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Die
Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem Einlass- und
einem Auslassanschluss, einem mit dem Einlassanschluss verbundenen
ersten im Wesentlichen zylindrischen Filter, wobei der erste Filter
einen Hohlraum aufweist, der sich längs seiner Zylinderachse erstreckt,
und mit einer mit dem Auslassanschluss verbundenen Membranfiltereinheit, welche
mindestens teilweise in dem Hohlraum des ersten Filters aufgenommen
ist, wobei der erste Filter und die Membranfiltereinheit in Serie
verbunden sind und ein Bündel
von hydrophilen Kapillar-Filtermembranen aufweisen, deren offene
Enden mit dem Auslassanschluss in Verbindung stehen.
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Eine ähnliche
Filtervorrichtung ist aus der WO 91/05600 A (Cuno Inc.) 2. Mai 1991 (1991-05-02)bekannt.
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Ein
solcher Filter ist aus der amerikanischen Patentveröffentlichung
US-A-4,636,307 bekannt. Der bekannte Filter weist ein Gehäuse mit
einer Einlass- und einer Auslassverbindung auf. In dem Inneren des Gehäuses ist
ein im Wesentlichen zylindrischer Körper mit einem Adsorptionsmittel
eingebracht, wobei der zylindrische Körper mit dem Adsorptionsmittel den
ersten Filter bildet. Die Oberseite dieses Körpers besitzt einen Einlass
für eine
zu filternde Flüssigkeit. Der
Körper
weist einen Hohlkern über
einem untersten Teil des Körpers
auf, während
der obere Abschnitt dieses untersten Teils, welches den Boden des
Kerns bildet, mit einem Auslass für die Flüssigkeit versehen ist. Ein äußerer und
ein innerer Zylindermantel dieses Körpers bildet jeweils die Außenseite
des ersten Filters und des Hohlkerns und ist jeweils für Flüssigkeit
undurchlässig.
Das Adsorptionsmittel ist zwischen den beiden Zylindermänteln und
in dem unteren Abschnitt angeordnet, und bei Gebrauch fließt die zu
filternde Flüssigkeit
durch dieses hindurch. Die Membranfiltereinheit weist Kapillarfiltermembranen
auf und ist in den Hohlkern eingebracht. Folglich durchdringt die
durch den Auslass des ersten Filters geflossene Flüssigkeit
die Wand der Kapillarfiltermembranen, wodurch sie einem nachträglichen
Filterschritt unterzogen wird. Die Kapillarfiltermembranen besitzen
ein offenes Ende, durch welches die gefilterte Flüssigkeit
die Auslassverbindung der Filtervorrichtung erreichen kann. Der Nachteil
der Filtervorrichtung des Stands der Technik besteht darin, dass
die Flüssigkeit
eine lange Strecke durch den ersten Filter zurücklegen muss, und dass ein
Einlass und Auslass nur einen begrenzten Durchsatz hat. Daraus resultiert
eine bedeutende Druckdifferenz über
dem ersten Filter, damit die Filtervorrichtung eine angemessenen
Durchsatzmenge realisiert, und dieses verhindert eine allgemeine
Verwendung eines solchen Filters.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, die oben angegebenen Nachteile der
Filtervorrichtung des Stands der Technik zu beheben. Zu diesem Zweck schafft
die Erfindung eine Filtervorrichtung nach der in dem Oberbegriff
angegebenen Ausführung,
dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen mindestens eine hydropile
Membran enthalten, und dass der erste Filter die Aktivkohle als
einen Block enthält,
und dass die Kapillar-Membranen hydrophil sind, dass der äußere Zylindermantel
des ersten Filters einen Einlauf beziehungsweise Einlass bildet,
und dass der innere Mantel des ersten Filters, der den Hohlraum einschließt, indem
er die Zylinderachse umgibt, einen Auslass für den ersten Filter bildet.
