenn das Filterelement dicht an der
Grenze positioniert ist, wie beispielsweise an einer Ecke, oder
im Fall, wo das Filterelement eine asymmetrische Konfiguration aufweist.
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Die Düse kann optional eine Konstruktion sein,
die bewirkt, dass das Primärreinigungsgas
um die Längsachse
des Führungskörpers wirbelt.
Dies kann erreicht werden z.B. durch Verwenden von schrägen oder
geneigten Bohrungen 18 oder durch Vorsehen der Kammer 21 mit
Leitflügeln
oder Prallflächen.
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In der folgenden Beschreibung der
anderer Ausführungsformen
werden die gleichen Bezugszeichen für Details der gleichen Art
verwendet.
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In 3 weist
der Führungskörper nur
erste und zweite Abschnitte 24, 25 auf, aber keinen
verjüngten
Endabschnitt. Dies resultiert in einem Einsparen von Material und
somit einem Senken der Produktionskosten. Die Effizienz der Düse ist etwas geringer,
auf Grund eines bestimmten Saugeffektes an der stumpfen Endoberfläche 27.
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Die Ausführungsform der 4 ist mit einer zentralen longitudinalen
durchgehenden Bohrung 28 versehen. Wie oben beschrieben,
fließt
ein Teil des Primärgases
durch die zentrale Bohrung und bewirkt ein tieferes und heftigeres
Durchdringen an dem Zentrum des Filterelementes.
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In den Ausführungsformen der 5 und 6 ist der Führungskörper 19 vollständig vor
der Zuführröhre 14 platziert
und wird durch nicht gezeigte steife Klammern, Beine, Halter oder
Versteifer getragen, die sowohl am Führungskörper als auch an der Zuführröhre fixiert
sind. Der ringförmige
Schlitz 23 ist hauptsächlich
radial nach außen
gerichtet – und
nicht hauptsächlich
axial in Richtung der Auslassöffnung 10 gerichtet,
wie in dem Fall der oben erwähnten Ausführungsformen.
Jedoch bewirkt der Coanda-Effekt, dass der Gasfluss sich in eine
nach unten gerichtete Richtung entlang des konischen Endabschnittes 26 in 5 oder des hemisphärischen Endabschnittes
in 6 dreht.
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In der Ausführungsform der 7 weist die Zuführröhre einen konischen unteren
Abschnitt auf der am Anfang des zylindrischen zweiten Abschnitts 25 des
Führungskörpers endet.
Der Endabschnitt 26 ist weich in Richtung des hinteren
Endes gekrümmt.
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Die Ausführungsform der 8 ist eine Leichtgewichtskonstruktion
aus einfachen Materialien, da der Führungskörper hohl ist und auf die Zuführröhre 14 auf
die gleiche Art und Weise montiert ist, wie mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben wurde.
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Der Führungskörper ist vorzugsweise aus rostfreiem
Stahl hergestellt, was ein leicht zu reinigendes Material ist, gut
geeignet für
Sanitäranlagen. Andere
Materialien sind auch möglich,
z.B. Polymere, Keramiken oder Leichtgewichtmetalle. Die Oberflächen der
Materialien können
poliert oder beschichtet sein.
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Zusätzlich zu dem Reinigen während des Betriebs
ist es wünschenswert,
in der Lage zu sein, die Filtereinheit zu reinigen, wenn sie nicht
in Betrieb ist. Dies wird vorzugsweise durch eine Vorortreinigung
der Filterelemente mit einer Reinigungsflüssigkeit und Impulsen von Druckgas
durchgeführt.
Wie in WO 98/00001 von Niro A/S beschrieben, werden Flüssigkeit
und Gas in gemeinsame Impulse an der Auslassseite des Filterelements
gemischt und werden zu dem Inneren des Filterelements zugeführt.