Die zu filternde Flüssigkeit
kann somit in einer Richtung senkrecht zu der Zylinderachse fließen, woraus
sich bei einer gleichen Menge von Adsorptionsmittel ein viel kürzerer Strömungsweg
ergibt. Die Verwendung der gleichen Menge von Adsorptionsmittel
wie bei der Filtervorrichtung nach dem Stand der Technik stellt
sicher, dass die Adsorptionskapazität die gleiche bleibt. Da der
Strömungswiderstand
in dem Aufbau der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
erheblich verringert ist, ist es auch möglich, eine größere Menge
von Adsorptionsmittel zu wählen,
so dass die Adsorptionskapazitä erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
besteht darin, dass sie einfacher konstruiert ist und somit mit geringeren
Kosten hergestellt werden kann.
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In
einer wirkungsvollen ausführbaren
bevorzugten Ausgestaltung der Filtervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erstreckt sich der Hohlraum durch den ersten Filter.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung,
wobei der erste Filter Aktivkohle aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Filter einen Block aus Aktivkohle aufweist. Dieses stellt
sicher, dass der erste Filter ein bedeutendes Rückhalte- oder Adsorptionsvermögen aufweist.
Eine Filterung ist auch wirkungsvoller als mit der üblichen
angewandten granulierten Aktivkohle, weil die zu filternde Flüssigkeit
auf Grund des Oberflächenkontakts
nicht zwischen den Körnchen des
Granulats hindurchfließen
kann ohne gefiltert zu werden. Die Flüssigkeit wird gezwungen durch
die Aktivkohle hindurch zu fließen.
Der Block kann in der Filtervorrichtung ebenfalls als eine selbsttragende Einheit
benutzt werden, so dass ein Körper
zur Aufnahme von zum Beispiel granuliertem Material überflüssig wird.
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Vorzugsweise
ist der Block aus Aktivkohle durch Formen gebildet. In diesem Fall
wird es keine Grenzschichten von Körnchen innerhalb des Blocks geben,
wie es bei einem zusammengepressten Aktivkohleblock der Fall sein
würde.
Solche Grenzschichten von Körnchen
verringern die Wirksamkeit des Blocks. Weitere günstige Eigenschaften eines solchen
geformten Blocks bestehen darin, dass er wenige oder keine Fasern
abgibt, die die Filtermembranen verstopfen könnten, und dass er eine äußerst wirksame
Vorfilterung bis zu annähernd
0,5 μm ausführt. Nachfolgend
ist eine weitere Filterung bis zu annähernd 0,1 μm mit der Hilfe der Filtermembranen möglich, die
die Form von Mikro- oder Ultrafiltermembranen aufweisen können. Auf
Grund einer wirksamen Vorfilterung mit der Hilfe eines durch Formen
gebildeten von Aktivkohle werden die Membranen weniger schnell verstopfen.
Ein weiterer Vorteil eines solchen durch Formen hergestellten Blocks
ist der, dass der Strömungswiderstand
und folglich der Druckabfall über
dem Block reduziert wird.
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Wenn
die zu filternde Flüssigkeit
stärker
mit relativ großen
Partikeln verschmutzt ist, weist der erste Filter in einer bevorzugten
Ausführungsform der
Filtervorrichtung eine erste Filterstufe auf, welche um den Block
aus Aktivkohle herum angeordnet ist, wobei sie eine ergänzende Filterstufe
für den
Block aus Aktivkohle bildet, um zu verhindern, dass der Block aus
Aktivkohle verstopft, und um die Lebensdauer beziehungsweise Standzeit
der Filtervorrichtung bedeutend zu verlängern.
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In
einer leicht zu realisierenden und wirkungsvollen Ausführungsform
wird die erste Filterstufe aus einem filzartigen Filter gebildet,
welcher um den Block aus Aktivkohle herum nach Art einer Ziehharmonika
gefaltet ist, wobei die Falten parallel zu der Zylinderachse angeordnet
sind. In einer solchen ersten Filterstufe besitzen die durch die
Faltung gebildeten Streifen eine große Filteroberfläche mit
einer äußerst großen Filterkapazität.
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In
einer Ausgestaltung, wobei die Membranfiltereinheit ein Gehäuse der
Einheit aufweist, welches die Kapillarmembranen umgibt, weist das
Gehäuse
der Einheit ein perforiertes Rohr auf. Über die in dem Gehäuse der
Einheit vorgesehenen Perforationen erreicht die vom ersten Filter
gefilterte und von der inneren Wand des ersten Filters abgegebene Flüssigkeit
die Kapillarmembranen schnell auf dem schnellsten möglichen
Weg durch die Filtervorrichtung.
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Um
zu vermeiden, dass die Strömung
der Flüssigkeit
von der inneren Wand des ersten Filters verstopft wird, ist das
Gehäuse
der Einheit in einer bevorzugten Ausführungsform der Filtervorrichtung im
Wesentlichen frei von dem inneren, den Hohlraum des ersten Filters
umgebenden Mantel angeordnet.
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Gemäß einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist die Membranfiltereinheit mit hydrophilen Kapillarmembranen ausgerüstet.
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Hiernach
wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt,
in welchen identische oder ähnliche
Teile die gleichen Bezugszeichen aufweisen. Hierbei zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
des oberen Abschnitts des Längsschnitts
von 1; und
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3 einen
Querschnitt durch die Filtervorrichtung nach 1.
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Die
in den Zeichnungen dargestellte Filtervorrichtung gemäß der Erfindung
weist ein Gehäuse in
der Form eines Bechers 10 mit einem Schraubdeckel 11 auf.
Zwischen dem Deckel 11 und dem Becher 10 ist ein
O-Ring (nicht bezeichnet, abe in den 1 und 2 erkennbar)
zur Abdichtung angeordnet. Der Deckel 11 weist einen Einlassanschluss 1 und
einen Auslassanschluss 2 auf. Innerhalb des Bechers 10 ist
ein zylindrischer Block aus Aktivkohle 20 als Bestandteil
eines ersten Filters vorgesehen. Der Block aus Aktivkohle 20 ist
durch Formen hergestellt und besteht aus einer selbsttragenden Einheit, die
nur an der Ober- und Unterseite mit einer Verstärkung 22, 23 ausgestattet
ist. Ein solcher geformter Block aus Aktivkohle 20 ist
zum Beispiel von der Firma Fibredyne aus Dover, New Hampshire, USA
als eine „C-236
series moulded block filter cartridge" beziehungsweise „C-236 geformte Serien-Filterpatrone" erhältlich.
Der Boden des Blocks 20 steht mit einer Verstärkung 22 auf
einer Dichtkante 12, zwischen welchen ein Dichtungspaket 16 angeordnet
ist. Eine Dichtungspaket 17 ist auch an der Oberseite zwischen
der oberen Verstärkung 23 des
Blocks 20 und der Dichtkante 13 vorgesehen.
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Der
zylindrische Block aus Aktivkohle 20 weist längs seiner
Zylinderachse einen hohlen Kern 21 auf. In den hohlen Kern 21 ist
eine Zentriernabe 14 des Bechers 10 an der Unterseite
und an der Oberseite eine Zentriernabe 15 des Deckels 11 eingesetzt.
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In
den zylindrischen hohlen Kern 21 ist eine Membranfiltereinheit 30 eingefügt. Die
Einheit 30 weist einen perforierten Mantel 31 auf,
in dem ein Bündel
von Kapillarfiltermembranen 32 eingebracht ist. In Abhängigkeit
von der Anwendung der Filtervorrichtung können die Membranen 32 Mikro-
oder Ultrafiltrationsmembranen sein. An ihren unteren Enden sind
die Kapillarmembranen abgedichtet, und an ihrer oberen Enden sind
sie offen. Weiterhin sind die Kapillarmembranen 32 mit
ihren oberen Enden in einem Membranhalter 33 eingebettet,
welcher den Raum zwischen dem Gehäuse 31 der Einheit
und den Kapillarmembranen 32 abdichtet. Eine solche Membranfiltereinheit 30 ist
zum Beispiel von der Firma Prime Water Systems B.V. in Ambt-Delden,
Niederlande, erhältlich.
Das Dichtungspaket 17 ist außerdem so ausgelegt, dass es
zu Dichtungszwecken ebenfalls zwischen dem Block aus Aktivkohle 20 und der
Oberseite des Gehäuses 31 der
Einheit der Membraneinheit 30 eingebracht ist.