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Die Zuführröhre 14 für Primärgas kann
als Mischkammer für
Flüssigkeit
und Gas agieren. In 1 ist
eine Flüssigkeitszuführleitung 29 durch
eine Abzweigung 30 mit der Zuführröhre 14 stromabwärts des
Steuerventils 15 verbunden. Wenn Reinigungsflüssigkeit
zu der Leitung 29 zugelassen wird, fließt ein Impuls der Flüssigkeit
in die Zuführröhre und
direkt danach wird das Steuerventil 15 aktiviert, um einen
Impuls des Primärreinigungsgases
zu der Mischkammer freizugeben, während die Flüssigkeit
noch in der Röhre 14 vorhanden
ist. Dann wird die Mischung der Flüssigkeit und des Gases aus
der Düse 11 in das
Filterelement hinausgespritzt. Die Reinigungsflüssigkeit kann auch an anderen
Orten zugelassen werden, wie beispielsweise direkt in die Verteilungskammer 21 oder
in das obere Ende der zentralen Bohrung 28, was den Vorteil
vorsieht, dass die Gas-Flüssigkeitsmischung
zentral in das Filterelement ohne Änderung in der Fließ richtung
gespritzt wird. Eine weitere Option ist es, die Ausführungsform der 4 derartig zu modifizieren,
dass eine innere Röhre
koaxial innerhalb Röhre 14 montiert
ist. Die Flüssigkeit
kann dann zu der zentralen Röhre
zugeführt
werden, welche auch ein Teil der Primärgasimpulse empfangen kann.
Die zentrale Röhre
kann in einer weiteren Modifikation sich nach unten aus der Röhre 14 herauserstrecken
und in den Führungskörper, welcher
dann auf der zentralen Röhre
fixiert ist.
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1 stellt
auch Flüssigkeit-
oder Gasdüsen 31 dar,
die in der Platte 6 zwischen den Reihen der Filterelemente 7 montiert
sind und in der Seitenwand der Kammer 9 montiert sind.
Während
des eigentlichen Vorortreinigungsbetriebes kann auch ein Zusatz
von Reinigungsflüssigkeit
zu diesen Düsen 31 zugeführt werden.
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In den oben erwähnten Ausführungsformen ist die Düsenöffnung als
ringförmiger
Schlitz oder Schlitz, der einen Fließbereich aufweist, welcher
in Verbindung mit dem Druck des Primärgases die Gasfließrate steuert,
wenn die Düse
offen ist, konstruiert. Als Alternative kann die Gasfließrate gesteuert
werden durch Ausführen
der Zuführröhre 14 mit
einer Düsenöffnung von
solch einem begrenzten Fließbereich,
dass diese Öffnung
die Gasfließrate
steuert und dann kann der Führungskörper in
einem größeren Abstand
von der Zuführröhre 14 positioniert
werden. In diesem Fall zeigt die Düsenöffnung in Richtung des Führungskörpers und
stößt einen
Gasstrahl aus, welcher auf den Führungskörper trifft
und seiner Kontur auf die gleiche Art und Weise, wie oben beschrieben,
folgt.
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In den obigen Ausführungsformen
wird gesehen, dass der Führungskörper zwischen
der Düsenöffnung und
der Auslassöffnung
des Filterelements positioniert ist, vorzugsweise so, dass die Längsachsen
des Führungskörpers und
des Filterelements koaxial sind und in Reihe mit der Gasfließrichtung
in der Zuführröhre 14.
Es ist auch bevorzugt, dass der Führungskörper den linearen direkten
Fließweg
zwischen der Düsenöffnung und
der Auslassöffnung 10 versperrt.
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Details von den verschiedenen Ausführungsformen
können
in weitere Ausführungsformen
kombiniert werden und andere Modifikationen können vorgenommen werden. Die
Filterelemente können
auf bekannte Weise mit Venturidüsen
versehen sein an oder oberhalb ihrer oberen Enden und die Venturidüsen können eine
oder mehrere Stufen aufweisen, dies sind aber nicht die bevorzugtesten
Ausführungsformen.