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Um
den Block aus Aktivkohle 20 herum ist ein filzartiger Filter 40 aus
Polyesterfasern angeordnet, der nach Art einer Ziehharmonika gefaltet
ist, wobei die Falten parallel zu der Zylinderachse angeordnet sind,
wie in 3 dargestellt ist. Dieser Filter 40 bildet
eine anfängliche
Filterstufe des ersten Filters, der in der in den Figuren gezeigten
Ausführungsform aus
dem Filter 40 und dem Block aus Aktivkohle 20 besteht.
Der Filter 40 ist eine zusätzliche Filterstufe für den Block
aus Aktivkohle 20, die dazu vorgesehen ist, Partikel aus
der zu filternden Flüssigkeit
zu entfernen, die bewirken könnten,
dass der Block aus Aktivkohle 20 verstopft wird. Ein solcher
Filter ist zum Beispiel in einer „801 series filter cartridge" beziehungsweise „801 Serienfilterpatrone" der Firma Harmsco Industrial
Filters aus North Palm Beach, Florida, USA eingebaut.
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Nachdem
der Deckel 11 von dem Becher 10 abgeschraubt ist,
können
die verschiedenen Teile der Filtervorrichtung leicht und schnell
zur Reinigung oder zum Austausch entfernt werden.
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Bei
Betrieb muss die zu filternde Flüssigkeit in
die Filtervorrichtung durch den Einlassanschluss 1 eingeleitet
werden. Die Flüssigkeit
fließt
darauf um den Filter 40 herum, der in Art einer Ziehharmonika um
die Zylinderachse des Blocks aus Aktivkohle 20 innerhalb
des Gehäuses
angeordnet ist, wobei das Gehäuse
aus dem Becher 10 und dem Deckel 11 besteht. Dann
wird die Flüssigkeit
durch den Filter 40 und kommt schließlich durch das äußere zylindrische Mantelende
in den Block aus Aktivkohle hinein. Die Flüssigkeit kann dann auf dem
kürzesten
möglichen Weg
senkrecht zur Zylinderachse zu dem inneren Mantel des Blocks aus
Aktivkohle 20 fließen,
und fließt
dann din den hohlen Kern 21 des Blocks aus Aktivkohle 20 und
somit in den ersten Filter hinein. Aus dem hohlen Kern kann die
Flüssigkeit über die Perforationen
in dem Gehäuse 31 der
Einheit (nicht bezeichnet, aber in 2 erkennbar)
und über
das offene Bodenende des Gehäuses 31 der
Einheit die Membranen 32 erreichen und nachfolgend durch
die Membranwand der Kapillarfiltermembranen 32 der Membranfiltereinheit 30 hindurch
dringen. Schließlich
wird die Flüssigkeit
die Kapillarmembranen 32 über ihre offenen Enden und
durch den Auslassanschluss 2 der Filtervorrichtung verlassen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
werden vollständig
hydrophile Membranen 32 eingesetzt. Mögliche Luftblasen werden nicht
oder kaum in der Lage sein die Membranwand zu passieren. Die sich
ansammelnde Luft kann sich jedoch über den Block aus Aktivkohle 20 und
den Filter 40 auf die Außenseite des Filters zerstreuen,
wonach die Luft die Filtervorrichtung über einen herkömmlichen
Belüftungsanschluss 50 verlassen
kann. Wenn eine mindestens zum Teil hydrophobe Membran eingesetzt wird,
können
Luftblasen durch diesen hydrophoben Abschnitt zum Auslassanschluss
entweichen. Jedoch reduzieren solche hydrophoben Membranen die Filterkapazität der Membranfiltereinheit
und können
bei höheren
Differenzdrücken
Eindringen von Bakterien ermöglichen.
Wenn wie in der vorliegenden Erfindung ein Block aus Aktivkohle 20 und
ein Filter 40 als erster Filter zur Anwendung kommen, kann
die sich in dem hohlen Kern 21 ansammelnde Luft leicht über den Block 20 und
den Filter 40 zu der Belüftung 50 entweichen,
und es können äußerst hydrophile Membranen 32 mit
einer hohen Permeabilität
für die zu
filternde Flüssigkeit
in der Filtervorrichtung zur Anwendung kommen.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform
der Filtervorrichtung ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen.
Die Filtervorrichtung kann in verschiedenen Ausführungsformen innerhalb des Rahmens
der Erfindung und der beigefügten
Ansprüche
verwirklicht werden.